一种微通道叠堆式风冷散热器
阅读说明：本技术 一种微通道叠堆式风冷散热器 (Micro-channel stacked air-cooled radiator ) 是由 刘长宜 卢一鸣 李昊旻 杨建文 程鑫 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种微通道叠堆式风冷散热器,涉及热能与动力工程领域,本发明的目的在于提供一种针对复杂工况下的高效风冷式散热系统。本发明利用强制对流换热技术对冷却介质进行风冷散热,通过堆叠式微通道散热模块完成工作介质与冷却介质的热交换过程,因热交换升温的冷却介质在风量可调式风机模块作用下流入堆叠式微通道散热模块,带走其表面温度完成热交换过程。控制系统模块通过采集微通道堆叠式散热模块流出端管外实时温度,通过CPU计算管内工作介质真实温度,并与工作介质最优工作温度进行比较,实时调节风量可调式风机模块,从而使系统内部长期处于最优风量,达到最佳散热效果。(The invention discloses a micro-channel stacked air-cooled radiator, relates to the field of heat energy and power engineering, and aims to provide a high-efficiency air-cooled radiating system under complex working conditions. The invention utilizes the forced convection heat transfer technology to carry out air cooling heat dissipation on the cooling medium, completes the heat exchange process of the working medium and the cooling medium through the stacked micro-channel heat dissipation module, and completes the heat exchange process by leading the cooling medium heated by heat exchange to flow into the stacked micro-channel heat dissipation module under the action of the air quantity adjustable fan module and taking away the surface temperature of the stacked micro-channel heat dissipation module. The control system module calculates the real temperature of the working medium in the pipe by acquiring the real-time temperature outside the outflow end of the microchannel stacked heat dissipation module and comparing the real temperature with the optimal working temperature of the working medium, and adjusts the air quantity adjustable fan module in real time, so that the interior of the system is in the optimal air quantity for a long time, and the optimal heat dissipation effect is achieved.)
技术领域
本发明涉及热能与动力工程领域，具体涉及一种微通道叠堆式风冷散热器结构。
背景技术
散热器作为一种能量交换装置遍及民用，军事，食品工程，电力工程，车辆工程等各领域，其结构的合理性对于能源消耗有着巨大的影响。散热器的种类根据其不同的结构可以划分为很多种类，例如，根据流体方向的不同，散热器有纵流式与直流式两种结构，而根据散热器芯的结构形式，又可划分为管片式散热器，管带式散热器和板式散热器等。目前工程上应用的散热方式主要有：自然对流、强制风冷、液体冷却、热管技术冷却、微通道冷却等，其中强制风冷技术依据对流换热原理，利用风机模块改变大气气压，控制空气流动的方向，使得需要热交换的物体周围空气快速流动，从而带走物体表面的热量实现热交换，它的散热效果比自然对流好，但是若想实现充分的热交换，需要借助其他的模块，并且对散热结构进行充分优化。其中散热器截面可以采用微通道形式，相比于传统散热截面，微通道能增大热交换表面面积，同时能够降低对流换热的流动阻力，从而产生较高的冷却效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对复杂工况下的高效风冷式散热系统。本发明的上述目的通过以下技术方案实现，
一种微通道堆叠式风冷散热器，包括：堆叠式微通道散热模块01、风量可调式风机模块02、控制系统模块03、温度传感器04和壳体05。
其中堆叠式微通道散热模块01用于完成工作介质与冷却介质的热交换过程，因热交换升温的冷却介质在风量可调式风机模块02作用下流入堆叠式微通道散热模块01，带走堆叠式微通道散热模块01表面温度完成热交换过程，即完成降温。控制系统模块03采集微通道堆叠式散热模块01流出端管外实时温度，通过CPU计算微通道堆叠式散热模块01管内工作介质真实温度，并与工作介质最优工作温度进行比较，实时调节风量可调式风机模块02，使系统内部长期处于最优风量，达到最佳散热效果。
堆叠式微通道散热模块01设置有若干组相同平行流式散热器0102，所述的平行流式散热器0102中间散热截面采用微通道设计，从而增加散热面积，提高散热效果；各组平行流式散热器0102间采用沿进出风方向堆叠方式放置，便于在有限空间中增加散热器数量，提高空间利用率。平行流式散热器0102数量可根据实际需求进行选择，通过控制堆叠式微通道散热模块01中平行流式散热器0102数量进而控制工作介质在堆叠式微通道散热模块01中流通长度，即风冷热交换长度，提高冷却效率。
堆叠式微通道散热模块01进风端通过散流器0101与风量可调式风机模块02相连接，并用密封材料0103密封连接处间隙，堆叠式微通道散热模块01中平行流式散热器0102之间空隙通过密封材料0103密封，形成封闭式风冷散热系统，提高冷却介质利用率；也可以采用堆叠式微通道散热模块01进风端通过散流器0101与可调式风机模块02相连接，并用密封材料密封0103连接处间隙，再通过外部密封壳体05进行密封，形成封闭式风冷散热系统，提高冷却介质利用率。当密封要求较高时，可以将上述两种密封方式组合，即堆叠式微通道散热模块01进风端通过散流器0101与可调式风机模块02相连接，并用密封材料0103密封连接处间隙，堆叠式微通道散热模块01中平行流式散热器0102之间空隙通过密封材料0103密封，再通过外部密封壳体05进行密封，形成更好的封闭式风冷散热系统，提高冷却介质利用率。
针对复杂工况下单种或多种工作介质流量和温度的控制。堆叠式微通道散热模块01中若干组平行流式散热器0102间管道连接可根据各组平行流式散热器0102间关系，将若干组平行流式散热器0102采用串联、并联或者串并联混合的连接方式，从而改变工作介质在平行流式散热器0102中流通长度和液阻，提高散热效率。
风量可调式风机模块02风量按照不同应用场合可分为风量可调式吹风机0201、风量可调式吸风机0202，以及风量可调式吹风机0201与风量可调式吸风机0202组合三种基本模式，根据控温要求不同，在中低温场合采用风量可调式吹风机0201或风量可调式吸风机0202模式，在高温场合采用风量可调式组合模式吹风机0201与风量可调式吸风机0202组合模式进行控温。
控制系统模块03通过温度传感器04采集微通道堆叠式散热模块01输出端管外实时温度，经过控制系统模块03内部CPU计算工作介质真实温度，进而与各个工作介质最佳工作温度进行比较，从而调节风量可调式风机模块02风量，以控制堆叠式微通道散热模块01中工作介质温度。
本发明的有益效果在于：
本发明利用强制对流换热技术对冷却介质进行风冷散热，其中堆叠式微通道散热模块01用于完成工作介质与冷却介质的热交换过程。相比于传统风冷散热有如下优点：
1、平行流式散热器0102采用堆叠式结构安装，便于在有限空间中增加散热器数量，提高空间利用率；
2、通过控制平行流式散热器0102数量进而控制工作介质在散热模块中流通长度，即风冷热交换长度，从而改变冷却效率；
3、堆叠式微通道散热模块01中平行流式散热器0102间可根据实际需要连接为串联型、并联型和混联型，从而改变工作介质在平行流式散热器0102中流通长度和液阻，有利于在复杂工况下对工作介质流量和温度的控制；
4、散热系统整体采用封闭式结构，提高冷却介质在系统中利用率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明整体示意图
图2为微通道叠堆式风冷散热器主体结构
图3为堆叠式微通道模块轴测图
图4为堆叠式微通道模块布管示意图
图5为风量可调式风机模块02控制流程图
图中：01、堆叠式微通道散热模块；02、风量可调式风机模块；03、控制系统模块；04、温度传感器；05、壳体；
0101、散流器；0102、平行流式散热器、0103、密封材料；
0201、风量可调式吹风机；0202、风量可调式吸风机；
010201、单种工作介质平行流式散热器串联组合形式；
010202、单种工作介质平行流式散热器多组并联组合形式；
010203、一种典型多种工作介质平行流式散热器混联组合形式；
010204、一种典型多种工作介质平行流式散热器混联组合形式；
010205、一种典型多种工作介质平行流式散热器混联组合形式；
010206、平行流式散热器按工作介质流量分流组合形式。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
如图1所示，本发明涉及一种微通道叠堆式风冷散热器结构，其主体部分包括堆叠式微通道散热模块01、风量可调式风机模块02、控制系统模块03以及温度传感器04、壳体05，其中堆叠式微通道模块01用于完成工作介质与冷却介质的热交换过程，因热交换升温的冷却介质在风量可调式风机模块02作用下流入堆叠式微通道模块01，带走堆叠式微通道模块01表面温度完成热交换过程，即完成降温过程。控制系统模块03通过采集微通道堆叠式散热模块01流出端管外实时温度，通过CPU计算微通道堆叠式散热模块01管内工作介质真实温度，并与工作介质最优工作温度进行比较，实时调节风量可调式风机模块02，从而使系统内部长期处于最优风量，达到最佳散热效果。
如图2所示，本发明的堆叠式微通道散热模块01设置有若干组相同平行流式散热器0102，所述的平行流式散热器0102中间散热截面采用微通道设计，从而增加散热面积，提高散热效果；各组平行流式散热器0102间采用沿进出风方向堆叠方式放置，便于在有限空间中增加散热器数量，提高空间利用率。平行流式散热器0102数量可根据实际需求进行选择，通过控制堆叠式微通道散热模块01中平行流式散热器0102数量进而控制工作介质在堆叠式微通道散热模块01中流通长度，即风冷热交换长度，提高冷却效率。
如图2所示，微通道堆叠式风冷散热器密封方式：堆叠式微通道散热模块01进风端通过散流器0101与风量可调式风机模块02相连接，并用密封材料0103密封连接处间隙，堆叠式微通道散热模块01中平行流式散热器0102之间空隙通过密封材料0103密封，形成封闭式风冷散热系统，提高冷却介质利用率；也可以采用堆叠式微通道散热模块01进风端通过散流器0101与可调式风机模块02相连接，并用密封材料密封0103连接处间隙，再通过外部密封壳体06进行密封，形成封闭式风冷散热系统，提高冷却介质利用率。
如图4所示，本发明的堆叠式微通道模块01中只存在一种工作介质时，将堆叠式微通道散热模块01中若干组平行流式散热器0102通过管道连接为串联型010201，即将若干组堆叠式微通道散热模块01中平行流式散热器0102依次通过管道连接，形成平行流式散热器0102串联连接形式，通过控制风量可调式风机模块02的风量，进而控制堆叠式微通道散热模块01中流出端工作介质温度；
也可将堆叠式微通道散热模块01中若干组平行流式散热器0102通过管道连接为并联型010202，即将工作介质分流依次与平行流式散热器0102流入端连接，各组平行流式散热器0102流出端进行合流连接，并通过控制风量可调式风机模块的风量，进而控制堆叠式微通道散热模块0102壳体中流出端工作介质温度。
如图4所示，当堆叠式微通道散热模块01中存在不同最优工作温度的工作介质时，将堆叠式微通道散热模块01中若干组平行流式散热器0102通过管道连接为混联型010205，即堆叠式微通道散热模块01中一部分平行流式散热器0102按串联单独连接，再将一部分平行流式散热器0102按并联单独连接，将两种组合模式下的散热器组元按照散热器管内工作介质最优工作温度依次排序，通过控制风量可调式风机模块02的风量，进而控制堆叠式微通道散热模块01中各个单元流出端工作介质温度。
如图4所示，堆叠式微通道散热模块01中若干组平行流式散热器0102间管道连接也可根据工作介质流量大小进行连接010206，即按照平行流式散热器0102通流量大小，将工作介质分流，依次与平行流式散热器0102流入端连接，各组平行流式散热器0102壳体流出端进行合流连接至管道，从而改变工作介质在平行流式散热器0102中流通长度和液阻，同时可根据散热温度要求，增加若干组上述连接方式的平行流式散热器组0102，并将每个组元进行串联，能够更好控制工作介质温度。
如图1所示，风量可调式风机模块02按照不同应用场合可分为风量可调式吹风机0201、风量可调式吸风机0201和风量可调式吹风机0201与风量可调式吸风机0201组合三种基本模式，根据控温要求不同，在中低温场合采用风量可调式吹风机0201或风量可调式吸风机0202模式，在高温场合采用风量可调式组合模式吹风机0201与风量可调式吸风机0202组合模式进行控温。当风冷路径过长时，可以采用多组叠加模式，即散热器的出风端作为下一组散热器的进风端进行串联连接，进行风量过度，保证微通道堆叠式风冷散热器内部风压，提升冷却效果。
如图5所示，控制系统模块03通过温度传感器04采集微通道堆叠式散热模块01输出端管外实时温度，经过控制系统模块03内部CPU计算工作介质真实温度，进而与各个工作介质最佳工作温度进行比较，从而调节风量可调式风机模块02风量，以控制堆叠式微通道散热模块01中工作介质温度。
以上所述仅为本发明的优选实例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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