[發明專利]一種具有交錯內凹槽結構的微通道換熱器及其制造方法

有效

• 申請號: 201410376661.4
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104154777A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 鄧大祥;秦嘉逸;萬偉;凌偉淞;張軍鵬;周偉;秦利鋒
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: F28D1/00
• 分類號: F28D1/00;F28F13/00;B23P15/26
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

技術領域：

本發明涉及傳熱用熱交換器，特別是涉及一種具有交錯內凹槽結構的微通道換熱器及其制造方法。

背景技術：

近年來,隨著電子產品集成化的不斷提高，電子設備的功率急劇增加，而物理尺寸越來越小，單位面積熱流密度隨之大大提高，由高熱流密度引發的產品失效問題日益嚴重。采用微通道換熱器實現高效液體冷卻被認為是高熱流密度問題有效的解決途徑。普通的微通道換熱器是在金屬或硅基底上加工出若干平行排布的矩形、三角形、梯形等開式微通道結構，用蓋板耦合封裝成冷卻液微流道，與外界連接而形成冷卻液回路。電子元器件產生的熱量通道連接層傳遞到微通道結構，被微通道內流動的冷卻液帶走，從而實現電子元器件散熱的目的。目前的微通道換熱器主要采用平行的微通道陣列，當流體進入微通道后，同時進行流動邊界層和熱邊界層的發展。當熱邊界層還未達到充分發展區域，傳熱系數和努賽爾系數都比較大，傳熱性能比較好，但是隨著流動的展開，傳熱系數和努賽爾系數迅速下降，從而導致明顯的傳熱性能降低，已無法滿足大功率設備的散熱要求。為此，有專利CN200410015286.7提出具有縱橫交錯微通道的硅基微通道換熱器，通過刻蝕方法在硅片上加工縱向三角形微通道、橫向梯形微通道的縱橫交錯微通道陣列，通過沿流動方向間歇地布置橫向微通道來間歇中斷熱邊界層，達到強化傳熱的目的。但是其縱向和橫向微通道均為開式的結構(三角形、梯形)，流體與微通道的換熱面積有限，且在硅基上采用刻蝕加工而成，工藝復雜，成本較高，不利于低成本大批量進行微通道換熱器的生產。

此外，半封閉式內凹槽結構在傳統的管式換熱器中被廣泛用于強化沸騰傳熱，如專利CN95246323.7公開的具有內凹槽外翅片的強化換熱管。內凹槽結構所形成的空穴極易成為穩定的汽化核心，從而為沸騰提供理想的氣泡成核場所，同時有效防止外部過冷流體對泡核的過早冷卻，從而大大降低沸騰發生所需要的壁面過熱度，提高沸騰傳熱性能。然而內凹槽結構用于微通道換熱器的強化換熱尚未有報道。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有微通道換熱器的上述不足，提供一種具有交錯內凹槽結構微通道換熱器，顯著強化傳熱。本發明還提供一種工藝簡單、設備要求低、成本低廉的具有交錯內凹槽微通道結構的微通道換熱器的制造方法。

本發明采用如下技術方案：

一種具有交錯內凹槽微通道結構的微通道換熱器，包括一金屬微通道基體，其特征在于：該基體包括多條與冷卻液流動方向平行且互相間隔設置的縱向微通道，及與該縱向微通道垂直并互相間隔設置的多條橫向微通道，該縱向微通道和該橫向微通道形成縱橫交錯的微通道陣列；該縱向微通道和橫向微通道均為內凹槽結構，其包括一位于基體內部的內嵌槽體和一構成基體開口的狹縫，內嵌槽體與狹縫相連通；橫向微通道的間距與縱向微通道水力直徑的比值為4-10。

優選的，所述的基體為銅或鋁或不銹鋼金屬基體。

優選的，所述內嵌槽體的橫截面形狀為圓形或燕尾形或菱形或矩形。

優選的，所述內嵌槽體橫截面的當量直徑為0.6mm-1.0mm，所述狹縫的深度為0.3-0.5mm，寬度為0.4-0.6mm。

優選的，所述橫向微通道水力直徑為縱向微通道水力直徑的1.5-3倍。

一種具有交錯內凹槽微通道結構的微通道換熱器的制造方法，其特征在于：

1)通過線切割方法在金屬基底上沿冷卻液流動方向切割出互相平行且間隔設置的縱向內凹槽微通道，該縱向內凹槽微通道的形狀包括一位于基體內部的內嵌槽體和一構成基體開口的狹縫，內嵌槽體與狹縫相連通；

2)將工件水平旋轉90度，在與縱向內凹槽微通道垂直的方向上通過線切割方法加工出互相平行且間隔設置的橫向內凹槽微通道，該橫向內凹槽微通道的形狀也包括一位于基體內部的內嵌槽體和一構成基體開口的狹縫，內嵌槽體與狹縫相連通；并限制橫向微通道的間距與縱向微通道水力直徑的比值為4-10；

3)取下工件，對加工后的基體進行清洗，得到交錯內凹槽微通道結構；

4)將得到的交錯內凹槽微通道結構用耐熱玻璃封裝，并與外部的接管及水泵連接成一個整體，最終得到完整的微通道換熱器。

優選的，所述線切割方法采用鉬絲作為加工電極并采用慢走絲加工方向，所述內凹槽微通道的形狀通過鉬絲的軌跡進行控制。

優選的，所述內嵌槽體的橫截面形狀為圓形或燕尾形或菱形或矩形。

優選的，所述內嵌槽體橫截面的當量直徑為0.6mm-1.0mm，所述狹縫的深度為0.3-0.5mm，寬度為0.4-0.6mm。