一種微通道換熱器及流動換熱實驗裝置的制作方法

本發明涉及微通道散熱、液態金屬散熱領域，具體涉及一種微通道換熱器及流動換熱實驗裝置。

背景技術：

隨著微機電系統和超大規模集成電路等技術的迅速發展，電子設備的體積越來越小，而功率和集成度卻大幅度提高，高熱流密度的產生成為了一種不可抗拒的趨勢，如果不能迅速帶走這些熱量，電子器件將會由于高溫而不能正常工作，甚至燒毀，散熱效果除了要保證電子產品的溫度較低外，還需降低電子產品各器件間的溫差。傳統的散熱方式已經不能滿足高負荷電子器件的散熱要求。為此，需要一些新型的散熱結構或冷卻介質來解決高熱流密度的電子設備中的散熱問題。

技術實現要素：

針對以上問題，本發明的目的是提供一種散熱性好、能使高熱流密度的電子設備保持均勻溫度的微通道換熱器及流動換熱實驗裝置。

本發明的目的是這樣實現的，一種微通道換熱器，其特征是：至少包括：上蓋板、下蓋板，上蓋板和下蓋板上分別加工有3個流道和個流道的入口和出口，第一流道、第二流道以及第三流道；第一流道、第二流道以及第三流道均由兩個Y型流道組成，流道和流道是將Y字分叉端相接而成，流道是將Y的未分叉端相接而成，流體在第一流道、第二流道以及第三流道的流動時，入口和出口的流動方向是垂直的。

所述上蓋板上有第一流道的四個出口，分別是第一流道第一出口, 第一流道第二出口, 第一流道第三出口, 第一流道第四出口；四個出口分別間隔分布在第一流道的Y字分叉端口垂直上端；

上蓋板上有第三流道的四個出口，分別是第三流道第一出口, 第三流道第二出口, 第三流道第三出口第三流道第四出口；四個出口也分別間隔分布在第三流道的Y字分叉端口垂直上端；第三流道的四個出口和第一流道的四個出口以第二流道的第二流道入口對稱分布。

所述下蓋板上有第一流道的兩個入口，分別是第一流道第一入口和第一流道第二入口；第一流道第一入口和第一流道第二入口分別在上述第一流道兩個Y型流道的Y字下端口；

下蓋板上有第三流道的兩個入口，分別是第三流道第一入口和第三流道第二入口；第三流道第一入口和第三流道第二入口分別在上述第三流道兩個Y型流道的Y字下端口；

下蓋板上有第二流道的8個出口，分別是第二流道第一出口, 第二流道第二出口,第二流道第三出口，第二流道第四出口，第二流道第五出口, 第二流道第六出口, 第二流道第七出口, 第二流道第八出口；第二流道第一出口, 第二流道第二出口,第二流道第三出口, 第二流道第四出口和第二流道第五出口, 第二流道第六出口, 第二流道第七出口, 第二流道第八出口分布在下蓋板的兩側對稱分布。

一種微通道換熱器的流動換熱實驗裝置，包括蠕動泵、測試配件單元、輻射器、液體供應箱、液體冷卻箱、加熱單元，差壓變送器，溫度測量采集單元以及計算單元，測試配件單元包括分流器、匯流器及加載有熱源的微通道換熱器，分流器和匯流器分別通過管路連接加載有熱源的微通道換熱器，所述的液體供應箱分別通過蠕動泵、第一止流閥和流量計到測試配件單元入口，液體供應箱中的冷卻液體在蠕動泵的驅動下流經第一止流閥和流量計注入測試配件單元，經過測試配件單元的分流器從5個入口流入帶熱源的加載有熱源的微通道換熱器中，分流器四個出口的液體通過測試配件單元的匯流器的出口流出測試區，再經過輻射器流至液體冷卻箱，在液體供應箱和液體冷卻箱之間通過管道及第二止流閥連接；第二止流閥控制流體從流體冷卻箱流到液體供應箱實現循環。

所述的在測試配件單元、液體供應箱、液體冷卻箱、匯流器、加載有熱源的微通道換熱器、管道分別有溫度傳感器，溫度傳感器的輸出信號端與數據采集儀接口電連接；數據采集儀通過接口與計算單元電連接；在測試配件單元還配置連接有差壓變送器，工作時，開啟加熱單元，將加載的熱流密度調節到設定值，待差壓變送器和溫度采集系統的數據穩定后，讀取各個溫度值以及壓力值；流體流經加載有熱源的微通道換熱器后，溫度會升高，通過輻射器后，熱量會散失一大部分，為了確保其溫度降低到入口溫度，使流體通到流體冷卻箱，測量液體冷卻箱中液體的溫度，待其溫度降至入口溫度時，開啟第二止流閥，使得流體冷卻箱中的液體流到流體供應箱中。

所述測試配件單元還包括一夾具，夾具包括蓋板和基板，微通道換熱器固定在之間，基板上加工一個與微通道換熱器相同的大小的凹槽，基板的腔壁有第一圓孔、第二圓孔、第三圓孔、第四圓孔、第五圓孔、第六圓孔、第七圓孔、第八圓孔以及第九圓孔；將微通道換熱器嵌入凹槽內，并且使得第一流道第一入口與基板的第三圓孔相接，第一流道的第二入口與基板的第九圓孔相接，第二流道的入口與基板的第四圓孔相接，第三流道的第一入口與基板的第一圓孔相接，第二入口與基板的第七圓孔相接，第一流道的第一出口、第二出口、第三出口以及第四出口通過集流槽集流后與基板的第五圓孔相接，第二流道的第一出口、第二出口、第三出口以及第四出口與基板的第二圓孔相接，第二流道的第五出口、第六出口、第七出口以及第八出口與基板的第八圓孔相接，第三流道的第一出口、第二出口、第三出口以及第四出口與基板的第七圓孔相接；用螺釘將蓋板與基板緊密連接。

所述分流器包括5個支流管，分別是第一分流器支流管、第二分流器支流管、第三分流器支流管、第四分流器支流管、第五分流器支流管；5個支流管分別與微通道換熱器本體入口處接的第一支管、第二支管、第三支管, 第四支管，第五支管連接；總出口是一根管子，這樣流體從一個總管流入。

所述匯流器包括四個出口，第一分管、第二分管、第三分管、第四分管，流體從微通道換熱器本體的第二小管、第四小管、第六小管、第八小管流入，微通道換熱器本體的第二小管與匯流器的第四分管相通，第四小管與第二分管相通，第六小管與第一分管相通，第八小管與第三分管相通；這樣，流體在微通道中進行流動換熱后由支管流入到匯流器中，由總管流出。

本發明的優點是：

1、Y型流道是一種典型的降壓流道，采用Y型流道設計可以很好的降低壓降。

2、相比于傳統的直通道，1）T型通道采用交錯的流動方式，使得微通道整體上溫度分布較為均勻，縮短了流道長度，冷卻工質在升溫后可以快速地流出散熱系統。

3、多入口，多出口的微通道設計可以更好地實現降低壓降、實現均溫的作用。

4、將T型流道和Y型流道相結合，進一步實現降低壓降以及均勻散熱的作用。

5、由于該微通道的出口較多，將其放置在加工有集流槽以及圓形進出口的卡具中，一方面減小了出口個數，另一方面將矩形截面進出口變成了圓形截面的進出口，在實際應用中更實用。

6、設計了匯流器和分流器，可以方便外部管路和微通道換熱器的連接。并且可以實現微通道換熱器5個入口的流量分配均勻。

附圖說明

圖1是本發明T-Y型微通道的結構示意圖。

圖2是本發明T-Y型微通道的主視圖。

圖3是圖2的A-A剖視圖。

圖4是圖2的B-B剖視圖。

圖5是本發明實驗裝置整體布局圖。

圖6是本發明的微通道換熱器的夾具結構示意圖。

圖7是安裝好夾具的微通道換熱器結構示意圖。

圖8是本發明的一進五出的分流器的結構示意圖。

圖9是本發明的四進一出的匯流器的結構示意圖。

圖中，1、上蓋板；2、第一流道第一出口；3、第一流道第二出口；4、第一流道第三出口；5、第一流道第四出口；6、第二流道入口；7、第三流道第一出口；8、第三流道第二出口；9、第三流道第三出口；10、第三流道第四出口；11、第一流道；12、第二流道；13、第一流道第一入口；14、第二流道第一出口；15、第二流道第二出口；16、第二流道第三出口；17、第二流道第四出口；18、第三流道第一入口；19、第一流道第二入口；20、第二流道第五出口；21、第二流道第六出口；22、第二流道第七出口；23、第二流道第八出口；24、第三流道第二入口；25、第三流道；26、下蓋板。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

如圖1所示，一種微通道換熱器，至少包括：上蓋板1、下蓋板26，上蓋板1和下蓋板26上分別加工有3個流道和3個流道的入口和出口，第一流道11、第二流道12以及第三流道25；第一流道11、第二流道12以及第三流道25均由兩個Y型流道組成，流道11和流道25是將Y字分叉端相接而成，流道12是將Y的未分叉端相接而成，流體在第一流道11、第二流道12以及第三流道25的流動時，入口和出口的流動方向是垂直的。

上蓋板1上有第一流道11的四個出口，分別是第一流道第一出口2, 第一流道第二出口3, 第一流道第三出口4, 第一流道第四出口5；四個出口分別間隔分布在第一流道11的Y字分叉端口垂直上端；

上蓋板1上有第三流道25的四個出口，分別是第三流道第一出口7, 第三流道第二出口8, 第三流道第三出口9 第三流道第四出口10；四個出口也分別間隔分布在第三流道25的Y字分叉端口垂直上端；第三流道25的四個出口和第一流道11的四個出口以第二流道12的第二流道入口6對稱分布。

下蓋板26上有第一流道11的兩個入口，分別是第一流道第一入口13和第一流道第二入口19；第一流道第一入口13和第一流道第二入口19分別在上述第一流道11兩個Y型流道的Y字下端口；

下蓋板26上有第三流道25的兩個入口，分別是第三流道第一入口18和第三流道第二入口24；第三流道第一入口18和第三流道第二入口24分別在上述第三流道25兩個Y型流道的Y字下端口；

下蓋板26上有第二流道12的8個出口，分別是第二流道第一出口14, 第二流道第二出口15,第二流道第三出口16, 第二流道第四出口17，第二流道第五出口20, 第二流道第六出口21, 第二流道第七出口22, 第二流道第八出口23；第二流道第一出口14, 第二流道第二出口15,第二流道第三出口16, 第二流道第四出口17和第二流道第五出口20, 第二流道第六出口21, 第二流道第七出口22, 第二流道第八出口23分布在下蓋板26的兩側對稱分布。

由圖2、圖3、圖4可以清晰的看到第一流道11、第二流道12以及第三流道25的內部結構，比如第一流道11，流體從第一流道第一入口13和第一流道第二入口19水平流入微通道，則從第一流道第一出口2, 第一流道第二出口3, 第一流道第三出口4垂直流出，形成一種“倒T”型流動。

如圖5所示，一種微通道換熱器的流動換熱實驗裝置，包括蠕動泵68、測試配件單元、輻射器75、液體供應箱81、液體冷卻箱76、加熱單元74，差壓變送器73，溫度測量采集單元77以及計算單元78，測試配件單元包括分流器57、匯流器63及加載有熱源的微通道換熱器72，分流器57和匯流器63分別通過管路連接加載有熱源的微通道換熱器72，所述的液體供應箱81分別通過蠕動泵68、第一止流閥69和流量計70到測試配件單元入口，液體供應箱81中的冷卻液體在蠕動泵68的驅動下流經第一止流閥69和流量計70注入測試配件單元，經過測試配件單元的分流器57從5個入口流入帶熱源的加載有熱源的微通道換熱器72中，分流器57四個出口的液體通過測試配件單元的匯流器63的出口流出測試區，再經過輻射器75流至液體冷卻箱76，在液體供應箱81和液體冷卻箱76之間通過管道80及第二止流閥79連接；第二止流閥79控制流體從流體冷卻箱76流到液體供應箱81實現循環。

在測試配件單元、液體供應箱81、液體冷卻箱76、匯流器63、加載有熱源的微通道換熱器72、管道分別有溫度傳感器，溫度傳感器的輸出信號端與數據采集儀77接口電連接；數據采集儀77通過接口與計算單元78電連接；在測試配件單元還配置連接有差壓變送器73，工作時，開啟加熱單元74，將加載的熱流密度調節到設定值，待差壓變送器73和溫度采集系統的數據穩定后，讀取各個溫度值以及壓力值。流體流經加載有熱源的微通道換熱器72后，溫度會升高，通過輻射器75后，熱量會散失一大部分，為了確保其溫度降低到入口溫度，使流體通到流體冷卻箱76，測量液體冷卻箱76中液體的溫度，待其溫度降至入口溫度時，開啟第二止流閥79，使得流體冷卻箱76中的液體流到流體供應箱81中。

用差壓變送器73測量加載有熱源的微通道換熱器72的壓降時，一方面可以用差壓變送器73測量出分流器57和匯流器63對應的分流器總管53與匯流器總管61之間的壓差，通過公式計算出分流器總管53與匯流器總管61之間的管路上的沿程壓降和局部壓降，用測量出的壓降值減去管路上的沿程壓降和局部壓降，就可以計算出微通道兩端的壓降值，另一方面可以直接測量進出口的壓降。

在第一流道11，第二流道12，第三流道25中，由于第一流道11的兩個入口，第二流道12的一個入口以及第三流道25的兩個入口這五個入口的流量分配是一致的，所以第一流道11和第三流道25的進出口壓降是最大的，可以測量第一流道11或第三流道25上的其中一個進出口的壓降值，也可以測量第一流道11和第三流道25上四組進出口的壓降值，求平均得出微通道換熱器的壓降。

溫度測量采集單元77要測量5個部分的溫度：微通道的進口的液體溫度、微通道出口的液體溫度、微通道換熱器加熱面的溫度、液體冷卻箱76中的液體溫度和液體供應箱81中的溫度，這五個溫度所用的溫度傳感器均采用熱電偶測試，所有的熱電偶連接到數據采集儀77上，在數據采集儀77上可以顯示各點的溫度值。

如圖6、圖7所示，測試配件單元還包括一夾具，夾具用于夾持微通道換熱器29，以避免因微通道換熱器本體進出口個數太多以致管路連接不便的問題。夾具包括蓋板28和基板35，微通道換熱器29固定在之間，基板35上加工一個與微通道換熱器29相同的大小的凹槽，基板35的腔壁有第一圓孔30、第二圓孔31、第三圓孔32、第四圓孔33、第五圓孔34、第六圓孔36、第七圓孔37、第八圓孔38以及第九圓孔39；將微通道換熱器29嵌入凹槽內，并且使得第一流道11第一入口13與基板35的第三圓孔32相接，第一流道11的第二入口19與基板35的第九圓孔39相接，第二流道12的入口6與基板35的第四圓孔33相接，第三流道25的第一入口18與基板35的第一圓孔30相接，第二入口24與基板35的第七圓孔37相接，第一流道11的第一出口2、第二出口3、第三出口4以及第四出口5通過集流槽集流后與基板35的第五圓孔34相接，第二流道12的第一出口14、第二出口15、第三出口16以及第四出口與基板35的第二圓孔31相接，第二流道的第五出口20、第六出口21、第七出口22以及第八出口23與基板35的第八圓孔38相接，第三流道25的第一出口7、第二出口8、第三出口9以及第四出口10與基板35的第七圓孔37相接。用螺釘將蓋板28與基板35緊密連接。

如圖7所示，夾具的一個面可以是由一個銅塊41內插多根加熱棒40構成，通過控制加熱棒40的功率改變微通道換熱器溫度散熱溫度的效果。

如圖8、圖7所示，分流器57包括5個支流管，分別是第一分流器支流管55、第二分流器支流管56、第三分流器支流管58、第四分流器支流管59、第五分流器支流管60；5個支流管分別與微通道換熱器本體42入口處接的第一支管43、第二支管45、第三支管47, 第四支管50，第五支管52連接；總出口是一根管子，這樣流體從一個總管53流入。

如圖9、圖7所示，匯流器63包括四個出口，第一分管64、第二分管65、第三分管66、第四分管67，流體從微通道換熱器本體42的第二小管44、第四小管46、第六小管48、第八小管51流入，微通道換熱器本體42的第二小管44與匯流器63的第四分管67相通，第四小管46與第二分管65相通，第六小管48與第一分管64相通，第八小管51與第三分管66相通。這樣，流體在微通道換熱器29中進行流動換熱后由支管流入到匯流器63中，由總管61流出。

本發明中加熱單元74，溫度測量采集單元77以及計算單元78都屬于公開的通用技術，本發明不在過多說明。

本實施例沒有詳細敘述的部件和結構屬本行業的公知部件和常用結構或常用手段，這里不一一敘述。