CN114485228A - 一种中空多棱柱形换热器 - Google Patents

一种中空多棱柱形换热器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中空多棱柱形换热器，包括与热源连接的多棱柱主体，多棱柱主体设有与多棱柱主体轴向平行的制冷剂流道，制冷剂流道内填充泡沫金属；多棱柱主体还设有供制冷剂流入的入口与供制冷剂流出的出口，制冷剂由入口进入制冷剂流道内，制冷剂流道内的制冷剂与热源换热完成后由出口流出制冷剂流道；多棱柱主体中部设有贯穿的第一空气通道，第一空气通道设有轴流风扇；还包括套设于多棱柱主体外的导风罩，多棱柱主体外壁与导风罩内壁之间构成与第一空气通道连通的第二空气通道。本发明通过在制冷剂流道填充泡沫金属，制冷剂在泡沫金属内部沸腾换热，同时与导风罩和轴流风扇集成，进行强迫对流换热，极大提高换热器的换热效率。

Description

一种中空多棱柱形换热器
技术领域
本发明属于换热器设备技术领域，具体涉及一种中空多棱柱形换热器。
背景技术
随着电子信息等领域的快速发展，各类设备及部件的发热量逐年增大，对散热的需求也越来越大。目前，常见的用于片状热源散热的换热器为板式换热器，板内走水或其它冷却液，走制冷剂时则板片需要加厚，使得单位体积换热器的散热能力受到限制。
泡沫金属是一种密度低、散热面积大、具有良好热力性能的多孔材料。其中，开孔泡沫金属具有连续贯通的三维多孔结构，流体可以从中间流过。在流体通道内填充泡沫金属，能够将换热系数提高2-4倍，从而极大地提升换热效率。此外，还能将泡沫金属与沸腾相变结合，让制冷剂在泡沫金属内流动沸腾，利用自身的汽化潜热，吸收并带走大量热量，以达到强化换热的目的。
此外，多棱柱主体形状的换热器可使得换热管内的热量以最快的速度和最短的途径与周围的其他材料进行换热。
综上，需开发出一种多棱柱主体与泡沫金属联合的换热器，以使换热器具有优良的换热性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种中空多棱柱形换热器。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种中空多棱柱形换热器，包括与热源连接的多棱柱主体，多棱柱主体设有与多棱柱主体轴向平行的制冷剂流道，制冷剂流道内填充泡沫金属；多棱柱主体还设有供制冷剂流入的入口与供制冷剂流出的出口，制冷剂由入口进入制冷剂流道内，制冷剂流道内的制冷剂与热源换热完成后由出口流出制冷剂流道；多棱柱主体中部设有贯穿的第一空气通道，第一空气通道设有轴流风扇；还包括套设于多棱柱主体外的导风罩，多棱柱主体外壁与导风罩内壁之间构成与第一空气通道连通的第二空气通道。
进一步地，第一空气通道的壁面为多棱柱主体内壁，热源为设置于多棱柱主体内壁和/或主体外壁的片状结构。
进一步地，多棱柱主体内壁和/或多棱柱主体外壁设有压条，压条的两端均通过螺钉与压条所在的多棱柱主体壁面连接，片状结构的热源位于所在多棱柱主体壁面与压条之间；片状结构的热源与其所在的多棱柱主体壁面之间填充导热硅脂。
进一步地，片状结构的热源通过有粘性的导热胶粘贴于多棱柱主体内壁和/或多棱柱主体外壁。
进一步地，多棱柱主体底部设有外沿，外沿与导风罩的底部边缘连接；
进一步地，第一通道底部设有内沿，内沿与轴流风扇连接。
进一步地，制冷剂流道的两端均采用铜管密封，制冷剂流道两端的铜管分别位于多棱柱主体的两端。
进一步地，热源为热电片或集成电路片。
进一步地，泡沫金属的孔隙率范围为0.85-0.99，孔密度范围为5PPI-150PPI。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
(1)本发明通过在制冷剂流道填充泡沫金属，制冷剂在泡沫金属内部沸腾换热，极大提高换热器的换热效率；制冷剂在泡沫金属内部沸腾换热，同时与导风罩和轴流风扇集成，进行强迫对流换热，进一步提高换热器的换热效率；
(2)本发明为中空结构，内外表面都能布置片状热源，能够提高单位体积换热效果；
(3)本发明主体形状、材质及流程形式灵活多变，可满足不同的换热需求，适用于各种片状热源的散热场景，尤其是多个非平行片状热源的散热。
附图说明
图1为本实施例整体结构图；
图2为本实施例俯视图；
图3为本实施例仰视图；
图4为本实施例内部结构示意图；
图5为本实施例去掉导风罩的整体结构图；
图6为本实施例去掉导风罩的俯视图；
图7为本实施例去掉导风罩的仰视图；
图8为片状结构的热源与多棱柱主体连接的正面结构示意图；
图9为片状结构的热源与多棱柱主体连接的侧面结构示意图。
图中，1-多棱柱主体；2-导风罩；3-轴流风扇；4-底部边缘；5-入口；6-出口；7-铜管；8-外沿；9-内沿；10-热源；11-制冷剂流道；12-泡沫金属；13-压条；14-导热硅脂；15-导热胶。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步地描述，但本发明的保护范围并不仅仅限于此。
如图1-7所示，本实施例一种中空多棱柱形换热器，包括与热源10连接的多棱柱主体1，多棱柱主体1设有与多棱柱主体轴向平行的制冷剂流道11，制冷剂流道11内填充泡沫金属12。多棱柱主体1还设有供制冷剂流入的入口5与供制冷剂流出的出口6，制冷剂由入口5进入制冷剂流道11内，制冷剂流道11内的制冷剂与热源10换热完成后由出口6流出通道。运行时，制冷剂从泡沫金属12内的三维多孔结构当中流过，与制冷剂通道外的热源10进行换热，能够将换热系数提高2-4倍，从而极大地提升换热效率。
本实施例泡沫金属中的传热过程主要分为两个部分，一是金属骨架本身的热传导，一是金属表面与流体间的对流换热。由于后者的传热热阻远大于前者，因此增强金属表面与流体间的对流换热可提高结构的整体传热性能。提高结构的比表面积，即增强单位体积内的对流换热面积，是有效的途径之一。与光表面相比，金属多孔表面有效地强化了自然对流散热，使总热阻至少减小20％左右。液体汽化的相变过程使得沸腾液体内部产生汽泡的剧烈汽化，沸腾换热比单相流体的对流换热强烈得多，也能够强化换热。泡沫金属由于其内部结构，在一定程度上有助于制冷剂的沸腾。因此，本实施例还能将泡沫金属12与沸腾相变结合，让制冷剂在泡沫金属12内流动沸腾，利用自身的汽化潜热，吸收并带走大量热量，以达到强化换热的目的。换热完成后，热源10温度降低，温度升高的制冷剂从制冷剂流道11内流出。
为进行强迫对流换热，进一步提高换热器的换热效率，本实施例设有第一空气通道，第二空气通道以及轴流风扇3。第一空气通道为多棱柱主体1中部的中空部分，轴流风扇3设置于第一空气通道。导风罩2套设于多棱柱主体1外，多棱柱主体1外壁与导风罩2内壁之间构成与第一空气通道连通的第二空气通道。第一空气通道的壁面为多棱柱主体1内壁，热源10为设置于多棱柱主体1内壁和/或多棱柱主体1外壁的片状结构。轴流风扇3开启后，空气将从多棱柱主体1的底部流入中空处的第一空气通道，与布置于多棱柱主体1内壁的片状热源10进行强迫对流换热后，再流过多棱柱主体1与导风罩2的之间的第二空气通道内，与布置于多棱柱主体1外壁的片状热源10进行强迫对流换热，最后从第二空气通道底部流出换热器。制冷剂在泡沫金属内部沸腾换热，同时与导风罩2和轴流风扇3集成，使得换热器具有良好的换热性能。
本实施例多棱柱主体1由具有高热导率的金属铜制成。沿多棱柱主体1轴向打有若干通孔作为制冷剂流道11，内部填充有泡沫金属12。第一空气通道位于多棱柱主体的中部。导风罩2为与多棱柱主体1形状相同的极薄多棱柱主体外壳。轴流风扇3布置于第一空气通道下部。制冷剂流道11位于多棱柱主体内壁与多棱柱主体外壁之间且与多棱柱主体的轴线平行。多棱柱主体1内壁面和/或外壁面紧贴需要散热的片状结构的热源10。
如图8、图9所示，为便于安装片状结构的热源10，多棱柱主体1内壁和/或多棱柱主体外壁设有压条13，压条13的两端均通过螺丝与压条13所在的多棱柱主体壁面连接。片状热源10位于所在多棱柱主体1壁面与压条13之间。即本实施例片状结构的热源10可通过压条13结合多棱柱主体内外侧面上的自攻螺丝孔进行固定。片状的热源10与其所在的多棱柱主体壁面之间填充导热硅脂14，以避免微小间隙中存在空气造成的导热不良的问题。本实施例安装片状结构的热源10时，也可不采用压条13与导热硅脂14，具体可将片状结构的热源10通过有粘性的导热胶15粘贴于多棱柱主体内壁和/或多棱柱主体外壁。
为便于多棱柱主体与导风罩2连接，多棱柱主体底部设有三个向外翻折延伸的外沿8，外沿8与导风罩2底部连接，外沿8具有螺纹孔；导风罩2的底部边缘4向外翻折延伸并具有螺栓孔。导风罩2的底部边缘4通过螺栓与多棱柱主体底部外沿8连接。为便于多棱柱主体与轴流风扇3连接，第一通道底部设有一圈向内翻折延伸的内沿9，内沿9具有螺纹孔。轴流风扇3的四个角都具有螺纹孔，通过螺栓与多棱柱主体内沿9固定连接。
如图5所示，制冷剂流道11的两端均采用铜管7密封，制冷剂流道11两端的铜管7分别位于多棱柱主体的两端。制冷剂流道11可根据需要利用铜管7连接两端。铜管7为铜管弯头，其功能是连接不同的制冷剂流道11，使得制冷剂从入口进入换热器后，按既定线路依次在不同制冷剂流道11内流动，直至出口。本实施例的铜管7能够实现制冷剂在换热器内按目标流程流动。供制冷剂流入的入口5与供制冷剂流出的出口6设置于多棱柱主体底部，制冷剂从入口5流入，在制冷剂流道11内沸腾相变吸热，从出口6流出。入口5和出口6可根据需要设置单个或多个，使得制冷剂走单流程或多流程。
制冷剂出入口需要外接管相连至其他设备，因此导风罩的封闭端不能在出入口侧，而须布置在仅有铜管弯头的一侧。由于换热器整体气流路径的设计为：轴流风扇3吹入空气至换热器内部，从第一空气通道流入至导风罩的封闭端，再从换热器和导风罩之间的第二空气通道流出。因此，轴流风扇3也需要布置在导风罩的封闭端对侧。因此，本实施例制冷剂出入口和轴流风扇都需要设置于导风罩2封闭端的对侧。即本实施例的入口5和出口6设置于轴流风扇3的同侧。
本实施例的热源为热电片或集成电路片，热电片或集成电路片均可贴附于多棱柱主体内壁和/或多棱柱主体外壁。泡沫金属的孔隙率和孔密度决定泡沫金属的传热面积，是影响泡沫金属散热性能和流动阻力的主要因素。在较小的孔隙率下，格拉晓夫数Gr存在一个转折点，当Gr小于该转折点值时，孔密度较大的金属泡沫自然对流热阻较小，而当Gr大于该转折点值时，孔密度较小的金属泡沫热阻较小。在较大孔隙率下，孔密度较大的金属泡沫热阻一直较小。本实施例的泡沫金属12的孔隙率范围为0.85-0.99，孔密度范围为5PPI-150PPI，使得散热器在有良好换热效果的同时不至于存在阻力过大的问题，并且能够实现真正的加工生产。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种中空多棱柱形换热器，其特征在于：
包括与热源连接的多棱柱主体，多棱柱主体设有与多棱柱主体轴向平行的制冷剂流道，制冷剂流道内填充泡沫金属；多棱柱主体还设有供制冷剂流入的入口与供制冷剂流出的出口，制冷剂由入口进入制冷剂流道内，制冷剂流道内的制冷剂与热源换热完成后由出口流出制冷剂流道；多棱柱主体中部设有贯穿的第一空气通道，第一空气通道设有轴流风扇；
还包括套设于多棱柱主体外的导风罩，多棱柱主体外壁与导风罩内壁之间构成与第一空气通道连通的第二空气通道。
2.根据权利要求1所述的中空多棱柱形换热器，其特征在于：第一空气通道的壁面为多棱柱主体内壁，热源为设置于多棱柱主体内壁和/或主体外壁的片状结构。
3.根据权利要求2所述的中空多棱柱形换热器，其特征在于：多棱柱主体内壁和/或多棱柱主体外壁设有压条，压条的两端均通过螺钉与压条所在的多棱柱主体壁面连接，片状结构的热源位于所在多棱柱主体壁面与压条之间；片状结构的热源与其所在的多棱柱主体壁面之间填充导热硅脂。
4.根据权利要求2所述的中空多棱柱形换热器，其特征在于：片状结构的热源通过有粘性的导热胶粘贴于多棱柱主体内壁和/或多棱柱主体外壁。
5.根据权利要求1所述的中空多棱柱形换热器，其特征在于：多棱柱主体底部设有外沿，外沿与导风罩的底部边缘连接。
6.根据权利要求1所述的中空多棱柱形换热器，其特征在于：第一通道底部设有内沿，内沿与轴流风扇连接。
7.根据权利要求1所述的中空多棱柱形换热器，其特征在于：制冷剂流道的两端均采用铜管密封，制冷剂流道两端的铜管分别位于多棱柱主体的两端。
8.根据权利要求1-7任一项所述的中空多棱柱形换热器，其特征在于：热源为热电片或集成电路片。
9.根据权利要求1-7任一项所述的中空多棱柱形换热器，其特征在于：泡沫金属的孔隙率范围为0.85-0.99，孔密度范围为5PPI-150PPI。
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