CN106879227A - 一种微通道换热器及流动换热实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微通道换热器及流动换热实验装置。该微通道换热器，其特征是：至少包括：上盖板、下盖板，上盖板和下盖板上分别加工有3个流道和个流道的入口和出口，第一流道、第二流道以及第三流道；第一流道、第二流道以及第三流道均由两个Y型流道组成，流道和流道是将Y字分叉端相接而成，流道是将Y的未分叉端相接而成，流体在第一流道、第二流道以及第三流道的流动时，入口和出口的流动方向是垂直的。本发明具有散热性好、能使高热流密度的电子设备保持均匀温度等特点。

Description

一种微通道换热器及流动换热实验装置

技术领域

本发明涉及微通道散热、液态金属散热领域，具体涉及一种微通道换热器及流动换热实验装置。

背景技术

随着微机电系统和超大规模集成电路等技术的迅速发展，电子设备的体积越来越小，而功率和集成度却大幅度提高，高热流密度的产生成为了一种不可抗拒的趋势，如果不能迅速带走这些热量，电子器件将会由于高温而不能正常工作，甚至烧毁，散热效果除了要保证电子产品的温度较低外，还需降低电子产品各器件间的温差。传统的散热方式已经不能满足高负荷电子器件的散热要求。为此，需要一些新型的散热结构或冷却介质来解决高热流密度的电子设备中的散热问题。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种散热性好、能使高热流密度的电子设备保持均匀温度的微通道换热器及流动换热实验装置。

本发明的目的是这样实现的，一种微通道换热器，其特征是：至少包括：上盖板、下盖板，上盖板和下盖板上分别加工有3个流道和个流道的入口和出口，第一流道、第二流道以及第三流道；第一流道、第二流道以及第三流道均由两个Y型流道组成，流道和流道是将Y字分叉端相接而成，流道是将Y的未分叉端相接而成，流体在第一流道、第二流道以及第三流道的流动时，入口和出口的流动方向是垂直的。

所述上盖板上有第一流道的四个出口，分别是第一流道第一出口, 第一流道第二出口, 第一流道第三出口, 第一流道第四出口；四个出口分别间隔分布在第一流道的Y字分叉端口垂直上端；

上盖板上有第三流道的四个出口，分别是第三流道第一出口, 第三流道第二出口, 第三流道第三出口第三流道第四出口；四个出口也分别间隔分布在第三流道的Y字分叉端口垂直上端；第三流道的四个出口和第一流道的四个出口以第二流道的第二流道入口对称分布。

所述下盖板上有第一流道的两个入口，分别是第一流道第一入口和第一流道第二入口；第一流道第一入口和第一流道第二入口分别在上述第一流道两个Y型流道的Y字下端口；

下盖板上有第三流道的两个入口，分别是第三流道第一入口和第三流道第二入口；第三流道第一入口和第三流道第二入口分别在上述第三流道两个Y型流道的Y字下端口；

下盖板上有第二流道的8个出口，分别是第二流道第一出口, 第二流道第二出口,第二流道第三出口，第二流道第四出口，第二流道第五出口, 第二流道第六出口, 第二流道第七出口, 第二流道第八出口；第二流道第一出口, 第二流道第二出口,第二流道第三出口,第二流道第四出口和第二流道第五出口, 第二流道第六出口, 第二流道第七出口, 第二流道第八出口分布在下盖板的两侧对称分布。

一种微通道换热器的流动换热实验装置，包括蠕动泵、测试配件单元、辐射器、液体供应箱、液体冷却箱、加热单元，差压变送器，温度测量采集单元以及计算单元，测试配件单元包括分流器、汇流器及加载有热源的微通道换热器，分流器和汇流器分别通过管路连接加载有热源的微通道换热器，所述的液体供应箱分别通过蠕动泵、第一止流阀和流量计到测试配件单元入口，液体供应箱中的冷却液体在蠕动泵的驱动下流经第一止流阀和流量计注入测试配件单元，经过测试配件单元的分流器从5个入口流入带热源的加载有热源的微通道换热器中，分流器四个出口的液体通过测试配件单元的汇流器的出口流出测试区，再经过辐射器流至液体冷却箱，在液体供应箱和液体冷却箱之间通过管道及第二止流阀连接；第二止流阀控制流体从流体冷却箱流到液体供应箱实现循环。

所述的在测试配件单元、液体供应箱、液体冷却箱、汇流器、加载有热源的微通道换热器、管道分别有温度传感器，温度传感器的输出信号端与数据采集仪接口电连接；数据采集仪通过接口与计算单元电连接；在测试配件单元还配置连接有差压变送器，工作时，开启加热单元，将加载的热流密度调节到设定值，待差压变送器和温度采集系统的数据稳定后，读取各个温度值以及压力值；流体流经加载有热源的微通道换热器后，温度会升高，通过辐射器后，热量会散失一大部分，为了确保其温度降低到入口温度，使流体通到流体冷却箱，测量液体冷却箱中液体的温度，待其温度降至入口温度时，开启第二止流阀，使得流体冷却箱中的液体流到流体供应箱中。

所述测试配件单元还包括一夹具，夹具包括盖板和基板，微通道换热器固定在之间，基板上加工一个与微通道换热器相同的大小的凹槽，基板的腔壁有第一圆孔、第二圆孔、第三圆孔、第四圆孔、第五圆孔、第六圆孔、第七圆孔、第八圆孔以及第九圆孔；将微通道换热器嵌入凹槽内，并且使得第一流道第一入口与基板的第三圆孔相接，第一流道的第二入口与基板的第九圆孔相接，第二流道的入口与基板的第四圆孔相接，第三流道的第一入口与基板的第一圆孔相接，第二入口与基板的第七圆孔相接，第一流道的第一出口、第二出口、第三出口以及第四出口通过集流槽集流后与基板的第五圆孔相接，第二流道的第一出口、第二出口、第三出口以及第四出口与基板的第二圆孔相接，第二流道的第五出口、第六出口、第七出口以及第八出口与基板的第八圆孔相接，第三流道的第一出口、第二出口、第三出口以及第四出口与基板的第七圆孔相接；用螺钉将盖板与基板紧密连接。

所述分流器包括5个支流管，分别是第一分流器支流管、第二分流器支流管、第三分流器支流管、第四分流器支流管、第五分流器支流管；5个支流管分别与微通道换热器本体入口处接的第一支管、第二支管、第三支管, 第四支管，第五支管连接；总出口是一根管子，这样流体从一个总管流入。

所述汇流器包括四个出口，第一分管、第二分管、第三分管、第四分管，流体从微通道换热器本体的第二小管、第四小管、第六小管、第八小管流入，微通道换热器本体的第二小管与汇流器的第四分管相通，第四小管与第二分管相通，第六小管与第一分管相通，第八小管与第三分管相通；这样，流体在微通道中进行流动换热后由支管流入到汇流器中，由总管流出。

本发明的优点是：

1、Y型流道是一种典型的降压流道，采用Y型流道设计可以很好的降低压降。

2、相比于传统的直通道，1）T型通道采用交错的流动方式，使得微通道整体上温度分布较为均匀，缩短了流道长度，冷却工质在升温后可以快速地流出散热系统。

3、多入口，多出口的微通道设计可以更好地实现降低压降、实现均温的作用。

4、将T型流道和Y型流道相结合，进一步实现降低压降以及均匀散热的作用。

5、由于该微通道的出口较多，将其放置在加工有集流槽以及圆形进出口的卡具中，一方面减小了出口个数，另一方面将矩形截面进出口变成了圆形截面的进出口，在实际应用中更实用。

6、设计了汇流器和分流器，可以方便外部管路和微通道换热器的连接。并且可以实现微通道换热器5个入口的流量分配均匀。

附图说明

图1是本发明T-Y型微通道的结构示意图。

图2是本发明T-Y型微通道的主视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是图2的B-B剖视图。

图5是本发明实验装置整体布局图。

图6是本发明的微通道换热器的夹具结构示意图。

图7是安装好夹具的微通道换热器结构示意图。

图8是本发明的一进五出的分流器的结构示意图。

图9是本发明的四进一出的汇流器的结构示意图。

图中，1、上盖板；2、第一流道第一出口；3、第一流道第二出口；4、第一流道第三出口；5、第一流道第四出口；6、第二流道入口；7、第三流道第一出口；8、第三流道第二出口；9、第三流道第三出口；10、第三流道第四出口；11、第一流道；12、第二流道；13、第一流道第一入口；14、第二流道第一出口；15、第二流道第二出口；16、第二流道第三出口；17、第二流道第四出口；18、第三流道第一入口；19、第一流道第二入口；20、第二流道第五出口；21、第二流道第六出口；22、第二流道第七出口；23、第二流道第八出口；24、第三流道第二入口；25、第三流道；26、下盖板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种微通道换热器，至少包括：上盖板1、下盖板26，上盖板1和下盖板26上分别加工有3个流道和3个流道的入口和出口，第一流道11、第二流道12以及第三流道25；第一流道11、第二流道12以及第三流道25均由两个Y型流道组成，流道11和流道25是将Y字分叉端相接而成，流道12是将Y的未分叉端相接而成，流体在第一流道11、第二流道12以及第三流道25的流动时，入口和出口的流动方向是垂直的。

上盖板1上有第一流道11的四个出口，分别是第一流道第一出口2, 第一流道第二出口3, 第一流道第三出口4, 第一流道第四出口5；四个出口分别间隔分布在第一流道11的Y字分叉端口垂直上端；

上盖板1上有第三流道25的四个出口，分别是第三流道第一出口7, 第三流道第二出口8, 第三流道第三出口9 第三流道第四出口10；四个出口也分别间隔分布在第三流道25的Y字分叉端口垂直上端；第三流道25的四个出口和第一流道11的四个出口以第二流道12的第二流道入口6对称分布。

下盖板26上有第一流道11的两个入口，分别是第一流道第一入口13和第一流道第二入口19；第一流道第一入口13和第一流道第二入口19分别在上述第一流道11两个Y型流道的Y字下端口；

下盖板26上有第三流道25的两个入口，分别是第三流道第一入口18和第三流道第二入口24；第三流道第一入口18和第三流道第二入口24分别在上述第三流道25两个Y型流道的Y字下端口；

下盖板26上有第二流道12的8个出口，分别是第二流道第一出口14, 第二流道第二出口15,第二流道第三出口16, 第二流道第四出口17，第二流道第五出口20, 第二流道第六出口21, 第二流道第七出口22, 第二流道第八出口23；第二流道第一出口14, 第二流道第二出口15,第二流道第三出口16, 第二流道第四出口17和第二流道第五出口20, 第二流道第六出口21, 第二流道第七出口22, 第二流道第八出口23分布在下盖板26的两侧对称分布。

由图2、图3、图4可以清晰的看到第一流道11、第二流道12以及第三流道25的内部结构，比如第一流道11，流体从第一流道第一入口13和第一流道第二入口19水平流入微通道，则从第一流道第一出口2, 第一流道第二出口3, 第一流道第三出口4垂直流出，形成一种“倒T”型流动。

如图5所示，一种微通道换热器的流动换热实验装置，包括蠕动泵68、测试配件单元、辐射器75、液体供应箱81、液体冷却箱76、加热单元74，差压变送器73，温度测量采集单元77以及计算单元78，测试配件单元包括分流器57、汇流器63及加载有热源的微通道换热器72，分流器57和汇流器63分别通过管路连接加载有热源的微通道换热器72，所述的液体供应箱81分别通过蠕动泵68、第一止流阀69和流量计70到测试配件单元入口，液体供应箱81中的冷却液体在蠕动泵68的驱动下流经第一止流阀69和流量计70注入测试配件单元，经过测试配件单元的分流器57从5个入口流入带热源的加载有热源的微通道换热器72中，分流器57四个出口的液体通过测试配件单元的汇流器63的出口流出测试区，再经过辐射器75流至液体冷却箱76，在液体供应箱81和液体冷却箱76之间通过管道80及第二止流阀79连接；第二止流阀79控制流体从流体冷却箱76流到液体供应箱81实现循环。

在测试配件单元、液体供应箱81、液体冷却箱76、汇流器63、加载有热源的微通道换热器72、管道分别有温度传感器，温度传感器的输出信号端与数据采集仪77接口电连接；数据采集仪77通过接口与计算单元78电连接；在测试配件单元还配置连接有差压变送器73，工作时，开启加热单元74，将加载的热流密度调节到设定值，待差压变送器73和温度采集系统的数据稳定后，读取各个温度值以及压力值。流体流经加载有热源的微通道换热器72后，温度会升高，通过辐射器75后，热量会散失一大部分，为了确保其温度降低到入口温度，使流体通到流体冷却箱76，测量液体冷却箱76中液体的温度，待其温度降至入口温度时，开启第二止流阀79，使得流体冷却箱76中的液体流到流体供应箱81中。

用差压变送器73测量加载有热源的微通道换热器72的压降时，一方面可以用差压变送器73测量出分流器57和汇流器63对应的分流器总管53与汇流器总管61之间的压差，通过公式计算出分流器总管53与汇流器总管61之间的管路上的沿程压降和局部压降，用测量出的压降值减去管路上的沿程压降和局部压降，就可以计算出微通道两端的压降值，另一方面可以直接测量进出口的压降。

在第一流道11，第二流道12，第三流道25中，由于第一流道11的两个入口，第二流道12的一个入口以及第三流道25的两个入口这五个入口的流量分配是一致的，所以第一流道11和第三流道25的进出口压降是最大的，可以测量第一流道11或第三流道25上的其中一个进出口的压降值，也可以测量第一流道11和第三流道25上四组进出口的压降值，求平均得出微通道换热器的压降。

温度测量采集单元77要测量5个部分的温度：微通道的进口的液体温度、微通道出口的液体温度、微通道换热器加热面的温度、液体冷却箱76中的液体温度和液体供应箱81中的温度，这五个温度所用的温度传感器均采用热电偶测试，所有的热电偶连接到数据采集仪77上，在数据采集仪77上可以显示各点的温度值。

如图6、图7所示，测试配件单元还包括一夹具，夹具用于夹持微通道换热器29，以避免因微通道换热器本体进出口个数太多以致管路连接不便的问题。夹具包括盖板28和基板35，微通道换热器29固定在之间，基板35上加工一个与微通道换热器29相同的大小的凹槽，基板35的腔壁有第一圆孔30、第二圆孔31、第三圆孔32、第四圆孔33、第五圆孔34、第六圆孔36、第七圆孔37、第八圆孔38以及第九圆孔39；将微通道换热器29嵌入凹槽内，并且使得第一流道11第一入口13与基板35的第三圆孔32相接，第一流道11的第二入口19与基板35的第九圆孔39相接，第二流道12的入口6与基板35的第四圆孔33相接，第三流道25的第一入口18与基板35的第一圆孔30相接，第二入口24与基板35的第七圆孔37相接，第一流道11的第一出口2、第二出口3、第三出口4以及第四出口5通过集流槽集流后与基板35的第五圆孔34相接，第二流道12的第一出口14、第二出口15、第三出口16以及第四出口与基板35的第二圆孔31相接，第二流道的第五出口20、第六出口21、第七出口22以及第八出口23与基板35的第八圆孔38相接，第三流道25的第一出口7、第二出口8、第三出口9以及第四出口10与基板35的第七圆孔37相接。用螺钉将盖板28与基板35紧密连接。

如图7所示，夹具的一个面可以是由一个铜块41内插多根加热棒40构成，通过控制加热棒40的功率改变微通道换热器温度散热温度的效果。

如图8、图7所示，分流器57包括5个支流管，分别是第一分流器支流管55、第二分流器支流管56、第三分流器支流管58、第四分流器支流管59、第五分流器支流管60；5个支流管分别与微通道换热器本体42入口处接的第一支管43、第二支管45、第三支管47, 第四支管50，第五支管52连接；总出口是一根管子，这样流体从一个总管53流入。

如图9、图7所示，汇流器63包括四个出口，第一分管64、第二分管65、第三分管66、第四分管67，流体从微通道换热器本体42的第二小管44、第四小管46、第六小管48、第八小管51流入，微通道换热器本体42的第二小管44与汇流器63的第四分管67相通，第四小管46与第二分管65相通，第六小管48与第一分管64相通，第八小管51与第三分管66相通。这样，流体在微通道换热器29中进行流动换热后由支管流入到汇流器63中，由总管61流出。

本发明中加热单元74，温度测量采集单元77以及计算单元78都属于公开的通用技术，本发明不在过多说明。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (8)

1.一种微通道换热器，其特征是：至少包括：上盖板（1）、下盖板（26），上盖板（1）和下盖板（26）上分别加工有3个流道和（3）个流道的入口和出口，第一流道（11）、第二流道（12）以及第三流道（25）；第一流道（11）、第二流道（12）以及第三流道（25）均由两个Y型流道组成，流道（11）和流道（25）是将Y字分叉端相接而成，流道（12）是将Y的未分叉端相接而成，流体在第一流道（11）、第二流道（12）以及第三流道（25）的流动时，入口和出口的流动方向是垂直的。

2.根据权利要求1所述的一种微通道换热器，其特征是：所述上盖板（1）上有第一流道（11）的四个出口，分别是第一流道第一出口（2）, 第一流道第二出口（3）, 第一流道第三出口（4）, 第一流道第四出口（5）；四个出口分别间隔分布在第一流道（11）的Y字分叉端口垂直上端；

上盖板（1）上有第三流道（25）的四个出口，分别是第三流道第一出口（7）, 第三流道第二出口（8）, 第三流道第三出口（9）第三流道第四出口（10）；四个出口也分别间隔分布在第三流道（25）的Y字分叉端口垂直上端；第三流道（25）的四个出口和第一流道（11）的四个出口以第二流道（12）的第二流道入口（6）对称分布。

3.根据权利要求1所述的一种微通道换热器，其特征是：所述下盖板（26）上有第一流道（11）的两个入口，分别是第一流道第一入口（13）和第一流道第二入口（19）；第一流道第一入口（13）和第一流道第二入口（19）分别在上述第一流道（11）两个Y型流道的Y字下端口；

下盖板（26）上有第三流道（25）的两个入口，分别是第三流道第一入口（18）和第三流道第二入口（24）；第三流道第一入口（18）和第三流道第二入口（24）分别在上述第三流道（25）两个Y型流道的Y字下端口；

下盖板（26）上有第二流道（12）的8个出口，分别是第二流道第一出口（14）, 第二流道第二出口（15）,第二流道第三出口（16）, 第二流道第四出口（17），第二流道第五出口（20）,第二流道第六出口（21）, 第二流道第七出口（22）, 第二流道第八出口（23）；第二流道第一出口（14）, 第二流道第二出口（15）,第二流道第三出口（16）, 第二流道第四出口（17）和第二流道第五出口（20）, 第二流道第六出口（21）, 第二流道第七出口（22）, 第二流道第八出口（23）分布在下盖板（26）的两侧对称分布。

4.一种微通道换热器的流动换热实验装置，其特征是：包括蠕动泵（68）、测试配件单元、辐射器（75）、液体供应箱（81）、液体冷却箱（76）、加热单元（74），差压变送器（73），温度测量采集单元（77）以及计算单元（78），测试配件单元包括分流器（57）、汇流器（63）及加载有热源的微通道换热器（72），分流器（57）和汇流器（63）分别通过管路连接加载有热源的微通道换热器（72），所述的液体供应箱（81）分别通过蠕动泵（68）、第一止流阀（69）和流量计（70）到测试配件单元入口，液体供应箱（81）中的冷却液体在蠕动泵（68）的驱动下流经第一止流阀（69）和流量计（70）注入测试配件单元，经过测试配件单元的分流器（57）从5个入口流入带热源的加载有热源的微通道换热器（72）中，分流器（57）四个出口的液体通过测试配件单元的汇流器（63）的出口流出测试区，再经过辐射器（75）流至液体冷却箱（76），在液体供应箱（81）和液体冷却箱（76）之间通过管道（80）及第二止流阀（79）连接；第二止流阀（79）控制流体从流体冷却箱（76）流到液体供应箱（81）实现循环。

5.根据权利要求4所述的一种微通道换热器的流动换热实验装置，其特征是：所述的在测试配件单元、液体供应箱（81）、液体冷却箱（76）、汇流器（63）、加载有热源的微通道换热器（72）、管道分别有温度传感器，温度传感器的输出信号端与数据采集仪（77）接口电连接；数据采集仪（77）通过接口与计算单元（78）电连接；在测试配件单元还配置连接有差压变送器（73），工作时，开启加热单元（74），将加载的热流密度调节到设定值，待差压变送器（73）和温度采集系统的数据稳定后，读取各个温度值以及压力值；流体流经加载有热源的微通道换热器（72）后，温度会升高，通过辐射器（75）后，热量会散失一大部分，为了确保其温度降低到入口温度，使流体通到流体冷却箱（76），测量液体冷却箱（76）中液体的温度，待其温度降至入口温度时，开启第二止流阀（79），使得流体冷却箱（76）中的液体流到流体供应箱（81）中。

6.根据权利要求4所述的一种微通道换热器的流动换热实验装置，其特征是：测试配件单元还包括一夹具，夹具包括盖板（28）和基板（35），微通道换热器（29）固定在之间，基板（35）上加工一个与微通道换热器（29）相同的大小的凹槽，基板（35）的腔壁有第一圆孔（30）、第二圆孔（31）、第三圆孔（32）、第四圆孔（33）、第五圆孔（34）、第六圆孔（36）、第七圆孔（37）、第八圆孔（38）以及第九圆孔（39）；将微通道换热器（29）嵌入凹槽内，并且使得第一流道（11）第一入口（13）与基板（35）的第三圆孔（32）相接，第一流道（11）的第二入口（19）与基板（35）的第九圆孔（39）相接，第二流道（12）的入口（6）与基板（35）的第四圆孔（33）相接，第三流道（25）的第一入口（18）与基板（35）的第一圆孔（30）相接，第二入口（24）与基板（35）的第七圆孔（37）相接，第一流道（11）的第一出口（2）、第二出口（3）、第三出口（4）以及第四出口（5）通过集流槽集流后与基板（35）的第五圆孔（34）相接，第二流道（12）的第一出口（14）、第二出口（15）、第三出口（16）以及第四出口与基板（35）的第二圆孔（31）相接，第二流道的第五出口（20）、第六出口（21）、第七出口（22）以及第八出口（23）与基板（35）的第八圆孔（38）相接，第三流道（25）的第一出口（7）、第二出口（8）、第三出口（9）以及第四出口（10）与基板（35）的第七圆孔（37）相接；用螺钉将盖板（28）与基板（35）紧密连接。

7.根据权利要求4所述的一种微通道换热器的流动换热实验装置，其特征是：所述分流器（57）包括5个支流管，分别是第一分流器支流管（55）、第二分流器支流管（56）、第三分流器支流管（58）、第四分流器支流管（59）、第五分流器支流管（60）；5个支流管分别与微通道换热器本体（42）入口处接的第一支管（43）、第二支管（45）、第三支管（47）, 第四支管（50），第五支管（52）连接；总出口是一根管子，这样流体从一个总管（53）流入。

8.根据权利要求4所述的一种微通道换热器的流动换热实验装置，其特征是：所述汇流器（63）包括四个出口，第一分管（64）、第二分管（65）、第三分管（66）、第四分管（67），流体从微通道换热器本体（42）的第二小管（44）、第四小管（46）、第六小管（48）、第八小管（51）流入，微通道换热器本体（42）的第二小管（44）与汇流器（63）的第四分管（67）相通，第四小管（46）与第二分管（65）相通，第六小管（48）与第一分管（64）相通，第八小管（51）与第三分管（66）相通；这样，流体在微通道（29）中进行流动换热后由支管流入到汇流器（63）中，由总管（61）流出。