一种环型微通道换热器及其流体流动换热实验装置

摘要

本发明公开了一种环型微通道换热器及其流体流动换热实验装置，包括基板和U型槽，其中U型槽为两个，所述两个U型槽分别卡合于基板的相对两侧，所述基板包括上盖板和下盖板，其中下盖板设有四条通道，所述每条通道由一级流道、二级环型流道和倾斜流道组成，其中每个通道的一级流道分为两部分，所述两部分一级流道分别设置于下盖板的两端，其中两部分一级流道中间连接二级环型流道，其中二级环型流道中间区域设有多个倾斜流道，所述上盖板和下盖板盖合可使每个通道成为一个两端开口的密闭独立空间，其中四条通道所在直线与两个U型槽连接所在直线平行。

说明书

技术领域

本发明属于微通道强化散热技术领域，尤其涉及一种环型微通道换热器及其流体流动换热实验装置。

背景技术

随着微机电系统和超大规模集成电路等技术的迅速发展，电子设备的体积越来越小，而功率和集成度却大幅度提高，高热流密度的产生成为了一种不可抗拒的趋势，如果不能迅速带走这些热量，电子器件将会由于高温而不能正常工作，甚至烧毁，散热效果除了要保证电子产品的温度较低外，还需降低电子产品各器件间的温差。传统的散热方式已经不能满足高负荷电子器件的散热要求。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，提供一种环型微通道换热器及其流体流动换热实验装置，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：传统的换热器换热效率低；3：电子器件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：一种环型微通道换热器，包括基板和U型槽，其中U型槽为两个，所述两个U型槽分别卡合于基板的相对两侧，所述基板包括上盖板和下盖板，其中下盖板设有四条通道，所述每条通道由一级流道、二级环型流道和倾斜流道组成，其中每个通道的一级流道分为两部分，所述两部分一级流道分别设置于下盖板的两端，其中两部分一级流道中间连接二级环型流道，其中二级环型流道中间区域设有多个倾斜流道，所述上盖板和下盖板盖合可使每个通道成为一个两端开口的密闭独立空间，其中四条通道所在直线与两个U型槽连接所在直线平行。

优选的，所述四条通道均匀且相互平行的设置于下盖板，其中一级流道为直线型流道，所述二级环型流道的截面为环形，其中二级环型流道两端分别连接一级流道的两部分，所述倾斜流道包括两部分且相互交叉设置，其中每部分倾斜流道个数为三个且相互平行。

优选的，所述U型槽设有集流槽和通孔，其中通孔的个数为四个，所述集流槽分别与四个通孔相连通，其中四个通孔相互平行设置，所述基板设有通道的两端可与集流槽卡合对接，所述U型槽一侧还设有压力计连接管。

优选的，所述集流槽内侧设有凸台，其中基板两端设有凹槽，所述集流槽内侧的凸台可以卡合于基板的凹槽。

优选的，一种如上任一项所述的用于测试环型微通道换热器的流体流动换热实验装置，包括蠕动泵、辐射器、液体冷却箱、液体供应箱和测试区，其中测试区包括环型微通道换热器，所述蠕动泵连接于液体供应箱和测试区之间，其中测试区的另一端通过管道连接辐射器，所述辐射器另一端通过管道连接液体冷却箱，其中液体冷却箱另一端通过管道连接液体供应箱。

优选的，还包括止流阀，其中止流阀包括第一止流阀和第二止流阀，其中第一止流阀设置于蠕动泵与测试区之间，其中第二止流阀设置于液体冷却箱与液体供应箱之间。

优选的，所述测试区还包括温度采集器、压力计、电加热装置、分流器和汇流器，其中分流器一端通过管道连接蠕动泵，所述分流器另一端通过管道连接环型微通道换热器，其中环型微通道换热器另一端通过管道连接汇流器，所述汇流器另一端通过管道连接辐射器，所述电加热装置包括直流电源和热源，其中热源连接直流电源，所述热源设置于环型微通道换热器一端面，所述温度采集器分别连接环型微通道换热器的进口端和出口端、热源、液体冷却箱和液体供应箱，所述压力计分别连接环型微通道换热器的进口端和出口端。

优选的，所述分流器包括第一进水管和第一出水管，其中第一进水管和第一出水管连通，所述第一进水管的个数为一根，其中第一出水管的个数为四根，所述一根第一进水管通过管道连接蠕动泵，其中四根第一出水管分别连接环型微通道换热器的U型槽的四个通孔。

优选的，所述汇流器包括第二进水管和第二出水管，其中第二进水管和第二出水管连通，所述第二进水管的个数为四根，其中第二出水管的个数为一根，所述四根第二进水管分别连接环型微通道换热器的U型槽的四个通孔，其中一根第二出水管通过管道连接辐射器。

优选的，所述热源由多个薄膜电阻组成，其中热源除了与环型微通道换热器接触的面其余各面上均裹有绝缘材料。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明环型微通道换热器的下盖板包括四条通道，其中每条通道由一级流道、二级环型流道和倾斜流道组成，总体的四个通道放置方式相同，以一定间距均匀分布，液体流进微通道换热器的入口在一级流道中，随后进入一个环形的二级环型流道中，液体向两个相反的方向流动，液体进入平行的二级环型流道时会向倾斜通道流动，两侧的流体会在倾斜流道的交叉处形成对流，最后倾斜流道中的液体会再流回到二级环型流道中，最后汇聚在一级通道中流出换热器，本发明倾斜流道的交叉处可以提高换热器的换热性能以及均温性能，散热效率高，可满足高负荷电子器件的散热要求，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、辐射器、液体冷却箱、液体供应箱和测试区，其中测试区包括环型微通道换热器，所述蠕动泵连接于液体供应箱和测试区之间，其中测试区的另一端通过管道连接辐射器，所述辐射器另一端通过管道连接液体冷却箱，其中液体冷却箱另一端通过管道连接液体供应箱，所述测试区还包括温度采集器、压力计、电加热装置、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）本发明环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。

附图说明

图1、本发明一种环型微通道换热器的结构示意图；

图2、本发明下盖板的结构示意图；

图3、本发明U型槽结构示意图；

图4、本发明流体流动换热实验装置的连接示意图；

图5、本发明分流器结构示意图；

图6、本发明汇流器结构示意图。

附图标记说明：

1-基板，2-U型槽，3-上盖板，4-下盖板，5-通道，6-一级流道，7-二级环型流道，8-倾斜流道，9-集流槽，10-通孔，11-蠕动泵，12-辐射器，13-液体冷却箱，14-液体供应箱，15-环型微通道换热器，16-第一止流阀，17-第二止流阀，18-温度采集器，19-压力计，20-分流器，21-汇流器，22-直流电源，23-热源，24-第一进水管，25-第一出水管，26-第二进水管，27-第二出水管，28-压力计连接管。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

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。

实施例1

如图1~2所示，本发明公开了一种环型微通道换热器，包括基板1和U型槽2，其中U型槽2为两个，所述两个U型槽2分别卡合于基板1的相对两侧，所述基板1包括上盖板3和下盖板4，其中下盖板4设有四条通道5，所述每条通道5由一级流道6、二级环型流道7和倾斜流道8组成，其中每个通道5的一级流道6分为两部分，所述两部分一级流道6分别设置于下盖板4的两端，其中两部分一级流道6中间连接二级环型流道7，其中二级环型流道7中间区域设有多个倾斜流道8，所述上盖板3和下盖板4盖合可使每个通道5成为一个两端开口的密闭独立空间，其中四条通道5所在直线与两个U型槽2连接所在直线平行。

实施例2

如图1~2所示，本发明公开了一种环型微通道换热器，包括基板1和U型槽2，其中U型槽2为两个，所述两个U型槽2分别卡合于基板1的相对两侧，所述基板1包括上盖板3和下盖板4，其中下盖板4设有四条通道5，所述每条通道5由一级流道6、二级环型流道7和倾斜流道8组成，其中每个通道5的一级流道6分为两部分，所述两部分一级流道6分别设置于下盖板4的两端，其中两部分一级流道6中间连接二级环型流道7，其中二级环型流道7中间区域设有多个倾斜流道8，所述上盖板3和下盖板4盖合可使每个通道5成为一个两端开口的密闭独立空间，其中四条通道5所在直线与两个U型槽2连接所在直线平行。

如图2所示，优选的，所述四条通道5均匀且相互平行的设置于下盖板4，其中一级流道6为直线型流道，所述二级环型流道7的截面为环形，其中二级环型流道7两端分别连接一级流道6的两部分，所述倾斜流道8包括两部分且相互交叉设置，其中每部分倾斜流道8个数为三个且相互平行。

实施例3

如图1~2所示，本发明公开了一种环型微通道换热器，包括基板1和U型槽2，其中U型槽2为两个，所述两个U型槽2分别卡合于基板1的相对两侧，所述基板1包括上盖板3和下盖板4，其中下盖板4设有四条通道5，所述每条通道5由一级流道6、二级环型流道7和倾斜流道8组成，其中每个通道5的一级流道6分为两部分，所述两部分一级流道6分别设置于下盖板4的两端，其中两部分一级流道6中间连接二级环型流道7，其中二级环型流道7中间区域设有多个倾斜流道8，所述上盖板3和下盖板4盖合可使每个通道5成为一个两端开口的密闭独立空间，其中四条通道5所在直线与两个U型槽2连接所在直线平行。

如图2所示，优选的，所述四条通道5均匀且相互平行的设置于下盖板4，其中一级流道6为直线型流道，所述二级环型流道7的截面为环形，其中二级环型流道7两端分别连接一级流道6的两部分，所述倾斜流道8包括两部分且相互交叉设置，其中每部分倾斜流道8个数为三个且相互平行。

如图3所示，优选的，所述U型槽2设有集流槽9和通孔10，其中通孔10的个数为四个，所述集流槽9分别与四个通孔10相连通，其中四个通孔10相互平行设置，所述基板1设有通道5的两端可与集流槽9卡合对接，所述U型槽2一侧还设有压力计连接管28。

如图3所示，优选的，所述集流槽9内侧设有凸台，其中基板1两端设有凹槽，所述集流槽9内侧的凸台可以卡合于基板1的凹槽。

实施例4

如图1~2所示，本发明公开了一种环型微通道换热器，包括基板1和U型槽2，其中U型槽2为两个，所述两个U型槽2分别卡合于基板1的相对两侧，所述基板1包括上盖板3和下盖板4，其中下盖板4设有四条通道5，所述每条通道5由一级流道6、二级环型流道7和倾斜流道8组成，其中每个通道5的一级流道6分为两部分，所述两部分一级流道6分别设置于下盖板4的两端，其中两部分一级流道6中间连接二级环型流道7，其中二级环型流道7中间区域设有多个倾斜流道8，所述上盖板3和下盖板4盖合可使每个通道5成为一个两端开口的密闭独立空间，其中四条通道5所在直线与两个U型槽2连接所在直线平行。

如图2所示，优选的，所述四条通道5均匀且相互平行的设置于下盖板4，其中一级流道6为直线型流道，所述二级环型流道7的截面为环形，其中二级环型流道7两端分别连接一级流道6的两部分，所述倾斜流道8包括两部分且相互交叉设置，其中每部分倾斜流道8个数为三个且相互平行。

如图3所示，优选的，所述U型槽2设有集流槽9和通孔10，其中通孔10的个数为四个，所述集流槽9分别与四个通孔10相连通，其中四个通孔10相互平行设置，所述基板1设有通道5的两端可与集流槽9卡合对接，所述U型槽2一侧还设有压力计连接管28。

如图3所示，优选的，所述集流槽9内侧设有凸台，其中基板1两端设有凹槽，所述集流槽9内侧的凸台可以卡合于基板1的凹槽。

如图4所示，优选的，一种如上所述的用于测试环型微通道换热器的流体流动换热实验装置，包括蠕动泵11、辐射器12、液体冷却箱13、液体供应箱14和测试区，其中测试区包括环型微通道换热器15，所述蠕动泵11连接于液体供应箱14和测试区之间，其中测试区的另一端通过管道连接辐射器12，所述辐射器12另一端通过管道连接液体冷却箱13，其中液体冷却箱13另一端通过管道连接液体供应箱14。

如图4所示，优选的，还包括止流阀，其中止流阀包括第一止流阀16和第二止流阀17，其中第一止流阀16设置于蠕动泵11与测试区之间，其中第二止流阀17设置于液体冷却箱13与液体供应箱14之间。

如图4所示，优选的，所述测试区还包括温度采集器18、压力计19、电加热装置、分流器20和汇流器21，其中分流器20一端通过管道连接蠕动泵11，所述分流器20另一端通过管道连接环型微通道换热器15，其中环型微通道换热器15另一端通过管道连接汇流器21，所述汇流器21另一端通过管道连接辐射器12，所述电加热装置包括直流电源22和热源23，其中热源23连接直流电源22，所述热源23设置于环型微通道换热器15一端面，所述温度采集器18分别连接环型微通道换热器15的进口端和出口端、热源24、液体冷却箱13和液体供应箱14，所述压力计19分别连接环型微通道换热器15的进口端和出口端。

实施例5

如图1~2所示，本发明公开了一种环型微通道换热器，包括基板1和U型槽2，其中U型槽2为两个，所述两个U型槽2分别卡合于基板1的相对两侧，所述基板1包括上盖板3和下盖板4，其中下盖板4设有四条通道5，所述每条通道5由一级流道6、二级环型流道7和倾斜流道8组成，其中每个通道5的一级流道6分为两部分，所述两部分一级流道6分别设置于下盖板4的两端，其中两部分一级流道6中间连接二级环型流道7，其中二级环型流道7中间区域设有多个倾斜流道8，所述上盖板3和下盖板4盖合可使每个通道5成为一个两端开口的密闭独立空间，其中四条通道5所在直线与两个U型槽2连接所在直线平行。

如图2所示，优选的，所述四条通道5均匀且相互平行的设置于下盖板4，其中一级流道6为直线型流道，所述二级环型流道7的截面为环形，其中二级环型流道7两端分别连接一级流道6的两部分，所述倾斜流道8包括两部分且相互交叉设置，其中每部分倾斜流道8个数为三个且相互平行。

如图3所示，优选的，所述U型槽2设有集流槽9和通孔10，其中通孔10的个数为四个，所述集流槽9分别与四个通孔10相连通，其中四个通孔10相互平行设置，所述基板1设有通道5的两端可与集流槽9卡合对接，所述U型槽2一侧还设有压力计连接管28。

如图3所示，优选的，所述集流槽9内侧设有凸台，其中基板1两端设有凹槽，所述集流槽9内侧的凸台可以卡合于基板1的凹槽。

如图4所示，优选的，一种如上所述的用于测试环型微通道换热器的流体流动换热实验装置，包括蠕动泵11、辐射器12、液体冷却箱13、液体供应箱14和测试区，其中测试区包括环型微通道换热器15，所述蠕动泵11连接于液体供应箱14和测试区之间，其中测试区的另一端通过管道连接辐射器12，所述辐射器12另一端通过管道连接液体冷却箱13，其中液体冷却箱13另一端通过管道连接液体供应箱14。

如图4所示，优选的，还包括止流阀，其中止流阀包括第一止流阀16和第二止流阀17，其中第一止流阀16设置于蠕动泵11与测试区之间，其中第二止流阀17设置于液体冷却箱13与液体供应箱14之间。

如图4所示，优选的，所述测试区还包括温度采集器18、压力计19、电加热装置、分流器20和汇流器21，其中分流器20一端通过管道连接蠕动泵11，所述分流器20另一端通过管道连接环型微通道换热器15，其中环型微通道换热器15另一端通过管道连接汇流器21，所述汇流器21另一端通过管道连接辐射器12，所述电加热装置包括直流电源22和热源23，其中热源23连接直流电源22，所述热源23设置于环型微通道换热器15一端面，所述温度采集器18分别连接环型微通道换热器15的进口端和出口端、热源24、液体冷却箱13和液体供应箱14，所述压力计19分别连接环型微通道换热器15的进口端和出口端。

如图5所示，优选的，所述分流器20包括第一进水管24和第一出水管25，其中第一进水管24和第一出水管25连通，所述第一进水管24的个数为一根，其中第一出水管25的个数为四根，所述一根第一进水管24通过管道连接蠕动泵11，其中四根第一出水管25分别连接环型微通道换热器15的U型槽2的四个通孔10。

如图6所示，优选的，所述汇流器包括第二进水管26和第二出水管27，其中第二进水管26和第二出水管27连通，所述第二进水管26的个数为四根，其中第二出水管27的个数为一根，所述四根第二进水管26分别连接环型微通道换热器15的U型槽2的四个通孔10，其中一根第二出水管27通过管道连接辐射器12。

优选的，所述热源23由多个薄膜电阻组成，其中热源23除了与环型微通道换热器接触的面其余各面上均裹有绝缘材料。

本发明的工作原理如下：

本发明环型微通道换热器15包括基板1和U型槽2，U型槽2上加工有集流槽9和通孔10以供冷却液的流进流出，基板1由上盖板3和下盖板4组成，下盖板4上加工有四条通道5，每条通道5由一个一级流道6、一个二级环型流道7和中间区域相互平行交叉的六条倾斜流道8组成，相互交叉的倾斜流道8使流体在交叉处形成扰流，这种方式可以提高换热器的换热性能以及均温性能，环型微通道换热器15的四个一级流道6两端形成四个入口和四个出口，每个入口和出口之间有一个二级环型流道7，其中上、下盖板焊接，给液体提供一个密闭的通道。

本发明给出了针对这种环型微通道换热器的流体流动换热实验装置，包括蠕动泵11、辐射器12、液体冷却箱13、液体供应箱14和测试区，测试区还包括温度采集器18、压力计19、电加热装置、分流器20和汇流器21，冷却液经过分流器20分成4个支流从4个入口流入环型微通道换热器15，然后从汇流器21的4个出口流出汇集成一支流入辐射器12，液体供应箱14的出液口连通测试区入口，测试区出口通过辐射器12连通液体冷却箱13的入口，液体冷却箱13的出液口与液体供应箱14的进液口连通，本发明给出了流体在多入口多出口环型微通道换热器15中的进出方法，同时将辐射器12和液体冷却箱13结合使用，快速降低液体温度并且确保温度降至入口温度，冷却液经过加载有热源23的微通道换热器15后温度升高，将其通过一个矩阵式辐射器12中散去大量的热，而后通入到液体冷却箱13中冷却至入口温度，再通过第二止流阀17流入到液体供应箱14中。

本发明液体供应箱中的冷却液体在蠕动泵的驱动下流经第一止流阀注入测试区经过分流器从四个入口流入带热源的环型微通道换热器中，四个出口的液体通过汇流器流出测试区，在经过辐射器流至液体冷却箱，如果打开第二止流阀，冷却液便能从液体冷却箱流到液体供应箱，实现循环；在此过程中，开启电加热装置，将加载的热流密度调节到需要的值，待压力计和温度采集器稳定后，即可读取各个温度值以及压力值，冷却液经过加载有热源的环型微通道换热器后，温度会升高，通过辐射器后，热量会散失一大部分，为了确保其温度降低至入口温度，使流体通道流体冷却箱，测量液体冷却箱中液体的温度，待其温度降低至入口温度，开启第二止流阀，使得流体冷却箱中的冷却液流到流体供应箱中。

本发明测试区采用热源23进行均匀加热，薄膜电阻作为外部热源，测量环型微通道换热器入口以及出口的温度，环型微通道换热器受热面的温度，根据热源提供的热流密度、流体进出口的平均温度以及环型微通道换热器受热面的温度，可以计算出该环型微通道换热器的对流换热系数，由压力计测取测试段两端压力，得到环型微通道换热器的流动阻力参数。

本发明环型微通道换热器外加一对U型槽，分别对应的安置在环型微通道换热器的两个侧面，U型槽上加工有一个与环型微通道换热器大小完全相同的集流槽，集流槽两内侧上加工有能与换热器进行定位作用的凸台，基板1两端设有凹槽，所述集流槽内侧的凸台可以卡合于基板1的凹槽，环型微通道换热器的每个入口均有一个集流槽，每个出口对应一个集流槽，这样一对U型槽的两侧各有四个入口集流槽和四个出口集流槽。

所述环型微通道换热器盖板上加载有热源，给环型微通道换热器提供所需的热流密度，热源由多个薄膜电阻组成，热量通过导热硅胶传到微通道的受热面，热流密度一方面可以由薄膜电阻的个数控制，一方面也可以通过调节电流来控制，为了减少热量散失，热源除了和环型微通道换热器接触的面，其余5个面上裹上一层绝缘材料。

温度采集器需要测量5个部分的温度：环型微通道换热器的进口的冷却液温度、环型微通道换热器出口的冷却液温度、环型微通道换热器加热面的温度、液体冷却箱中的冷却液温度和液体供应箱中的温度，这五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上，在温度采集器上可以显示各点的温度值。

本发明环型微通道换热器的下盖板包括四条通道，其中每条通道由一级流道、二级环型流道和倾斜流道组成，总体的四个通道放置方式相同，以一定间距均匀分布，液体流进微通道换热器的入口在一级流道中，随后进入一个环形的二级环型流道中，液体向两个相反的方向流动，液体进入平行的二级环型流道时会向倾斜通道流动，两侧的流体会在倾斜流道的交叉处形成对流，最后倾斜流道中的液体会再流回到二级环型流道中，最后汇聚在一级通道中流出换热器，本发明倾斜流道的交叉处可以提高换热器的换热性能以及均温性能，散热效率高，可满足高负荷电子器件的散热要求，为电子器件提供可靠的温度环境。

本发明流体流动换热实验装置包括蠕动泵、辐射器、液体冷却箱、液体供应箱和测试区，其中测试区包括环型微通道换热器，所述蠕动泵连接于液体供应箱和测试区之间，其中测试区的另一端通过管道连接辐射器，所述辐射器另一端通过管道连接液体冷却箱，其中液体冷却箱另一端通过管道连接液体供应箱，所述测试区还包括温度采集器、压力计、电加热装置、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；本发明环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。

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。