CN110323140A - 具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法和换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有微槽‑褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，通过多刀铣削‑冲压工艺，可实现具有微槽‑褶皱特征的微通道换热器芯体的一体成形。本发明还提供了一种换热器，将具有微槽‑褶皱的微通道换热器芯体与基板和盖板封装即可。微通道换热器芯体表面的微槽起到协同强化换热和减阻作用，微槽与褶皱增大了微通道表面的换热面积，具有强化换热效果。本发明具有制造成本低、工艺简单、连续性强、成形效率高等优点，应用本技术方案可实现增强高深宽比型微通道强化换热性能的目标。
Description
技术领域
本发明涉及微通道强化换热领域，特别涉及一种微通道次级结构设计及制造领域。
背景技术
随着半导体技术、微电子技术以及航空航天科技的不断发展进步，电子器件的集成化程度越来越高，其对冷却***的尺寸、质量、体积和能耗要求也日益增长。传统强制风冷散热难以满足日益增长的高热流密度电子器件的散热需求，散热不佳容易导致电子器件的可靠性下降。高热流密度电子设备中的散热问题制约了上述行业的发展，热管理成为了高热流密度电子芯片***开发和应用的关键技术。
微通道换热器是一种借助特殊微加工技术成形的三维结构单元，与传统换热器相比，具有高传热性能、结构紧凑、质量轻、体积小巧、易于一体化封装等特点。微通道换热器可以直接作用于毫米甚至微米级的热源位置进行强化传热，是满足高热流密度电子设备散热需求的理想选择。在微通道换热器中，热量交换主要是在微通道中进行。目前，不同几何形状(矩形、波纹形、三角形微通道等)的微通道多采用微铣削一次成形的方式，微通道内部的二级微结构(微柱、纳米线等)一般采用激光、刻蚀等加工技术成形，但上述加工方法存在加工速率低、制造工艺复杂、加工成本高等问题。
发明内容
本发明所要解决主要技术问题是提供一种新型具有微槽-褶皱特征的微通道换热器芯体及其制造方法，具有显著的强化换热效果。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，采用多刀铣削-冲压成形方法获得：首先通过多齿锯片刀具加工出带有阵列引流微斜槽结构的微通道板，再通过冲压成形获得褶皱状的微通道换热器芯体。
在一较佳实施例中：所述微斜槽结构包括但不限于矩形、V形、U形、半圆形槽。
在一较佳实施例中：所述微通道换热器芯体整体包括但不限于波纹状、凹槽状。
在一较佳实施例中：冲压成形的角度在30°-90°之间。
在一较佳实施例中：冲压深度与冲压宽度的比值在0-10之间。
在一较佳实施例中：所述斜微槽的高度与冲压深度的比值在0.01～0.5之间，斜微槽的高度与冲压宽度在0.01～0.2之间。
在一较佳实施例中：所述微通道换热器芯体的来流攻角在0°-90°之间。
本发明还提供了一种换热器，包括盖板、基板和如上所述微通道换热器芯体；所述微通道换热器芯***于盖板和基板之间。
在一较佳实施例中：微通道盖板和基板与所述微斜槽所成夹角在30°到170°之间。
相较于现有技术，本发明具备以下有益效果：
本发明提供了具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，该芯体可起到协同强化换热和减阻作用，同时芯体的褶皱形状和表面微结构增大了微通道的换热面积，具有显著的强化换热效果。流体流经具有微槽-褶皱特征的芯体时，在微斜槽引流作用下，可沿着壁面温度梯度方向流动，使得流体流过芯体时具有横向、径向和纵向的流动速度分量，可达到横向、径向、纵向三维空间内速度场和温度场协同强化换热的效果。流体在微斜槽内部形成漩涡，使得流体与壁面的摩擦方式由滑动摩擦转变为滚动摩擦，微斜槽起到类似于“滚动轴承”的润滑作用。综上所述该微通道换热器芯体不仅能够协同增强换热，而且具有阻力小的优点。
附图说明
图1为多刀铣削工艺示意图；
图2为具有微槽-褶皱特征的微通道换热器芯体冲压成示意图；
图3为微通道换热器的组装结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明技术方案更加清楚，现将本发明结合实施例和附图做进一步说明。
本实施例给出了具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1为多刀铣削加工示意图，多齿锯片刀具4通过刀柄6组装成刀具，刀具相对被加工件5运动在被加工件5的表面加工出不同几何参数的微斜槽。通过上述多刀铣削加工方法，改变多齿锯片刀具4的间距、厚度还可加工出冲压微通道换热器芯体所需的上模具1、斜微槽引流板2、下模具3。
加工出上述三个部件后，再采用冲压的方式，将上模具1、斜微槽引流板2、下模具3按照从上到下的顺序放置，在上模具1上施加均匀的冲压力F，斜微槽引流板2在冲压力F的作用下，形成微槽-褶皱的微通道换热器芯体7，如图2所示。
将微槽-褶皱的微通道换热器芯体7与基板9连接，再与盖板8封装可获得具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的微通道换热器，如图3所示。
当流体流经微槽-褶皱的微通道时，在芯体表面斜微槽的引流作用下，形成径向流动分量和横向流动分量，流体沿着温度梯度方向流动，促进对流换热。同时，流体在斜微槽内部形成漩涡，使得流体与壁面的滑动摩擦转变成滚动摩擦，起到了类似“滚动轴承”的润滑作用，该微通道换热器具有阻力小、换热性能好的优点。
本实施例中，所述微斜槽的横截面形状包括但不限于矩形、V形、U形、半圆形槽。
所述微通道换热器芯体整体的形状包括但不限于波纹状、凹槽状。
在冲压成形的过程中，冲压成形的角度在30°-90°之间。冲压深度与冲压宽度的比值在0-10之间。
所述斜微槽的高度与冲压深度的比值在0.01～0.5之间，斜微槽的高度与冲压宽度在0.01～0.2之间。
所述微通道换热器芯体的来流攻角在0°-90°之间。
所述盖板8和基板9与所述微斜槽所成夹角在30°到170°之间。
以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的范围不限于此，本本领域的技术人员可以容易地想到本发明所公开的变化或技术范围。替代方案旨在涵盖在本发明的范围内。因此，本发明的保护范围应由权利要求的范围确定。
Claims (9)
1.一种具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，其特征在于：采用多刀铣削-冲压成形方法获得：首先通过多齿锯片刀具加工出带有阵列引流微斜槽结构的微通道板，再通过冲压成形获得褶皱状的微通道换热器芯体。
2.根据权利要求1所述的一种具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，其特征在于：所述微斜槽结构的横截面形状包括但不限于矩形、V形、U形、半圆形槽。
3.根据权利要求1所述的一种具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，其特征在于：所述微通道换热器芯体整体的形状包括但不限于波纹状、凹槽状。
4.根据权利要求1所述的一种具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，其特征在于：冲压成形的角度在30°-90°之间。
5.根据权利要求1所述的一种具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，其特征在于：冲压深度与冲压宽度的比值在0-10之间。
6.根据权利要求1所述的一种具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，其特征在于：所述斜微槽的高度与冲压深度的比值在0.01～0.5之间，斜微槽的高度与冲压宽度在0.01～0.2之间。
7.根据权利要求1所述的一种具有微槽-褶皱的微通道换热器芯体的制造方法，其特征在于：所述微通道换热器芯体的来流攻角在0°-90°之间。
8.一种换热器，其特征在于包括盖板、基板和如权利要求1-7中任一项所述微通道换热器芯体；所述微通道换热器芯***于盖板和基板之间。
9.根据权利要求8所述的一种换热器，其特征在于：微通道盖板和基板与所述微斜槽所成夹角在30°到170°之间。
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