一種熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器制造技術

一種熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器，所述熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器包括脈動冷端、熱端，其特征在于：所述脈動冷端為內設多個脈動通道的散熱板體；所述熱端為空心腔體，腔體中充有工質及毛細吸液芯；在熱端空心腔體的上蓋板上設有多個冷端接口，每一個冷端接口安裝有一個所述脈動冷端，使脈動冷端的脈動通道與熱端的空心腔體連通。本發明專利技術結構簡單，制備容易，可以橫豎兼用，采用變截面結構，可以增加熱管承壓能力，特別是擴大冷端散熱面積，蒸發冷凝兩個熱力過程分別采用脈動傳熱與多孔介質傳熱模式，有效提升傳熱傳質性能，均勻回流及均溫性好，適于工業化制造。

Heat exchange radiator with variable end section and multi pulsating cold end

A hot end tapered multi pulse cold end heat pipe radiator, the heat end of variable cross section multi pulse cold end heat pipe radiator comprises a pulsating cold end and the hot end, characterized in that: the plate body is provided with a plurality of pulsating passage of the pulsation in the cold end to the hot end; a hollow cavity. The cavity is filled with refrigerant and wick; the cold end is provided with a plurality of interface of the upper cover hot end hollow cavity on each interface is provided with a cold end of the cold end of pulse, the hollow cavity pulsation channel and the end of the cold end heat pulse communication. The invention has the advantages of simple structure, easy preparation, can be used with variable cross-section structure can increase the bearing capacity of heat pipe, especially the expansion of the cold end heat dissipation area, evaporation condensation two thermal process using the pulse of heat transfer and heat transfer in porous media model, effectively enhance the heat and mass transfer performance, uniform reflux and good temperature uniformity, suitable for industrialization manufacturing.

【技術實現步驟摘要】
一種熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器
本專利技術公開了一種熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器，屬于強化傳熱
技術背景受科技發展客觀趨勢的牽引，一些至關重要的微電子、光電子元器件，諸如IC領域的大規模集成電路芯片、軍工領域有源相控陣雷達的TR組件、照明領域的LED芯片、激光領域的大功率固體激光器的抽運源和增益介質、光伏領域的聚光光伏電池等，一直都在朝著高速化、集成化、小型化的路徑快速發展。與此同時，一個不可避免的問題隨即出現，即運行時的發熱問題，它導致了元器件運行不穩定，甚至燒壞，故從傳熱學角度講，這類器件可統歸為高熱流密度平面發熱體。另外，這類元器件在使用過程中，安裝方式可能水平或直立兩種，隨著技術的發展，也有不少應用電子芯片的場合，由于位置狹小、載體限制等特殊情況下，采用了直立安裝，絕對數量也很大，但由于歷史原因，對直立安裝散熱研究不多，問題也很突出，成了熱工科技界研究熱點之一。雖然上述元器件功能各不相同，但卻具有三個重要的相似特征：一是熱流密度非常高，二是具有平面外形，三橫豎兼用。高的熱流密度緣自高熱流密度平面發熱體運行時，因能量有效轉換效率低或能量投入過大，以至在平面發熱體極小的體積或面積上出現高熱流密度，如IC芯片的平均熱流密度可達300～500W/m2、LED可達300W/m2、TR組件可達150W/m2、增益介質可達100W/m2、1000倍聚光光伏電池可達500W/m2。此外，由于高熱流密度平面發熱體內部微結構運行的差異，還會存在熱流密度異常高點。由傳熱理論可知，上述兩高將使平面發熱體整體溫度過高和溫度不均，實際也是如此。研究表明，作為微電子、光電子器件，平面發熱體的工作溫度都有約束，一般來說，其允許的工作溫度處于75～120℃之間，不同類型的平面發熱體有不同允許值。當溫度超過允許值時，平面發熱體的工作性能及壽命將大幅下降，甚至燒毀。因此，為使平面發熱體能夠良好、穩定、安全運行，對其進行良好的散熱冷卻至為關鍵。由于受安裝場所狹小、允許工作溫度及均溫性等限制，平面發熱體配置的散熱裝置必須滿足下述技術要求：平面傳熱、傳熱性能優異、均溫性好、占用面積小、散熱面積大、簡單可靠、橫豎兼用。要求相當高。熱管被稱為熱的超導體，具有傳熱性能優異，無動力消耗，占用空間及面積小、系統簡單可靠等優點。為此，科技工作者針對此類高熱流密度平面發熱體，進行了大量研究，開發了多種具有接觸平面的所謂平面熱管或平板熱管，用以解決其散熱冷卻問題。但從研制及實際使用情況看，已研發的具有平面蒸發端的熱管還存在許多不足，如何科學有效的解決平面發熱體的散熱冷卻，仍是一個待解難題。該問題不解決將嚴重制約上述重要領域的技術發展，因此，針對該問題研發新型散熱技術是一項必要而急迫的工作。目前已申請的相關專利技術情況總結如下。中國專利ZL201110074375.9提出了一種雙面槽道板式脈動熱管，由板式中空殼體插裝周期性折板封閉而成。其中的折板折棱與殼體內壁通過點焊形成多條脈動槽道，脈動槽道可以使得熱管運行時，工質在管內呈一種隨機高頻的脈動沖擊流動，能顯著強化傳熱作用。該熱管的特點是外形為單純的板狀體，便于和散熱對象接觸，散熱能力強，適于電子元器件的散熱冷卻。由《基于空調能量回收的平板熱管傳熱性能》(中南大學學報(自然科學版)第46卷第1期)發現，當模擬平面發熱體傾角為60°、發熱功率為50W時，其當量導熱系數達到200W/(cm·℃)，是其殼體材料導熱系數的1200多倍，導熱能力大為提高，但其表面溫度仍達到75℃，即將超過IC芯片的允許溫度值。盡管從結構及傳熱性能上講，板式脈動熱管適合平面發熱體的冷卻，且反映導熱能力的當量導熱系數也有很大提高，但實際仍然無法滿足高熱流密度的散熱需要。分析認為，傳熱量是與導熱系數和傳熱面積的乘積成正比的，僅導熱系數高并不代表傳熱量大，還須有適當大小的散熱面積，散熱面積不夠熱量仍然不能充分散發，導致溫度過高。但作為板式脈動熱管，起散熱作用的冷端受工作空間及工質流動機理的限制，不可能設計得很長，因此，針對高熱流密度的單純的板式脈動熱管普遍存在冷端散熱面積不夠的弱點。中國專利200810119311.4提出了一種用于電子器件冷卻的平板熱管及其加工工藝，該平板熱管由一個斷面呈框架狀的盒體及其內置的W形波浪板狀內翅片構成。內翅片與盒體上下端面接觸，把盒體空間分隔成若干孔狀通道，抽真空灌液形成熱管。盒體的下端面為吸熱端，上端面為冷卻端，為加強冷卻可在上端面增加一層W形的孔板作為外翅片，之上再設置風扇。分析其結構與傳熱過程，發現該平板熱管存在如下問題。一是由于熱管冷、熱端取自熱管的上下端面，非內部空間的大尺寸方向，由此造成工質總體流動為上下方向，而上下距離很短，意味著對傳熱有益的對流作用基本不存在，影響工質側換熱效果，從而削弱了熱管的總體傳熱能力。二是作為單純的平板熱管，在有限占地面積上，不可能安排更大的散熱面積，從而使得散熱面積不夠。三是該平板熱管沒有采用傳熱能力更強的脈動傳熱，不是脈動熱管，且蒸發端只可水平安裝。中國專利ZL200820224845.9提出了一種具有復合內腔的組合式平板熱管散熱器裝置。該專利所述的復合內腔組合式熱管，其結構為，一塊中空平板與平行的一至多塊中空平板交叉，形成內部聯通外部閉合的反Π形結構而成，其中水平板起蒸發段作用，其他平行板起冷凝段作用。為加大散熱面積還在蒸發段和冷凝段的外表面安裝了系列散熱肋片。分析其結構與傳熱過程，發現該結構具有靈活布置冷凝段，利于調整冷凝段數量即調整散熱面積的效用。但其使用過程會有如下不足：一是蒸發段平板內部無加強結構受壓后容易鼓突變形，從而影響與發熱體的接觸；二是由于蒸發段為平板結構，上下平面大小一致，當需要增加冷凝段即增加散熱面積數量時，上下平面須同時擴大，造成下平面(即接觸面)面積遠大于被冷卻體面積，有違于平面發熱體散熱裝置占用面積小的要求；三是熱管內部無脈動槽道，不能應用傳熱能力更強的脈動傳熱，四是該熱管實際為水平平板熱管，不適合直立平面發熱體的散熱。中國專利200410091536.5提出了一種集合扁管式熱管散熱器。該熱管依靠多個并排扁管與一個扁盒一側的貫通連接，來形成內部聯通外部閉合的結構，扁管為冷凝段，扁盒為蒸發段，為增加散熱面積在扁管外設有密集翅片，為防止蒸發段扁盒變形在盒左右兩平面間加裝了支撐，該結構具有靈活布置冷凝段，利于調整冷凝段數量即調整散熱面積的效用。分析發現該專利存在如下不足：一是蒸發段扁盒采用加裝支撐來提高耐壓能力，作為薄壁盒體效果并不能保證，而且會增加多個焊點，不利于加工和形成真空；二、三與ZL200820224845.9對應的第二、第三點相同；四是冷凝段扁管的翅片方向與扁管軸向垂直，翅片只能采用焊接而不能采用與扁管一體拉伸成型，加工非常復雜。分析發現使用過程會有如下不足：一是蒸發段扁盒采用專利所述加裝支撐來提高耐壓防變形，效果不能很好保證，而且會增加多個焊點，不利于形成真空；二、三與ZL200820224845.9對應的第二、第三點相同；四是其冷凝段內流道橫截面為長方形，冷凝液在重力作用下將順著側大壁豎直流下，然后集中從冷凝端下部流入蒸發端下部，這種集中回流將導致蒸發段上部缺少工質而溫度增高，也使被冷卻電子器件上本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器，所述熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器包括脈動冷端、熱端，其特征在于：所述脈動冷端為內設多個脈動通道的散熱板體；所述熱端為空心腔體，腔體中充有工質及毛細吸液芯；在熱端空心腔體的上蓋板上設有多個冷端接口，每一個冷端接口安裝有一個所述脈動冷端，使脈動冷端的脈動通道與熱端的空心腔體連通。

【技術特征摘要】
1.一種熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器，所述熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器包括脈動冷端、熱端，其特征在于：所述脈動冷端為內設多個脈動通道的散熱板體；所述熱端為空心腔體，腔體中充有工質及毛細吸液芯；在熱端空心腔體的上蓋板上設有多個冷端接口，每一個冷端接口安裝有一個所述脈動冷端，使脈動冷端的脈動通道與熱端的空心腔體連通。2.根據權利要求1所述的一種熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器，其特征在于：熱端空心腔體的上蓋板面積大于等于下蓋板面積，上蓋板與下蓋板面積比為1～6；當上蓋板、下蓋板垂直設置時，其質心與所述上、下蓋板的垂線可不共線，上蓋板質心比下蓋板質心往上偏移的偏差距離為下蓋板當量直徑(或定性尺寸)的0～2.5倍。3.根據權利要求1所述的一種熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器，其特征在于：所述脈動冷端相互平行，脈動冷端與上蓋板的夾角為15°～165°。4.根據權利要求1所述的一種熱端變截面多脈動冷端熱管散熱器，其特征在于：熱端空心腔體中填充的毛細吸液芯距上蓋板的引流距離≤5mm。5.根據權利要求4所述的一種熱端變截面多脈動...

【專利技術屬性】
技術研發人員：夏侯國偉，
申請(專利權)人：長沙理工大學，
類型：發明
國別省市：湖南,43