本發(fā)明涉及換熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微通道冷卻器。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體精細(xì)化加工制作技術(shù)的迅速發(fā)展，以此為技術(shù)基礎(chǔ)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加工工藝也日漸成熟，并在軍事、醫(yī)療、航空航天、化學(xué)生物工程、材料科學(xué)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在MEMS系統(tǒng)中，廣泛存在著與流體流動(dòng)換熱相關(guān)的微通道器件或設(shè)備，微通道器件具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、效率高等方面的優(yōu)勢(shì)并且也滿足了設(shè)備精細(xì)化的要求。

但是傳統(tǒng)的微通道換熱設(shè)備為了滿足設(shè)備微型化、封裝集成化的要求，其特征尺寸通常在微米至毫米量級(jí)，此類微通道的特征尺寸較小，流體在微通道中流動(dòng)時(shí)由于流體與微通道之間接觸的比表面積較大，增加了流體與微通道內(nèi)壁之間的粘滯阻力。從而，增加了驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)的泵的功消耗，同時(shí)也帶來(lái)了由于驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)的壓力過大導(dǎo)致微通道器件容易破裂的安全隱患。

因此，如何改善微通道內(nèi)壁的表面性能，降低微通道內(nèi)的流體流動(dòng)的阻力，已成為裝置微型化應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種微通道冷卻器，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，可以調(diào)節(jié)微通道內(nèi)表面的局部潤(rùn)濕特性，降低流體與壁面之間的粘滯阻力，并且增強(qiáng)換熱性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種微通道冷卻器，包括微通道本體，所述微通道本體的一端設(shè)置有流體入口，另一端設(shè)置有流體出口；所述微通道本體的內(nèi)壁上還布置有若干條超疏水微結(jié)構(gòu)層。

可選的，所述微通道本體采用高導(dǎo)熱材料制成。

可選的，所述微通道本體采用硅、銅、鋁或合金鋼制成。

可選的，所述超疏水微結(jié)構(gòu)層是通過在所述微通道本體的內(nèi)壁上進(jìn)行機(jī)械刻蝕、等離子體刻蝕、激光刻蝕或化學(xué)刻蝕，并通過含氟溶液進(jìn)行表面改性所制備形成的具有微納結(jié)構(gòu)的粗糙表面。

可選的，所述超疏水微結(jié)構(gòu)層的潤(rùn)濕角為120°-160°。

可選的，所述超疏水微結(jié)構(gòu)層交替布置在所述微通道本體內(nèi)壁的各個(gè)壁面上。

可選的，所述超疏水微結(jié)構(gòu)層呈類螺旋型交替布置在所述微通道本體內(nèi)壁的各個(gè)壁面上。

可選的，所述超疏水微結(jié)構(gòu)層間隔布置在所述微通道本體的內(nèi)壁底面。

可選的，所述超疏水微結(jié)構(gòu)層的潤(rùn)濕角沿著流體的流動(dòng)方向逐漸呈梯度降低。

可選的，還包括有親水微結(jié)構(gòu)層，所述親水微結(jié)構(gòu)層和所述超疏水微結(jié)構(gòu)層交替布置。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

微通道本體的內(nèi)壁上布置有超疏水微結(jié)構(gòu)層，降低流體與內(nèi)壁表面之間的直接接觸，為此可以降低流體與壁面之間的粘滯阻力；

超疏水微結(jié)構(gòu)層交替布置在所述微通道本體內(nèi)壁的各個(gè)壁面上，一方面，流體與超疏水微結(jié)構(gòu)層接觸時(shí)會(huì)降低流體與壁面之間的粘滯阻力；另一方面，由于局部潤(rùn)濕特性的不同會(huì)造成流體局部流動(dòng)速度的增加及流體的擾動(dòng)，為此可以在降低流動(dòng)阻力的同時(shí)強(qiáng)化對(duì)流換熱。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一微通道冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為超疏水微結(jié)構(gòu)層呈類螺旋型交替布置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例二微通道冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例三微通道冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例四微通道冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為微通道本體，2為超疏水微結(jié)構(gòu)層，3為親水微結(jié)構(gòu)層，11為流體入口，12為流體出口。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種微通道冷卻器，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，可以調(diào)節(jié)微通道本體內(nèi)壁表面的局部潤(rùn)濕特性，降低流體與壁面之間的粘滯阻力，并且增強(qiáng)換熱性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一、

本實(shí)施例提供一種微通道冷卻器，如圖1所示，包括微通道本體1，微通道本體1的一端設(shè)置有流體入口11，另一端設(shè)置有流體出口12；微通道本體1的內(nèi)壁上還設(shè)置有若干超疏水微結(jié)構(gòu)層2。

形成超疏水微結(jié)構(gòu)層2的核心技術(shù)是表面超疏水處理技術(shù)，通過改變材料表面的形貌特征和表面能的大小，來(lái)影響表面的接觸狀態(tài)及潤(rùn)濕特性，進(jìn)而能夠有效的降低微通道內(nèi)流體流動(dòng)的阻力。超疏水微結(jié)構(gòu)層2的形成需要滿足兩個(gè)基本的條件：物質(zhì)表面具有微觀粗糙結(jié)構(gòu)及較低的表面自由能；本實(shí)施例中通過機(jī)械刻蝕、等離子體刻蝕、激光刻蝕、化學(xué)刻蝕或者其他刻蝕方式，在微通道本體1的內(nèi)壁表面進(jìn)行剝離或去除材料，形成具有微納結(jié)構(gòu)的粗糙表面；然后再通過配備一定比例和組分的表面能較低的含氟溶液，例如氟硅烷等的多組分溶液，對(duì)具有微納結(jié)構(gòu)的粗糙表面進(jìn)行表面改性，最后形成具有超疏水特性的超疏水微結(jié)構(gòu)層2。超疏水微結(jié)構(gòu)層2能夠捕獲一層微納米級(jí)別的空氣，降低流體與內(nèi)壁表面之間的直接接觸，為此可以降低流體與壁面之間的粘滯阻力。

微通道本體1的內(nèi)壁表面通過超疏水處理，流體流動(dòng)的阻力會(huì)降低。然而，超疏水微結(jié)構(gòu)層2的微納結(jié)構(gòu)中滯留的空氣薄層會(huì)降低微通道本體1的冷卻特性。因此，本實(shí)施例中超疏水微結(jié)構(gòu)層2交替布置在微通道本體1內(nèi)壁的各個(gè)壁面上，一方面，流體與超疏水微結(jié)構(gòu)層2接觸時(shí)會(huì)降低流體與壁面之間的粘滯阻力；另一方面，由于局部潤(rùn)濕特性的不同會(huì)造成流體局部流動(dòng)速度的增加及流體的擾動(dòng)，為此可以在降低流動(dòng)阻力的同時(shí)強(qiáng)化對(duì)流換熱；超疏水微結(jié)構(gòu)層2的條紋寬度、相鄰條紋之間的距離，可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且超疏水微結(jié)構(gòu)層2也可以如圖2所示，呈類螺旋型交替布置在微通道本體1內(nèi)壁的各個(gè)壁面上。

超疏水微結(jié)構(gòu)層2的潤(rùn)濕角控制在120°-160°的范圍內(nèi)，從而可以確保其超疏水性能；而且超疏水微結(jié)構(gòu)層2的潤(rùn)濕角沿著流體的流動(dòng)方向逐漸呈梯度降低，以實(shí)現(xiàn)流體的自驅(qū)動(dòng)流動(dòng)，降低驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)所需的泵功。

微通道本體1采用硅、銅、鋁或合金鋼等高導(dǎo)熱材料制成，也能提高微通道冷卻器的換熱性能。

實(shí)施例二、

本實(shí)施例為在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的實(shí)施例，其與實(shí)施例一的不同之處僅在于超疏水微結(jié)構(gòu)層2的布置方式，如圖3所示，超疏水微結(jié)構(gòu)層2間隔布置在微通道本體1的內(nèi)壁底面。

實(shí)施例三、

本實(shí)施例為在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的實(shí)施例，其與實(shí)施例一的不同之處僅在于超疏水微結(jié)構(gòu)層2的布置方式，如圖4所示，超疏水微結(jié)構(gòu)層2布置在微通道本體1的整個(gè)內(nèi)壁底面，潤(rùn)濕角沿著流體的流動(dòng)方向逐漸呈梯度降低，從而可以實(shí)現(xiàn)流體的自驅(qū)動(dòng)流動(dòng)，降低驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)所需的泵功。

實(shí)施例四、

本實(shí)施例為在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的實(shí)施例，如圖5所示，其與實(shí)施例一的不同之處僅在于還包括有親水微結(jié)構(gòu)層3，親水微結(jié)構(gòu)層3和超疏水微結(jié)構(gòu)層2交替布置；可以克服微通道本體1的內(nèi)壁表面完全經(jīng)過疏水處理所帶來(lái)的換熱性能的惡化以及完全通過親水處理所帶來(lái)的流動(dòng)阻力的顯著增加。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。