谷研究 l 散热器中的微通道学问

打印微通道散热器方面,3D科学谷曾介绍过国际上Ebullient LLC正在开发的冷却解决方案,散热器模块的冷却剂通道可以通过3D打印技术直接形成在移动设备的电路板上。当然,3D打印还可以直接将冷却剂通道打印在移动设备的处理器,存储器模块或其他电子组件上。

本期,3D科学谷将通过两个案例与谷友一起了解国内3D打印微通道散热器的情况。

微通道

 

根据百度百科,微通道,也称为微通道换热器,就是通道当量直径在10-1000μm的换热器。这种换热器的扁平管内有数十条细微流道,在扁平管的两端与圆形集管相联。集管内设置隔板,将换热器流道分隔成数个流程。

微通道换热器按外形尺寸可分为微型微通道换热器和大尺度微通道换热器。

微型微通道换热器是为了满足电子工业发展的需要而设计的一类结构紧凑、轻巧、高效的换热器,其结构形式有平板错流式微型换热器、烧结网式多孔微型换热器。

大尺度微通道换热器主要应用于传统的工业制冷、余热利用、汽车空调、家用空调、热泵热水器等。其结构形式有平行流管式散热器和三维错流式散热器。由于外型尺寸较大(达1.2m×4m×25.4mm[13]),微通道水力学直径在0.6~1mm以下,故称为大尺度微通道换热器。

block 大功率激光器的散热

根据成都三鼎日新激光科技有限公司,目前大功率激光器的传统散热装置一般分为直接风冷散热和宏通道水冷热沉两种,直接 风冷散热装置中,空气与散热片之间的对流面积小,散热效果不理想;而对于宏通道水冷热 沉传统制造方式多为机械加工、等离子刻蚀、焊接等方式,会使得通道壁面不平整、增加额 外热阻、发生流体泄漏,导致大功率激光器散热效率低、密封性和可靠性差;再者利用传统 加工方式难以成形能够满足芯片散热需求的复杂结构,以上几种因素大大限制了大功率激光
器的发展。

根据3D科学谷的市场研究,在大功率激光器的散热方面,成都三鼎日新激光科技设计了一种翅片式微通道梭形散热器,解决了以往散热效率低、密封性和可靠性差等问题。 采用激光3D打印成型技术保证了梭形散热器的无失真性,使得内部微通道壁面平整,从而可得到结构更为优化的微通道散热器。此外,采用掺有稀土元素镍基合金粉末,制成实体硬度及耐腐蚀性能高于传统铜或铝材,获得更长的使用寿命。

block 基于变压器的电源转换器的散热

根据克兰电子,许多电磁设备或部件在使用期间产生热,并且需要冷却以保持设备或周围环境的温度足够低。某些设备(包含变压器和电感器)包含产生需要消散的大量热的载流绕组。然而,由于这些绕组通常紧密缠绕并且可能涂覆有绝缘材料,因此在内部产生的热必须横跨数个绝缘层传递,传递通过芯体材料(其可以展现不良热导率)或沿着绕组传导路径传递并传递到连接到设备的布线中或高压线与总线的连接中。这些热流路径均不是特别有效的。

当电磁设备在高功率电平下操作时,散热变得越来越重要。由这些设备产生的高温限制了设备可以在其下操作的功率电平。因此,此类温度限制还可不利地影响包含电磁设备的装备的体积和重量性能。在高环境温度下操作的高功率密度的装备中或者在其中需要有效冷却的应用中(例如在航空航天应用中)尤其如此。已知散热器用于冷却电子装备,但通常仅用于将热从电磁设备的暴露表面去除。

根据3D科学谷的市场研究,克兰电子采用3D打印技术制造散热器元件,与传统机加工工艺相比,由3D打印过程产生的表面粗糙度对流体产生更高热传递速率。此外,在某些线性流体速度和粘度下,粗糙表面产生较低摩擦,因此在流体冷却系统中产生较低压力损失。

此外,3D打印散热器元件具有比由常规方法(例如铸造和/或钎焊)生产的散热器元件高得多的密度。因此,3D打印散热器元件中的孔隙率较少受到关注。并且,3D打印的散热器元件的壁可以设计成比使用常规方法制造的散热器元件的壁更薄,并且3D打印的散热器元件更紧凑,更小巧。根据3D科学谷的市场研究,3D打印的散热器元件的冷却通道可以与其它部件进行冷却的微通道散热器串联连接在一起,节约了零件数量避免了焊接的需要。

参考资料:CN204858267U,CN107210117A

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