微通道热沉装置

1.本发明涉及热沉技术领域，特别涉及一种微通道热沉装置。


背景技术：

2.大功率半导体激光器凭借质量轻、体积小、电光转变率较高等优势，在各个行业得到了广泛应用。而在半导体激光器工作过程中，激光二极管大约有60％左右的能量被有效利用，未被利用的能量转化为热能，使得激光二极管温度急剧升高，导致激光芯片阈值电流增大，影响半导体激光器工作的稳定性。微通道热沉装置因其具有结构紧凑、单位体积小、重量轻等特点，是解决大功率半导体激光器高温升的关键装置，而现有技术的微通道热沉装置局部温度不均匀，且换热效率低，整体散热能力较差。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种微通道热沉装置，能够提高换热效率，从而大大提高微通道热沉装置的整体散热能力，同时有利于减少局部温度不均匀的现象。
4.本发明实施例提供一种微通道热沉装置，包括第一侧盖、回水盖体、引导盖体、进水盖体和第二侧盖，所述第一侧盖设置有进水孔，所述第一侧盖的一侧用于连接半导体激光器耙条；所述回水盖体设置于所述第一侧盖的另一侧，所述回水盖体设置有出水通道；所述引导盖体设置于所述回水盖体远离所述第一侧盖的一侧，所述引导盖体设置有与所述出水通道连通的引导通道；所述进水盖体设置有缓流区域，所述缓流区域包括进水通道，所述进水孔通过所述回水盖体和所述引导盖体连通所述缓流区域，所述进水通道与所述引导通道连通，所述进水通道和所述出水通道的侧壁均设置有间隔布置的凸肋和凹槽；所述引导盖体和所述第二侧盖分别设置于所述进水盖体的两侧，所述第二侧盖设置有与所述出水通道连通的出水孔。
5.根据本发明提供的微通道热沉装置，至少具有如下有益效果：冷却介质从设置于第一侧盖上的进水孔进入微通道热沉装置，进水孔连通回水盖体、引导盖体和进水盖体，冷却介质流经回水盖体和引导盖体后进入到进水盖体的缓流区域中缓流，能够有效减缓冷却介质的流速，有利于冷却介质的充分发展，冷却介质进入进水通道后通过引导通道流入出水通道，即再次流经引导盖体和回水盖体，能够增大冷却介质在微通道热沉装置流经的路径，有利于实现更好的散热效果，然后冷却介质从出水通道流出，经引导盖体和进水盖体后流到设置于第二侧盖的出水孔，最后从出水孔流出以实现循环制冷的效果，由于进水通道和出水通道为主要的流体区域，通过设置凸肋和凹槽的组合微结构，能够使得冷却介质产生强烈的流体扰动和内部涡流现象，同时使得进水通道和出水通道的散热面积增大，能够提高换热效率，从而大大提高微通道热沉装置的整体散热能力，同时有利于减少局部温度不均匀的现象。
6.根据本发明的一些实施例，所述凸肋的截面为直角梯形。
7.根据本发明的一些实施例，所述进水通道的相对两侧的侧壁均设置有所述凸肋，其中一侧的侧壁上的凸肋的斜面与另一侧的侧壁上的凸肋的斜面平行。
8.根据本发明的一些实施例，所述出水通道的相对两侧的侧壁均设置有所述凸肋，其中一侧的侧壁上的凸肋的斜面与另一侧的侧壁上的凸肋的斜面平行。
9.根据本发明的一些实施例，所述凹槽包括相互连接的弧形结构和斜面结构。
10.根据本发明的一些实施例，所述回水盖体还设置有与所述进水孔对应的第一进水交接孔，所述引导盖体还设置有与所述第一进水交接孔对应的第二进水交接孔，所述缓流区域还包括与所述第二进水交接孔对应的缓流槽，所述缓流槽分别连通所述第二进水交接孔和所述进水通道。
11.根据本发明的一些实施例，所述回水盖体还设置有与所述出水通道连通的第一出水导流道，所述引导盖体还设置有与所述第一出水导流道对应的第二出水导流道，所述进水盖体还设置有与所述第二出水导流道对应的第三出水导流道，所述出水孔连通所述第一出水导流道、所述第二出水导流道和所述第三出水导流道。
12.根据本发明的一些实施例，所述引导盖体还设置有与所述第二出水导流道连通的第一出水交接孔，所述进水盖体还设置有与所述第三出水导流道连通的第二出水交接孔，所述出水孔连通所述第一出水交接孔和所述第二出水交接孔。
13.根据本发明的一些实施例，所述进水盖体还设置有多个第一分流脊，相邻两个所述第一分流脊之间形成所述进水通道，所述回水盖体还设置有多个第二分流脊，相邻两个所述第二分流脊之间形成所述出水通道。
14.根据本发明的一些实施例，所述第一侧盖、所述回水盖体、所述引导盖体、所述进水盖体和所述第二侧盖均为3d打印的铜铬锆合金制件。
15.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
16.本发明的附加方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1为本发明实施例的微通道热沉装置的分解示意图；
18.图2为本发明的一些实施例的回水盖体的结构示意图；
19.图3为本发明的一些实施例的引导盖体的结构示意图；
20.图4为本发明的一些实施例的进水盖体的结构示意图；
21.图5为图4的a处放大图；
22.图6为本发明的一些实施例的第一侧盖的结构示意图；
23.图7为本发明的一些实施例的进水盖体的俯视图；
24.图8为图7的b处放大图。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
28.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
29.如图1至图5所示，本发明实施例提供一种微通道热沉装置100，包括第一侧盖200、回水盖体300、引导盖体400、进水盖体500和第二侧盖600，第一侧盖200设置有进水孔210，第一侧盖200的一侧用于连接半导体激光器耙条220；回水盖体300设置于第一侧盖200的另一侧，回水盖体300设置有出水通道310；引导盖体400设置于回水盖体300远离第一侧盖200的一侧，引导盖体400设置有与出水通道310连通的引导通道410；进水盖体500设置有缓流区域510，缓流区域510包括进水通道511，进水孔210通过回水盖体300和引导盖体400连通缓流区域510，进水通道511与引导通道410连通，进水通道511和出水通道310的侧壁均设置有间隔布置的凸肋700和凹槽800；引导盖体400和第二侧盖600分别设置于进水盖体500的两侧，第二侧盖600设置有与出水通道310连通的出水孔610。
30.如图6所示，需要说明的是，本实施例的微通道热沉装置100能够对半导体激光器耙条220进行散热，当第一侧盖200的外侧设置有半导体激光器耙条220，进水孔210靠近半导体激光器耙条220布置。
31.根据本发明提供的微通道热沉装置100，包括依序设置的第一侧盖200、回水盖体300、引导盖体400、进水盖体500和第二侧盖600，冷却介质从设置于第一侧盖200上的进水孔210进入微通道热沉装置100，进水孔210连通回水盖体300、引导盖体400和进水盖体500，冷却介质流经回水盖体300和引导盖体400后进入到进水盖体500的缓流区域510中缓流，能够有效减缓冷却介质的流速，有利于冷却介质的充分发展，冷却介质进入进水通道511后通过引导通道410流入出水通道310，即再次流经引导盖体400和回水盖体300，能够增大冷却介质在微通道热沉装置100流经的路径，有利于实现更好的散热效果，然后冷却介质从出水通道310流出，经引导盖体400和进水盖体500后流到设置于第二侧盖600的出水孔610，最后从出水孔610流出以实现循环制冷的效果，由于进水通道511和出水通道310为主要的流体区域，通过设置凸肋700和凹槽800的组合微结构，能够使得冷却介质产生强烈的流体扰动和内部涡流现象，同时使得进水通道511和出水通道310的散热面积增大，能够提高换热效率，从而大大提高微通道热沉装置100的整体散热能力，同时有利于减少局部温度不均匀的现象。
32.如图1和图5所示，需要说明的是，通过凸肋700和空穴结构相互配合，主要实现速度边界层和热边界层的中断和再发展，凸肋700可以改变主流的流向，使得冷却介质可以在
进水通道511以及出水通道310内流经更长的路径，同时冲击微通道热沉装置100的侧壁，使得边界层变薄，可以大大减少因边界层带来的热阻，增强了传热效果，本实施例的凹槽800可以理解为空穴结构，空穴结构的存在使得进水通道511以及出水通道310内部的散热面积增大，使得整体的散热效果大大增强，周期性的通道收缩和扩张引起的喷射和节流效应使得冷却介质在凹槽800处形成涡流，增强了冷却介质之间的对流换热，使得冷却介质可以充分均匀混合，可以解决局部温度不均匀的问题，因此本发明实施例区别于现有技术中采用直通道结构的微通道热沉装置100，在相同的热流密度下具备更低的温度、底部温差更小等效果，散热效果更显著。
33.可以理解的是，凸肋700和空穴结构的组合微结构散热效果优于单一的凸肋700或空穴结构，具有更佳的传热性能。
34.如图1和图4所示，在本实施例中，缓流区域510由进水盖体500上的镂空区域组合形成，为一敞开空间。
35.如图4、图5、图7和图8所示，根据本发明的一些实施例，凸肋700的截面为直角梯形。
36.需要说明的是，凸肋700的截面为直角梯形，区别于长方体或正方体的结构，本实施例的凸肋700在结构上呈现偏置的形态，当冷却介质流经凸肋700后，能够改变流向从而直接冲击间隔布置的凹槽800的收缩区，使得凹槽800的边界层变薄，实现更好的流体混合效果，使得微通道热沉装置100的局部温度更均匀，有利于提高散热性能。
37.如图5和图8所示，根据本发明的一些实施例，进水通道511的相对两侧的侧壁均设置有凸肋700，其中一侧的侧壁上的凸肋700的斜面与另一侧的侧壁上的凸肋700的斜面平行。
38.通过令分布在进水通道511相对两侧的侧壁上的凸肋700的斜面平行，能够实现对冷却介质流向的引导，使得冷却介质在进水通道511的流向保持一致，有利于提高微通道热沉装置100的冷却效率。
39.如图5所示，具体地，在本实施例中，进水通道511相对两侧的侧壁包括第一侧壁541和第二侧壁542，第一侧壁541上的凸肋700的横截面从进入进水通道511到进水盖体500的边缘的方向逐渐减小，而第二侧壁542上的凸肋700的横截面从进入进水通道511到进水盖体500的边缘的方向逐渐增大。
40.可以理解的是，进水通道511的相对两侧的侧壁均设置有凹槽800，通过设置凸肋700和凹槽800的组合微结构，能够使得冷却介质充分混合，此外，进水通道511的相对两侧的侧壁的组合微结构采用非对称布置，能够更好地提高换热效率。
41.根据本发明的一些实施例，出水通道310的相对两侧的侧壁均设置有凸肋700，其中一侧的侧壁上的凸肋700的斜面与另一侧的侧壁上的凸肋700的斜面平行。
42.需要说明的是，通过令分布在出水通道310相对两侧的侧壁上的凸肋700的斜面平行，能够实现对冷却介质流向的引导，使得冷却介质在出水通道310的流向保持一致，有利于提高微通道热沉装置100的冷却效率。
43.可以理解的是，本实施例中凸肋700的具体设置方向可参照图5所示的设置方向。
44.在一实施例中，出水通道310的相对两侧的侧壁均设置有凹槽800，通过设置凸肋700和凹槽800的组合微结构，能够使得冷却介质充分混合，此外，出水通道310的相对两侧
的侧壁的组合微结构采用非对称布置，能够更好地提高换热效率。
45.如图5所示，根据本发明的一些实施例，凹槽800包括相互连接的弧形结构810和斜面结构820。
46.需要说明的是，凹槽800包括弧形结构810和斜面结构820，能够使得冷却介质在凹槽800处形成涡流，有利于增大进水通道511以及出水通道310内的流体的对流换热面积。
47.如图8所示，可以理解的是，凸肋700的截面呈类扇形。
48.如图1至图4所示，根据本发明的一些实施例，回水盖体300还设置有与进水孔210对应的第一进水交接孔320，引导盖体400还设置有与第一进水交接孔320对应的第二进水交接孔420，缓流区域510还包括与第二进水交接孔420对应的缓流槽512，缓流槽512分别连通第二进水交接孔420和进水通道511。
49.在本实施例中，冷却介质从进水孔210进入微通道热沉装置100，然后依次经过第一进水交接孔320和第二进水交接孔420进入到缓流区域510内的缓流槽512，通过在缓流区域510内进行缓流，从缓流槽512流向进水通道511，并在进水通道511达到充分发展阶段，然后流入引导通道410，能够增大冷却介质在微通道热沉装置100流经的路径，有利于提高微通道热沉装置100的散热效果。
50.如图1至图4所示，根据本发明的一些实施例，回水盖体300还设置有与出水通道310连通的第一出水导流道330，引导盖体400还设置有与第一出水导流道330对应的第二出水导流道430，进水盖体500还设置有与第二出水导流道430对应的第三出水导流道520，出水孔610连通第一出水导流道330、第二出水导流道430和第三出水导流道520。
51.在本实施例中，当冷却介质从引导通道410流入出水通道310，并在出水通道310达到充分发展阶段，然后流向第一出水导流道330，并依次流经第二出水导流道430和第三出水导流道520，即流经引导盖体400和进水盖体500，然后流到第二侧盖600的出水孔610，最后从出水孔610流出，从而实现冷却介质在微通道热沉装置100的匀速循环流动，有利于提高微通道热沉装置100的散热效果。
52.如图1至图4所示，根据本发明的一些实施例，引导盖体400还设置有与第二出水导流道430连通的第一出水交接孔440，进水盖体500还设置有与第三出水导流道520连通的第二出水交接孔530，出水孔610连通第一出水交接孔440和第二出水交接孔530。
53.在本实施例中，当冷却介质从引导通道410流入出水通道310，然后流向第一出水导流道330和第二出水导流道430后，冷却介质还可以依次进入第一出水交接孔440和第二出水交接孔530，通过设置第一出水交接孔440和第二出水交接孔530，能够减少第二出水导流道430和第三出水导流道520的压力，增大出水区域。
54.如图2和图4所示，根据本发明的一些实施例，进水盖体500还设置有多个第一分流脊540，相邻两个第一分流脊540之间形成进水通道511，回水盖体300还设置有多个第二分流脊340，相邻两个第二分流脊340之间形成出水通道310。
55.需要说明的是，通过在进水盖体500设置第一分流脊540，能够通过第一分流脊540将进水通道511分隔开，可以理解的是，进水盖体500设置有多个进水通道511，通过在出水盖体设置第二分流脊340，能够通过第二分流脊340将出水通道310分隔开，回水盖体300设置有多个出水通道310，其中，凸肋700和凹槽800设置于第一分流脊540和第二分流脊340的侧壁上。
56.如图2所示，在一实施例中，第二分流脊340按照预设角度弯折形成，第二分流脊340朝向回水盖体300的侧壁弯折，有利于冷却介质的回流。
57.如图1至图4所示，具体地，进水盖体500设置有十个进水通道511，回水盖体300设置有十个出水通道310，引导通道410包括十个引导孔411，各个引导孔411分别与对应的进水通道511和出水通道310连通，有利于实现均匀散热的效果，
58.根据本发明的一些实施例，第一侧盖200、回水盖体300、引导盖体400、进水盖体500和第二侧盖600均为3d打印的铜铬锆合金制件。
59.通过3d打印制成第一侧盖200、回水盖体300、引导盖体400、进水盖体500和第二侧盖600，能够避免各层盖体之间由于焊接引入额外的热应力及接触热阻，由于铜铬锆合金具有良好的导热性能，通过采用铜铬锆合金材料进行3d打印，微通道热沉装置100内壁不需要镀金，避免了出现镀金材料脱落导致热沉堵塞的问题，有利于提高换热效率。
60.如图1所示，在一实施例中，第一侧盖200、回水盖体300、引导盖体400、进水盖体500和第二侧盖600中均设置有对应的定位孔910和螺丝孔920，定位孔910和螺丝孔920用于固定整个微通道热沉装置100。
61.本发明实施例的微通道热沉装置100通过在进水通道511和出水通道310设置凸肋700和凹槽800的组合微结构，边界层被凸肋700和凹槽800周期性地破坏，实现速度边界层和热边界层的中断和再发展，从而使得进水通道511和出水通道310内的温度分布更加均匀，也即，凸肋700和凹槽800的存在能够对微通道强化传热起到显著作用，保证微通道热沉装置100良好的散热性能。
62.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下，作出各种变化。