CN112820705A - 一种交错双p型微通道换热器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于微通道强化散热技术领域，确切讲是一种交错双P型微通道换热器及检测方法，其特征在于：包括基板(1)、基板(1)上的换热器本体(20)和分流配合件(29)，基板左右外侧设有并排长方形孔座(2)，长方形孔座(2)设有压力计连接孔(3)，用于测试系统中的压降；并排长方形孔座（2）有两种外径尺寸的并排孔，两种外径尺寸的长方形孔交错。它克服了现有技术中：1、传统的散热方式不能满足高负荷电子器件的散热要求；2、传统的换热器温度均匀性较差；3、电子芯片的温度环境不可靠等问题。

Description

一种交错双P型微通道换热器及检测方法

技术领域

本发明属于微通道强化散热技术领域，尤其涉及一种交错双P型微通道换热器及其流体流动换热实验装置，确切讲是一种交错双P型微通道换热器及检测方法。

背景技术

由于信息技术的飞速发展，近年来现代电子设备的发展趋势逐渐朝着智能化、集成化和小型化的方向发展，导致了电子芯片较大的能量消耗和热流密度。如果未能消除如此高的热流，将可能使芯片的温度超过所允许的最高结温，极容易导致器件性能的恶化以及电路故障，同时，随着基片温度的升高最终将可能导致器件失效。从目前大量研究数据可以看出，电子产品故障的原因包括有：振动、粉尘、潮湿以及温度，其中温度占比55%，温度因此成为首当其冲的主要原因。因此，在由电子芯片组成的电子设备中，热管理在控制设备工作运行温度、保证设备的性能以及可靠性等方面起着至关重要的作用，也越来越激发了人们对电子热管理的兴趣。其中，保证电子芯片的温度均匀性是确保其高效正常工作的重中之重，也是散热设计的关键。目前，多冷却通道可以有效地降低电子设备的温度，且温度均匀性得到了改善，但传统的结构设计已不再能满足芯片的高热流要求。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

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种交错双P型微通道换热器及检测方法，克服了现有技术中：1、传统的散热方式不能满足高负荷电子器件的散热要求；2、传统的换热器温度均匀性较差；3、电子芯片的温度环境不可靠等问题。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种交错双P型微通道换热器，其特征在于：包括基板(1)、基板(1)上的换热器本体(20)和分流配合件(29)，基板左右外侧设有并排长方形孔座(2)，长方形孔座(2)设有压力计连接孔(3)，用于测试系统中的压降；并排长方形孔座（2）有两种外径尺寸的并排孔，两种外径尺寸的长方形孔交错，基板左外侧包括三个通道入口孔（4）和三个通道出口孔（5），基板右外侧包括三个通道入口孔（4）和三个通道出口孔（5），入口长方形孔直径大，出口长方形孔直径小，左右外侧出口和入口分别通过管路与一组分流配合件（29）的六孔端相连，分流配合件（29）的另一端与外部管道相连，冷却液从分流配合件（29）的冷却液进水口（21）进入，从分流配合件（29）的冷却液出水口（22）通过管路流入长方形孔座（2）的大直径入口（23），再由大直径入口（23）通过冷却液入口（24）进入换热器本体（20）内，经过换热器本体（20）热交换，通过管路流入长方形孔座（2）的小直径出口（27），再由小直径出口（27）经管路到分流配合件（29）的换热出水管（25），由分流配合件（29）的换热排水口（26）排出。

所述的基板（1）上共有六条出口直流道（7），其中三条与左侧并排长方形孔座（2）的长方形孔管路连接，三条与右侧并排长方形孔座（2）的长方形孔管路连接，出口直流道（7）同时与自身的三条相邻平行的直流道通过纵向直流道（8）连通。

所述的换热器本体（20）包括在基板内左右侧各自平行的九条直流道（30）；其中三条相邻平行的直流道（31）为一组，左右侧相邻平行的三组直流道按轴向对称分布，三条相邻平行的直流道（31）一端在中间汇集与一路冷却液入口（24）管路连接，冷却液入口（24）在长方形孔座（2）的内侧，长方形孔座（2）的外侧为冷却液的大直径入口（23），大直径入口（23）通过管路再与分流配合件（29）的冷却液出水口（22）管路连接。

所述的换热器本体（20）的左右侧的两个三条相邻平行的直流道（31）形成180度的对称分布，使三条相邻平行的直流道（31）形成交错布局，三条相邻平行的直流道之间定间距均匀分布，出口直流道（7）与对称的三条相邻平行的直流道（31）一条之间通过V型倾斜通道（9）连接，液体流进交错双P型微通道换热器的入口，经三条相邻平行的直流道（31）换热，两侧的流体会在V型倾斜通道（9）与纵向直流道（8）的交叉处形成对流，最终出口直流道（7）中的流体通过V型倾斜通道（9）流回竖向出口直流道（7），汇流流出换热器。

所述的三条相邻平行的直流道（31）直径小于等于方形孔座（2）并排孔中大外径的入口孔径，三条相邻平行的入口直流道（31）直径相等，都等于出口流道的内管径，三条相邻平行的入口直流道与方形孔座入口连接是通过过度流道（6）连接起来，将水流从方形孔座入口进入三条相邻平行入口。

每一路三条相邻平行的直流道（31）其中分出一条作为出口直流道（7），出口直流道（7）向前延伸与长方形孔座（2）内侧的换热出口（28）连接，长方形孔座（2）外侧的通道出口孔（5）与分流配合件（29）的冷却液出水口（22）管路连接。

一种交错双P型微通道换热器检测方法，其特征是：换热器本体（20）提供了测试区，在测试区固定有薄膜电阻（10）、温度采集器（19）、压力计（18），换热器本体（20）同时通过分流器（14）和汇流器（15）与高低温水浴循环槽（11）、蠕动泵（12）通过第一止流阀（13）和第二止流阀（16）连接，冷却液经过分流器（14）分成6个支流从基板（1）共6个入口流入换热器本体（20），然后从6个出口流出，经汇流器（15）汇集成一支流入高低温循环水浴槽（11），流体在多入口多出口换热器本体（20）中的进出，同时采用高低温循环水浴槽（11），自动控制快速降低液体温度并且确保温度降至入口温度，冷却液经过加载有薄膜电阻（10）的换热器本体（20）后温度升高，将其通入高低温循环水浴槽（11），快速冷却至初始温度，再经过蠕动泵（12）循环使用；高低温循环水浴槽中的冷却液体在蠕动泵的驱动下流经第一止流阀（13）注入测试区经过分流器从六个入口流入带热源的换热器本体（20）中，六个出口的液体通过汇流器流出测试区，如果打开第二止流阀（16），冷却液便能流入高低温循环水浴槽（11），实现循环；在此过程中，通过启动直流电源（17），调节直流电源的电压，使得薄膜电阻（10）的发热功率达到所需功率；待压力计（18）和温度采集器（19）稳定后，即可读取各个温度值以及压力值，冷却液经过换热器本体（20）后，温度会升高，经汇流器通过高低温循环水浴槽（11）后，迅速冷却，高低温循环水浴槽（11）可以读出槽内液体温度，待其温度降低至入口温度，即可开启蠕动泵（12）循环使用。

测试区采用六个薄膜热阻（10）作为热源，测量换热器本体（20）入口以及出口的温度，根据薄膜电阻（10）的发热功率、流体进出口的平均温度以及换热器本体（20）受热面的温度，计算出该换热器本体（20）的对流换热系数，由压力计（18）测取测试段两端压力，得到换热器本体（20）的流动阻力参数。

所述的温度采集器（19）包括测量六个部分的温度：换热器本体（20）进口的冷却液温度、换热器本体（20）的出口的冷却液温度以及基板（1）表面边缘均匀分布四个位置的温度，这六个温度均采用热电偶测试，所有的热电偶连接到温度采集器（19）上，在温度采集器（19）上可以显示各点的温度值。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明的交错双P型微通道换热器的每个基板包括六条竖向一级直流道，十二条横向直流道，若干二级V型流道，且关于竖向直通道对称。基板的六条竖向一级直流道放置方式相同，以一定间距均匀分布，液体流进交错双P型微通道换热器的入口在竖向一级直流道中，随后经过分流，将每一条竖向流道分为三条竖向子流道，在两旁的子流道的冷却液通过V型流道进入二级流道，从二级流道流出之后由出口流出；此外，子流道的冷却液经过横向流道之后汇聚为一条流道，与出口的竖直流道相交，汇流流出换热器。本发明竖直流道的汇聚处可以提高换热器的换热性能以及均温性能，此外，V型二级流道的存在可提高换热器的温度分布均匀性，散热效率高，可满足高负荷电子芯片的散热要求，为电子器件提供可靠的温度环境；

（2）本发明流体流动换热实验装置包括蠕动泵、高低温循环水浴槽、恒温箱和测试区，其中测试区包括交错双P型微通道换热器，其中测试区一端连接蠕动泵，另一端通过管道连接高低温循环水浴槽，同时蠕动泵另一端与高低温循环水浴槽相连接。所述测试区还包括温度采集器、压力计、分流器和汇流器，本发明流体流动换热实验装置可快速检测换热器的换热效果。

（3）本发明应用于交错双P型微通道换热器和流体流动换热实验装置结构简单、操作方便、成本低，并大大提高了工作效率。

（4）设计了分流器和汇流器，可以方便外部管路和多通道换热器的连接，并且可以实现多通道换热器入口和出口的流量分配均匀。

附图说明

下面结合附图及实施例描述本发明：

图1、本发明一种交错双P型微通道换热器的结构示意图；

图2、本发明基板连接示意图；

图3、凸台基板示意图；

图4、汇流器示意图；

图5、分流器示意图；

图6、本发明流体流动换热实验装置的连接示意图；

附图标记说明：1、基板，2-长方形孔座，3-压力计连接孔，4-通道入口孔，5-通道出口孔，6-过度流道，7-出口直流道，8-纵向直流道，9-V型倾斜通道，10-薄膜电阻，11-高低温水浴循环槽，12-蠕动泵，13-第一止流阀，14-分流器，15-汇流器，16-第二止流阀，17-直流电源，18-压力计，19-温度采集器，20-换热器本体；21、冷却液进水口；22、冷却液出水口；23、大直径入口；24、冷却液入口；25、换热出水管；26、换热排水口；27、小直径出口；28、换热出口；29、分流配合件；30、左右侧各自平行的九条直流道；31、三条相邻平行的直流道。

具体实施方式

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1、图2所示，一种交错双P型微通道换热器，其特征在于：包括基板1、基板1上的换热器本体20和分流配合件29，基板左右外侧设有并排长方形孔座2，长方形孔座2设有压力计连接孔3，用于测试系统中的压降。并排长方形孔座2有两种外径尺寸的并排孔，两种外径尺寸的长方形孔交错，基板左外侧包括三个通道入口孔4和三个通道出口孔5，基板右外侧包括三个通道入口孔4和三个通道出口孔5，入口长方形孔直径大，出口长方形孔直径小，左右外侧出口和入口分别通过管路与一组分流配合件29的六孔端相连，分流配合件29的另一端与外部管道相连。

三条相邻平行的直流道31直径小于等于方形孔座2并排孔中大外径的入口孔径，三条相邻平行的入口直流道31直径相等，都等于出口流道的内管径，三条相邻平行的入口直流道与方形孔座入口连接是通过过度流道6连接起来，将水流从方形孔座入口进入三条相邻平行入口。

如图1、图3和图4所示，换热器本体20包括在基板内左右侧各自平行的九条直流道30；其中三条相邻平行的直流道31为一组，左右侧相邻平行的三组直流道按轴向对称分布，三条相邻平行的直流道31一端在中间汇集与一路冷却液入口24管路连接，冷却液入口24在长方形孔座2的内侧，长方形孔座2的外侧为冷却液的大直径入口23，大直径入口23通过管路在与分流配合件29的入水管22管路连接。

如图1、图3和图4所示，每一路三条相邻平行的直流道31其中分出一条作为出口直流道7，出口直流道7向前延伸与长方形孔座2内侧的换热出口28连接，长方形孔座2外侧的通道出口孔5与分流配合件29的出水管22管路连接。

基板1上共有六条出口直流道7，其中三条与左侧并排长方形孔座2的长方形孔管路连接，三条与右侧并排长方形孔座2的长方形孔管路连接，出口直流道7同时与自身的三条相邻平行的直流道通过纵向直流道8连通。

如图1、图3、图4和图5所示，冷却液从分流配合件29的冷却液进水口21进入，从分流配合件29的冷却液出水口22通过管路流入长方形孔座2的大直径入口23，在由大直径入口23通过冷却液入口24进入换热器本体20内，经过换热器本体20热交换，通过管路流入长方形孔座2的小直径出口27，再由小直径出口27经管路到分流配合件29的换热出水管25，由分流配合件29的换热排水口26排出。

本发明的换热器本体20的左右侧的两个三条相邻平行的直流道31形成180度的对称分布，使三条相邻平行的直流道31形成交错布局，三条相邻平行的直流道之间定间距均匀分布，出口直流道7与对称的三条相邻平行的直流道31一条之间通过V型倾斜通道9连接，液体流进交错双P型微通道换热器的入口，经三条相邻平行的直流道31换热，两侧的流体会在V型倾斜通道9与纵向直流道8的交叉处形成对流，最终出口直流道7中的流体通过V型倾斜通道9流回竖向出口直流道7，汇流流出换热器。本发明V型流道可以提高换热器的换热性能以及均温性能，散热效率高；

如图6所示，为了测试交错双P型微通道换热器的流体流动换热实验装置，换热器本体20提供了测试区，在测试区固定有薄膜电阻10、温度采集器19、压力计18，换热器本体20同时通过分流器14和汇流器15与温循环水浴槽11、蠕动泵12通过第一止流阀13和第二止流阀16连接，冷却液经过分流器14分成6个支流从基板1共6个入口流入换热器本体20，然后从6个出口流出，经汇流器15汇集成一支流入高低温循环水浴槽11。系统通过直流电源17供电，向控制系统供电。

本发明给出了流体在多入口多出口换热器本体20中的进出，同时采用高低温循环水浴槽11，自动控制快速降低液体温度并且确保温度降至入口温度，冷却液经过加载有薄膜电阻10的换热器本体20后温度升高，将其通入高低温循环水浴槽11，快速冷却至初始温度，再经过蠕动泵12循环使用。

本发明高低温循环水浴槽中的冷却液体在蠕动泵的驱动下流经第一止流阀13注入测试区经过分流器从六个入口流入带热源的换热器本体20中，六个出口的液体通过汇流器流出测试区，如果打开第二止流阀16，冷却液便能流入高低温循环水浴槽11，实现循环；在此过程中，通过启动直流电源17，调节直流电源的电压，使得薄膜电阻10的发热功率达到所需功率。待压力计18和温度采集器19稳定后，即可读取各个温度值以及压力值，冷却液经过换热器本体20后，温度会升高，经汇流器通过高低温循环水浴槽11后，迅速冷却，高低温循环水浴槽11可以读出槽内液体温度，待其温度降低至入口温度，即可开启蠕动泵12循环使用。

本发明测试区采用六个薄膜热阻10作为热源，测量换热器本体20入口以及出口的温度，根据薄膜电阻10的发热功率、流体进出口的平均温度以及换热器本体20受热面的温度，可以计算出该换热器本体20的对流换热系数，由压力计18测取测试段两端压力，得到换热器本体20的流动阻力参数。

本发明测试中，温度采集器19包括测量六个部分的温度：换热器本体20进口的冷却液温度、换热器本体20的出口的冷却液温度以及基板1表面边缘均匀分布四个位置的温度，这六个温度均采用热电偶测试，所有的热电偶连接到温度采集器19上，在温度采集器19上可以显示各点的温度值。

本发明交错双P型微通道换热器和流体流动换热实验装置结构简单、操作方便、成本低，并大大提高了工作效率。

本发明的工作原理如下：本发明换热器本体20包括基板1和并排长方形孔座22，并排长方形孔座22上加工有入口孔4和出口孔5，以供冷却液的流进流出，并固定换热器11。基板1设有六条竖向一级直流道6，每条直流道6又分为三条子流道，子流道的两侧又分布有V型二级流道9，二级流道9的冷却液与出口直流道7相连，同时三条子流道又汇聚成横向直流道8，流向正交90°之后经由竖向出口直流道7流出换热器，使得整个基板1中的流道相互贯通。V型通道又使得进出口之间直接相连，这种方式可以提高换热器的换热性能以及均温性能。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种交错双P型微通道换热器，其特征在于：包括基板(1)、基板(1)上的换热器本体(20)和分流配合件(29)，基板左右外侧设有并排长方形孔座(2)，长方形孔座(2)设有压力计连接孔(3)，用于测试系统中的压降；并排长方形孔座（2）有两种外径尺寸的并排孔，两种外径尺寸的长方形孔交错，基板左外侧包括三个通道入口孔（4）和三个通道出口孔（5），基板右外侧包括三个通道入口孔（4）和三个通道出口孔（5），入口长方形孔直径大，出口长方形孔直径小，左右外侧出口和入口分别通过管路与一组分流配合件（29）的六孔端相连，分流配合件（29）的另一端与外部管道相连，冷却液从分流配合件（29）的冷却液进水口（21）进入，从分流配合件（29）的冷却液出水口（22）通过管路流入长方形孔座（2）的大直径入口（23），再由大直径入口（23）通过冷却液入口（24）进入换热器本体（20）内，经过换热器本体（20）热交换，通过管路流入长方形孔座（2）的小直径出口（27），再由小直径出口（27）经管路到分流配合件（29）的换热出水管（25），由分流配合件（29）的换热排水口（26）排出。

2.根据权利要求1所述的一种交错双P型微通道换热器，其特征在于：所述的基板（1）上共有六条出口直流道（7），其中三条与左侧并排长方形孔座（2）的长方形孔管路连接，三条与右侧并排长方形孔座（2）的长方形孔管路连接，出口直流道（7）同时与自身的三条相邻平行的直流道通过纵向直流道（8）连通。

3.根据权利要求1所述的一种交错双P型微通道换热器，其特征在于：所述的换热器本体（20）包括在基板内左右侧各自平行的九条直流道（30）；其中三条相邻平行的直流道（31）为一组，左右侧相邻平行的三组直流道按轴向对称分布，三条相邻平行的直流道（31）一端在中间汇集与一路冷却液入口（24）管路连接，冷却液入口（24）在长方形孔座（2）的内侧，长方形孔座（2）的外侧为冷却液的大直径入口（23），大直径入口（23）通过管路再与分流配合件（29）的冷却液出水口（22）管路连接。

4.根据权利要求3所述的一种交错双P型微通道换热器，其特征在于：所述的换热器本体（20）的左右侧的两个三条相邻平行的直流道（31）形成180度的对称分布，使三条相邻平行的直流道（31）形成交错布局，三条相邻平行的直流道之间定间距均匀分布，出口直流道（7）与对称的三条相邻平行的直流道（31）一条之间通过V型倾斜通道（9）连接，液体流进交错双P型微通道换热器的入口，经三条相邻平行的直流道（31）换热，两侧的流体会在V型倾斜通道（9）与纵向直流道（8）的交叉处形成对流，最终出口直流道（7）中的流体通过V型倾斜通道（9）流回竖向出口直流道（7），汇流流出换热器。

5.根据权利要求3所述的一种交错双P型微通道换热器，其特征在于：所述的三条相邻平行的直流道（31）直径小于等于方形孔座（2）并排孔中大外径的入口孔径，三条相邻平行的入口直流道（31）直径相等，都等于出口流道的内管径，三条相邻平行的入口直流道与方形孔座入口连接是通过过度流道（6）连接起来，将水流从方形孔座入口进入三条相邻平行入口。

6.根据权利要求3所述的一种交错双P型微通道换热器，其特征在于：每一路三条相邻平行的直流道（31）其中分出一条作为出口直流道（7），出口直流道（7）向前延伸与长方形孔座（2）内侧的换热出口（28）连接，长方形孔座（2）外侧的通道出口孔（5）与分流配合件（29）的冷却液出水口（22）管路连接。

7.一种交错双P型微通道换热器检测方法，其特征是：换热器本体（20）提供了测试区，在测试区固定有薄膜电阻（10）、温度采集器（19）、压力计（18），换热器本体（20）同时通过分流器（14）和汇流器（15）与高低温水浴循环槽（11）、蠕动泵（12）通过第一止流阀（13）和第二止流阀（16）连接，冷却液经过分流器（14）分成6个支流从基板（1）共6个入口流入换热器本体（20），然后从6个出口流出，经汇流器（15）汇集成一支流入高低温循环水浴槽（11），流体在多入口多出口换热器本体（20）中的进出，同时采用高低温循环水浴槽（11），自动控制快速降低液体温度并且确保温度降至入口温度，冷却液经过加载有薄膜电阻（10）的换热器本体（20）后温度升高，将其通入高低温循环水浴槽（11），快速冷却至初始温度，再经过蠕动泵（12）循环使用；高低温循环水浴槽中的冷却液体在蠕动泵的驱动下流经第一止流阀（13）注入测试区经过分流器从六个入口流入带热源的换热器本体（20）中，六个出口的液体通过汇流器流出测试区，如果打开第二止流阀（16），冷却液便能流入高低温循环水浴槽（11），实现循环；在此过程中，通过启动直流电源（17），调节直流电源的电压，使得薄膜电阻（10）的发热功率达到所需功率；待压力计（18）和温度采集器（19）稳定后，即可读取各个温度值以及压力值，冷却液经过换热器本体（20）后，温度会升高，经汇流器通过高低温循环水浴槽（11）后，迅速冷却，高低温循环水浴槽（11）可以读出槽内液体温度，待其温度降低至入口温度，即可开启蠕动泵（12）循环使用。

8.根据权利要求7所述的一种交错双P型微通道换热器检测方法，其特征是：测试区采用六个薄膜热阻（10）作为热源，测量换热器本体（20）入口以及出口的温度，根据薄膜电阻（10）的发热功率、流体进出口的平均温度以及换热器本体（20）受热面的温度，计算出该换热器本体（20）的对流换热系数，由压力计（18）测取测试段两端压力，得到换热器本体（20）的流动阻力参数。

9.根据权利要求7所述的一种交错双P型微通道换热器检测方法，其特征是：所述的温度采集器（19）包括测量六个部分的温度：换热器本体（20）进口的冷却液温度、换热器本体（20）的出口的冷却液温度以及基板（1）表面边缘均匀分布四个位置的温度，这六个温度均采用热电偶测试，所有的热电偶连接到温度采集器（19）上，在温度采集器（19）上可以显示各点的温度值。

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