一種強化傳熱微通道的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種強化傳熱微通道，包括：在微通道內(nèi)部任意截面上設(shè)置一根或者多根纖毛肋，每根纖毛肋通過或者不通過所述微通道的中心線，多根纖毛肋之間為任意角度設(shè)置。本發(fā)明在微通道內(nèi)部設(shè)置纖毛肋進(jìn)行傳熱強化，有效結(jié)合了微通道換熱、纖毛肋強化傳熱技術(shù)和碳納米管材料的諸多優(yōu)點，并且各取所長的把碳納米管材料所具有的超高熱導(dǎo)率，大長徑比，優(yōu)良力學(xué)性能，微細(xì)直徑而幾乎不產(chǎn)生流動阻力等優(yōu)點全面發(fā)揮出來，尤其適用于微通道層流換熱技術(shù)中。
【專利說明】一種強化傳熱微通道
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳熱強化和換熱器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種強化傳熱微通道。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著信息工業(yè)、材料工業(yè)、航天技術(shù)、能源工程、生命科學(xué)與技術(shù)及現(xiàn)代毫微米制造技術(shù)、高集成度微電子器件、高功率激光器、微加工技術(shù)和微電子機(jī)械系統(tǒng)的不斷進(jìn)步，芯片的集成度、封裝密度和工作頻率不斷迅速提高，功率與體積的比值日益增大，帶來了芯片發(fā)熱熱流密度的迅速增加，從而使芯片散熱面臨嚴(yán)峻的考驗。目前的電子散熱問題已成為制約微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種強化傳熱微通道，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中電子散熱低的問題。
[0004]本發(fā)明主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種強化傳熱微通道，包括:
[0006]在微通道內(nèi)部任意截面上設(shè)置一根或者多根纖毛肋，每根纖毛肋通過或者不通過所述微通道的中心線，多根纖毛肋之間為任意角度設(shè)置。
[0007]優(yōu)選地，所述纖毛肋與所述微通道的中心線形成60?120°角。
[0008]優(yōu)選地，所述纖毛肋垂直于所述微通道的中心線。
[0009]優(yōu)選地，所述微通道由金屬、玻璃或硅構(gòu)成。
[0010]優(yōu)選地，所述微通道的截面為圓形、矩形或三角形。
[0011]優(yōu)選地，圓形的微通道的截面特征尺度為圓形微通道的直徑，所述直徑為1-1000 μ mD
[0012]優(yōu)選地，所述纖毛肋由單壁或者多壁碳納米管材料構(gòu)成，所述纖毛肋的直徑為1-1OOnm0
[0013]優(yōu)選地，所述纖毛肋為通過化學(xué)氣相沉積法、電弧法或激光濺射法制備得到。
[0014]本發(fā)明在微通道內(nèi)部設(shè)置纖毛肋進(jìn)行傳熱強化，有效結(jié)合了微通道換熱、纖毛肋強化傳熱技術(shù)和碳納米管材料的諸多優(yōu)點，并且各取所長的把碳納米管材料所具有的超高熱導(dǎo)率，大長徑比，優(yōu)良力學(xué)性能，微細(xì)直徑而幾乎不產(chǎn)生流動阻力等優(yōu)點全面發(fā)揮出來，尤其適用于微通道層流換熱技術(shù)中。
[0015]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例的一種矩形微通道內(nèi)部碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實施例的另一種矩形微通道內(nèi)部碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實施例的圓形微通道內(nèi)部碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明實施例的一種內(nèi)部具有碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)的矩形微通道組成的一維陣列的示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明實施例的一種內(nèi)部具有碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)的矩形微通道組成的二維陣列的示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明實施例的一種扁長形微通道(狹縫)內(nèi)部具有碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7為本發(fā)明實施例的另一種扁長形微通道(狹縫)內(nèi)部具有碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]本發(fā)明提出了微通道內(nèi)部采用碳納米管作為纖毛肋的強化傳熱結(jié)構(gòu)和方法，為了更好的理解本發(fā)明，下面僅以幾個具體的例子對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0025]本發(fā)明實施例的強化傳熱微通道是在微通道內(nèi)部設(shè)置碳納米管(束)作為纖毛肋的強化傳熱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的纖毛肋強化換熱的物理機(jī)制不是通常意義上的增大換熱面積，而是通過纖毛肋高的導(dǎo)熱能力來改變流體的溫度場，盡可能使截面內(nèi)流體的溫度分布曲線更加均勻飽滿，纖毛肋作為一種新物理機(jī)制的傳熱強化手段是非常有效的。本發(fā)明實施例的微通道由金屬、玻璃、硅或其它任何合適的材料構(gòu)成，所述纖毛肋由單壁或者多壁碳納米管材料構(gòu)成。所述微通道內(nèi)部的流體可以為液體或者氣體，所述的微通道內(nèi)部碳納米管纖毛肋分布于微通道內(nèi)部的各個截面上，通過碳納米管纖毛肋的極高導(dǎo)熱能力來改變流體的溫度場，盡可能使截面內(nèi)流體的溫度分布曲線更加均勻飽滿，從而提高傳熱能力。
[0026]本發(fā)明實施例的微通道的截面為圓形、矩形、三角形或者其它可能的形狀，其截面可為恒定的，也可為變化的；
[0027]并且本發(fā)明實施例的微通道的形式可以是直通的，也可以是彎曲的，分叉的，微通道以及采用碳納米管作為纖毛肋的強化傳熱結(jié)構(gòu)可以是大量微通道組成的一維/二維陣列，可滿足微電子/光電子行業(yè)中大面積高熱流密度的散熱需求。
[0028]本發(fā)明利用碳納米管作為纖毛肋在微通道內(nèi)部進(jìn)行傳熱強化，有效結(jié)合了微通道換熱、纖毛肋強化傳熱技術(shù)和碳納米管材料的諸多優(yōu)點，并且各取所長的把碳納米管材料所具有的超高熱導(dǎo)率，大長徑比，優(yōu)良力學(xué)性能，因微細(xì)直徑而幾乎不產(chǎn)生流動阻力等優(yōu)點全面發(fā)揮出來，尤其適用于微通道層流換熱技術(shù)中。
[0029]圖1至圖3所示為本發(fā)明實施例的矩形或圓形的微通道內(nèi)部碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1-3所示，在微通道各個截面上分布有多根(或者是束)纖毛肋，其中的碳納米管纖毛肋僅為示意性的，并非按照比例繪制，并且微通道的具體尺寸可以任意設(shè)定，例如，本發(fā)明實施例提供的矩形微通道的的截面的內(nèi)切圓的半徑為1-1000 μ m，圓形微通道的半徑為1-1000 μ m,具體可設(shè)置矩形微通道的寬度為50 μ m,深度80 μ m,長度10mm。微通道內(nèi)部在諸多橫截面上分布有大量的碳納米管纖毛肋，碳納米管的直徑為10-20nm,由于碳納米管的直徑相對于微通道來說仍然是微乎其微，因此流體流經(jīng)微通道所產(chǎn)生的流動阻力是十分微小的，與微通道自身所產(chǎn)生的流動阻力相比可以忽略不計，而碳納米管纖毛肋的高熱導(dǎo)率使溫度場分布更加飽滿，根據(jù)場協(xié)同原理，對流換熱過程的整體性能取決于速度場和溫度場的分布特性，改變速度場和溫度場的分布是強化對流換熱的一個最直接的途徑，因而傳熱能力得到顯著提高。
[0030]本發(fā)明實施例的每根纖毛肋可以通過或者不通過所述微通道的中心線，多根纖毛肋之間為任意角度設(shè)置，本發(fā)明實施例優(yōu)選纖毛肋與微通道的中心線形成60?120°角，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步將纖毛肋設(shè)置的垂直于微通道的中心線。
[0031]如圖4所示，為一種內(nèi)部具有碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)的矩形微通道組成的一維陣列的示意圖，可用來冷卻方形冷卻面上的發(fā)熱元器件，方形的冷卻面為IOmmX 10mm，矩形微通道的寬度為50 μ m,深度80 μ m,長度IOmm,微通道的中心間距為100 μ m,則方形冷卻面下方可布置約100條微通道，100條微通道構(gòu)成一個較大規(guī)模的一維陣列，微通道內(nèi)部在諸多橫截面上分布有大量的碳納米管纖毛肋，碳納米管的直徑為10-20nm，由于較大規(guī)模的微通道陣列形成的冷卻面積更大，傳熱量更大，更適合于微電子/光電子行業(yè)中大面積高熱流密度的散熱需求，在各類工程應(yīng)用中更具有實際使用價值。
[0032]圖5為一種內(nèi)部具有碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)的矩形微通道組成的二維陣列的示意圖，其中的碳納米管纖毛肋為示意性的，非按照比例繪制，為明白清晰起見，只有頂層微通道繪出示意性的碳納米管纖毛肋；
[0033]如圖6和圖7所示，為一種扁長形微通道(狹縫)內(nèi)部具有碳納米管纖毛肋強化傳熱結(jié)構(gòu)示意圖，其中碳納米管纖毛肋為示意性的，非按照比例繪制?？捎脕砝鋮s方形冷卻面上的發(fā)熱元器件，方形的冷卻面為IOmmX IOmm,矩形微通道的的寬度為9.4mm,高度80 μ m，長度10mm，微通道內(nèi)部分布有大量的碳納米管纖毛肋形成的陣列，碳納米管的直徑為10-20nm，由于較大規(guī)模的微通道陣列形成的冷卻面積更大，傳熱量更大，更適合于微電子/光電子行業(yè)中大面積高熱流密度的散熱需求，在各類工程應(yīng)用中更具有實際使用價值。
[0034]本發(fā)明能夠達(dá)到以下的有益效果:
[0035]本發(fā)明在微通道內(nèi)部設(shè)置纖毛肋進(jìn)行傳熱強化，有效結(jié)合了微通道換熱、纖毛肋強化傳熱技術(shù)和碳納米管材料的諸多優(yōu)點，并且各取所長的把碳納米管材料所具有的超高熱導(dǎo)率，大長徑比，優(yōu)良力學(xué)性能，微細(xì)直徑而幾乎不產(chǎn)生流動阻力等優(yōu)點全面發(fā)揮出來，尤其適用于微通道層流換熱技術(shù)中。
[0036]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種強化傳熱微通道，其特征在于，包括: 在微通道內(nèi)部任意截面上設(shè)置一根或者多根纖毛肋，每根纖毛肋通過或者不通過所述微通道的中心線，多根纖毛肋之間為任意角度設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微通道，其特征在于，所述纖毛肋與所述微通道的中心線形成60°?120°角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微通道，其特征在于，所述纖毛肋垂直于所述微通道的中心線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的微通道，其特征在于，所述微通道由金屬、玻璃或硅構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的微通道，其特征在于，所述微通道的截面為圓形、矩形或三角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微通道，其特征在于，圓形的微通道的截面特征尺度為圓形微通道的直徑，所述直徑為1-1000 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的微通道，其特征在于，所述纖毛肋由單壁或者多壁碳納米管材料構(gòu)成，所述纖毛肋的直徑為l-100nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微通道，其特征在于，所述纖毛肋為通過化學(xué)氣相沉積法、電弧法或激光濺射法制備得到。
【文檔編號】H01L23/367GK103985681SQ201410189846
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】劉剛, 趙鴻, 呂坤鵬, 劉洋, 王超, 劉磊, 唐曉軍 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十一研究所