(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利地址310058浙江省杭州市西湖區(qū)余杭塘(74)專利代理機構(gòu)杭州啟博專利代理事(普通合伙)33580H05K7/20(2006.01)CN219919544U,2023.10.27CN220545360U,2024.02.27一種多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器本發(fā)明公開了一種多層式漸進開孔魚鱗-針構(gòu)的散熱片的數(shù)量沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸遞冷卻效果相互疊加，能夠顯著提高整體散熱性21.一種多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器，其特征在于，包括集液腔，所述集液腔為中空腔體，所述集液腔的外殼設(shè)置有進液口和出液口，所述集液腔的內(nèi)部設(shè)置有入口歧所述進液口的一端與入口歧管相連通，另一端與散熱框架相連通；所述出口歧管的一端與散熱框架相連通，另一端與出液口相連通；所述散熱框架中設(shè)置有多層散熱單元，每層散熱單元中均設(shè)置有一塊散熱基板；所述散熱基板上設(shè)置有若干散熱片和若干針翅結(jié)構(gòu)，所述針翅結(jié)構(gòu)垂直排列在所述散熱基板的中間位置，所述散熱片為魚鱗狀的鱗片結(jié)構(gòu)，圍繞所述針翅結(jié)構(gòu)傾斜排列，并且沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸密集；所述散熱片表面還設(shè)有若干開孔，所述開孔用于允許冷卻介質(zhì)通過；所述開孔的大小沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸減小，數(shù)量沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸增多，即靠近進液口的散熱片上的開孔孔徑較大、開孔數(shù)量較少，靠近出液口的散熱片上的開孔2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器，其特征在于，所述針翅結(jié)構(gòu)的直徑以及排布密度沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸增加，高度沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸減小，即靠近進液口一端的針翅結(jié)構(gòu)排列較為稀疏、且高度較高、直徑較小，靠近出液口一3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器，其特征在于，所述入口歧管設(shè)置有多個分配孔，入口歧管通過多個分配孔與各層散熱單元相連通，所述出口歧管設(shè)置有多個匯流孔，出口歧管通過多個匯流孔與各層散熱單元相連通，所述分配孔以及所述匯流孔的形狀與數(shù)量與所連接的散熱單元相對應(yīng)；所述入口歧管中靠近進液口的分配孔較小，遠離進液口的分配孔則逐漸增大。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器，其特征在于，所述鱗片結(jié)構(gòu)的幾何形狀為扇形，其中間部分向下彎曲，并且整體彎曲度隨徑向距離逐漸增強，彎曲效應(yīng)通過以下幾何參數(shù)定義：x=r·cos(θ);z=-k·r2;5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器，其特征在于，所述鱗片結(jié)構(gòu)的幾何形狀為魚鱗形，由橢圓弧線和兩條直線包圍而成，橢圓弧線部分為鱗片尾部，即遠離散熱基板端，鱗片與散熱基板接觸相交，形成兩條直線，兩條直線的交點位于橢圓長3其中a、b分別是橢圓的長軸和短軸；直線的方程表達式分別為：魚鱗形的鱗片結(jié)構(gòu)的幾何特點包括：夾角θ:兩條直線之間形成的夾角為,表示鱗片的尖銳度； 邊界長度L1:鱗片長度s:鱗片寬度d:鱗片面積開孔率,Aa元為鱗片上開孔的總面積。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器，其特征在于，所述鱗片結(jié)構(gòu)的輪廓為水滴形，水滴形的輪廓方程為：其中，a是控制水滴的水平寬度的參數(shù)；b是控制水滴的垂直高度的參數(shù)；t是從-1到1的水滴形的鱗片結(jié)構(gòu)的幾何特點包括：開口角θ:水滴底部兩個邊界線之間的夾角，對于參數(shù)化的水滴形狀，夾角大小為水平質(zhì)心Cx:;彎曲度K(t):曲線在某一點處的彎曲程度為4開孔率4an為鱗片上開孔的總面積。片結(jié)構(gòu)的輪廓為正六邊形，正六邊形具有六條等長的邊L,其頂點均勻分布在一個半徑為R開孔率,An為鱗片上開孔的總面積。片結(jié)構(gòu)的厚度沿其表面從中心區(qū)域向邊緣呈現(xiàn)逐漸減小的漸進變化，包括線性漸進變化、Tmax為鱗片中心區(qū)域的最大厚度；k為厚度衰減系數(shù)，用于控制鱗片從中心到邊緣的T(x,y)表示位置(x,y)處的厚度；Tmax表示鱗片中心區(qū)域的最大厚度；Tmia表示鱗片兩個分段邊界，劃分不同的厚度變化區(qū)間，在r≤R?范圍內(nèi)，厚度的變化速率為k?;在5自定義非線性漸進變化：鱗片厚度變化遵循預(yù)設(shè)的自定義非線性變化規(guī)律，包括多項式或自定義的復(fù)雜函數(shù)，漸進公式為：其中，R表示鱗片從中心到邊緣的最遠距離；n為控制變化的速率。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器，其特征在于，每層散熱單元的流體通道中還設(shè)置了導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)流結(jié)構(gòu)用于引導(dǎo)冷卻介質(zhì)在所述散熱單元內(nèi)的流動。6一種多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于熱管理和散熱技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器。背景技術(shù)[0002]隨著電子器件集成度和功率密度的不斷提高，尤其是在高性能計算、芯片設(shè)計和功率模塊等領(lǐng)域，設(shè)備的熱管理問題日益突出。高熱流密度通常會導(dǎo)致設(shè)備局部溫度過高(即“熱點”現(xiàn)象),如果得不到有效管理，過熱將嚴重影響設(shè)備的性能、可靠性和使用壽命。傳統(tǒng)的風(fēng)冷系統(tǒng)已難以滿足高功率密度設(shè)備的散熱需求，因此液冷散熱器逐漸成為解決高熱流密度問題的重要手段。[0003]現(xiàn)有的液冷散熱器設(shè)計主要依賴微通道結(jié)構(gòu)，通過液體流經(jīng)微通道來帶走設(shè)備產(chǎn)生的熱量。然而，單純的微通道結(jié)構(gòu)雖然能夠有效增加換熱面積，但仍然面臨傳熱效率不足也是設(shè)計中的重要考慮因素，需要在提升散熱效果的同時保持結(jié)構(gòu)緊湊，以適應(yīng)更小型化的電子設(shè)備。發(fā)明內(nèi)容[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器。[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：[0006]一種多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器，包括集液腔，所述集液腔為中空腔體，所述集液腔的外殼設(shè)置有進液口和出液口，所述集液腔的內(nèi)部設(shè)置有入口歧管、散熱框架和出口歧管；[0007]所述進液口的一端與入口歧管相連通，另一端與散熱框架相連通；[0008]所述出口歧管的一端與散熱框架相連通，另一端與出液口相連通；[0009]所述散熱框架中設(shè)置有多層散熱單元，每層散熱單元中均設(shè)置有一塊散熱基板；[0010]所述散熱基板上設(shè)置有若干散熱片和若干針翅結(jié)構(gòu)，所述針翅結(jié)構(gòu)垂直排列在所述散熱基板的中間位置，所述散熱片為魚鱗狀的鱗片結(jié)構(gòu)，圍繞所述針翅結(jié)構(gòu)傾斜排列，并且沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸密集；[0011]所述散熱片表面還設(shè)有若干開孔，所述開孔用于允許冷卻介質(zhì)通過。[0012]進一步地，所述針翅結(jié)構(gòu)的直徑以及排布密度沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸增加，高度沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸減小，即靠近進液口一端的針翅結(jié)構(gòu)排列較為稀疏、且高度較[0013]進一步地，所述開孔的大小沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸減小，數(shù)量沿冷卻介質(zhì)流動方向逐漸增多，即靠近進液口的散熱片上的開孔孔徑較大、開孔數(shù)量較少，靠近出液口的散熱片上的開孔孔徑較小、開孔數(shù)量較多。7[0014]進一步地，所述入口歧管設(shè)置有多個分配孔，入口歧管通過多個分配孔與各層散熱單元相連通，所述出口歧管設(shè)置有多個匯流孔，出口歧管通過多個匯流孔與各層散熱單元相連通，所述分配孔以及所述匯流孔的形狀與數(shù)量與所連接的散熱單元相對應(yīng)；所述入口歧管中靠近進液口的分配孔較小，遠離進液口的分配孔則逐漸增大。[0015]進一步地，所述鱗片結(jié)構(gòu)的幾何形狀為扇形，其中間部分向下彎曲，并且整體彎曲度隨徑向距離逐漸增強，彎曲效應(yīng)通過以下幾何參數(shù)定義：[0020]進一步地，所述鱗片結(jié)構(gòu)的幾何形狀為魚鱗形，由橢圓弧線和兩條直線包圍而成，橢圓弧線部分為鱗片尾部，即遠離散熱基板端，鱗片與散熱基板接觸相交，形成兩條直線，兩條直線的交點位于橢圓長軸上，且相對于橢圓長軸對稱，[0024]直線的方程表達式分別為：[0028]魚鱗形的鱗片結(jié)構(gòu)的幾何特點包括：029]夾角θ:兩條直線之間形成的夾角為,表示鱗片的尖銳d鱗片面積8Aa九為購片上開孔的起面積。0041]水平質(zhì)心Cx[0043]彎曲度K(t):曲線在某一點處的彎曲程度為[0044]鱗片面積A總：用數(shù)值積分方法計算水滴的總面積為[0045]開孔率α:為鱗片上開孔的總面積。9[0060]T(x,y)表示位置(x,y)處的厚度；Tmax表示鱗片中心區(qū)域的最大厚度；度的變化速率為k?;在R?<r≤R?范圍內(nèi)，厚度的變化速率為k?;在r>R?范圍體與鱗片及針翅表面的接觸頻率，增加了換熱效率。[0068]本發(fā)明針翅結(jié)構(gòu)分布在每一層散熱片中間，形成一種協(xié)同散熱系統(tǒng)，這種混合設(shè)計使得針翅結(jié)構(gòu)與散熱片的協(xié)同作用能夠更好地散熱，尤其是在流體通過多層結(jié)構(gòu)時，能夠進一步提升整體的換熱能力。[0069]本發(fā)明散熱器采用多層框架設(shè)計，冷卻介質(zhì)能夠依次流經(jīng)每一層的散熱片和針翅結(jié)構(gòu)，每一層協(xié)同散熱系統(tǒng)均獨立參與換熱。這種多層設(shè)計極大地增加了散熱表面積，確保散熱器在體積有限的情況下能夠處理更多熱量，特別是在高功率或高熱流密度的設(shè)備中展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。此外，多層結(jié)構(gòu)能夠有效避免局部過熱現(xiàn)象的產(chǎn)生，使熱量均勻地分散到每一層，進一步增強散熱器的整體性能。[0070]本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，適應(yīng)性強，能夠通過調(diào)整散熱片以及開孔的各種特征參數(shù)優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)的緊湊性以適應(yīng)不同熱源和散熱需求的應(yīng)用場景，提高熱管理能力。附圖說明[0071]圖1是本發(fā)明的集液腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視示意圖；[0072]圖2是本發(fā)明的多層散熱單元的結(jié)構(gòu)示意圖；[0073]圖3是本發(fā)明的扇形輪廓散熱片示意圖；[0074]圖4是本發(fā)明的魚鱗形輪廓散熱片示意圖；[0075]圖5是本發(fā)明的水滴形輪廓散熱片示意圖；[0076]圖6是本發(fā)明的六邊形輪廓散熱片示意圖；具體實施方式[0078]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步進行描述。[0079]實施例1:本發(fā)明實施例提供了一種多層式漸進開孔魚鱗-針翅混合散熱器，如圖1和圖2所示，主要包括集液腔，集液腔為中空腔體，集液腔的外殼設(shè)置有進液口和出液口，集液腔的內(nèi)部設(shè)置有入口歧管、散熱框架和出口歧管；[0080]進液口的一端與入口歧管相連通，另一端與散熱框架相連通；[0081]出口歧管的一端與散熱框架相連通，另一端與出液口相連通；[0082]散熱框架中設(shè)置有多層散熱單元，每層散熱單元中均設(shè)置有一塊散熱基板1;[0083]散熱基板1上設(shè)置有若干散熱片4和若干針翅結(jié)構(gòu)6,針翅結(jié)構(gòu)6垂直排列在散熱基板的中間位置，散熱片4為魚鱗狀的鱗片結(jié)構(gòu)，每一片散熱片4都是散熱單元中的一塊鱗片，散熱片4在散熱基板1上圍繞針翅結(jié)構(gòu)6傾斜排列，與散熱基板1之間成一定傾斜角度，傾斜方向為冷卻介質(zhì)流動方向，夾角一般在0°~90°之間，具體的夾角大小可以根據(jù)散熱片4的排布密度進行調(diào)整。[0084]如圖1或圖2所示，本實施例中針翅結(jié)構(gòu)6高度、大小一致，成隊列均勻排列在每層散熱基板1中間位置。其中，針翅結(jié)構(gòu)的主要作用在于打破冷卻液體或氣體在流動過程中形成的邊界層效應(yīng)，通過針翅結(jié)構(gòu)的擾流效應(yīng)，促使流體從層流狀態(tài)過渡為湍流狀態(tài)，顯著提升冷卻流體與散熱表面之間的換熱效率。11[0085]在其它一些實施例中，針翅結(jié)構(gòu)的直徑和高度可以根據(jù)流體流動速度與湍流效應(yīng)進行優(yōu)化設(shè)計，其并不局限于均勻分布，還可以是其它的分布形式，如隨機分布、放射狀分布等。此外，針翅結(jié)構(gòu)的形態(tài)同樣不限定于全部一致，對于同一層散熱單元的針翅結(jié)構(gòu)，大一實施例中，針翅結(jié)構(gòu)沿著冷卻介質(zhì)的流動方向(即散熱方向)在直徑以及排布密度上逐漸減少流體阻力，使流體能夠順暢地進入散熱器，而靠近出液口一端的針翅結(jié)構(gòu)排列較為密而提高散熱效率。這種漸變的設(shè)計同時也是考慮了散熱片在出口處更密集的特點，通過優(yōu)化針翅結(jié)構(gòu)的排列和形態(tài)，在散熱片密集區(qū)，針翅結(jié)構(gòu)排列更緊密，最大化了流體與散熱表面的接觸面積，以達到更好的散熱效果。[0086]散熱片4表面設(shè)有若干開孔5,用于冷卻介質(zhì)通過，其中，冷卻介質(zhì)可以是純水、去離子水、乙二醇水溶液或其它高熱導(dǎo)率液體，也可以是空氣。開孔5的大小根據(jù)散熱片4的排布進行優(yōu)化調(diào)整，孔徑從進液口的一端至出液口的一端依次遞減，數(shù)量依次增多?？拷M液口的開孔5較大，能夠降低冷卻介質(zhì)的初始流動阻力，使其更好的流動至后方的散熱片，隨著冷卻介質(zhì)進入散熱片密集區(qū)域后，開孔5逐漸減小，增加冷卻介質(zhì)與散熱片以及散熱基板的接觸時間，同時冷卻介質(zhì)與散熱片的熱傳導(dǎo)效率也會更高。[0087]散熱器入口歧管設(shè)置有多個分配孔，入口歧管通過多個分配孔與各層散熱單元相連通；出口歧管設(shè)置有多個匯流孔，出口歧管通過多個匯流孔與各層散熱單元相連通；分配孔以及匯流孔的形狀與數(shù)量與所連接的散熱單元相對應(yīng)，可以根據(jù)各層冷卻介質(zhì)的流量需求進行調(diào)整。[0088]參考圖1中的俯視結(jié)構(gòu)，其中集液腔的左側(cè)外殼上開設(shè)有進液口，右側(cè)外殼開設(shè)有出液口，進液口相通部分即為入口歧管，負責(zé)將冷卻介質(zhì)從入口均勻分配至多層獨立的散熱單元，出液口相通部分即為出口歧管。冷卻介質(zhì)通過進液口進入到集液腔內(nèi)部，并通過入口歧管的分配依次流經(jīng)散熱基板和散熱基板表面設(shè)置的散熱片，最終通過出口歧管匯聚到出液口流出。[0089]入口歧管中分配孔的尺寸根據(jù)每層的冷卻需求逐層調(diào)節(jié)，靠近進液口處的分配孔較小，以減少流量，遠離進液口的分配孔則逐漸增大，以補償液體流量的損失，從而確保冷卻介質(zhì)能夠均勻分配到每一層散熱單元中。在其它實施例中，分配孔的數(shù)量以及大小可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整，使流向每一層散熱單元的冷卻介質(zhì)盡可能的均勻。[0090]參照圖2,本實施例中集液腔內(nèi)的散熱框架為多層結(jié)構(gòu)，散熱框架中設(shè)置有多層散熱單元，而每一層散熱單元均包括一塊散熱基板1以及設(shè)置在表面的散熱片4和針翅結(jié)構(gòu)6,其中最下層的散熱單元設(shè)置在集液腔的底板3上，最上層的散熱單元通過蓋板2進行封頂，中間部分的散熱單元其上下兩面則是相鄰散熱單元的散熱基板1。[0091]散熱基板1上的散熱片4的排布如圖1和圖2所示，成非重疊相互交錯的陣列排布，散熱片4的形狀呈魚鱗狀，并且作為魚鱗狀排布中的散熱片4,其排布的數(shù)量從進液口方向到出液口方向逐漸增加，散熱片4的排列逐步密集，在靠近進液口的位置，由于冷卻介質(zhì)溫度較低，換熱需求相對較小，因此散熱片的分布密度較低，而在靠近出液口的位置，冷卻介質(zhì)已經(jīng)吸收了較多的熱量，溫度較高，換熱需求增大，因此散熱片的分布密度也相應(yīng)增加，如采用相鄰散熱片4投影部分重疊的排布方式，通過縮小每一個散熱片4與散熱基板1連接情況下能夠?qū)崿F(xiàn)不顯著影響冷卻介質(zhì)的流體流動[0093]而本實施例中采用的非重疊設(shè)計則是更適合需要優(yōu)化冷卻介質(zhì)流體流動的場景，[0094]在其它一些實施方式中，散熱片的排列方式還包括隨機分布排列(散熱片在散熱[0102]鱗片厚度采用指數(shù)變化形式，厚度的變化在靠近邊緣時更顯著,靠近中心時變化[0105]將鱗片表面劃分為若干區(qū)域，鱗片厚度在不同的距離范[0107]T(x,y)表示位置(x,y)處的厚度；Tmax表示鱗片中心區(qū)域的最大厚度；度的變化速率為k?;在R?<r≤R?范圍內(nèi)，厚度的變化速率為k?;在r>R?范圍[0109]鱗片厚度變化遵循預(yù)設(shè)的自定義非線性變化規(guī)律，可以是多項式或其他復(fù)雜函介質(zhì)流入并與其充分接觸，這種設(shè)計確保了冷卻介質(zhì)能夠更均勻地分布在開孔5以及散熱片4間隙所構(gòu)成的微通道內(nèi)，且開孔5的孔徑可根據(jù)流體路徑逐漸變化，能的流動路徑，避免形成死區(qū)或局部過熱區(qū)域，確保冷卻介質(zhì)在整[0117]本發(fā)明在散熱基板1的中心部分還設(shè)置有針翅結(jié)構(gòu)6,針翅結(jié)構(gòu)6垂直排列在每一[0119]實施例2:參照圖3,本實施例提供一種扇形散熱片7,扇形散熱片7為彎曲的扇形曲[0125]實施例3:參照圖4,本實施例提供一種魚鱗形散熱橢圓長軸對稱，[0138]開孔率α:,魚鱗形鱗片最終開孔率,魚鱗形鱗片最終開孔率[0146]水平質(zhì)心Cx[0148]彎曲度K(t):曲線在某一點處的彎曲程度為[0149]鱗片面積A:用數(shù)值積分方法計算水滴的總面積為[0151]如圖5所示，本實施例中，開孔為圓形小孔，,水滴形鱗片最終開孔率為[0152]實施例5:參照圖6,本實施例提供一種正六邊形散熱片10,正六邊形散熱片10的形狀為正六邊形，正六邊形具有六條等長的邊L,其頂點均勻分布在一個半徑為R的圓上，正六邊形的頂點方程為：[0155]正六邊形的鱗片結(jié)構(gòu)的幾何特點包括：[0157]開孔率α:為鱗片上開孔的總面積；[0158]如圖6所示，本實施例中，正六邊形鱗片最終開孔率為[0159]可理解地，上述實施例2至5主要在于對散熱片的形狀輪廓進行描述，為了保持描述的連貫性和完整性，關(guān)于散熱器的其他部分(如集液腔、散熱基板、散熱片排布、厚度等)的描述可參考實施例1,本實施例不做贅述。[0160]實施例2至5中提供了四種具體的散熱片結(jié)構(gòu)，分別是扇形散熱片7、魚鱗形散熱片水滴形散熱片9和正六邊形散熱片10則是平面結(jié)構(gòu)，這些特殊的平面結(jié)構(gòu)散熱片經(jīng)過魚鱗狀的排列同樣具備優(yōu)化流體流動性的效果，并且相對于曲面散熱片來說，其制造成本更低，制造工藝也相對簡單，更適合大批量的生產(chǎn)。[0161]需要說明的是，在實際應(yīng)用中，本發(fā)明中散熱片的幾何輪廓并不局限于上述實施例中所列舉的特定形狀，還可以是橢圓形、扇形、正弦函數(shù)弧形或其它具有一定曲率的幾何[0162]并且，散熱片上所開設(shè)的開孔也包括多種設(shè)定，具體包括但不限于圓形、橢圓形、多邊形、星形、以及其他不規(guī)則形狀，每種開孔形狀可以根據(jù)實際散熱需求進行選擇和設(shè)呈橢圓形，長軸和短軸分別為Pi和qi;多邊形開孔：如三角形、六邊形等，可以優(yōu)化