CN111664727A - 一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器 - Google Patents

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Abstract

一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器，涉及微通道换热器。包括换热器基板、换热器盖板和记忆合金薄膜；换热器盖板上设有盖板螺栓孔及微槽；换热器基板上设有微通道、冷却流体进口、冷却流体出口和基板螺栓孔；换热器盖板与换热器基板上分别设有若干微槽，若干记忆合金薄膜分别设于微槽内，记忆合金薄膜的前后两端与微槽两侧固定连接，记忆合金薄膜的中间可***；冷却流体进口和出口分别设于微通道两端；盖板螺栓孔与基板螺栓孔对应，通过螺栓与螺母将换热器基板与换热器盖板固连。利用记忆合金薄膜在温差作用下重复可逆变形，不需外界能场作用即可在破环边界层的同时促进温度场与速度场的协同，起到破环边界层的作用。

Description

一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器
技术领域
本发明涉及微通道换热器，尤其是涉及一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器。
背景技术
在微电子技术领域，芯片处的热量累积会严重影响它的稳定性与使用寿命。据统计，引起芯片失效的所有问题中，芯片过热问题约占55％，故寻求有效的散热方式是十分必要的。微通道换热器是通过精密加工得到的特征尺寸在10～1000μm之间的微型换热。由于其内部的微结构使其具有极大的比表面积，具有分子扩散距离短、传质快、传热速度快、换热能力强、易控温的特点。
许多学者做了大量的研究来进一步提高换热器的传热能力，增强传热的被动技术依赖于调整几何设计或流体特性以最大化接触面积以及激发混沌对流，而主动技术依赖于对流体引入外部扰动。在换热理论的相关研究工作中，过增元院士提出了场协同理论：在流速和流体的物理性质给定的条件下，对流换热界面上的换热强度不仅取决于速度场和温度梯度场本身，而且还取决于它们之间的夹角，即不仅取决于速度场、温度梯度场、夹角的绝对值，还取决于这三个标量值的相互搭配。
记忆金属是在一定温度范围下发生塑性形变后，在另一温度范围又能恢复原来宏观形状的特殊金属材料。记忆合金根据其记忆效应可以分为单程记忆合金、双程记忆合金和全程记忆合金；单程记忆合金在低温下加以形变，加热后又恢复变形前的形状；双程记忆合金不仅在加热时恢复高温相形状，冷却后又能回到低温相形状；全程记忆合金在加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器。
为了解决上述问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明包括换热器基板、换热器盖板和记忆合金薄膜；所述换热器盖板上设有盖板螺栓孔及微槽；所述换热器基板上设有微通道、冷却流体进口、冷却流体出口和基板螺栓孔；
所述换热器盖板与换热器基板上分别设有若干微槽，若干记忆合金薄膜分别设于微槽内；所述记忆合金薄膜的前后两端与微槽两侧固定连接，记忆合金薄膜的中间可***；所述冷却流体进口和冷却流体出口分别设于微通道两端；所述盖板螺栓孔设在盖板的四周，基板螺栓孔设在基板的四周，盖板螺栓孔与基板螺栓孔对应，对应的螺栓孔内分别穿过螺栓，通过螺栓与螺母将换热器基板与换热器盖板固定连接。
所述换热器基板上的微槽设于微通道中间，换热器盖板上的微槽与换热器基板上的微槽相间分布。
所述记忆合金薄膜可采用双程记忆合金薄膜。
所述换热器基板与换热器盖板之间可设有密封圈。
本发明的原理是：
双程记忆合金在低温下施以变形，加热后会恢复高温相的形状，再次冷却后又能重新回到低温相形状。所述双程记忆合金薄膜两端固定于微通道上设有的微槽两侧，中间可自由变形，换热器工作时，换热器基板及换热器盖板的壁面温度高于微通道中冷却流体的温度，双程记忆合金薄膜在壁面加热下变形，中间翘起与壁面分离；与壁面分离的记忆合金薄膜受到冷却流体的冷却作用，重新恢复低温相形状，与壁面贴紧。
本发明的有益效果是：
本发明在微通道内放置记忆合金薄膜的换热器，通过记忆合金薄膜的可逆形变主动增强换热。由于换热器工作时所述换热器基板与所述换热器盖板的壁面温度高于微通道中间冷却流体的温度，利用所述记忆合金薄膜的温控双程记忆效应，可实现所述记忆合金薄膜在温差作用下重复“紧贴壁面——中间翘起与壁面分离”的可逆变形，不需要外界能场作用即可在破环边界层的同时促进温度场与速度场的协同，起到破环边界层的作用。与此同时，在这种波动作用下温度场与速度场的夹角变小，促进速度场与温度场的协同，主动增强换热。本发明采用双程记忆合金，单程记忆合金可以通过训练转化为双程记忆合金。本发明的微通道换热器可以应用于机车牵引变流器中绝缘栅双极晶体管(IGBT)等电子元件的冷却散热。
附图说明
图1为本发明实施例的基板结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是图2的B部分放大图。
图4为本发明实施例的盖板结构示意图。
图5为本发明实施例的装配示意图之一。
图6为本发明实施例的装配示意图之二。
图7为本发明实施例的原理示意图。
具体实施方式
以下通过实例和附图对本发明进一步说明，但本发明不仅限于此实施例。
请参见图1～7，本发明实施例提供一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器，在微通道内放置记忆合金薄膜，通过记忆合金薄膜可逆形变主动增强换热。本发明实施例包括换热器基板5、换热器盖板1、记忆合金薄膜3、螺栓10、螺母9及密封圈11；所述换热器基板5上设有冷却流体进口4、冷却流体出口7、微通道6和螺栓孔2；所述换热器盖板1设有螺栓孔2及与微槽；所述微通道6中间设有用于两排放置记忆合金薄膜3的微槽，所述换热器盖板1上设有一排放置记忆合金薄膜3的微槽，所述换热器盖板1上的微槽与换热器基板5上的微槽相间分布；换热器盖板上的螺栓孔2与换热器基板上的螺栓孔2对应；所述换热器基板5与换热器盖板1之间有密封圈11，三者通过穿过螺栓孔2的螺栓10、螺母9固连。
所述记忆合金薄膜3采用双程记忆合金薄膜，所述记忆合金薄膜3两端与微通道6上设有的微槽前后两侧固连，中间可自由变形；换热器工作时，冷却流体8从冷却流体进口4进入微通道6，换热器基板5及换热器盖板1的壁面温度高于微通道中冷却流体8的温度，双程记忆合金薄膜在壁面加热下变形，双程记忆合金薄膜中间翘起与壁面分离；与壁面分离的双程记忆合金薄膜3受到冷却流体8的冷却作用，重新恢复低温相形状，与壁面贴紧。
在换热器基板5及换热器盖板1的壁面与冷却流体8的温差作用下，双程记忆合金薄膜在低温下施以变形，加热后会恢复高温相的形状，再次冷却后又能重新回到低温相形状。双程记忆合金薄膜重复“紧贴壁面——中间翘起与壁面分离”的可逆变形，不需要外界能场作用即可起到破环边界层的作用；与此同时，在这种波动作用下温度场与速度场的夹角变小，促进速度场与温度场的协同，主动增强换热。从而实现换热器内的均匀换热，避免局部高温，延长了电子芯片的使用寿命，微槽及记忆合金薄膜可以根据实际需要进行分布排列，无需外界能场作用即可主动增强换热，提高了换热器的换热效率。

Claims (4)

1.一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器，其特征在于设有换热器基板、换热器盖板和记忆合金薄膜；所述换热器盖板上设有盖板螺栓孔及微槽；所述换热器基板上设有微通道、冷却流体进口、冷却流体出口和基板螺栓孔；
所述换热器盖板与换热器基板上分别设有若干微槽，若干记忆合金薄膜分别设于微槽内；所述记忆合金薄膜的前后两端与微槽两侧固定连接，记忆合金薄膜的中间可***；所述冷却流体进口和冷却流体出口分别设于微通道两端；所述盖板螺栓孔设在盖板的四周，基板螺栓孔设在基板的四周，盖板螺栓孔与基板螺栓孔对应，对应的螺栓孔内分别穿过螺栓，通过螺栓与螺母将换热器基板与换热器盖板固定连接。
2.如权利要求1所述一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器，其特征在于所述换热器基板上的微槽设于微通道中间，换热器盖板上的微槽与换热器基板上的微槽相间分布。
3.如权利要求1所述一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器，其特征在于所述记忆合金薄膜采用双程记忆合金薄膜。
4.如权利要求1所述一种无需外界能场作用即可主动增强换热的微通道换热器，其特征在于所述换热器基板与换热器盖板之间设有密封圈。
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