CN113423240A - 一种盘状放射形微通道散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盘状放射形微通道散热器，包括上盖板、微通道模块和汇流板；上盖板与入口管道连接、汇流板与出口管道连接；上盖板和汇流板连接并在内部形成圆柱形空间，微通道模块设置在圆柱形空间内；微通道模块的结构包括基板，基板为圆形，其中部设有通孔，基板的上表面形成有若干筋板，筋板由通孔的边缘向基板外圈呈放射状延伸，相邻两筋板之间形成流通截面渐增的微槽，基板的上表面与上盖板贴合，从而在微槽与上盖板之间形成入流通道。本发明用于解决现有微通道散热器对环状及转动部件不匹配的问题，散热器沿轴线布置的出、入口以及呈放射状的微通道解决了微通道内沿周向流量不均匀所带来的温度不均匀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微通道散热器，尤其是一种盘状放射形微通道散热器。
背景技术
微通道换热器最早应用在电子芯片领域。随着科技的进步以及加工工艺的发展，电子产品集成化程度越来越高，对换热器的尺寸的限制也越来越严格。同时，随着电子器件性能的提高，其产热率也在不断升高。于是人们将微技术应用到了散热器方面，微技术是指在空间微尺度条件下，对设备进行设计、加工和操作。微细尺度的流动和传热与常规尺度的流动和传热的不同的原因可以分为两大类：第一类是物体的特征尺寸缩小到与载体粒子的平均自由程同量级，这时基于连续性假设的宏观概念和温度就不再适用。第二类是物体的特征尺寸仍远大于载体粒子的平均自由程，即连续性假设仍然适用，但是由于尺寸的微细，使原来各种影响因素的相对重要性发生了变化，从而导致流动和传热规律发生变化。利用微技术，对换热器进行合理设计可以大大提高机械装置的传热和传质效率，由于尺度的微细，表面积-体积比增大，表面作用增强，从而导致传递效果有明显的增强，比常规尺度提高2-3个数量级。由于微通道换热器体积小、结构紧凑、效率高和运行安全等优点，使其的应用领域迅速扩大，在航空航天，化工，电子通信，生物医学设备等多个领域得到了广泛的应用。
现有技术中，微通道结构与环形及转动部件匹配度较差，存在微通道内沿周向流量分配不均的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种盘状放射形微通道散热器，解决了微通道结构与环形及转动部件匹配度较差的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种盘状放射形微通道散热器，包括上盖板、微通道模块和汇流板；所述上盖板与入口管道连接、所述汇流板与出口管道连接；所述上盖板和所述汇流板连接并在内部形成圆柱形空间，所述微通道模块设置在所述圆柱形空间内；所述微通道模块的结构包括基板，所述基板为圆形，其中部设有通孔，所述基板的上表面形成有若干筋板，所述筋板由所述通孔的边缘向基板外圈呈放射状延伸，相邻两筋板之间形成流通截面渐增的微槽，所述基板的上表面与所述上盖板贴合，从而在所述微槽与所述上盖板之间形成入流通道。
其进一步技术方案为：
所述基板的下表面与所述汇流板之间形成供流体流出的间隙。
所述基板的下表面也形成有结构相同的筋板及相应的微槽，所述基板下表面与所述汇流板贴合，从而在所述汇流板与所述基板下表面的所述微槽之间，形成与所述入流通道相连通的出流通道。
位于所述基板的上表面和下表面的所述筋板一一对应设置，所述基板的外径小于所述圆柱形空间的内径，使流体从所述入流通道流入对应的出流通道。
若干筋板沿圆周方向均匀分布，且沿同一时针方向沿弧线延伸。
所述上盖板上设有入流孔，所述入流孔与所述入口管道连接，并与所述基板上的通孔位置对应。
所述汇流板上设有出流孔，所述出流孔与所述出口管道连接，并与所述基板上的通孔对应。
本发明的有益效果如下：
本发明用于解决现有微通道散热器对环状及转动部件不匹配的问题，散热器沿轴线布置的出、入口以及呈放射状的微通道解决了微通道内沿周向流量不均匀所带来的温度不均匀的问题。本发明结构紧凑，安装方便，进出口压降小，温度场均匀性好，散热效率高，可用于环形阵列的大功率探照灯、激光器以及旋转机械等高产热设备的冷却。
附图说明
图1是本发明具体实施例一的分解结构示意图。
图2是本发明的整体结构示意图。
图3是本发明的上盖板结构示意图。
图4是本发明具体实施例一的微通道模块结构示意图。
图5是本发明具体实施例二的微通道模块结构示意图。
图6是本发明的汇流板的结构示意图。
图中：1、入口管道；2、上盖板；3、微通道模块；4、汇流板；5、出口管道；21、入流孔；31、基板；32、筋板；33、微槽；34、通孔；41、出流孔。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1和图4所示，本实施例一的一种盘状放射形微通道散热器，包括上盖板2、微通道模块3和汇流板4；上盖板2与入口管道1连接、汇流板4与出口管道5连接；上盖板2和汇流板4连接并在内部形成圆柱形空间，微通道模块3设置在圆柱形空间内；微通道模块3的结构包括基板31，基板31为圆形，其中部设有通孔34，基板31的上表面形成有若干筋板32，筋板32由通孔34的边缘向基板31外圈呈放射状延伸，相邻两筋板32之间形成流通截面渐增的微槽33，基板31的上表面与上盖板2贴合，从而在微槽33与上盖板2之间形成入流通道。
基板31的下表面与汇流板4之间形成供流体流出的间隙。
汇流板4与上盖板2均呈圆形外径一致，连接后构成圆柱状壳体，微通道模块3填充于腔体内，与上盖板2紧密连接；入口管道1、上盖板2、微通道模块3、汇流板4、出口管道5沿轴向堆叠布置，形成两端开口的密闭空间，连接后的结构如图2所示。
微槽33尺寸为毫米级。
若干筋板32沿圆周方向均匀分布，且沿同一时针方向沿弧线延伸，形成弧形叶片状结构，且每个筋板32两侧边曲率不同，使相邻两筋板32之间的微槽33的截面积由内向外增大，因而使得入流通道的截面面积随流动方向渐增。
微通道模块3的基板31直径略小于上盖板2直径，放射状的筋板32为圆弧状，并沿圆周均匀排列。上盖板2表面光滑，便于与产热部件以及微通道模块3贴合，降低接触热阻。
如图3和图6所示，上盖板2成圆形，中部设有入流孔21，入流孔21与入口管道1连接，并与基板31上的通孔34位置对应。汇流板4成圆形，中部设有出流孔41，出流孔41与出口管道5连接，并与基板31上的通孔34对应。使整个散热器装配后成轴对称的结构，入流和出流位置均位于轴线上。
入口管道1、出口管道5可以根据安装需要选择孔径和材料。
上盖板2、微通道模块3和汇流板4采用导热性良好的材料，如铜、铝等加工制成。
工作时，上盖板2与产热部件相贴合，微通道模块3与上盖板2相贴合，热量由高产热率的产热部件产生，经过热传导传入上盖板2和微通道模块3，与此同时，冷却工质从入口管道1以一定的速度进入，通过上盖板2的入流孔21，流入基板31的通孔34，再通过通孔34边缘流入微通道模块3上部的微槽33和上盖板2下表面之间形成的入流通道，流经微通道模块3下部与汇流板4内侧底面之间的间隙，并从汇流板4的出流孔41经出口管道5流出，通过对流传热将热量带走。
本实施例的二盘状放射形微通道散热器，与实施例一的外部结构相同：也包括上盖板2、微通道模块3和汇流板4；上盖板2与入口管道1连接、汇流板4与出口管道5连接；上盖板2和汇流板4连接并在内部形成圆柱形空间，微通道模块3设置在圆柱形空间内。不同点是，微通道模块3的结构和连接结构，如图5所示，微通道模块3包括基板31，基板31的下表面上也设有与设置在上表面结构相同的筋板32及相应的微槽33，即基板31上、下表面镜像设置有筋板32。基板31的上表面与上盖板2贴合，在微槽33与上盖板2之间形成入流通道，同时，基板31下表面与汇流板4贴合，在汇流板4与基板31下表面的微槽33之间，形成与入流通道相连通的出流通道。
位于基板31的上表面和下表面的筋板32一一对应设置，基板31的外径小于圆柱形空间的内径，使流体从入流通道流入对应的出流通道。
实施例二的工作原理和实施例一相同，将上盖板2与产热部件相贴合，微通道模块3上、下两面分别上盖板2、汇流板4贴合，热量由高产热率的产热部件产生，经过热传导传入上盖板2和微通道模块3，与此同时，冷却工质从入口管道1以一定的速度进入，通过入流孔21流入基板31的通孔34，再通过通孔34边缘流入微通道模块3上部微槽33和上盖板2下表面之间形成的入流通道，流经微通道模块3下部微槽33与汇流板4内侧底面之间形成的出流通道，从汇流板4的出流孔41经出口管道5流出。
实施例二的微通道模块3结构和实施例一相比，充分利用微通道模块3与汇流板4之间的空间形成第二换热流程(出流通道)，当产热部件产热率较高时，通过单流程换热无法有效带走热量，热量由上盖板2传至其底面与微通道模块3之间形成的第一换热流程(入流通道)，部分热量被流动工质带走，热量继续向微通道下流程传递，流动工质流入汇流板后，进入微通道模块下流程，进一步带走热量。与单一流程微通道换热相比，流程增加，换热面积增加。以水为流动工质，入口速度为0.5m/s，上盖板顶部热通量为450000W/m2时对两种微通道模块进行模拟研究，采用实施例二的微通道模块可以将上盖板顶部平均温度降低约6％。即散热效果更好，适用于更高产热率部件的散热要求。
上述两个实施例，入口管道1、上盖板2、微通道模块3、汇流板4和出口管道5通过焊接或者粘合等方式紧密连接，并且需要良好的密封性。
由于本申请微槽33的截面积截面面积增加，流体沿微通道流动时，流速降低，并沿换热器周向分布均匀，有利于减少流体流出微通道进入汇流板时的流量不均匀度以及局部压力损失，有利于提高散热器周向温度的均匀性以及运行经济性。与流动通道截面积不变的直线型放射状微通道相比，本申请的流体通道的换热表面增大，微通道出口沿周向分布的比例更大，有利于改善微通道内沿周向流量不均匀所带来的的温度不均匀的问题。相同条件下，将本申请方案与通道截面积不变的直线型放射状微通道的模拟结果相对比，本申请可以将上盖板2顶部平均温度降低约10％。
本申请的一种盘状放射形微通道散热器呈圆形，可用于解决现有微通道散热器对环状及转动部件不匹配的问题，散热器沿轴线布置的出、入口以及呈放射状的微通道解决了微通道内沿周向流量不均匀所带来的温度不均匀的问题。
Claims (8)
1.一种盘状放射形微通道散热器，其特征在于，包括上盖板(2)、微通道模块(3)和汇流板(4)；所述上盖板(2)与入口管道(1)连接、所述汇流板(4)与出口管道(5)连接；所述上盖板(2)和所述汇流板(4)连接并在内部形成圆柱形空间，所述微通道模块(3)设置在所述圆柱形空间内；所述微通道模块(3)的结构包括基板(31)，所述基板(31)为圆形，其中部设有通孔(34)，所述基板(31)的上表面形成有若干筋板(32)，所述筋板(32)由所述通孔(34)的边缘向基板(31)外圈呈放射状延伸，相邻两筋板(32)之间形成流通截面渐增的微槽(33)，所述基板(31)的上表面与所述上盖板(2)贴合，从而在所述微槽(33)与所述上盖板(2)之间形成入流通道。
2.根据权利要求1所述的盘状放射形微通道散热器，其特征在于，所述基板(31)的下表面与所述汇流板(4)之间形成供流体流出的间隙。
3.根据权利要求1所述的盘状放射形微通道散热器，其特征在于，所述基板(31)的下表面也形成有结构相同的筋板(32)及相应的微槽(33)，所述基板(31)下表面与所述汇流板(4)贴合，从而在所述汇流板(4)与所述基板(31)下表面的所述微槽(33)之间，形成与所述入流通道相连通的出流通道。
4.根据权利要求3所述的盘状放射形微通道散热器，其特征在于，位于所述基板(31)的上表面和下表面的所述筋板(32)一一对应设置，所述基板(31)的外径小于所述圆柱形空间的内径，使流体从所述入流通道流入对应的出流通道。
5.根据权利要求1或3所述的盘状放射形微通道散热器，其特征在于，若干筋板(32)沿圆周方向均匀分布，且沿同一时针方向沿弧线延伸。
6.根据权利要求1或3所述的盘状放射形微通道散热器，其特征在于，所述上盖板(2)上设有入流孔(21)，所述入流孔(21)与所述入口管道(1)连接，并与所述基板(31)上的通孔(34)位置对应。
7.根据权利要求6所述的盘状放射形微通道散热器，其特征在于，所述汇流板(4)上设有出流孔(41)，所述出流孔(41)与所述出口管道(5)连接，并与所述基板(31)上的通孔(34)对应。
8.根据权利要求1或3所述的盘状放射形微通道散热器，其特征在于，所述微槽(33)的尺寸为毫米级。
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