CN113251845B - 一种仿雪花拓扑微通道换热器及其换热性能检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微通道强化散热技术领域，尤其涉及一种仿雪花拓扑微通道换热器及其流体流动换热性能检测装置，其特征是：包括仿雪花拓扑微通道换热器(1)和出口转接头(2)，所述仿雪花拓扑微通道换热器(1)有一个入口(4)和六个出口(5)，通道(3)拥有一个与入口(4)贯通的端口、六个与出口（5）贯通的端口，入口（4）和六个出口（5）通过通道（3）贯通，形成连接入口（4）和六个出口（5）的闭合独立空间；所述六个出口转接头（2）分别卡合于仿雪花拓扑微通道换热器（1）的六个出口（5）。它提供一种仿雪花拓扑微通道换热器及其换热性能检测装置，以克服了现有技术中不能满足高负荷电子器件的散热要求和换热效率低的问题。

Description

一种仿雪花拓扑微通道换热器及其换热性能检测装置
技术领域
本发明属于微通道强化散热技术领域，尤其涉及一种仿雪花拓扑微通道换热器及其流体流动换热性能检测装置。
背景技术
随着科技的发展和加工手段的进步，电子元器件趋向于微型化，集成化，但由于元器件所产生的热量不变，所以会产生极高的热流密度。如果不能消除这么高的热流，会导致元器件的温度高于它所能承受的温度，从而导致元器件的烧毁与失效。为了避免电子设备故障，我们需要更高效的散热技术。微通道散热器由于其体积小、综合散热能力强等优点，在电子设备中被广泛应用于散热。第一台微通道换热器的研究者可以实现极高的热流量的冷却，所以现在将微通道技术应用于越来越趋向于集成化的电子设备。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种仿雪花拓扑微通道换热器及其换热性能检测装置，以克服了现有技术中不能满足高负荷电子器件的散热要求和换热效率低的问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种仿雪花拓扑微通道换热器，其特征是：包括仿雪花拓扑微通道换热器(1)和出口转接头(2)，所述仿雪花拓扑微通道换热器(1)有一个入口(4)和六个出口(5)，通道(3)拥有一个与入口(4)贯通的端口、六个与出口（5）贯通的端口，入口（4）和六个出口（5）通过通道（3）贯通，形成连接入口（4）和六个出口（5）的闭合独立空间；所述六个出口转接头（2）分别卡合于仿雪花拓扑微通道换热器（1）的六个出口（5）。
所述的通道(3)的通道高度为3mm，上下壁厚各为1.5mm，换热器1的高度为6mm。
所述的仿雪花拓扑微通道换热器(1)和出口转接头(2)构成6片雪花状。
所述一个入口(4)位于整个换热器(1)的中心处，六个出口(5)分布于仿雪花拓扑微通道换热器(1)的六个角处。
每个出口转接头(2)都各自设有一个圆管(8)和一个集流槽(7)，所述集流槽(7)一侧与圆管(8)内部连通，另一侧在出口转接头(2)与仿雪花拓扑微通道换热器(1)装配好后与出口(5)相连通。
一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，其特征是：包括蠕动泵(10)、液体供应箱(11)、液体冷却箱(13)、汇流器(15)、处理控制器(14)和仿雪花拓扑微通道换热器，仿雪花拓扑微通道换热器的六个出口通过汇流器(15)与液体冷却箱(13)的入口管路连通，处理控制器(14)的温度传感器分布在仿雪花拓扑微通道换热器的通道内，蠕动泵(10)出口端与仿雪花拓扑微通道换热器的入口相通，蠕动泵(10)入口端与液体供应箱(11)的出口端相通；液体供应箱(11)通过液体冷却箱(13)与汇流器(15)出口连接，处理控制器(14)与分布在仿雪花拓扑微通道换热器的通道内的温度传感器电连接，与蠕动泵(10)、液体供应箱(11)和液体冷却箱(13)电连接，通过控制蠕动泵(10)使液体供应箱(11)的液体进入仿雪花拓扑微通道换热器的通道内，在仿雪花拓扑微通道换热器的通道内进行热交换，在通过汇流器(15)出口到液体冷却箱(13)对液体降温。
一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，其特征是：还包括：热源(18)、直流电源(16)，直流电源(16)向热源(18)供电，热源(18)设置于仿雪花拓扑微通道换热器(1)的底面，所述处理控制器(14)分别连接仿雪花拓扑微通道换热器的入口(4）、出口（5）、换热器底面、液体供应箱（11）和液体冷却箱（13），所述压力计（17）分别连接仿雪花拓扑微通道换热器（1）的入口（4）和出口（5），所述热源（18）由多个薄膜电阻组成，其中热源（18）除了与仿雪花拓扑微通道换热器接触的面其余各面上均裹有绝缘材料。
优选的，还包括止流阀，其中止流阀包括第一止流阀（9）和第二止流阀（12），其中第一止流阀（9）设置于蠕动泵（10）与仿雪花拓扑微通道换热器的入口之间，第二止流阀（12）设置于液体冷却箱（13）与液体供应箱（11）之间。
所述汇流器（15）包括进水管（19）和出水管（20），其中进水管（19）和出水管（20）内部相连通，所述进水管（19）的个数为六根，其中出水管（20）的个数为一根，所述六根进水管（19）分别连接与仿雪花拓扑微通道换热器配合的出口转接头（2）的圆管（8），其中一根出水管（20）通过管道连接液体冷却箱（13）。
液体供应箱（11）中的冷却液体在蠕动泵（10）的驱动下流经第一止流阀（9）通过入口（4）流入带热源的仿雪花拓扑微通道换热器（1）中，六个出口的液体通过汇流器（15）流出测试区流至液体冷却箱，如果打开第二止流阀（12），冷却液便能从液体冷却箱（13）流到液体供应箱（11），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（17）和处理控制器（14）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仿雪花拓扑微通道换热器（1）后，温度会升高，为了确保其温度降低至入口温度，使流体通道流体冷却箱（13），测量液体冷却箱（13）中液体的温度，待其温度降低至入口温度，开启第二止流阀（12），使得流体冷却箱（13）中的冷却液流到液体供应箱（11）中。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明仿雪花拓扑微通道换热器通过3D打印制造出来，内部通道形状如同雪花形状，所述通道有一个入口六个出口，流体流动轨迹从换热器中心到换热器边缘。本发明通道的出入口设置以及通道分布情况可以提高换热器的换热性能并显著降低换热器中心处的温度，散热效率较高，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性能检测装置包括蠕动泵、液体冷却箱、液体供应箱和测试区其中测试区包括仿雪花拓扑微通道换热器，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，所述测试区还包括处理控制器、压力计、电加热装置和汇流器，本发明流体流动换热性能检测装置可快速检测换热器的换热效果；
（3）本发明仿雪花拓扑微通道换热器和流体流动换热性能检测装置结构简单、操作方便、成本低，并大大提高了工作效率。
附图说明
图1、本发明一种仿雪花拓扑微通道换热器的结构示意图；
图2、本发明换热器内部三维结构示意图；
图3、本发明出口转接头结构示意图；
图4、本发明流体流动换热性能检测装置的连接示意图；
图5、本发明汇流器结构示意图。
附图标记说明：
1-仿雪花拓扑微通道换热器，2-出口转接头，3-通道，4-入口，5-出口，6-压力计连接口，7-集流槽，8-圆管，9-第一止流阀，10-蠕动泵，11-液体供应箱，12-第二止流阀，13-液体冷却箱，14-处理控制器，15-汇流器，16-直流电源，17-压力计，18-热源，19-进水管，20-出水管。
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，一种仿雪花拓扑微通道换热器，包括仿雪花拓扑微通道换热器1和出口转接头2，所述仿雪花拓扑微通道换热器1有一个入口4和六个出口5，所述通道3拥有一个与入口4贯通的端口，六个与出口5贯通的端口，入口4和六个出口5通过通道3贯通，形成连接入口4和六个出口5的闭合独立空间；所述六个出口转接头2分别卡合于仿雪花拓扑微通道换热器1的六个出口5。
通道3的通道高度为3mm，上下壁厚各为1.5mm，仿雪花拓扑微通道换热器1的高度为6mm。
所述的换热器1和出口转接头2构成6片雪花状。
实施例2
如图1~2所示，本发明公开了一种仿雪花拓扑微通道换热器，包括仿雪花拓扑微通道换热器1和出口转接头2，所述仿雪花拓扑微通道换热器1有一个入口4和六个出口5，所述通道3拥有一个与入口4贯通的端口，六个与出口5贯通的端口，入口4和六个出口5通过通道3贯通，形成连接入口4和六个出口5的闭合独立空间；所述六个出口转接头2分别卡合于仿雪花拓扑微通道换热器1的六个出口5。
通道3的通道高度为3mm，上下壁厚各为1.5mm，仿雪花拓扑微通道换热器1的高度为6mm。
如图2所示，优选的，所述一个入口4位于整个仿雪花拓扑微通道换热器1的中心处，六个出口5分布于仿雪花拓扑微通道换热器1的六个角处。
实施例3
如图1~2所示，本发明公开了一种仿雪花拓扑微通道换热器，包括仿雪花拓扑微通道换热器1和出口转接头2，所述仿雪花拓扑微通道换热器1有一个入口4和六个出口5，所述通道3拥有一个与入口4贯通的端口，六个与出口5贯通的端口，入口4和六个出口5通过通道3贯通，形成连接入口4和六个出口5的闭合独立空间；所述六个出口转接头2分别卡合于仿雪花拓扑微通道换热器1的六个出口5。
通道3的通道高度为3mm，上下壁厚各为1.5mm，仿雪花拓扑微通道换热器1的高度为6mm。
所述的仿雪花拓扑微通道换热器1和出口转接头2构成6片雪花状。
如图2所示，优选的，所述一个入口4位于整个仿雪花拓扑微通道换热器1的中心处，六个出口5分布于仿雪花拓扑微通道换热器1的六个角处。
如图3所示，优选的，每个出口转接头2都各自设有一个圆管8和一个集流槽7，所述集流槽7一侧与圆管8内部连通，另一侧在出口转接头2与仿雪花拓扑微通道换热器1装配好后与出口5相连通。所述出口转接头2一侧还设有压力计连接孔6。
实施例4
如图1~2所示，本发明公开了一种仿雪花拓扑微通道换热器，包括仿雪花拓扑微通道换热器1和出口转接头2，所述换热器1有一个入口4和六个出口5，所述通道3拥有一个与入口4贯通的端口，六个与出口5贯通的端口，入口4和六个出口5通过通道3贯通，形成连接入口4和六个出口5的闭合独立空间；所述六个出口转接头2分别卡合于换热器1的六个出口5。
通道3的通道高度为3mm，上下壁厚各为1.5mm，换热器1的高度为6mm。
所述的换热器1和出口转接头2构成6片雪花状。
如图2所示，优选的，所述一个入口4位于整个换热器1的中心处，六个出口5分布于换热器1的六个角处。
如图3所示，优选的，每个出口转接头2都各自设有一个圆管8和一个集流槽7，所述集流槽7一侧与圆管8内部连通，另一侧在出口转接头2与换热器1装配好后与出口5相连通。所述出口转接头2一侧还设有压力计连接孔6。
如图4所示，优选的，一种如上所述的用于测试仿雪花拓扑微通道换热器的流体流动换热性能检测装置，包括蠕动泵10、液体供应箱11、液体冷却箱13和测试区，其中测试区包括仿雪花拓扑微通道换热器1，所述蠕动泵10连接于液体供应箱11和测试区之间，其中测试区的另一端通过管道连接连接液体冷却箱13，其中液体冷却箱13另一端通过管道连接液体供应箱11。
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9和第二止流阀12，其中第一止流阀9设置于蠕动泵10与测试区之间，其中第二止流阀12设置于液体冷却箱13与液体供应箱11之间。
如图4所示，优选的，所述测试区还包括处理控制器14、压力计17、电加热装置和汇流器15，其中仿雪花拓扑微通道换热器1的入口4通过管道连接蠕动泵10，仿雪花拓扑微通道换热器1另一端通过管道连接汇流器15，所述汇流器15另一端通过管道连接液体冷却箱13，所述电加热装置包括直流电源16和热源18，其中热源18连接直流电源16，所述热源18设置于仿雪花拓扑微通道换热器1的底面，所述处理控制器14分别连接仿雪花拓扑微通道换热器1的进口端4、出口端5和底面、液体供应箱11和液体冷却箱13，所述压力计17分别连接仿雪花拓扑微通道换热器1的进口端4和出口端5。
实施例5
如图1~2所示，本发明公开了一种仿雪花拓扑微通道换热器，包括换热器1和出口转接头2，所述换热器1有一个入口4和六个出口5，所述通道3拥有一个与入口4贯通的端口，六个与出口5贯通的端口，入口4和六个出口5通过通道3贯通，形成连接入口4和六个出口5的闭合独立空间；所述六个出口转接头2分别卡合于换热器1的六个出口5。通道3的通道高度为3mm，上下壁厚各为1.5mm，换热器1的高度为6mm。
所述的换热器1和出口转接头2构成6片雪花状。
如图2所示，优选的，所述一个入口4位于整个换热器1的中心处，六个出口5分布于换热器1的六个角处。
如图3所示，优选的，每个出口转接头2都各自设有一个圆管8和一个集流槽7，所述集流槽7一侧与圆管8内部连通，另一侧在出口转接头2与换热器1装配好后与出口5相连通。所述出口转接头2一侧还设有压力计连接孔6。
如图4所示，一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，包括蠕动泵10、液体供应箱11、液体冷却箱13、汇流器15、处理控制器14和仿雪花拓扑微通道换热器，仿雪花拓扑微通道换热器的六个出口通过汇流器15与液体冷却箱13的入口管路连通，处理控制器14的温度传感器分布在仿雪花拓扑微通道换热器的通道内，蠕动泵10出口端与仿雪花拓扑微通道换热器的入口相通，蠕动泵10入口端与液体供应箱11的出口端相通；液体供应箱11通过液体冷却箱13与汇流器15出口连接，处理控制器14与分布在仿雪花拓扑微通道换热器的通道内的温度传感器电连接，与蠕动泵10、液体供应箱11和液体冷却箱13电连接，通过控制蠕动泵10使液体供应箱11的液体进入仿雪花拓扑微通道换热器的通道内，在仿雪花拓扑微通道换热器的通道内进行热交换，在通过汇流器15出口到液体冷却箱13对液体降温。
一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置还包括：热源18、直流电源16，直流电源16向热源18供电，热源18设置于仿雪花拓扑微通道换热器1的底面，所述处理控制器14分别连接仿雪花拓扑微通道换热器的入口4、出口5、换热器底面、液体供应箱11和液体冷却箱13，所述压力计17分别连接仿雪花拓扑微通道换热器1的入口4和出口5。
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9和第二止流阀12，其中第一止流阀9设置于蠕动泵10与仿雪花拓扑微通道换热器的入口之间，第二止流阀12设置于液体冷却箱13与液体供应箱11之间。
如图5所示，所述汇流器15包括进水管19和出水管20，其中进水管19和出水管20内部相连通，所述进水管19的个数为六根，其中出水管20的个数为一根，所述六根进水管19分别连接与仿雪花拓扑微通道换热器配合的出口转接头2的圆管8，其中一根出水管20通过管道连接液体冷却箱13。
优选的，所述热源18由多个薄膜电阻组成，其中热源18除了与仿雪花拓扑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：冷却液经过加载有热源18的仿雪花拓扑微通道换热器后温度升高，将其通入到液体冷却箱13中冷却至入口温度，再通过第二止流阀12流入到液体供应箱11中。
本发明液体供应箱中的冷却液体在蠕动泵10的驱动下流经第一止流阀9通过入口4流入带热源的仿雪花拓扑微通道换热器1中，六个出口的液体通过汇流器15流出测试区流至液体冷却箱，如果打开第二止流阀12，冷却液便能从液体冷却箱13流到液体供应箱11，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17和处理控制器14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仿雪花拓扑微通道换热器1后，温度会升高，为了确保其温度降低至入口温度，使流体通道流体冷却箱13，测量液体冷却箱13中液体的温度，待其温度降低至入口温度，开启第二止流阀12，使得流体冷却箱13中的冷却液流到液体供应箱11中。
本发明采用热源18进行均匀加热，薄膜电阻用于测量仿雪花拓扑微通道换热器入口以及出口的温度，仿雪花拓扑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仿雪花拓扑微通道换热器受热面的温度，可以计算出该仿雪花拓扑微通道换热器1的对流换热系数，由压力计测取测试段两端压力，得到仿雪花拓扑微通道换热器1的流动阻力参数。
所述仿雪花拓扑微通道换热器底面上加载有热源，给仿雪花拓扑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，热源除了和仿雪花拓扑微通道换热器接触的面，其余几个面上裹上一层绝缘材料。
处理控制器需要测量5个部分的温度：仿雪花拓扑微通道换热器的进口的冷却液温度、仿雪花拓扑微通道换热器出口的冷却液温度、仿雪花拓扑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处理控制器上，在处理控制器上可以显示各点的温度值。其中仿雪花拓扑微通道换热器加热面的温度采用四个热电偶测量加热面不同位置的温度。
本发明通道的出入口设置以及通道分布情况可以提高换热器的换热性能并显著降低换热器中心处的温度，散热效率较高，可满足高负荷电子芯片的散热要求，为电子器件提供可靠的温度环境。
本发明流体流动换热性能检测装置包括蠕动泵、液体冷却箱、液体供应箱和测试区，其中测试区包括仿雪花拓扑微通道换热器，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，所述测试区还包括处理控制器、压力计、电加热装置和汇流器，本发明流体流动换热性能检测装置可快速检测换热器的换热效果；本发明仿雪花拓扑微通道换热器和流体流动换热性能检测装置结构简单、操作方便、成本低，并大大提高了工作效率。

Claims (7)

1.一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，其特征是：包括蠕动泵(10)、液体供应箱(11)、液体冷却箱(13)、汇流器(15)、处理控制器(14)和仿雪花拓扑微通道换热器，仿雪花拓扑微通道换热器的六个出口通过汇流器(15)与液体冷却箱(13)的入口管路连通，处理控制器(14)的温度传感器分布在仿雪花拓扑微通道换热器的通道内，蠕动泵(10)出口端与仿雪花拓扑微通道换热器的入口相通，蠕动泵(10)入口端与液体供应箱(11)的出口端相通；液体供应箱(11)通过液体冷却箱(13)与汇流器(15)出口连接，处理控制器(14)与分布在仿雪花拓扑微通道换热器的通道内的温度传感器电连接，与蠕动泵(10)、液体供应箱(11)和液体冷却箱(13)电连接，通过控制蠕动泵(10)使液体供应箱(11)的液体进入仿雪花拓扑微通道换热器的通道内，在仿雪花拓扑微通道换热器的通道内进行热交换，在通过汇流器(15)出口到液体冷却箱(13)对液体降温；
所述的仿雪花拓扑微通道换热器，包括仿雪花拓扑微通道换热器(1)和出口转接头(2)，所述仿雪花拓扑微通道换热器(1)有一个入口(4)和六个出口(5)，通道(3)拥有一个与入口(4)贯通的端口、六个与出口（5）贯通的端口，入口（4）和六个出口（5）通过通道（3）贯通，形成连接入口（4）和六个出口（5）的闭合独立空间；所述六个出口转接头（2）分别卡合于仿雪花拓扑微通道换热器（1）的六个出口（5）。
2.根据权利要求1所述的一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，其特征是：所述的通道(3)的通道高度为3mm，上下壁厚各为1.5mm，换热器1的高度为6mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，其特征是：所述的仿雪花拓扑微通道换热器(1)和出口转接头(2)构成6片雪花状。
4.根据权利要求1所述的一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，其特征是：所述一个入口(4)位于整个换热器(1)的中心处，六个出口(5)分布于仿雪花拓扑微通道换热器(1)的六个角处。
5.根据权利要求1所述的一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，其特征是：每个出口转接头(2)都各自设有一个圆管(8)和一个集流槽(7)，所述集流槽(7)一侧与圆管(8)内部连通，另一侧在出口转接头(2)与仿雪花拓扑微通道换热器(1)装配好后与出口(5)相连通。
6.根据权利要求1所述的一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，其特征是：还包括止流阀，其中止流阀包括第一止流阀（9）和第二止流阀（12），其中第一止流阀（9）设置于蠕动泵（10）与仿雪花拓扑微通道换热器的入口之间，第二止流阀（12）设置于液体冷却箱（13）与液体供应箱（11）之间。
7.根据权利要求1所述的一种用于仿雪花拓扑微通道换热器的性能检测装置，其特征是：所述汇流器（15）包括进水管（19）和出水管（20），其中进水管（19）和出水管（20）内部相连通，所述进水管（19）的个数为六根，其中出水管（20）的个数为一根，所述六根进水管（19）分别连接与仿雪花拓扑微通道换热器配合的出口转接头（2）的圆管（8），其中一根出水管（20）通过管道连接液体冷却箱（13）。
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