CN210400089U - 一种协同增强换热的微通道换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种协同增强换热的微通道换热器，包括自上而下依次设置的盖板、基板；盖板面向基板的一面设置有第一容置凹槽，基板面向盖板的一面设置有第二容置凹槽；第一容置凹槽的底部设置有多个第一突起件；第二容置凹槽的底部设置有多个第二突起件；固定长条的两侧面分别设置有多个第三突起件及第四突起件；第一突起件与第二突起件之间成第一角度设置，第三突起件与第四突起件之间成第二角度设置；第一突起件及第三突起件与流体来流方向所成攻角相同，第二突起件及第四突起件与流体来流方向所成攻角相同。应用本技术方案可实现在强化微通道换热性能的同时，具有流动阻力小的优点。

Description

一种协同增强换热的微通道换热器

技术领域

本实用新型涉及微通道换热器领域，具体是指一种协同增强换热的微通道换热器。

背景技术

微通道换热器具有体积小，换热效果好等优点，特别适用于精密电子设备的换热要求。从几何尺寸上分类，微通道有高深宽比型，扁平型以及横截面宽度和高度相差不大的微通道类型。在高深宽比和扁平型这两种微通道中，底部及侧壁面法线方向的温度梯度分别远大于主流方向的温度梯度。在高度和宽度尺寸相差不大的微通道中，底部和侧壁面法线方向的温度梯度都远大于主流方向的温度梯度。由于微通道内壁面法线方向上的速度分量几乎为零，导致其在整个横截面上的场协同换热同性能较差。因此可以考虑通过在微通道内引入径向、横向流动的方式来增加壁面法线方向上的速度分量，进而提升微通道内对流换热的场协同性能，增大其换热强度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种协同增强换热的微通道换热器，在强化微通道换热性能的同时，具有流动阻力小的优点。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种协同增强换热的微通道换热器，包括自上而下依次设置的盖板、基板；所述盖板面向所述基板的一面设置有第一容置凹槽，所述基板面向所述盖板的一面设置有第二容置凹槽；

所述第一容置凹槽的底部设置有多排相互平行的第一突起排，所述的第一突起排由多个第一突起件并排设置；

所述第二容置凹槽的底部设置有多个与所述第一突起排相互平行的固定长条；每个所述固定长条之间的间隔处设置有一个第二突起排；所述第二突起排由多个第二突起件并排设置；所述固定长条的两侧面分别设置有第三突起排、第四突起排；所述第三突起排及第四突起排分别由多个第三突起件及第四突起件并排设置；

所述第一突起件与第二突起件之间间隔第一角度设置，所述第三突起件与第四突起件之间间隔第二角度设置；所述第一突起件及第三突起件与流体来流方向所成攻角相同，第二突起件及第四突起件与流体来流方向所成攻角相同；

还包括上密封板及下密封板；所述上密封板设置于所述盖板背向所述基板的一面，所述下密封板设置于所述基板背向所述盖板的一面；所述上密封板及盖板上均设置有流体入口，且两个流体入口沿竖直方向连通，所述基板与下密封板上均设置有流体出口，且两个流体出口沿竖直方向连通。

在一较佳的实施例中，各个所述的第一突起件、第二突起件、第三突起件、第四突起件之间均沿各自的长度方向相互平行；

所述第一突起件的数量与所述第二突起件的数量相同，每个所述的第一突起件沿竖直方向对应一个所述的第二突起件，所述第一突起件在其长度方向上与所述第二突起件在其长度方向上间隔第一角度；

所述第三突起件的数量与所述第四突起件的数量相同，每个所述的第三突起件沿水平方向对应一个所述的第四突起件，所述第三突起件在其长度方向上与所述第四突起件在其长度方向上间隔第二角度。

在一较佳的实施例中，所述第一角度及第二角度的取值范围为25°至90°。

在一较佳的实施例中，所述第一突起件、第三突起件与流体来流方向所成攻角在0°～90°之间。

在一较佳的实施例中，所述第一突起件之间等距间隔；所述第二突起件之间等距间隔；所述第三突起件及第四突起件之间分别等距间隔。

在一较佳的实施例中，所述第一突起件、第二突起件、第三突起件及第四突起件在各自的高度方向上的投影均为平行四边形；所述第一突起件、第二突起件、第三突起件及第四突起件的平行四边形投影的长度分别为第一长度、第二长度、第三长度、第四长度；所述第一突起件、第二突起件、第三突起件及第四突起件的平行四边形投影的宽度分别为第一宽度、第二宽度、第三宽度、第四宽度；所述第一长度与第一宽度的比值范围、所述第二长度与第二宽度的比值范围、所述第三长度与第三宽度的比值范围、所述第四长度与第四宽度的比值范围均为1至10之间。

在一较佳的实施例中，所述第一突起件、第二突起件沿竖直方向的高度分别为第一高度、第二高度；所述第一容置凹槽与第二容置凹槽的深度总和即为微通道的深度；所述第一高度与第二高度之和与所述微通道的深度的比值在 0.1～0.5之间。

在一较佳的实施例中，所述第三突起件、第四突起件沿水平方向上的高度分别为第三高度、第四高度；所述第一容置凹槽与第二容置凹槽沿水平方向上的宽度相同即为所述微通道的宽度；所述第三高度与所述第四高度之和与所述微通道的宽度的比值在0.1～0.5之间。

在一较佳的实施例中，所述下密封板上还设置有多个加热孔。

相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：

本实用新型提供了一种协同增强换热的微通道换热器，通过在盖板及基板上制造交错排列的相互之间具有一定间隔角度的第一突起件、第二突起件、第三突起件、第四突起件，使流体沿着第一突起件、第二突起件、第三突起件、第四突起件流动，使流体沿着径向、横向分别具有速度分量，即流体沿着壁面温度梯度方向流动，解决了径向和横向协同换热的问题。由于第一突起件、第二突起件、第三突起件、第四突起件相对呈一定角度排列，使整体形成类螺旋结构可诱发纵向涡、提升微通道纵向换热性能；在微通道主流动方向诱发纵向涡，强化纵向换热。同时壁面的第一突起件、第二突起件、第三突起件、第四突起件增大了换热面积、破坏了边界层，起到促进换热的作用。本实用新型提供的微通道换热器具有以低压降为代价增强换热的效果，在强化微通道换热性能的同时，具有流动阻力小的优点。

附图说明

图1为本发明优选实施例中微通道换热器的组装结构示意图；

图2为本发明优选实施例中微通道换热器的分解结构示意图；

图3为本发明优选实施例中盖板的结构示意图；

图4为本发明优选实施例中基板的结构示意图；

图5为本发明优选实施例中微通道换热器突起结构参数整体示意图；

图6为本发明优选实施例中微通道换热器基板突起件排列示意图；

图7为本发明优选实施例中微通道换热器基板第三突起件排列及结构参数示意图；

图8为本发明优选实施例中微通道换热器基板第一突起件与第二突起件协同换热原理示意图；

图9为本发明优选实施例中微通道换热器基板第三突起件与第四突起件协同换热原理示意图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

一种协同增强换热的微通道换热器，参考图1至4，包括自上而下依次设置的盖板3、基板4；所述盖板3面向所述基板4的一面设置有第一容置凹槽 31，所述基板4面向所述盖板3的一面设置有第二容置凹槽41；还包括上密封板2及下密封板5；所述上密封板2设置于所述盖板3背向所述基板4的一面，所述下密封板5设置于所述基板4背向所述盖板3的一面。所述上密封板2及盖板3上均设置有流体入口1，且两个流体入口1沿竖直方向连通，所述基板 4与下密封板5上均设置有流体出口7，且两个流体出口7沿竖直方向连通；所述下密封板5上还设置有多个加热孔6。

具体参考图3至4，所述第一容置凹槽31的底部设置有多排相互平行的第一突起排，所述的第一突起排由多个第一突起件32并排设置；

所述第二容置凹槽41的底部设置有多个与所述第一突起排相互平行的固定长条43；每个所述固定长条43之间的间隔处设置有一个第二突起排；所述第二突起排由多个第二突起件42并排设置；所述固定长条43的两侧面分别设置有第三突起排、第四突起排；所述第三突起排及第四突起排分别由多个第三突起件44及第四突起件45并排设置；

为了形成类螺旋结构，从而诱发纵向涡、提升微通道纵向换热性能，所述第一突起件32与第二突起件42之间间隔第一角度γ1设置，所述第三突起件 44与第四突起件45之间间隔第二角度γ2设置；所述第一突起件32及第三突起件44与流体来流方向所成攻角相同；第二突起件42及第四突起件45与流体来流方向所成攻角相同。

具体来说，所述第一突起件32、第三突起件44与流体来流方向所成攻角βi在0°～90°之间。

各个所述的第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44、第四突起件 45之间均沿各自的长度方向相互平行；各个所述的第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44、第四突起件45之间连续等距。

具体来说，参考图8至9，所述第一突起件32的数量与所述第二突起件 42的数量相同，每个所述的第一突起件32沿竖直方向对应一个所述的第二突起件42，所述第一突起件32在其长度方向上与所述第二突起件42在其长度方向上间隔第一角度γ1；所述第三突起件44的数量与所述第四突起件45的数量相同，每个所述的第三突起件44沿水平方向对应一个所述的第四突起件45，所述第三突起件44在其长度方向上与所述第四突起件45在其长度方向上间隔第二角度γ2。具体来说，所述第一角度γ1及第二角度γ2的取值范围为25°至90°。

具体参考图5至7，所述第一突起件32之间等距间隔，记为第一距离；所述第二突起件42之间等距间隔，记为第二距离；所述第三突起件44及第四突起件45之间分别等距间隔，记为第三距离、第四距离。为了方便标记，所述第一距离、第二距离、第三距离、第四距离均记为Lpi(i＝1，2，3，4)；所述第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44及第四突起件45在各自的高度方向上的投影均为平行四边形；所述第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44及第四突起件45的平行四边形投影的长度分别为第一长度、第二长度、第三长度、第四长度，记为Li(i＝1，2,3,4)；所述第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44及第四突起件45的平行四边形投影的宽度分别为第一宽度、第二宽度、第三宽度、第四宽度，记为wi(i＝1,2,3,4)；所述第一长度与第一宽度的比值范围、所述第二长度与第二宽度的比值范围、所述第三长度与第三宽度的比值范围、所述第四长度与第四宽度的比值Li/wi(i＝1,2,3,4) 的范围均为1至10之间。

所述第一突起件32、第二突起件42沿竖直方向的高度分别为第一高度H₁、第二高度H₂；所述第一容置凹槽31与第二容置凹槽41的深度总和即为微通道的深度H；所述第一高度与第二高度之和(H₁+H₂)与所述微通道的深度H的比值在0.1～0.5之间。

所述第三突起件44、第四突起件45沿水平方向上的高度分别为第三高度 H₃、第四高度H₄；所述第一容置凹槽31与第二容置凹槽41沿水平方向上的宽度相同即为所述微通道的宽度W；所述第三高度与所述第四高度之和(H₃+H₄) 与所述微通道的宽度W的比值在0.1～0.5之间。

当流体流经微通道时，在所述盖板3上的第一突起件32和所述基板4上的第二突起件42的引流作用下，分别形成第一横向流动分量和第二横向流动分量，导致壁面处热流体流向中心冷流体；设置于基板4的固定长条43的两壁面流体形成横向对流换热。在设置于固定长条43的两侧面的第三突起件44 及第四突起件45的引流作用下，分别形成第一径向流动分量和第二经向流动分量，基板4底部热流体与盖板3处冷流体形成对流换热，。当第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44及第四突起件45的个数增加时，基板4、盖板 3交错排列的第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44及第四突起件45 形成类螺旋结构，流体流经微通道时沿主流方向产生纵涡，增强主流方向的换热。

本实用新型提供了一种协同增强换热的微通道换热器，通过在盖板3及基板4上制造交错排列的相互之间具有一定间隔角度的第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44、第四突起件45，使流体沿着第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44、第四突起件45流动，使流体沿着径向、横向分别具有速度分量，即流体沿着壁面温度梯度方向流动，解决了径向和横向协同换热的问题。由于第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44、第四突起件45相对呈一定角度排列，使整体形成类螺旋结构可诱发纵向涡、提升微通道纵向换热性能；在微通道主流动方向诱发纵向涡，强化纵向换热。同时壁面的第一突起件32、第二突起件42、第三突起件44、第四突起件45增大了换热面积、破坏了边界层，起到促进换热的作用。本实用新型提供的微通道换热器具有以低压降为代价增强换热的效果，在强化微通道换热性能的同时，具有流动阻力小的优点。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种协同增强换热的微通道换热器，其特征在于包括自上而下依次设置的盖板、基板；所述盖板面向所述基板的一面设置有第一容置凹槽，所述基板面向所述盖板的一面设置有第二容置凹槽；

所述第一容置凹槽的底部设置有多排相互平行的等距第一突起排，所述的第一突起排由多个等距第一突起件并排设置；

所述第二容置凹槽的底部设置有多个与所述第一突起排相互平行的等距固定长条；每个所述固定长条之间的间隔处设置有一个第二突起排；所述第二突起排由多个等距第二突起件并排设置；所述固定长条的两侧面分别设置有第三突起排、第四突起排；所述第三突起排及第四突起排分别由多个等距第三突起件及第四突起件并排设置；

所述第一突起件与第二突起件之间间隔第一角度设置，所述第三突起件与第四突起件之间间隔第二角度设置；第一突起件及第三突起件与流体来流方向所成攻角相同，第二突起件及第四突起件与流体来流方向所成攻角相同；

还包括上密封板及下密封板；所述上密封板设置于所述盖板背向所述基板的一面，所述下密封板设置于所述基板背向所述盖板的一面；所述上密封板及盖板上均设置有流体入口，且两个流体入口沿竖直方向连通，所述基板与下密封板上均设置有流体出口，且两个流体出口沿竖直方向连通。

2.根据权利要求1所述的一种协同增强换热的微通道换热器，其特征在于，各个所述的第一突起件、第二突起件、第三突起件、第四突起件之间均沿各自的长度方向相互平行；

所述第一突起件的数量与所述第二突起件的数量相同，每个所述的第一突起件沿竖直方向对应一个所述的第二突起件，所述第一突起件在其长度方向上与所述第二突起件在其长度方向上间隔第一角度；

所述第三突起件的数量与所述第四突起件的数量相同，每个所述的第三突起件沿水平方向对应一个所述的第四突起件，所述第三突起件在其长度方向上与所述第四突起件在其长度方向上间隔第二角度。

3.根据权利要求2所述的一种协同增强换热的微通道换热器，其特征在于，所述第一角度及第二角度的取值范围为25°至90°。

4.根据权利要求3所述的一种协同增强换热的微通道换热器，其特征在于，所述第一突起件和第三突起件与流体来流方向所成攻角在0°～90°之间。

5.根据权利要求4所述的一种协同增强换热的微通道换热器，其特征在于，所述第一突起件之间等距间隔；所述第二突起件之间等距间隔；所述第三突起件及第四突起件之间分别等距间隔。

6.根据权利要求5所述的一种协同增强换热的微通道换热器，其特征在于，所述第一突起件、第二突起件、第三突起件及第四突起件在各自的高度方向上的投影均为平行四边形；所述第一突起件、第二突起件、第三突起件及第四突起件的平行四边形投影的长度分别为第一长度、第二长度、第三长度、第四长度；所述第一突起件、第二突起件、第三突起件及第四突起件的平行四边形投影的宽度分别为第一宽度、第二宽度、第三宽度、第四宽度；所述第一长度与第一宽度的比值范围、所述第二长度与第二宽度的比值范围、所述第三长度与第三宽度的比值范围、所述第四长度与第四宽度的比值范围均为1至10之间。

7.根据权利要求6所述的一种协同增强换热的微通道换热器，其特征在于，所述第一突起件、第二突起件沿竖直方向的高度分别为第一高度、第二高度；所述第一容置凹槽与第二容置凹槽的深度总和即为微通道的深度；所述第一高度与第二高度之和与所述微通道的深度的比值在0.1～0.5之间。

8.根据权利要求7所述的一种协同增强换热的微通道换热器，其特征在于，所述第三突起件、第四突起件沿水平方向上的高度分别为第三高度、第四高度；所述第一容置凹槽与第二容置凹槽沿水平方向上的宽度相同即为所述微通道的宽度；所述第三高度与所述第四高度之和与所述微通道的宽度的比值在0.1～0.5之间。

9.根据权利要求8所述的一种协同增强换热的微通道换热器，其特征在于，所述下密封板上还设置有多个加热孔。

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