CN107687779A - 一种基于温差对冲的冷板换热器及换热方法 - Google Patents

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夏思璇
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation

Abstract

本发明公开了一种基于温差对冲的冷板换热器及换热方法，包括导热基板、传热管、双进口集管和双出口集管，所述导热基板上设置有散热热源；所述导热基板上还设置有开口通道或闭口通道，所述通道内嵌入传热管，且传热管与通道之间形成过盈配合；冷板的管内传热工质双路对称进入双进口集管后流入传热管，经传热管后再经过双出口集管流出冷板。

Description

一种基于温差对冲的冷板换热器及换热方法
技术领域
本发明涉及一种基于温差对冲的冷板换热器及换热方法，属于热交换器的均温换热技术领域。
背景技术
目前，热交换器的应用越来越广泛，但不少场合对换热器的表面温度的均匀性要求很高。
大功率电子电器元件由于热耗传热过程中的不均匀性，导致其内部温度的较大差别，形成附加的温度漂移、温度应力，严重影响其性能及使用寿命。
现有热管换热器可有效降低温度场不均匀度，但热管本身需充注工质，其传热效果受制于工质热物理性质较多，虽拉平了温度，却多了蒸发端及冷凝端两个传热环节，对小微空间布置很不利。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种结构紧凑、换热效率高的基于温差对冲的冷板换热器及换热方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于温差对冲的冷板换热器，包括导热基板、传热管、双进口集管和双出口集管，所述导热基板上设置有散热热源；所述导热基板上还设置有开口通道或闭口通道，所述通道内嵌入传热管，且传热管与通道之间形成过盈配合；冷板的管内传热工质双路对称进入双进口集管后流入传热管，经传热管后再经过双出口集管流出冷板。
作为本发明的进一步技术方案，所述散热热源流过导热基板或放置在导热基板上。
作为本发明的进一步技术方案，所述导热基板上的开口通道或闭口通道的截面为大半圆形，其圆心角不小于180°。
作为本发明的进一步技术方案，所述传热管的布置及其数量、通道大小、长度依据散热热源的空间尺寸及大小决定。
作为本发明的进一步技术方案，所述导热基板上的开口通道或闭口通道通过挤压或切削或压铸的方法制得。
作为本发明的进一步技术方案，所述的冷板的管内传热工质是气体或液体单相温差换热。
作为本发明的进一步技术方案，所述的冷板的管内传热工质是液体相变换热。
作为本发明的进一步技术方案，还包括一个外部冷源，由双出口集管流出的冷板的管内传热工质经过所述外部冷源后流回双进口集管。
另一方面，本发明还提供一种基于温差对冲的冷板换热器的换热方法，冷板的管内传热工质对称双路由双进口集管的进口进入双进口集管后流入传热管，通过管内对流换热、传热管与导热基板的导热、导热基板与散热热源的导热或对流完成传热过程后，经过双出口集管流出冷板，完成冷却功能。
作为本发明的进一步技术方案，经过双出口集管流出冷板的冷板的管内传热工质经过外部冷源热交换后流回双进口集管，再进入传热管，形成一个循环，如此往复不已。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明基于温差对冲的冷板换热器通过换热微元的传热温差对冲机制，使冷板的传热过程处于均温过程，对狭窄空间的高密度换热温度及温差的均匀性得到大幅提升，可有效消除传热过程温差不均匀性造成的热应力、温度特性漂移等。
附图说明
图1为基于温差对冲的冷板换热器原理图；
图2为基于温差对冲的冷板换热器俯视原理图；
图3为基于温差对冲的冷板换热器集管局部原理图；
其中，1-传热管；2-导热基板；3-双进口集管；4-双出口集管；5-散热热源；6-管内传热工质。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1、图2和图3所示，本发明提供一种基于温差对冲的冷板换热器，包括有导热基板2，其上流过或放置散热热源5，基板一面通过挤压、切削、压铸等加工手段，形成截面为大半圆形（圆弧角不小于180度）的开口通道或闭口通道。通道内嵌入传热管1，传热管1与开口或闭口通道之间形成过盈配合，其中，传热管的布置及其数量、通道大小、长度依据散热热源5的空间尺寸及大小决定。传热管1双路布置，工质逆向双进双出，双路传热管1依次间隔对称布置，对冲由于传热过程管内工质温升而造成的基板温差，抹平冷板温度场。冷板管内传热工质6由双进口集管3进入到传热管1内吸收散热热源5的热量后，产生温升，由双出口集管4流出冷板，流出冷板后通过外部冷源热交换降温回到入口状态，再依次进入传热管1形成一个循环，如此往复不已。
本发明中，所述的换热管束为多流所述的传热工质可以是气体、液体单相温差换热。所述的传热工质可以是液体相变换热。所述的传热管为可以为多流程。所述的传热管及基板为金属或非金属材质。
温度对冲管内传热工质6的换热过程如下：冷板管内传热工质6对称双路由双进口集管3进入传热管，通过管内对流换热、传热管与基板的导热、基板与热源的导热或对流完成传热过程，由于冷板微元结构及热源的对称性，逆向流动管内工质的某一微元的两路温（升）差除中点外是不对称的，假设中点微元两路均为温差Δt，平均温差亦为Δt，任意点的两路温差Δt+d，Δt-d则平均温差（（Δt+d）+（Δt-d））/2，亦为Δt，这样不对称温差被对冲，推广到冷板全域，可认为整个冷板温度场通过对冲被抹平了。
总之，基于温差对冲的冷板换热器通过换热微元的传热温差对冲机制，使冷板的传热过程处于均温过程，对狭窄空间的高密度换热温度及温差的均匀性得到大幅提升，可有效消除传热过程温差不均匀性造成的热应力、温度特性漂移等。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于温差对冲的冷板换热器，其特征在于，包括导热基板、传热管、双进口集管和双出口集管，所述导热基板上设置有散热热源；所述导热基板上还设置有开口通道或闭口通道，所述通道内嵌入传热管，且传热管与通道之间形成过盈配合；冷板的管内传热工质双路对称进入双进口集管后流入传热管，经传热管后再经过双出口集管流出冷板。
2.根据权利要求1所述的一种基于温差对冲的冷板换热器，其特征在于，所述散热热源流过导热基板或放置在导热基板上。
3.根据权利要求1所述的一种基于温差对冲的冷板换热器，其特征在于，所述导热基板上的开口通道或闭口通道的截面为大半圆形，其圆心角不小于180°。
4.根据权利要求1所述的一种基于温差对冲的冷板换热器，其特征在于，所述传热管的布置及其数量、通道大小、长度依据散热热源的空间尺寸及大小决定。
5.根据权利要求1所述的一种基于温差对冲的冷板换热器，其特征在于，所述导热基板上的开口通道或闭口通道通过挤压或切削或压铸的方法制得。
6.根据权利要求1所述的一种基于温差对冲的冷板换热器，其特征在于，所述的冷板的管内传热工质是气体或液体单相温差换热。
7.根据权利要求1所述的一种基于温差对冲的冷板换热器，其特征在于，所述的冷板的管内传热工质是液体相变换热。
8.根据权利要求1所述的一种基于温差对冲的冷板换热器，其特征在于，还包括一个外部冷源，由双出口集管流出的冷板的管内传热工质经过所述外部冷源后流回双进口集管。
9.如权利要求1-8中任一所述的一种基于温差对冲的冷板换热器的换热方法，其特征在于，冷板的管内传热工质对称双路由双进口集管的进口进入双进口集管后流入传热管，通过管内对流换热、传热管与导热基板的导热、导热基板与散热热源的导热或对流完成传热过程后，经过双出口集管流出冷板，完成冷却功能。
10.根据权利要求9所述的一种基于温差对冲的冷板换热器的换热方法，其特征在于，经过双出口集管流出冷板的冷板的管内传热工质经过外部冷源热交换后流回双进口集管，再进入传热管，形成一个循环，如此往复不已。
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