[實用新型]分形微通道換熱器

有效

• 申請號: 201920344132.4
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN209434175U
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 丁國良;韓維哲;莊大偉;胡尊濤;戚邗云
• 申請（專利權）人: 江蘇唯益換熱器有限公司;上海交通大學
• 主分類號: H01L23/473
• 分類號: H01L23/473
• 代理公司: 常州市權航專利代理有限公司 32280
• 代理人: 劉洋

本實用新型涉及一種分形微通道換熱器，在基板上開設有N₀組扇形分形單元通道，N₀組扇形分形單元通道關于基板的中心呈圓周陣列均布，N₀組扇形分形單元通道在基板上放射狀布置，N₀組扇形分形單元通道的出口端均與集液環槽連通，流體從流體入口進入經分形單元通道后進入集液環槽最終從流體出口流出，N₀組扇形分形單元通道覆蓋整個基板，流體可向換熱器中的各個方向流動，流動的同時帶走換熱器內的熱量，從而實現換熱器內的均勻換熱，避免局部高溫，延長了電子芯片的使用壽命；較多的分叉管路提高了本實用新型換熱器的換熱效率；散熱單元中的支路通道可任意密排，大幅提升換熱效率。

技術領域

本發明涉及換熱設備技術領域，尤其是涉及一種分形微通道換熱器。

背景技術

近幾年來，隨著超大規模集成電路的不斷發展，芯片單位體積功率越來越大，芯片散熱需求隨之升高；由于芯片的內部設計精密，任何的局部過熱區都會大大降低芯片壽命，換熱器散熱均勻程度要求也隨之提高。

芯片散熱領域最常用的散熱設備之一是利用液體降溫的微通道換熱器。微通道換熱器由大量直的微通道組成，微通道的寬度在幾十到幾千微米內變化。狹窄的通道大大增加流體與換熱器的接觸面積；同時也使得流體與壁面的摩擦增大，換熱器的壓降也隨之增大。所以，在保證壓降不會大幅提高的情況下提升熱交換效率是換熱器的設計方向之一。

分形結構是在保證壓降穩定增長情況下提升換熱能力的一種有效設計。分形微通道換熱器的設計思路是在每一級中將大直徑通道以一定的分支角度分為多個小直徑的次級通道。由于在層流過程中通道內的換熱系數反比于管徑，使得小直徑通道的換熱系數大于大直徑通道，從而在同樣的換熱面積和換熱溫差的條件下分形微通道換熱器有更高的換熱量。現有的分形微通道換熱器主要包含兩類：直角換熱器和菱形換熱器。

第一類是直角分形微通道換熱器，其次級通道與上級通道呈直角形；如鄭平(Y.Chen,P.Cheng,An experimental investigation on the thermal efficiency offractal tree-like microchannel nets,Int.J.Heat Mass Transfer 32(2005)931–938)提出的分形微通道換熱器(見附圖1所示)，每級通道為一分二形式，次級通道與上級通道呈直角形。由于制冷劑流體在經過直角轉彎時會遇到較大的流動阻力，因此直角的分形微通道換熱器內流體的壓降較大，換熱效率隨之降低。

另一類為菱形分形微通道換熱器，其主次通道具有對稱結構，主通道分成多級次通道后又回到主通道。如專利一種分形微通道換熱器(申請號： 201711046682.X)提出的換熱器(見附圖2)，主通道連續分成兩級次通道，然后又與兩級次通道相連，回到主通道，形成對稱結構。造成主通道過多，換熱效果不均勻。

以上兩種換熱器因特定的分形結構，均不能使微通道密排于整個基板。這也說明分形換熱器的換熱效率還有一定的提升空間，所以針對現有分形微通道換熱器內直角壓降大、換熱不均勻的問題，需要發明新的分形微通道換熱器，使其保證換熱均勻的同時，盡可能提高換熱能力。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了克服現有的分形微通道換熱器內直角壓降大、換熱不均勻的問題，提供一種分形微通道換熱器。