CN102261862A - 一种平板热管换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平板热管换热器，包括：外壳，所述外壳内部为封闭的蒸汽腔；所述蒸汽腔内设置工作液体；所述平板热管换热器设置有冷凝面和蒸发面，所述冷凝面顶部设置有冷凝面沟槽汇集器；所述蒸发面底部设置有蒸发面沟槽汇集器；所述冷凝面沟槽汇集器和蒸发面沟槽汇集器通过设置在所述蒸气腔内壁上的内部沟槽连通。本发明通过蒸发面沟槽汇集器内工作液体吸收热源热量，产生的蒸汽通过蒸汽腔在冷凝面液化放热，将热量散发到周围环境中，蒸汽在冷凝面沟槽汇集器内冷凝后，在重力和毛细力的作用下，沿内部沟槽流到蒸发面沟槽汇集器内，实现循环。本发明能有效降低功率管器件的温度，进而保证系统可靠、安全、稳定工作。

Description

一种平板热管换热器
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，特别是涉及一种平板热管换热器。
背景技术
热管能将高热量热源产生的热量迅速通过汽化潜热带走，由于汽化潜热大，因此，能瞬时降低受热面的温度，从而有效降低热源温度，提高系统可靠性。
RRU(Radio Remote Unit，射频拉远模块)产品中功率管热耗高达几百瓦，传统解决方法是：将功率管焊接在铜基底上，利用铜良好的的导热能力，可以把局部热源的热量迅速向四周扩展，增大有效散热面积，从而高效的将热量传递到散热翅上，进而降低热源的温度。
但目前上述方法已无法满足日益增大的功率管热耗的需求。由于功率管热耗很大，不能有效的将功率管的热耗带出系统，不仅会影响功率管的本身寿命，而且更会影响整个系统的可靠性。因此，出现了VC(Vapour Cavity，蒸汽腔)热管，其外形结构和铜块形状相似。由于内部采用了毛细芯结构(烧结铜粉以及金属丝网)，其水平方向(切向)的导热系数很大，因此热阻小，热源的热量能迅速的扩展到整个面上，因此，相对于传统铜块散热，散热效果更加显著。
VC蒸汽腔热管在RRU上应用表明，无论采用何种结构，只要能将热量迅速扩散(与热源接触面上表现为良好的均温性能)，即可有效降低热源的温度，提高整个系统的可靠性。但VC蒸汽腔热管有个致命的缺点是外形尺寸受到一定限制，当外形尺寸增加到一定程度时，热管无法工作，整个热管的传热效果甚至比铜块还差。其主要原因是当外形尺寸增大时，内部的毛细力(由表面张力而引起的一种驱动液体流动的力)无法克服液体的流动阻力，此时VC蒸汽腔热管无法工作，因此传热性能急剧恶化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种平板热管换热器，用以解决现有技术蒸汽腔热管散热性能受结构尺寸限制的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种平板热管换热器，所述换热器包括：外壳，所述外壳内部为封闭的蒸汽腔；所述蒸汽腔内设置有工作液体；所述蒸汽腔包括冷凝面和蒸发面，所述冷凝面顶部设置有冷凝面沟槽汇集器；所述蒸发面底部设置有蒸发面沟槽汇集器；所述冷凝面沟槽汇集器和蒸发面沟槽汇集器通过设置在所述蒸气腔内壁上的内部沟槽连通。
进一步，所述内部沟槽为一条或多条。
进一步，所述内部沟槽包括冷凝面内部沟槽和蒸发面内部沟槽，所述冷凝面内部沟槽以所述冷凝面沟槽汇集器为顶点向下延伸；所述蒸发面内部沟槽以所述蒸发面沟槽汇集器为顶点向上延伸，并与所述冷凝面内部沟槽连通，形成闭合环路。
进一步，所述工作液体为水、氨水或制冷剂。
进一步，所述蒸发面沟槽汇集器内填充有多孔泡沫金属、金属丝网和/或烧结金属粉末。
进一步，所述外壳与冷凝面对应的部分设置有散热翅片，或加工有槽道。
进一步，所述内部沟槽为“Ω”形、三角形、梯形、燕尾形或矩形。
本发明有益效果如下：
本发明通过蒸发面沟槽汇集器内工作液体吸收热源热量，产生的蒸汽通过蒸汽腔在冷凝面液化放热，将热量散发到周围环境中，蒸汽在冷凝面沟槽汇集器内冷凝后，在重力和毛细力的作用下，沿内部沟槽流到蒸发面沟槽汇集器内，实现循环。本发明能有效降低功率管器件的温度，进而保证系统可靠、安全、稳定工作。
附图说明
图1是本发明实施例中一种平板热管换热器的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图；
图4是图1中的内部沟槽立体结构示意图；
图5是图1的C-C剖视图。
具体实施方式
为了解决现有技术蒸汽腔热管散热性能受结构尺寸限制的问题，本发明提供了一种平板热管换热器，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
图1为本发明实施例中一种平板热管换热器的结构示意图，其中图1中的虚线表示平板热管换热器的内部结构。如图1～5所示，本发明实施例涉及一种平板热管换热器，包括：外壳1，外壳1内部为封闭的蒸汽腔2；蒸汽腔2内设置有工作液体52；蒸汽腔2被冷凝面6和蒸发面7以及四个侧面包围形成，其中，蒸发面7是指通过蒸发面沟槽汇集器5内的工作液体吸收热源热量的面；冷凝面6是指向外散热的面。当外壳1采用六面方形结构时，面积最大的两个面分别为冷凝面6和蒸发面7，剩余四个面分别为上下底面和左右侧面。冷凝面2顶部设置有冷凝面沟槽汇集器3；蒸发面7底部设置有蒸发面沟槽汇集器5；冷凝面沟槽汇集器3和蒸发面沟槽汇集器5通过设置在蒸气腔2内壁上的内部沟槽4连通。
其中，内部沟槽4可以为一条，也可以是多条，当多条的情况下，每一条都连通冷凝面沟槽汇集器3和蒸发面沟槽汇集器5。内部沟槽4包括冷凝面内部沟槽41和蒸发面内部沟槽42，冷凝面内部沟槽41以冷凝面沟槽汇集器3为顶点向下延伸，冷凝段的沟槽呈
Figure BDA0000073131080000041
形状；蒸发面内部沟槽42以蒸发面沟槽汇集器5为顶点向上延伸，并于冷凝面内部沟槽汇集器3连通，形成闭合环路。蒸发段沟槽和冷凝段沟槽的形状相反，呈
Figure BDA0000073131080000042
形状。沟槽在蒸发腔2连接冷凝面7和蒸发面6的两个侧面上也设置有沟槽，用于连接冷凝面内部沟槽41和蒸发面内部沟槽42，使其形成闭合环路。内部沟槽4的形状可以为半圆形、方形、梯形或三角形。其中，半圆形包括椭圆形，四分之一圆形、四分之三圆形、圆弧形、“Ω”形等形状。梯形包括上底小、下底大的正梯形和上底大、下底小的类似燕尾的梯形。
本实施例整个平板热管散热器处于竖直放置状态；外壳1与冷凝面7对应的部分设置有散热翅片，或加工有槽道。对于RRU类自然散热产品(冷源为空气)，冷凝面7对应的外壳7上设置有翅片，以增大有效冷凝面积。当冷源为液体时，可直接在冷凝面外壳上开“U”形槽道，或分形树状结构以强化换热。
外壳1的壳体材料可以为铜、铝合金等多种高导热性能金属。
工作液体52为水、氨水或制冷剂。蒸发面沟槽汇集5内填充有多孔泡沫金属、金属丝网和/或烧结金属粉末，或各种复合热源吸液芯结构51。该吸液芯能增强毛细驱动力，不仅能使工作液体快速蒸发或沸腾，形成蒸汽8，而且能使冷凝段的液体快速的流到蒸发点，提高换热效率。
本发明的平板热管换热器的工作原理是，该平板热管换热器竖直放置，蒸发面沟槽汇集器3位于蒸发面6最底部，而冷凝段沟槽汇集器5位于冷凝面7的最顶部。热源10位置接近本发明实施例的平板热管换热器底部，本实施例的平板热管是利用蒸发段沟槽汇集器5内工作液体(工作液体52)吸收功率管热量而产生蒸发相变，从热源点蒸发相变产生的蒸汽8迅速通过蒸汽腔2向更大的面积的冷凝面7流动，在冷凝面7冷凝后释放出热量，通过冷凝面7直接传输给外界冷源。蒸汽8在冷凝面7液化后产生的凝结液，在毛细力和重力的双重驱动下沿冷凝面内部沟槽41的两个方向向下流动，经侧壁沟槽到蒸发面内部沟槽42回到蒸发段沟槽汇集器3。蒸发段沟槽汇集器3内的工作液体再次吸收高热流热源10的热量而产生蒸汽8，通过蒸汽腔2到达冷凝面7冷凝。这样在毛细泵压和重力的驱动下实现了热管内工质相变换热循环，可以快速的吸收热源10的热量，有效降低热源10的温度。
由于本发明实施例的平板热管换热器能将高热流热源点产生的热量迅速通过汽化潜热带走，由于汽化潜热大，因此能瞬时降低受热面的温度水平，使得平板热管受热面具有优越等温性能，有效减低功率管器件的温度，进而保证系统的可靠、安全、稳定工作。不仅能克服在有限空间下铜块无法将大热量即时传递的缺点，而且能克服VC蒸汽腔热管结构尺寸较大时无法工作的缺点。其特殊的形状和
Figure BDA0000073131080000052
形状的内部沟槽结构不仅能有效利用毛细力的抽吸驱动作用，更能充分利用重力的作用，使冷凝液快速的从冷凝段流回蒸发段；蒸发面内部沟槽与金属丝网的复合吸液芯结构能提供强劲的毛细驱动力，也使冷凝段的液体快速的流回蒸发段。从而极大提高最大换热能力。因此，能有效地消除局部热点，提高受热面的温度均匀性并降低功率管的温度，进而降低整个系统温度，确保系统可靠、安全、稳定的运行。另外，本发明实施例的平板热管换热器还具有结构简单，加工方便，可操作性强的特点。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (7)

1.一种平板热管换热器，其特征在于，所述换热器包括：外壳，所述外壳内部为封闭的蒸汽腔；所述蒸汽腔内设置有工作液体；所述平板热管换热器设置有冷凝面和蒸发面，所述冷凝面顶部设置有冷凝面沟槽汇集器；所述蒸发面底部设置有蒸发面沟槽汇集器；所述冷凝面沟槽汇集器和蒸发面沟槽汇集器通过设置在所述蒸气腔内壁上的内部沟槽连通。
2.如权利要求1所述的平板热管换热器，其特征在于，所述内部沟槽为一条或多条。
3.如权利要求1或2所述的平板热管换热器，其特征在于，所述内部沟槽包括冷凝面内部沟槽和蒸发面内部沟槽，所述冷凝面内部沟槽以所述冷凝面沟槽汇集器为顶点向下延伸；所述蒸发面内部沟槽以所述蒸发面沟槽汇集器为顶点向上延伸，并与所述冷凝面内部沟槽连通，形成闭合环路。
4.如权利要求1所述的平板热管换热器，其特征在于，所述工作液体为水、氨水或制冷剂。
5.如权利要求1所述的平板热管换热器，其特征在于，所述蒸发面沟槽汇集器内填充有多孔泡沫金属、金属丝网和/或烧结金属粉末。
6.如权利要求1所述的平板热管换热器，其特征在于，所述外壳与冷凝面对应的部分设置有散热翅片，或加工有槽道。
7.如权利要求1所述的平板热管换热器，其特征在于，所述内部沟槽为“Ω”形、三角形、梯形、燕尾形或矩形。
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