CN101929813A - 一种平板热管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平板热管，包括上板片和下板片，上板片和下板片扣合连接在一起形成完整的热管，上板片和下板片的结构相互对称，均包括依次分布的蒸发区、绝热区和冷凝区，蒸发区和绝热区连接为一体；冷凝区与绝热区之间明显分界且互相连通；蒸发区内设置有充装工作介质的充液口；蒸发区和绝热区内设有平行排列且贯穿蒸发区和绝热区的凹槽，各条凹槽在蒸发区内的一端是相互连通的，在绝热区内的另一端与冷凝区是连通的；冷凝区内分布有翅柱，冷凝区的一侧边缘处设置有用于封装时抽真空或必要时释放不凝结气体的出气口。本发明热传量大、均温性能好、可靠性高、制造工艺简单，在保证传热性能的基础上，可以有效分散不凝结气体，减少不冷凝气体的产生。

Description

一种平板热管

技术领域

本发明涉及一种平板热管，属于平板散热技术领域。

背景技术

热管是20世纪60年代发展起来的，它利用工作介质相变潜热进行传热，具有很高的单向导热性能。随着热管更高传热性能和尺度微型化的发展需要，平板热管作为传热管的改进，成为目前热管研究和开发的热点技术。

平板热管重量轻、结构灵活、具有极高的导热性能和良好的等温性能，广泛应用于电子器件的冷却和空间技术的热控系统中，其内部结构直接影响着热管的换热过程，是决定热管传热能力的重要因素。

热管按照结构形式可区分为：普通热管、分离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管和径向热管等。热管在使用过程中主要容易出现下列问题：

(1)产生不凝结性气体。由于工作介质与管材发生化学反应或电化学反应，会产生不凝结性气体。在热管工作时，产生的气体流动到冷凝段聚集起来形成气塞，从而使有效冷凝面积减小，热阻增大，传热性能恶化，传热能力降低甚至失效。

(2)工作介质物性恶化。有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，这主要是由于有机工作介质的性质不稳定，或与壳体材料发生化学反应，使工作介质改变其物理性能，如甲苯、烷、烃类等有机工作液体易发生该类不相容现象。

(3)管壳材料的腐蚀、溶解。工作介质在管壳内连续流动，同时存在着温差、杂质等因素，使管壳材料发生溶解和腐蚀，流动阻力增大，使热管传热性能降低。当管壳被腐蚀后，引起强度下降，甚至引起管壳的腐蚀穿孔，使热管完全失效。这类现象常发生在碱金属高温热管中。

在使用过程中，有时需要把多根热管组合起来使用，这样一旦某一支热管失效则会影响该热管所承担的传热区域的热量传递，甚至造成局部热量过高而损坏。热管在制造过程中需要清洗和封装，清洗过程会造成环境污染。

目前检索到的关于平板热管的文献中，大都是对如何减小热管尺寸、提高热管换热效率等方面的改进，如中国专利文献CN101493296公开的《一种具有层列微槽微热管群的新型平板热管》、CN101545735公开的《金属丝结构的微槽道平板热管》和CN101762196A公开的《多通道嵌入吸液芯式平板热管》。

中国专利文献CN1403777公开的《平板式环路型热管(一)》能够解决非凝结性气体的回路问题，该种平板式环路型热管，以至少一环状回路板设置于中空壳体内，让环状回路板形成具有至少一回路，回路形成为依序串联的蒸发区、蒸气信道、冷凝区、流体返回信道，壳体内充填有适量液体，流体返回信道与蒸气信道各为独立信道，环状回路板盖设有板状毛细组织，其中使蒸气信道的流阻小于流体返回信道，当蒸发区受热，冷凝区散热，使回路内所有的流体皆朝同一方向稳定流动不相冲突，且所有流体皆可流经回路各处，故回路内存在的非凝结性气体顺着回路流动，故其对回路的均温性影响不大，而使热管的均温性佳且热传量大。但是，上述《平板式环路型热管(一)》存在着结构复杂、可靠性差、不能有效分散不凝结气体的问题。

发明内容

本发明针对现有平板热管技术的不足，提供一种能够有效分散不凝结气体、可靠性高、制造工艺简单的平板热管，同时该平板热管热传量大、均温性能好。

本发明的平板热管采用下述技术方案：

该平板热管包括上板片和下板片，上板片和下板片扣合连接在一起形成一个完整的热管，上板片和下板片的结构相互对称，均包括依次分布的蒸发区、绝热区和冷凝区，蒸发区和绝热区连接为一体；冷凝区与绝热区之间明显分界且互相连通；蒸发区内设置有充装工作介质的充液口；蒸发区和绝热区内设有平行排列且贯穿蒸发区和绝热区的凹槽，各条凹槽在蒸发区内的一端是相互连通的，在绝热区内的另一端与冷凝区是连通的；冷凝区内分布有翅柱，冷凝区的一侧边缘处设置有出气口；上板片和下板片合在一起后，上板片和下板片上的凹槽形成一个完整的密闭通道，充液口和出气口均形成封闭的孔洞。

下板片上的凹槽在绝热区内的部分的两侧和底部可以设置有毛细芯。以解决热管横放和倒置的时候，无法依靠重力作用实现液体的回流的问题。依靠毛细芯的毛细作用实现液体的回流。

上述平板热管的工作过程如下：

通过蒸发区的充液口充装工作介质，加热后的工作介质蒸发经过绝热区进入到冷凝区；气体在冷凝区内进行热交换并冷却。冷凝区边缘处的出气口用于封装时抽真空，或必要时释放不凝结气体，冷凝区内的翅柱起支撑作用，并将冷凝区连成一体，冷凝后的液体工作介质由翅柱之间的缝隙进入任一条凹槽，再流回蒸发区，这有利于不凝结气体的扩散，防止产生的气体在上板片和下板片上的凹槽形成的密闭通道内形成气塞，或者是聚集在某一区域，导致传热性能恶化，或传热能力降低，甚至失效。这种设计不会因不凝结气体的产生而影响某一区域换热性能，从而将不凝结气体对热管的影响降低到最小。在经济性的考虑之下，翅柱的存在可以加强平板热管的热传递效果，提高板式热管的均温性，同时翅柱的存在可以提高紊流，减少不凝结气体的产生，即使在有非凝结气体产生时，对板式热管的功能特性影响不大，从而延长了板式热管的使用寿命。

本发明的冷凝区与绝热区之间有明显的界限，在冷凝区内设置翅柱，在保证传热性能的基础上，可以有效分散不凝结气体，减少不冷凝气体的产生，即使有不凝结气体的产生，这种影响也是缓慢发生的，不会突然导致整个平板热管失效，不会对整个平板热管的传热效果产生致命的影响，而且这种影响是可以通过实时监控来预防的；本发明具有结构简单紧凑、传热效率高、热传量大、均温性能好、可靠性高、制造工艺简单的特点。

附图说明

图1是本发明平板热管的结构分解示意图。

图2是上板片和下板片的结构示意图。

图3是下板片绝热区的截面示意图。

其中：1、上板片；2、下板片；3、蒸发区；4、绝热区；5、冷凝区；6、充液口；7、肋片；8、凹槽；9、出气口；10、翅柱；11、毛细芯。

具体实施方式

图1给出了本发明平板热管的结构分解图，本发明的平板热管由上板片1和下板片2上下扣合在一起而成，上板片1和下板片2的材质为不锈钢、铜或铝等高导热性材料。采用的连接方式可为焊接、夹紧、粘结等，其中焊接的方式为钎焊，即利用熔点比母材熔点低的填充金属，在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝，与母材相互溶解与扩散，而实现零件间的连接的焊接。焊接过程中钎料熔化但母材不熔化。上板片1和下板片2的结构对称，如图2所示，由前至后依次包括蒸发区3、绝热区4和冷凝区5，在蒸发区3的一端设置有用于充装工作介质的充液口6。蒸发区3和绝热区4连接为一体，蒸发区3和绝热区4内设有平行排列且贯穿蒸发区3和绝热区4的凹槽8，相邻的凹槽8之间通过肋片7隔开，肋片7的截面可为矩形、梯形或多边形等各种形状。各条凹槽在蒸发区3内的一端是相互连通的，在绝热区4内的另一端与冷凝区5是连通的。绝热区4与冷凝区5之间虽然有明显分界，但还是互相连通为一体的。在冷凝区5内均匀排列有竖直的翅柱10，所有翅柱10可以呈三角形、矩形、菱形和或圆形排布。翅柱10的存在可以加强不凝结气体的扩散，减少其对局部换热性能的影响，加强平板热管的热传递效果，提高板式热管的均温性，延长了板式热管的使用寿命。翅柱9的截面可为圆形、椭圆形、矩形、三角形或多边形等各种形状。在冷凝区5的末端设置有出气口9，在产生不凝结气体的时候可以通过出气口9将气体放出，并可通过此出气口对平板热管进行清洗；出气口9也可用于抽真空。上板片和下板片合在一起后，上板片和下板片上的凹槽就形成了一个完整的密闭通道，充液口和出气口也形成了一个封闭的孔洞。

如图3所示，凹槽8在下板片绝热区内部分的两侧面和的底面设置有毛细芯11，毛细芯11用于在整个平板热管平放或倒置的时候，保证液体的回流。毛细芯11的材质为铜、铝或不锈钢等，结构可为网状、丝状或片状等。

本发明平板热管的工作原理如下：

通过充液口6充装工作介质，加热后工作介质在蒸发区蒸发，通过绝热区4流动到冷凝区5，气体在冷凝区5进行冷凝，冷凝后的液体工作介质由翅柱9之间的缝隙进入任一条凹槽8，再流回蒸发区3，形成一个蒸发-冷凝的循环过程。

本发明具有以下特点：

1.绝热区4内的凹槽是在平板上加工而出的，无需弯折，避免产生变形和应力集中；

2.上、下板片之间采用整体钎焊的方式进行连接，在高温焊接的过程中，板片上的灰尘和油脂会挥发，省去清洗的步骤，可以减少污染；

3.冷凝区排布多个翅柱，这样可以有效分散不凝结气体，或减少不冷凝气体的产生；同时，即使有不凝结气体的产生，也不会对平板热管的传热性能有致命的影响，而且这种影响是可以通过实时监控来预防的；

4.一体式结构，结构紧凑；在加工凹槽抽真空、充液、焊接的过程中，结构不易发生变形或损坏；

5.结构简单，传热效率高。

Claims (2)

1.一种平板热管，其特征是：包括上板片和下板片，上板片和下板片扣合连接在一起形成一个完整的热管，上板片和下板片的结构相互对称，均包括依次分布的蒸发区、绝热区和冷凝区，蒸发区和绝热区连接为一体；冷凝区与绝热区之间明显分界且互相连通；蒸发区内设置有充装工作介质的充液口；蒸发区和绝热区内设有平行排列且贯穿蒸发区和绝热区的凹槽，各条凹槽在蒸发区内的一端是相互连通的，在绝热区内的另一端与冷凝区是连通的；冷凝区内分布有翅柱，冷凝区的一侧边缘处设置有用于封装时抽真空或必要时释放不凝结气体的出气口；上板片和下板片合在一起后，上板片和下板片上的凹槽形成一个完整的密闭通道，充液口和出气口均形成封闭的孔洞。

2.根据权利要求1所述的平板热管，其特征是：所述下板片上的凹槽在绝热区内的部分的两侧和底部设置有毛细芯。

Images