[发明专利]具有仿生分形结构的换热器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种换热设备领域的技术，具体是一种具有仿生分形结构的换热器。

背景技术

在电子散热领域中，广泛采用换热器来对电子芯片进行散热降温。分形换热器的设计思路是在每一级中将大直径通道以一定的分支角度分为多个小直径的次级通道。现有的分形换热器为直角分形换热器，其次级通道与上级通道呈直角形，如图1所示，每级通道为一分二形式，次级通道与上级通道呈直角形。由于制冷剂流体在经过直角转弯时会遇到较大的流动阻力，因此现有的分形换热器内流体的压降较大。

发明内容

本发明针对现有分形换热器内流体压降大的问题，提出一种具有仿生分形结构的换热器，通过借鉴人体血管网络结构，即每条动脉通道中动脉采用锐角分叉结构分成若干毛细血管再汇合成静脉，通过仿造血液在整个人体内的高效热质传递过程，且血液流动过程的阻力损失小，不会对心脏造成过大的负担，本发明既有分形换热器高散热能力的优点，又能有效降低流体的压降。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：设置于基板上的进口干路、出口干路，以及多条并联设置于其间的通道，其中：每个通道上串联若干个分形单元；该分形单元包括：菱形结构的主管路以及分别设置于主管路内的两个四边形结构的支管路。

所述的分形单元的各级支路管的长度和直径大小均符合分形原理，其中：零级支路管的直径D₀、长度L₀与一级支路管的直径D₁、长度L₁满足：L₁＝L₀γ和D₁＝D₀β，一级支路管的直径D₁、长度L₁与二级支路管的直径D₂、长度L₂满足：L₂＝L₁γ和D₂＝D₁β；二级支路管的直径D₂、长度L₂与三级支路管的直径D₃、长度L₃满足：L₃＝L₂γ和D₃＝D₂β；γ表示分形长度比，β表示分形直径比。

所述的菱形结构中的分支角度优选为锐角以降低流体在通道内的流动阻力。

所述的换热器的基板上进一步设有盖板，该盖板和基板均为平面矩形结构，采用金属作为材料，基板上采用激光刻蚀流体通道，通过焊接将基板和盖板组装在一起，形成流道腔体。

技术效果

与现有技术相比，本发明在分形结构中借鉴人体血管结构，采用锐角作为各级的分叉角度，显著降低换热器整体压降；本发明采用并联通道上串联分形单元的方式增加了换热器中的小直径管路的数目，提高了每条小直径管路内的换热系数，从而提升了整个换热器的换热能力。

附图说明

图1现有直角分形换热器的结构示意图；

图2人体血管网络单元结构示意图；

图3本发明结构示意图；

图4本发明仿生分形单元对称结构示意图；

图5本发明仿生分形换热器三维整体结构示意图；

图6本发明仿生分形换热器与现有分形换热器性能对比图；

图中：1换热器基板、2进口主管、3进口分液管、4零级支路管、5一级支路管、6二级支路管、7三级支路管、8出口集液管、9出口总管、10换热器盖板。

具体实施方式

如图2所示，本实施例借鉴了人体血管网络的几何分形结构，设计了一种如图3所示的仿生分形换热器，包括：换热器基板1和换热器盖板10，基板上的通道包括进口总管2、进口分液管3、零级支路管4、一级支路管5、二级支路管6、三级支路管7、出口集液管8和出口总管9，其中：进口总管2与进口分液管3相连，进口分液管3将流体由一路分为2-20个零级支路管4，本实施例采用8个零级支路管。

进一步地，每个零级支路管上包括3-20个串联的仿生分形结构单元，本实施例采用4个串联的仿生单元，该分形单元为左右对称结构，每侧结构可以由若干级支路管构成(图4所示)，包括零级支路管4、一级支路管5、二级支路管6和三级支路管7的四级分形结构。