CN106500532A - 一种螺旋式微通道换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机载环控领域，具体涉及一种螺旋式微通道换热器。目前的微通道散热器多采用方形的结构，在低速运行环境下可以满足换热需求，但在机载加速度环境下，冷却流体偏向一侧，出现流动缓慢，散热器有效空间减小的现象，造成事故多发。本发明的螺旋式微通道换热器，包括顶部盖板、换热板片一、换热板片二和底部盖板二，所述换热板片一和换热板片二在一侧表面有腐蚀加工的肋片，构成流体一的螺旋式微通道。实现了流体之间热量的高效传递，并有效降低了加速度对换热器性能的影响。

Description

一种螺旋式微通道换热器
技术领域
本发明属于机载环控领域，具体涉及一种螺旋式微通道换热器。
背景技术
随着机载电子设备的快速发展，近年来整机的热载荷也大幅提升，由最初的十几个千瓦增加至目前的80～300kW左右，后续的发展还有快速提升的趋势。而传统的换热设备结构却没有改变，如板翅式和列管式。板翅式液冷和列管式液冷的换热效果虽然比强迫风冷提高了一个量级，但受限于热载荷大、传热温差小、液冷热阻大、换热系数提升有限等问题，使得大功率下的换热设备体积、重量越来越大，系统功效比未见提高。同时，实验及使用情况表明，在机载加速度环境下，在传统的列管式、板翅式换热器中，流体受加速度影响会发生流场分布不均匀的现象，导致换热条件恶化，影响换热器的性能。
微通道散热器是针对高热流密度微电子的散热问题而提出的微型化散热设备，并随着微加工技术的成熟而逐渐发展起来。微通道换热器的散热性能高，约为强制水冷的100倍，强制风冷的1000倍，同时微通道换热器还具有结构紧凑、换热效率高、传热温差小、工质充注量小、耐压性好等优点，因而在电子冷却中越来越得到重视和发展。
集成式微通道换热器利用现有精密加工技术，使微通道技术用于大功率换热成为可能，将产品体积换热比大幅提高，具有高效率、可靠性高、传热温差小的特点，可以广泛应用于机载各类传热介质的冷却。
目前的微通道散热器多采用方形的结构，在低速运行环境下可以满足换热需求，但在机载加速度环境下，冷却流体偏向一侧，出现流动缓慢，散热器有效空间减小的现象，造成事故多发。
发明内容
本发明提供了一种可用于机载加速度环境下的螺旋式微通道换热器，结合了板翅式、板式、螺旋板式、微通道等几类换热器的优点，实现了流体之间热量的高效传递，并有效降低了加速度对换热器性能的影响。
本发明的一种螺旋式微通道换热器，用于航空航天的机载加速度环境，该换热器包括顶部盖板、换热板片一、换热板片二和底部盖板二，其中，所述顶部盖板具有流体一的入口和出口，所述换热板片一在一侧表面有腐蚀加工的肋片，构成流体一的螺旋式微通道，顶部盖板覆盖在换热板片一上并将所述螺旋式微通道密封；所述换热板片二在一侧表面有腐蚀加工的肋片，构成流体二的螺旋式微通道，与所述换热板片一连接后将其螺旋式通道密封；所述底部盖板具有流体二的入口和出口，覆盖所述换热板片二并连接。
进一步地，所述换热板片一的螺旋式通道由板片中心螺旋流出至板片外侧；所述换热板片二的螺旋式通道由板片外侧螺旋进入板片中心。
进一步地，包括多个交替安装的换热板片一和换热板片二。
进一步地，所述换热板片一和换热板片二由多层腐蚀加工而成，分别与顶部盖板和底部盖板二真空扩散连接。
进一步地，所述换热板片一和换热板片二采用近似圆形结构，
进一步地，整体采用真空扩散焊连接。
进一步地，所述换热板片一和换热板片二的厚度0.5mm，肋高0.3mm，微通道宽度0.3mm。
有益效果：结合了板翅式、板式、螺旋板式、微通道等几类换热器的优点，流体纯逆流布置，实现了流体之间热量的高效传递，并有效降低了加速度对换热器性能的影响。
附图说明
图1为本发明螺旋式微通道换热器的外部接口示意图；
图2为本发明螺旋式微通道换热器芯体结构分解示意图；
图3为换热板片一的流道示意图；
图4为换热板片二的流道示意图；
图5为微通道结构尺寸示意图。
其中，1-顶部盖板，2-换热板片一，3-换热板片二，4-底部盖板二
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述，请参阅说明书附图。
该发明的换热器为近似圆柱状结构，芯体由两种流体不同的换热板片一2、换热板片二3及顶部盖板1和底部盖板4组成，两种流体的换热板片交错排列，根据换热量的需求大小布置不同的层数，流体的进出口位置均设置了两种流体分流结构，避免两种流体串流。上下侧设置侧板，以保证芯体密封和具有一定的强度。流体的进出口管道可根据需求的型式进行设计，用氩弧焊接的方式与芯体固定连接。
图3和图4为两种不同流体的换热板片示意图。流体由进口进入板片后，流入以较宽的通道，在该通道中，设置若干肋片，肋片与肋片之间形成微通道结构。流体一由圆心位置进入芯体通道，则沿顺时针方向旋转流动，由出口流出。流体二由外侧进口进入芯体通道，则沿逆时针方向旋转流动，由设置于圆心位置的出口流出。两种流体形成良好的逆流换热效果。
图5为典型的微通道尺寸结构示意图。板片厚度0.5mm，肋高0.3mm，微通道宽度0.3mm。该通道由腐蚀加工而成。
该发明的换热器芯体结构在板片和侧板加工完成后，可以采用真空扩散连接的方式整体焊接而成。

Claims (7)

1.一种螺旋式微通道换热器，用于航空航天的机载加速度环境，其特征在于：该换热器包括顶部盖板(1)、换热板片一(2)、换热板片二(3)和底部盖板二(4)，其中，所述顶部盖板(1)具有流体一的入口和出口，所述换热板片一(2)在一侧表面有腐蚀加工的肋片，构成流体一的螺旋式微通道，顶部盖板(1)覆盖在换热板片一(2)上并将所述螺旋式微通道密封；所述换热板片二(3)在一侧表面有腐蚀加工的肋片，构成流体二的螺旋式微通道，与所述换热板片一(2)连接后将其螺旋式通道密封；所述底部盖板(4)具有流体二的入口和出口，覆盖所述换热板片二(3)并连接。
2.根据权利要求1所述的螺旋式微通道换热器，其特征在于：所述换热板片一(2)的螺旋式通道由板片中心螺旋流出至板片外侧；所述换热板片二(3)的螺旋式通道由板片外侧螺旋进入板片中心。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋式微通道换热器，其特征在于：包括多个交替安装的换热板片一(2)和换热板片二(3)。
4.根据权利要求3所述的螺旋式微通道换热器，其特征在于：所述换热板片一(2)和换热板片二(3)由多层腐蚀加工而成，分别与顶部盖板(1)和底部盖板二(4)真空扩散连接。
5.根据权利要求4所述的螺旋式微通道换热器，其特征在于：所述换热板片一(2)和换热板片二(3)采用近似圆形结构，
6.根据权利要求4所述的螺旋式微通道换热器，其特征在于：整体采用真空扩散焊连接。
7.根据权利要求4所述的螺旋式微通道换热器，其特征在于：所述换热板片一(2)和换热板片二(3)的厚度0.5mm，肋高0.3mm，微通道宽度0.3mm。
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