一种微通道换热器系统技术方案

本发明专利技术涉及微通道换热器应用领域，具体公开了一种微通道换热器系统，包括位于冷热源之间的封闭流动通道和通道外的磁体；通道内封闭有不浸润的两相或多相流体，多相流流动形态为泡状流或弹状流；所述多相流中至少有一相为磁流体；所述微通道流体通过磁流体的热磁效应或外加的电磁场力为驱动力，驱动多相流体在通道内循环流动。本发明专利技术结构简单，无常规设计中进出口处多相流体的混合与分离，系统无转动部件，可靠性高，系统充分利用了微通道内非浸润多相流对流换热的强化传热机理，极大的提高了微通道换热器的换热效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微通道换热器应用领域，尤其涉及一种非浸润多相流的微通道换热器系统。
技术介绍
随着微电子机械和纳米器件在电子生物等领域的广泛应用，高集成度微电子器件及超大规模集成电路系统的热设计和热控制成为技术发展和突破的关键问题。微通道换热器具有结构紧凑、比表面积大、换热效率高等应用特点，在上述芯片以及常规空调、制冷等行业领域具有良好的应用前景。在微尺度条件下，流体基本处于层流流动，流体径向混合仅依赖分子扩散，对于液相流体，这种分子扩散异常缓慢。为了增强微通道内径向交混，对单相对流传热主要通过对流体进行扰动，破坏内部流体边界层的方式进行，如CN203349670采用蛇形通道的被动式破坏方式，CN104154798采用连续的环形微通道利用离心力强化换热。另外一种方式则是在通道内同时输入两种或多种非浸润的气体或液体，形成多相流动。由于特征尺寸的降低，多相间的界面力相对于重力占有主导地位，因此，多相流能在微通道形成稳定的流动形态，这些流动形态主要包括：泡状流、弹状流、环状流等，其中又以弹状流为最主要的流动形态，能够在较广的多相流流速范围能形成；这种流动形态结构稳定，轴向混合显著，气泡(液滴)内部能形成循环流动，显著的增强了传质传热效率，是微通道内多相流的主要流形态。研究表明，微通道中多相流体间的传质传热作用可提高一个数量级左右。目前微通道内弹状非浸润多相流一般都是开放式设计，即多相流体从一端流入，另一端流出。在微反应器或微换热器中，微通道进出口分别设计有分流管和集流管，用于多相流体的混合和收集，管道内流体采用进出口压差驱动，这种设计方式导致多相流体流过微通道后难以进行分离和回收，压力驱动的方式也限制了其使用区域，整体换热系统比较复杂，限制了其应用。
技术实现思路
为克服上述缺点，本专利技术的目的在于提供一种微通道换热器系统，以达到使其能够有效利用微通道内多相流强化换热机理，又能使得多相流在微通道内能循环流动，无需多相分离，并避免压力驱动所需的复杂系统和接口的目的。为了实现上述目的，本专利技术提供一种微通道换热器系统，包括封闭式的流动通道，设置在冷源和热源之间用于传热，所述流动通道内设置有两相或多相流体，所述多相流体之间非浸润，所述多相流体中至少有一种为磁流体；所述流动通道的外沿程设置有磁体，通过所述磁力驱动磁流体，带动所述流动通道内多相流体循环流动。进一步地，所述流动通道横截面特征尺寸为毫米或微米级，其横截面的形状包括圆形、椭圆形、方形或多边形。由于流动通道特征尺寸较小，单位体积多相流体受到的相间界面力显著的大于受到的重力，因此该系统不受布置方向的影响。进一步地，所述多相流体的流动形态为泡状流或弹状流。多相流体可以是湿润型，也可以是烧干型。进一步地，所述多相流体为气体、液体或液态金属。进一步地，所述多相流体中的一相或多相直接与流动通道内壁相接触。进一步地，多相流体包括有分散相或连续相，所述磁流体可根据需要设定为分散相或连续相，使其更加适用于该系统。进一步地，所述磁体为一个或多个永磁体。进一步地，所述磁体为一个或多个电磁体，并配有控制电路。进一步地，所述磁体的磁场与流动通道的夹角范围为0-180o。本系统可利用磁流体在外磁场下由温度差导致的热磁效应为驱动力，在这种情况下系统无需外部动力输入，亦无动力部件，且驱动力大小与冷热源温差成正比，能够形成一个“正反馈”，即冷热源温差越大、通道内磁流体驱动力越大、通道内流动速度越快、换热越快。本系统也可使用流动通道外沿程设置的一个或多个电磁体，电磁体线圈与控制电路连接，通过分析确定通道内磁流体的位置，并接通相应位置的电磁线圈产生磁力吸引磁流体，由此驱动多相流在流动通道内的流动。本系统能够充分利用微通道内多相流流动对管道内流体的径向扰动，通过改变磁体的设置，可以被动或主动的驱动多相流的循环流动，有效的提高传热效率，系统结构简单，可靠性高。附图说明图1为微通道换热器系统示意图；图2(a)为本实施例的微通道内泡状流示意图；图2(b)为本实施例的微通道内弹状流示意图；图3(a)为本实施例的微通道内湿润型流体强化换热原理图；图3(b)为本实施例的微通道内烧干型流体强化换热原理图；图4为本实施例的磁场热磁效应驱动原理图；图5为本实施例的电磁体驱动原理图。其中：1-流动通道；2-分散流体；3-连续流体；4-热源；5-冷源；6-永磁体；7-电磁体；8-磁流体。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。参见附图1，本实施例的一种微通道换热器系统，包括封闭式的流动通道1，流动通道1设置在冷源5和热源4之间用于传热，流动通道1可以采用铜管、铝管、石英管等，还可采用在硅基上刻蚀而形成；流动通道1内封闭有两相流体或多相流体，多相流体之间非浸润，其根据实际需要可以为气体、液体或液态金属；非浸润的多相流体的流动形态为泡状流或弹状流。多相流体中仅有一相与流动通道1的内壁面直接接触时，直接接触的流体形成连续相3，非直接接触的流体形成分散相2，分散相2被连续相3隔开，形成相互间隔的气泡或液柱,分散相2与内壁面之间有一层连续相3的液膜，这种情况称之为“湿润型Wetting”。多相流体也可以是多相均与流动通道1的内壁面直接接触，这种情况称之为“烧干型Dryout”，此时，相与相之间都隔开，系统仅存在分散相2,没有连续相3。多相流体中至少有一种为磁流体，磁流体可以为分散相2，也可以是连续相3。流动通道1外设置有用作驱动源的永磁体6，永磁体6用于为流动通道1内的磁流体提供稳定的磁场。永磁体6的磁场强度、在流动通道1的轴向位置，以及永磁体6的外磁场与流动通道1间的夹角等设计参数，应根据冷热源4/5温差以及流动通道1的实际布置需要进行合理设计，实现温度场和磁场的协同，以便提供更优的驱动力方案。流动通道1横截面特征尺寸根据多相流流体类型及其界面力大小设置为毫米或微米级，此时多相流系统界面力较重力更为重要，流动形态稳定且基本与重力方向无关。流动通道1根据换热效率和实际需要，可以采用不同的截面形状，包括但不限于圆形、椭圆形、方形、梯形、多边形等；流动通道1的整体形状可以根据冷热源位置和实际需要，综合考虑流动阻力和换热效率，灵活设计成任意形状。本专利技术的换热器主要的应用是用于微型换热器的换热单元，也可应用于化工行业、微型智能分析仪μ-TAS、Lab-on-Chip等微型反应器中。为了评估界面力影响的尺度与流动通道特征尺寸大小对应关系，一般根据两者的比值Nconf进行确定，以微通道内气液两相流为例： N c o n f = σ g ( ρ L - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微通道换热器系统，包括流动通道和通道外的磁体，其特征在于：所述流动通道为封闭式，其内设置有两相流体或多相流体，所述多相流体之间非浸润，所述多相流体中至少有一种为磁流体。

【技术特征摘要】
1.一种微通道换热器系统，包括流动通道和通道外的磁体，其特征在于：所述流动通道为封闭式，其内设置有两相流体或多相流体，所述多相流体之间非浸润，所述多相流体中至少有一种为磁流体。2.根据权利要求1所述的一种微通道换热系统，其特征在于：所述流动通道横截面特征尺寸为毫米或微米级，其横截面的形状包括圆形、椭圆形、方形或多边形。3.根据权利要求1所述的一种微通道换热系统，其特征在于：所述多相流体的流动形态为泡状流或弹状流。4.根据权利要求1所述的一种微通道换热系统，其特征在于：所述多相流体为气体、液体或液态金属。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈珂珂，贺群武，
申请(专利权)人：苏州暖舍节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32