一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種具有分流?匯流結構的微通道換熱器，包括一金屬微通道基體，所述基體上成形有多個翅片單元，其沿垂直于流體流動的方向上鏡像對稱排列成第一、第二翅片單元對；所述第一、第二翅片單元對反向設置；所述第一、第二翅片單元對沿流體流動方向依次間隔排列，第一翅片單元對的翅片單元間距大于第二翅片單元對的翅片單元間距，使得位于上游的第二翅片單元對的后端嵌入位于其下游的第一翅片單元對的前端并形成匯流通道；位于下游的第二翅片單元對的前端嵌入位于其上游的第一單元翅片對的后端并形成分流通道；經(jīng)過陣列后形成微通道結構。本實用新型使得冷卻液在微通道中始終處于熱發(fā)展段，形成旁流并造成紊流，并抑制沸騰不穩(wěn)定性，從而顯著強化微通道換熱。
【專利說明】
一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種換熱器，尤其涉及一種微通道換熱器。
【背景技術】
[0002]隨著微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，各種相關產(chǎn)品正以前所未有的速度高度集成化和微型化，由此引起的溫度迅速升高也成為制約其高速發(fā)展的一個瓶頸。對此，作為能夠保證微電子產(chǎn)品穩(wěn)定可靠工作的熱控技術也越來越多地受到各方面的關注。微通道換熱器由于體積小、重量輕、適合于緊湊型封裝、散熱性能高，被認為是高熱流密度問題有效的解決途徑。普通的微通道換熱器是在金屬或硅基底上加工出若干平行排布的矩形、三角形、梯形等開式微通道結構，用蓋板耦合封裝成冷卻液微流道，與外界連接而形成冷卻液回路。電子元器件產(chǎn)生的熱量通道連接層傳遞到微通道結構，被微通道內流動的冷卻液帶走，從而實現(xiàn)電子元器件散熱的目的。目前的微通道換熱器主要采用平行的微通道陣列，當流體進入微通道后，同時進行流動邊界層和熱邊界層的發(fā)展。當熱邊界層還未達到充分發(fā)展區(qū)域，傳熱系數(shù)和努賽爾系數(shù)都比較大，傳熱性能比較好，但是隨著流動的展開，傳熱系數(shù)和努賽爾系數(shù)迅速下降，從而導致明顯的傳熱性能降低，已無法滿足大功率設備的散熱要求。此外，平行微通道結構由于流道橫截面積沿流向一致，在兩相沸騰形成氣泡時，會導致通道中間的壓力大，驅動氣泡往流向上游流動，從而導致嚴重的沸騰非穩(wěn)定性問題。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有微通道換熱器的上述不足，提供一種微通道換熱器，顯著強化傳熱的效果。
[0004]為了解決上述的技術問題，本實用新型提供了一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，包括一金屬微通道基體;所述基體上成形有多個翅片單元，所述翅片單元沿垂直于流體流動的方向上鏡像對稱排列成第一翅片單元對和第二翅片單元對;所述第一翅片單元對和第二翅片單元對呈反向設置；
[0005]所述第一翅片單元對和第二翅片單元對沿著流體流動的方向依次間隔排列，并且所述第一翅片單元對的翅片單元的間距大于第二翅片單元的中翅片單元的間距，使得位于上游的第二翅片單元對的后端嵌入位于其下游的第一翅片單元對的前端并形成匯流通道；位于下游的第二翅片單元對的前端嵌入位于其上游的第一單元翅片對的后端并形成分流通道;從而在所述基體上形成沿著流體流動方向的分流-匯流通道；
[0006]所述分流-匯流通道在所述基體的表面沿著與流體流動垂直的方向進行陣列排布，形成微通道結構。
[0007]在一較佳實施例中:所述翅片單元由至少兩段翅片構成;所述兩段翅片由轉折部分連接，使得所述翅片單元的外輪廓為Y字形。
[0008]在一較佳實施例中:所述第二翅片單元對前端的翅片單元的間距為0.6-1.0mm，后端的翅片單元的間距為I.2-2.4mm;所述匯流通道和分流通道的寬度為0.1-0.4_。
[0009]在一較佳實施例中:所述翅片的厚度為0.5-2mm，所述翅片中第一段長度為3-1Omm，第二段與第一段相互平行且長度相等，第一段與第二段之間由轉折部分連接后，在垂直于流體流向上間隔距離為l_2mm。
[0010]在一較佳實施例中:所述轉折部分形狀為豎直線、斜線、圓弧、橢圓弧、拋物線中的一種。
[0011]在一較佳實施例中:所述金屬微通道基體為銅基板或鋁基板或不銹鋼基板。
[0012]本實用新型的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:
[0013]1.本實用新型公開的一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，多段翅片的結構形式增加了與流體的接觸面積，可以形成了更多的汽化核心，這樣更加有利于制冷工質的相變傳熱;并且斷續(xù)的翅片結構可以增加流體的擾動，對于低雷諾數(shù)的流動條件，這種擾動可以在流體阻力增加較少的前提下增強換熱效果；
[0014]2.本實用新型公開的一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，其分流一匯流結構使得冷卻液在微通道中一直處于熱發(fā)展段，工質在換熱段進行多次的分流及匯流來完成熱量傳輸;設置的旁路流道可以造成紊流，可以保持較低流動阻力的情況下提高強制對流傳熱系數(shù)，獲得比傳統(tǒng)平行微通道換熱器更高的傳熱效率。
[0015]3.本實用新型公開的一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，所述翅片單元對的流道形成喇叭口形狀，前端流道狹小，后端流道大，利用前后端流道的橫截面差可以有效地抑制沸騰不穩(wěn)定性及蒸汽泡的返流現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型優(yōu)選實施例1中微通道結構的示意圖；
[0017]圖2為本實用新型優(yōu)選實施例1中微通道結構的放大圖；
[0018]圖3為本實用新型優(yōu)選實施例1中第二翅片單元的示意圖；
[0019]圖4為本實用新型優(yōu)選實施例1中翅片單元的外輪廓曲線為斜線的示意圖；
[0020]圖5為本實用新型優(yōu)選實施例1中翅片單元的外輪廓曲線為圓弧的示意圖；
[0021]圖6為本實用新型優(yōu)選實施例1中翅片單元的外輪廓曲線為橢圓弧的示意圖；
[0022]圖7為本實用新型優(yōu)選實施例1中翅片單元的外輪廓曲線為拋物線的示意圖；
[0023]圖8為本實用新型優(yōu)選實施例1中封裝后的微通道換熱器示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下文結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步說明。
[0025]一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，如圖1-4所示，包括一金屬微通道基體I，所述基體I上成形有多個翅片單元21、31，所述翅片單元21沿垂直于流體流動的方向上鏡像對稱排列成第一翅片單元對2和第二翅片單元對3;所述第一翅片單元對2和第二翅片單元對3呈反向設置；
[0026]所述第一翅片單元對2和第二翅片單元對3沿著流體流動的方向依次間隔排列，并且所述第一翅片單元對2中翅片單元21的間距大于第二翅片單元對3中翅片單元31的間距，使得位于上游的第二翅片單元對3的后端嵌入位于其下游的第一翅片單元對2的前端并形成匯流通道41;位于下游的第二翅片單元對3的前端嵌入位于其上游的第一單元翅片對2的后端并形成分流通道42;從而在所述基體I上形成沿著流體流動方向的分流-匯流通道4;
[0027]所述分流-匯流通道4在所述基體I的表面沿著與流體流動垂直的方向進行陣列排布，形成微通道結構。
[0028]所述翅片單元21、31的翅片厚度為0.5-2mm，所述翅片單元的第一段311長度為3-10mm，第二段312與第一段311相互平行且長度相等，并由轉折部分313連接，使得第二段312與第一段311在垂直于流體流向上間隔距離為該轉折部分313的形狀為豎直線、斜線、圓弧、橢圓狐、拋物線中的一種，如圖3-7所示，優(yōu)選為圓弧。
[0029]所述第二翅片單元對3前端中翅片單元31的間距為0.6-1.0mm，后端中翅片單元31的間距為1.2-2.4mm;所述匯流通道41和分流通道42的寬度為0.1-0.4mm。
[0030]上述的微通道換熱器，其多段翅片的結構形式增加了與流體的接觸面積，可以形成了更多的汽化核心，這樣更加有利于制冷工質的相變傳熱;并且斷續(xù)的翅片結構可以增加流體的擾動，對于低雷諾數(shù)的流動條件，這種擾動可以在流體阻力增加較少的前提下增強換熱效果；同時，其形成的分流一匯流結構使得冷卻液在微通道中一直處于熱發(fā)展段，旁路流道可以造成紊流，可以保持較低流動阻力的情況下提高強制對流傳熱系數(shù);此外，利用前后端流道的橫截面差，還可以有效地抑制沸騰不穩(wěn)定性及蒸汽泡的返流現(xiàn)象。
[0031]上述的微通道換熱器制造方法，包括如下步驟:
[0032]I)取一塊長80mm，寬80mm，厚2mm的紫銅基板作為微通道基體，對其表面進行去毛刺處理；
[0033]2)將該紫銅基板用夾具固定到微細電火花加工機工作臺上，利用杠桿百分表對基板待加工的表面進行校平;選擇用鎢電極作為微細電火花加工的電極，其電極半徑為60μπι，長為1.2_。根據(jù)分流-匯流微通道結構的形狀及尺寸在微細電火花機床上設置電極加工路徑，采用微細電火花成形工藝進行微通道結構的加工。加工時，開路電壓為100V，放電電容100pF，正極性加工，主軸轉速為4000r/min，峰值電流為50Α，脈寬為lOOys，選擇煤油為絕緣介質；電極在預設的加工路徑上往復掃描并分層銑削以控制電極損耗補償，每掃描加工一層的軸向進給量為10-20μπι，加工至Imm深度時停止加工。此時在基板的表面電蝕出的導流段及多個流道形成的分流一匯流結構高度為1mm，分流結構兩個旁流通道寬為0.3mm，中間通道寬為0.6mm;
[0034]3)取下具有交錯微通道結構的基體I，采用煤油對加工后微通道樣品進行超聲波清洗約I小時，然后采用去離子水超聲波清洗約0.5小時，充分去除交錯微通道結構中的油污和氧化皮，得到最終的具有交錯微通道結構的基體I。
[0035]4)將得到的微通道基體I與上蓋板5相配，通過釬焊方法進行連接，實現(xiàn)微通道陣列的封裝，并與接管、水栗等連接在一起，形成一個強制循環(huán)回路，得到完整的微通道換熱器系統(tǒng)，如圖8所示。
[0036]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，包括一金屬微通道基體，其特征在于:所述基體上成形有多個翅片單元，所述翅片單元沿垂直于流體流動的方向上鏡像對稱排列成第一翅片單元對和第二翅片單元對;所述第一翅片單元對和第二翅片單元對呈反向設置； 所述第一翅片單元對和第二翅片單元對沿著流體流動的方向依次間隔排列，并且所述第一翅片單元對的翅片單元間距大于第二翅片單元對的翅片單元間距，使得位于上游的第二翅片單元對的后端嵌入位于其下游的第一翅片單元對的前端并形成匯流通道;位于下游的第二翅片單元對的前端嵌入位于其上游的第一單元翅片對的后端并形成分流通道;從而在所述基體上形成沿著流體流動方向的分流-匯流通道； 所述分流-匯流通道在所述基體的表面沿著與流體流動垂直的方向進行陣列排布，形成微通道結構。2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，其特征在于:所述翅片單元由至少兩段翅片構成;所述兩段翅片由轉折部分連接，使得所述翅片單元的外輪廓為Y字形。3.根據(jù)權利要求1所述的一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，其特征在于:所述第二翅片單元對前端的翅片單元間距為0.6-1.0mm，后端的翅片單元間距為1.2-2.4mm;所述匯流通道和分流通道的寬度為0.1-0.4mm。4.根據(jù)權利要求2所述的一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，其特征在于:所述翅片的厚度為0.5-2mm，所述翅片中第一段長度為3-10mm，第二段與第一段相互平行且長度相等，第一段與第二段之間由轉折部分連接后，在垂直于流體流向上間隔距離為l_2mm。5.根據(jù)權利要求4所述的一種具有分流-匯流結構的微通道換熱器，其特征在于:所述轉折部分形狀為豎直線、斜線、圓弧、橢圓弧、拋物線中的一種。
【文檔編號】F28F9/24GK205482449SQ201620290685
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】鄧大祥, 比力格吐, 萬偉, 黃青松, 謝炎林, 汪曉煜, 覃宇
【申請人】廈門大學