CN112437594A - 一种扰流涡状微通道换热器 - Google Patents

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刘远超
钟建斌
邵钶
关斌
赵婷婷
贾皓龙
肖懿轩
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Abstract

本发明公开了一种扰流涡状微通道换热器，包括涡状内通道、涡状外通道、扰流片、通道进出口、外壳。涡状内通道是由矩形管按涡状线弯曲制成，矩形管左右两内壁交替布置有扰流片；同时也将换热器腔体隔成涡状外通道，矩形管外壁设有扰流片，在涡状外通道成交替布置；涡状内通道和涡状外通道的进出口分别布置于涡状线的始末两端口附近，涡状内通道进出口是连接涡状内通道的矩形接口，涡状外通道进出口是连接涡状外通道进出口的圆形口。大大节约了换热器空间，使得整个结构更加紧凑；增加了内外涡状通道内流体的扰动，使其紊流程度加强，进而强化传热效果。

Description

一种扰流涡状微通道换热器
技术领域
本发明涉及一种微尺度结构的换热器，尤其涉及一种扰流涡状微通道换热器。
背景技术
随着时间的推移，电子器件的尺度不断减小且其功率正在快速增大，MEMS设备高效散热的重要性日益凸显。同时由于对电子冷却和微型换热器、微反应器和芯片实验室设备发展的需求越来越大。近年来，微通道换热技术在工业应用中获得了迅速发展，由于其具有高换热性能以及高比表面积等优点，有利于降低生产成本并使得换热装置的结构更加紧凑。当前电子设备及工业应用系统等集成度越来越高，对微机电系统散热的需求呈井喷式爆发；微通道换热作为一种可靠的散热方式，其热力循环中微通道流动冷凝换热性能成为制约冷却系统性能的明显短板，目前亟待提高。
相比传统的管壳式换热器和管翅式换热器，微通道换热器中工质的流动通道截面积缩小了很多，从而引发了工质在微小尺度通道中流动换热和压降特性的研究。在过去几十年里，单相和两相的流体包括水、空气以及各类其他工质，在各类尺寸在几十微米到几毫米之间的微通道换热器的换热特性研究日益增多。其中，大尺度和微小尺度通道的主要差别是流体粘度引起的表面张力和重力对流体的主导作用。
目前，针对不同的换热环境的微通道换热器难以能满足换热要求，因此，鉴于当下对于能量利用的极致追求，对微通道换热器换热性能的提升迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种扰流涡状微通道换热器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的扰流涡状微通道换热器，包括圆盘状的外壳3，所述外壳3内设有相互间隔布置的涡状外通道1和涡状内通道2，涡状外通道进口4和涡状内通道出口6设于所述外壳3的中部，涡状外通道出口8和涡状内通道进口7设于所述外壳3的边缘部位。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的扰流涡状微通道换热器，涡状内外通道按涡状线布置，大大节约了换热器空间，使得整个结构更加紧凑、传热效果更好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的扰流涡状微通道换热器俯视剖面结构示意图。
图2为本发明实施例提供的扰流涡状微通道换热器的正视剖面图；
图3为本发明实施例1的立体图；
图4为本发明实施例2的立体图。
图中附图标记为：
1-涡状外通道，2-涡状内通道，3-外壳，4-涡状外通道进口，5-扰流片，6-涡状内通道出口，7-涡状内通道进口，8-涡状外通道出口。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的扰流涡状微通道换热器，其较佳的具体实施方式如图1、图2所示：
包括圆盘状的外壳3，所述外壳3内设有相互间隔布置的涡状外通道1和涡状内通道2，涡状外通道进口4和涡状内通道出口6设于所述外壳3的中部，涡状外通道出口8和涡状内通道进口7设于所述外壳3的边缘部位。
所述的涡状内通道2是由细长的矩形管沿长度方向弯曲成涡状线形状而成；
所述的涡状外通道1是由涡状内通道2和空心圆盘状的外壳3隔成的截面为矩形的涡状线微通道。
所述的涡状内通道2的内壁左右对称布置有微小的矩形的扰流片5；
所述的涡状内通道2的外壁，即所述的涡状外通道1的内壁也左右对称布置有矩形扰流片5。
所述的涡状内通道进口7和涡状内通道出口6均为矩形接口，且分别布置于涡状内通道2的始末位置，连通涡状内通道2和换热器外部；
所述的涡状外通道进口4和涡状外通道出口8均为圆形接口，且分别布置于涡状外通道1的始末位置，连通涡状外通道1和换热器外部。
所述的涡状内通道2的相邻两层微通道间的距离均相等；
所述的涡状外通道1的相邻两层通道间的距离均相等。
所述的涡状内通道2的水力直径为0-0.5mm。
该扰流涡状微通道换热器立式安装或卧式安装。
所述的涡状内通道2和外壳3、扰流片5和涡状内通道2、涡状内通道进口7和外壳5、涡状内通道出口6和外壳5、涡状外通道进口4和外壳5、涡状外通道出口8和外壳5之间的均采用焊接方式连接。
所述的扰流微通道换热器工作时，高温流体从涡状内通道进口7流入涡状内通道2内，在扰流片5的扰流作用下沿着通道呈左右折返向前流动，最后从涡状内通道出口6流出换热，同时冷流体从涡状外通道进口4流入涡状外通道1内，在扰流片5的扰流作用下沿着通道向前流动，最后从涡状外通道出口8流出换热器，冷热流体在流体过程中换热。
本发明扰流涡状微通道换热器，涡状内外通道按涡状线布置，大大节约了换热器空间，使得整个结构更加紧凑。本发明增加了内外涡状通道内流体的扰动，使其紊流程度加强，进而强化传热效果。
本发明与其他技术相比具有以下优点：
1.本发明可使换热器的冷热流体在沿着涡状线管道的流动，更接近紊流状态，使得换热效果更好。
2.本发明仅通过设置一个涡状内通道，有效地利用了外壳自身的空间，不仅节约了金属材料用量，也节约了很大一部分空间，使得整个换热器更为紧凑高效。
具体实施例：
如图3所示的实施例1中的一种扰流涡状微通道换热器，所述一种扰流涡状微通道换热器，包括涡状外通道1，涡状内通道2，外壳3，涡状外通道进口4，扰流片5，涡状内通道出口6，涡状内通道进口7，涡状外通道出口8；所述的涡状内通道是由细长的矩形管沿长度方向弯曲成涡状线形状而成；其水力直径设为0-0.5mm。所述的涡状外通道1是由涡状内通道2和空心圆盘状的外壳3隔成的截面为矩形的涡状线微通道，其水力直径设为0-0.8mm。所述的涡状内通道2的左右内壁对称布置有微小的矩形扰流片5，同时其外壁即涡状外通道内壁也对称布置有矩形扰流片5，使得两个通道内的流体沿着通道呈左右折返向前流动。所述的涡状内通道进口7和涡状内通道出口6均为矩形接口，且分别布置于涡状内通道2的始末位置，连通涡状内通道2和换热器外部。所述的涡状外通道进口4和涡状外通道出口8均为圆形接口，且分别布置于涡状外通道1的始末位置，连通涡状外通道1和换热器外部。所述的涡状内通道2和外壳3、扰流片5和涡状内通道2、涡状内通道进口7和外壳5、涡状内通道出口6和外壳5、涡状外通道进口4和外壳5、涡状外通道出口8和外壳5之间的均采用焊接方式连接。所述的涡状内通道2的相邻两层微通道间的距离均相等；所述的涡状外通道1的相邻两层通道间的距离均相等。所述的扰流微通道换热器工作时，高温流体从涡状内通道进口7流入涡状内通道2内，在扰流片5的扰流作用下沿着通道向前流动，最后从涡状内通道出口6流出换热，同时冷流体从涡状外通道进口4流入涡状外通道1内，在扰流片5的扰流作用下沿着通道向前流动，最后从涡状外通道出口8流出换热器，冷热流体在流体过程中换热。所述的一种扰流微通道换热器在实施例1中采用立式安装，立式安装方式可以使整体空间布局更为紧凑，安装支架和换热器采用钎焊连接。
如图4所示的实施例2中的一种扰流涡状微通道换热器，所述一种扰流涡状微通道换热器，包括涡状外通道1，涡状内通道2，外壳3，涡状外通道进口4，扰流片5，涡状内通道出口6，涡状内通道进口7，涡状外通道出口8；所述的涡状内通道是由细长的矩形管沿长度方向弯曲成涡状线形状而成。所述的涡状外通道1是由涡状内通道2和空心圆盘状的外壳3隔成的截面为矩形的涡状线微通道，其水力直径设为0-0.8mm。所述的涡状内通道2的左右内壁对称布置有微小的矩形扰流片5，同时其外壁即涡状外通道内壁也对称布置有矩形扰流片5，使得两个通道内的流体沿着通道呈左右折返向前流动。所述的涡状内通道进口7和涡状内通道出口6均为矩形接口，且分别布置于涡状内通道2的始末位置，连通涡状内通道2和换热器外部。所述的涡状外通道进口4和涡状外通道出口8均为圆形接口，且分别布置于涡状外通道1的始末位置，连通涡状外通道1和换热器外部。所述的涡状内通道2和外壳3、扰流片5和涡状内通道2、涡状内通道进口7和外壳5、涡状内通道出口6和外壳5、涡状外通道进口4和外壳5、涡状外通道出口8和外壳5之间的均采用原子扩散焊焊接方式连接。所述的涡状内通道2的相邻两层微通道间的距离均相等；所述的涡状外通道1的相邻两层通道间的距离均相等。所述的扰流微通道换热器工作时，高温流体从涡状内通道进口7流入涡状内通道2内，在扰流片5的扰流作用下沿着通道向前流动，最后从涡状内通道出口6流出换热，同时冷流体从涡状外通道进口4流入涡状外通道1内，在扰流片5的扰流作用下沿着通道向前流动，最后从涡状外通道出口8流出换热器，冷热流体在流体过程中换热。所述的一种扰流微通道换热器在实施例2中采用卧式安装，卧式安装方式可以使流体都在同一个高度上流动，从而不会受到重力的影响，可以节省一部分泵功，安装支架和换热器采用钎焊连接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。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 (7)

1.一种扰流涡状微通道换热器，其特征在于，包括圆盘状的外壳(3)，所述外壳(3)内设有相互间隔布置的涡状外通道(1)和涡状内通道(2)，涡状外通道进口(4)和涡状内通道出口(6)设于所述外壳(3)的中部，涡状外通道出口(8)和涡状内通道进口(7)设于所述外壳(3)的边缘部位。
2.根据权利要求1所述的扰流涡状微通道换热器，其特征在于，所述的涡状内通道(2)是由细长的矩形管沿长度方向弯曲成涡状线形状而成；
所述的涡状外通道(1)是由涡状内通道(2)和空心圆盘状的外壳(3)隔成的截面为矩形的涡状线微通道。
3.根据权利要求2所述的扰流涡状微通道换热器，其特征在于，所述的涡状内通道(2)的内壁左右对称布置有微小的矩形的扰流片(5)；
所述的涡状内通道(2)的外壁，即所述的涡状外通道(1)的内壁也左右对称布置有矩形扰流片(5)。
4.根据权利要求3所述的扰流涡状微通道换热器，其特征在于，所述的涡状内通道进口(7)和涡状内通道出口(6)均为矩形接口，且分别布置于涡状内通道(2)的始末位置，连通涡状内通道(2)和换热器外部；
所述的涡状外通道进口(4)和涡状外通道出口(8)均为圆形接口，且分别布置于涡状外通道(1)的始末位置，连通涡状外通道(1)和换热器外部。
5.根据权利要求4所述的扰流涡状微通道换热器，其特征在于，所述的涡状内通道(2)的相邻两层微通道间的距离均相等；
所述的涡状外通道(1)的相邻两层通道间的距离均相等。
6.根据权利要求5所述的扰流涡状微通道换热器，其特征在于，所述的涡状内通道(2)的水力直径为0-0.5mm。
7.根据权利要求1至6任一项所述的扰流涡状微通道换热器，其特征在于，该扰流涡状微通道换热器立式安装或卧式安装。
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