相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其結(jié)構(gòu)是熱管蒸發(fā)段的上部設(shè)有吸液芯，蒸發(fā)段底端為受熱面，工質(zhì)循環(huán)管的進(jìn)口接于吸液芯；工質(zhì)循環(huán)管的出口接于吸液芯與受熱面所構(gòu)成的空間夾層內(nèi)。工質(zhì)循環(huán)管進(jìn)口與吸液芯之間設(shè)有儲(chǔ)液箱。熱管蒸發(fā)段為扁平管，吸液芯與受熱面所構(gòu)成的空間夾層高度為0.1至2mm。為強(qiáng)化冷凝效果在工質(zhì)循環(huán)管的外側(cè)鑲有翅片。相變驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力循環(huán)冷卻高熱流密度發(fā)熱器件的傳熱機(jī)理，完全不同于傳統(tǒng)環(huán)路熱管的傳熱機(jī)制，同時(shí)消除了傳統(tǒng)散熱方式中均溫板與散熱器底板之間的接觸熱阻。熱管無需任何輔助重力即可實(shí)現(xiàn)低阻循環(huán)，可作為高效冷卻裝置用于多類高熱流密度發(fā)熱器件的冷卻散熱。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器
本專利技術(shù)屬于熱能工程領(lǐng)域，具體涉及一種通過相變驅(qū)動(dòng)工質(zhì)循環(huán)的環(huán)路熱管散熱器裝置。
技術(shù)介紹
對(duì)于有限空間內(nèi)大功率高熱流密度器件散熱冷卻，以振蕩熱管(0ΗΡ)、脈動(dòng)熱管 (PHP)以及環(huán)路熱管(LHP)三者相比較，LHP以傳熱能力強(qiáng)、效率高、穩(wěn)定性好、傳輸距離長為特點(diǎn)，在航空航天的熱控和電子散熱領(lǐng)域得到較快發(fā)展和應(yīng)用。眾所周知，熱管內(nèi)毛細(xì)芯的性能是直接影響熱管蒸發(fā)器效能的關(guān)鍵，毛細(xì)芯導(dǎo)熱系數(shù)過小會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器能量傳遞效率降低；過大又會(huì)使汽液界面向液體側(cè)偏移，甚至?xí)谡舭l(fā)器液體通道內(nèi)產(chǎn)生氣泡；有效毛細(xì)孔徑越小抽力越大，但過小的毛細(xì)芯會(huì)引起滲透率劇烈下降，導(dǎo)致流阻增大，反過來又會(huì)降低蒸發(fā)器的輸出壓頭。所以盡管LHP應(yīng)用的范圍日益擴(kuò)大，但其流動(dòng)和換熱機(jī)理存在的主要問題仍然是在系統(tǒng)內(nèi)部工質(zhì)的流動(dòng)為兩相流，從而使得運(yùn)行流動(dòng)阻力較大。另一方面，由于熱管蒸發(fā)段的兩端不可避免都可能發(fā)生相變，導(dǎo)致主流相變工質(zhì)會(huì)有小部分反向流動(dòng)，也使得循環(huán)流動(dòng)阻力增加。所以如何使得熱管蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)避免汽液兩相流，同時(shí)使工質(zhì)進(jìn)行單向循環(huán)，在增大熱管吸液芯滲透力的同時(shí)，保持蒸發(fā)器較高的輸出壓頭，無需任何輔助重力實(shí)現(xiàn)低阻循環(huán)，是本專利技術(shù)的創(chuàng)造性所在。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了有效提高環(huán)路熱管(LHP)的熱力循環(huán)性能，本專利技術(shù)的目的是提出一種通過相變驅(qū)動(dòng)、工質(zhì)低阻循環(huán)的環(huán)路熱管散熱器裝置。相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器其技術(shù)方案與原理是熱管蒸發(fā)段的上部設(shè)有吸液芯， 蒸發(fā)段底端為受熱面，工質(zhì)循環(huán)管的進(jìn)口接于吸液芯；工質(zhì)循環(huán)管的出口接于吸液芯與受熱面所構(gòu)成的空間夾層內(nèi)，工質(zhì)循環(huán)管進(jìn)口與吸液芯之間設(shè)有儲(chǔ)液箱。熱管的工作原理是熱管的結(jié)構(gòu)是一個(gè)密封的腔體，空腔的內(nèi)壁加工成多孔表面用于吸附液體循環(huán)工質(zhì)，通常熱管分為蒸發(fā)、絕熱和冷凝三個(gè)工作段。當(dāng)蒸發(fā)段受熱時(shí)，使腔內(nèi)的工質(zhì)蒸發(fā)氣化，蒸汽通過傳輸段(絕熱段)流向冷凝段放熱凝結(jié)成液體，液體再靠多孔表面毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)反復(fù)，不斷地將熱量從蒸發(fā)段傳輸至冷凝段。本專利技術(shù)的工作原理是熱管的蒸發(fā)器由蒸發(fā)段和儲(chǔ)液室組成，吸液芯下面與受熱面之間留有的間隙作為蒸汽腔。工質(zhì)循環(huán)管的進(jìn)口接于吸液芯，蒸汽腔出口與工質(zhì)循環(huán)管相通，這樣就可實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的單向循環(huán)。冷凝液進(jìn)入吸液芯并不斷滴入蒸汽腔，流體工質(zhì)在蒸汽腔內(nèi)相變蒸發(fā)，依靠流體工質(zhì)在吸液芯內(nèi)的表面張力、吸液芯較低的導(dǎo)熱系數(shù)、以及 蒸汽腔的最佳間隙，使相變蒸汽不足在吸液芯內(nèi)蒸發(fā)，由此可使流體相變后以純蒸汽狀態(tài)進(jìn)入冷凝段。相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器蒸發(fā)段的結(jié)構(gòu)是一個(gè)扁平管，被冷卻的大功率高熱流密度器件，直接與蒸發(fā)器固定在一起。關(guān)鍵是熱管內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)不是依靠吸液芯毛細(xì)力的作用，而是通過夾層內(nèi)液體的相變驅(qū)動(dòng)工質(zhì)循環(huán)。本專利技術(shù)的特點(diǎn)以及產(chǎn)生的有益效果是，相變驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力循環(huán)冷卻高熱流密度發(fā) 熱器件的傳熱機(jī)理，完全不同于傳統(tǒng)環(huán)路熱管的傳熱機(jī)制。在高熱流密度發(fā)熱器件的冷卻 技術(shù)方面，本專利技術(shù)消除了傳統(tǒng)散熱方式中均溫板與散熱器底板之間的接觸熱阻，將與高熱 流密度發(fā)熱器件直接接觸的均溫板直接換為LHP的蒸發(fā)器。同時(shí)利用工質(zhì)添加的納米粒子 降低汽液表面張力和固液接觸角，強(qiáng)化液膜對(duì)流換熱。熱管無需任何輔助重力即可實(shí)現(xiàn)低 阻循環(huán)，可作為高效冷卻裝置用于多類高熱流密度發(fā)熱器件的冷卻散熱。附圖說明所示附圖是本專利技術(shù)的原理與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖中下方的黑色箭頭表示發(fā)熱源。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)的原理與結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的說明。需要說 明的是本實(shí)施例是敘述性的，而不是限定性的，不以此實(shí)施例限定本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其結(jié)構(gòu)是熱管蒸發(fā)段的上部設(shè)有吸液芯，蒸發(fā)段底端 為受熱面，工質(zhì)循環(huán)管的進(jìn)口接于吸液芯；工質(zhì)循環(huán)管的出口接于吸液芯與受熱面所構(gòu)成 的空間夾層內(nèi)。工質(zhì)循環(huán)管進(jìn)口與吸液芯之間設(shè)有儲(chǔ)液箱。熱管蒸發(fā)段為扁平管，吸液芯 與受熱面所構(gòu)成的空間夾層高度為0.1至2_。吸液芯是燒結(jié)金屬吸液芯。為強(qiáng)化冷凝效 果在工質(zhì)循環(huán)管的外側(cè)鑲有翅片。為了利用納米流體的殊性能強(qiáng)化熱管的相變傳熱能力， 所以環(huán)路熱管散熱器內(nèi)循環(huán)的工質(zhì)加有納米顆粒材料。本實(shí)施例熱管散熱器采用銅質(zhì)，吸液芯與受熱面所構(gòu)成的空間夾層高度為1. 5mm ； 熱管蒸發(fā)段為矩形的扁平管，在蒸發(fā)段的兩端通過一段導(dǎo)流管段與圓形的工質(zhì)循環(huán)管焊 接。吸液芯為優(yōu)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，吸液芯采用孔經(jīng)不一的燒結(jié)金屬(鎳)金屬芯。納米種類選 擇以適用于燒結(jié)金屬芯特性為主，選擇極少量納米粒子來增加汽化核心，利用納米粒子降 低汽液表面張力和固液接觸角，強(qiáng)化液膜對(duì)流換熱；同時(shí)納米顆粒沉積在冷凝壁面上可形 成一極薄的顆粒沉積層，有利于薄液膜凝結(jié)形態(tài)。使用時(shí)將熱管蒸發(fā)器與被散熱器件接觸， 蒸發(fā)器與被散熱器件之間設(shè)有高導(dǎo)熱率的熱結(jié)合層材料。實(shí)施例曾在自建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，發(fā)熱源熱流密度在150W/cm2以上，在不同環(huán)境 溫度、風(fēng)速等不同工況下，被冷卻的發(fā)熱器件的溫度符合工作溫度范圍。權(quán)利要求1.相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其特征是熱管蒸發(fā)段的上部設(shè)有吸液芯(I)，蒸發(fā)段底端為受熱面(2)，工質(zhì)循環(huán)管(3)的進(jìn)口接于吸液芯；工質(zhì)循環(huán)管的出口接于吸液芯與受熱面所構(gòu)成的空間夾層內(nèi)，工質(zhì)循環(huán)管進(jìn)口與吸液芯之間設(shè)有儲(chǔ)液箱(4)。2.按照權(quán)利要求1所述的相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其特征是所述吸液芯(I)與受熱面(2)所構(gòu)成的空間夾層高度為O.1至2mm。3.按照權(quán)利要求1所述的相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其特征是所述熱管蒸發(fā)段為扁平管。4.按照權(quán)利要求1所述的相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其特征是所述吸液芯(I)是燒結(jié)金屬吸液芯。5.按照權(quán)利要求1所述的相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其特征是所述工質(zhì)循環(huán)管(3)的外側(cè)鑲有翅片。6.按照權(quán)利要求1所述的相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其特征是所述環(huán)路熱管散熱器內(nèi)循環(huán)的工質(zhì)加有納米顆粒材料。全文摘要本專利技術(shù)公開了一種相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其結(jié)構(gòu)是熱管蒸發(fā)段的上部設(shè)有吸液芯，蒸發(fā)段底端為受熱面，工質(zhì)循環(huán)管的進(jìn)口接于吸液芯；工質(zhì)循環(huán)管的出口接于吸液芯與受熱面所構(gòu)成的空間夾層內(nèi)。工質(zhì)循環(huán)管進(jìn)口與吸液芯之間設(shè)有儲(chǔ)液箱。熱管蒸發(fā)段為扁平管，吸液芯與受熱面所構(gòu)成的空間夾層高度為0.1至2mm。為強(qiáng)化冷凝效果在工質(zhì)循環(huán)管的外側(cè)鑲有翅片。相變驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力循環(huán)冷卻高熱流密度發(fā)熱器件的傳熱機(jī)理，完全不同于傳統(tǒng)環(huán)路熱管的傳熱機(jī)制，同時(shí)消除了傳統(tǒng)散熱方式中均溫板與散熱器底板之間的接觸熱阻。熱管無需任何輔助重力即可實(shí)現(xiàn)低阻循環(huán)，可作為高效冷卻裝置用于多類高熱流密度發(fā)熱器件的冷卻散熱。文檔編號(hào)F28D15/04GK102997729SQ201210575130公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日專利技術(shù)者諸凱, 魏杰 申請(qǐng)人:天津商業(yè)大學(xué)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
相變驅(qū)動(dòng)環(huán)路熱管散熱器，其特征是熱管蒸發(fā)段的上部設(shè)有吸液芯（1），蒸發(fā)段底端為受熱面（2），工質(zhì)循環(huán)管（3）的進(jìn)口接于吸液芯；工質(zhì)循環(huán)管的出口接于吸液芯與受熱面所構(gòu)成的空間夾層內(nèi)，工質(zhì)循環(huán)管進(jìn)口與吸液芯之間設(shè)有儲(chǔ)液箱（4）。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：諸凱，魏杰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天津商業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：