CN102843897A - 阵列冷端平面热管 - Google Patents

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Abstract

阵列冷端平面热管，包括壳体翅片、工质，所述壳体是阵列冷端平面热管的蒸发端，其为具有矩形横截面和上、下平面的空间箱体；所述壳体的上平面设有阵列分布的通孔；在所述通孔上延设有一端封闭、另一端与所述壳体内腔连通的管道，所述管道构成阵列冷端平面热管的冷凝端；所述翅片嵌套在所述管道上；所述壳体内腔抽真空并充装有所述工质。本发明中，管道与壳体连接，与一般平面固体散热热管相比，无基座导热热阻、基座与热管接触热阻，且各冷凝端工质状态均匀、流动及放热能力差异小，显著提高热管传热能力。本发明具有传热性能好管外流动阻力小，蒸发端具有平面形状，适合平面固体发热件的散热，特别是适合于大型电子器件模块的散热冷却。

Description

阵列冷端平面热管
技术领域
本发明公开了一种阵列冷端平面热管。属于热交换设备技术领域。
背景技术
大型电子设备在工农业生产及日常生活中广泛使用，它们在实现其工作目的的同时必然产生大量热量，使得设备及其元器件温度升高。过高的温度将严重影响电子设备运行的稳定性和安全性。研究表明：当电子设备温度提高10摄氏度，设备的可靠性将下降50%；电子设备工作温度应控制在55℃以下，最高温度不超过65℃；电子设备故障50%由热问题引起。因此可见，电子设备的散热问题形式严峻，科学合理解决其散热问题非常关键。
目前大型电子设备散热，主要采用如下几种基本形式：铝挤压型材加风扇形式；内部为蜂窝状或者回旋状结构的空心冷板形式；传统热管散热器。
铝挤压型材加风扇方式散热原理是，利用铝挤压型材金属底座与发热元件接触，通过导热方式把元器件热量传至型材表面，再利用风扇对型材进行强制对流换热，使热量传至周围大气实现散热。此种方式的传热本质是导热加对流换热，传热效率较低，难以满足大热流密度发热量散热的需要。
空心冷板形式散热原理是，冷板贴紧发热元件依靠导热吸收热量，在冷板内部加工出的蜂窝状或者回旋状结构中有冷却水流过而带走热量。冷却效果好于铝挤压型材，但这种方式最大的问题是绝缘不好解决，给设备安全带来隐患，且因增加了供水系统而使得冷却系统变得复杂。
传统热管散热器工作原理是，在一个吸热金属底座上嵌装热管，热管通过底座吸收热量，再通过空气强制对流带走热量。其散热能力较铝挤压型材有较大提高，属于电子设备散热的更高一级的形式。虽然如此，其不足仍然明显，主要表现在，热管是通过金属基座的导热吸收热量的，金属基座其实为一个热阻，从而使热管散热器传热性能下降。
以下主要针对有关采用热管技术对电子设备散热的国家专利进行简要介绍与对比。
申请号201020625140.5提出的热管散热模块，若干独立热管的蒸发段插入金属基座，金属基座与需要散热的电子设备相连。该热管散热器由于增加了基座导热热阻和基座与热管间的接触热阻，将导致传热性能下降。专利200920105655.X所述薄型热管散热器的冷凝端为单一直立平板，该冷凝端由两块铝板印上止焊剂后加压焊接而成，焊接工艺复杂密封难度大，冷凝端单面加翅片安装难度相当大，另外由于采用单一直立平板冷凝端，其散热能力将受到限制。申请号200710148476.X大功率动力电子装置热管冷却散热器，其散热器由多根弯曲为U型的独立热管夹在固定基板和底板之间组成，增加了底板导热热阻和底板与热管、固定基板与热管间的接触热阻，传热能力大为下降。专利200520002421.4提出的板式热管散热器，其冷端为单一结构，散热面积不易扩充，热端面积相对也较小，只适合于微小发热体的散热降温。
综合上述情况可以看出，开发一种散热能力强、结构简单、安全可靠的新型高效热管散热器，用以解决发热量大的大型电子设备散热，就显得非常必要和迫切。本发明开发的阵列冷端平面热管，能够很好的满足这种需要，有着良好的市场前景。
发明内容
本发明的目的在于针对现有大型电子设备散热技术的不足，开发出一种散热能力强、结构简单、安全可靠的新型高效热管散热器，以帮助解决其散热冷却问题。
本发明阵列冷端平面热管，包括壳体、翅片、工质，所述壳体是阵列冷端平面热管的蒸发端，其为具有矩形横截面和上、下平面的空间箱体；所述壳体的上平面设有阵列分布的通孔；在所述通孔上延设有一端封闭、另一端与所述壳体内腔连通的管道，所述管道构成阵列冷端平面热管的冷凝端；所述翅片嵌套在所述管道上；所述壳体内腔抽真空并充装有所述工质。
本发明阵列冷端平面热管，所述管道横截面为圆形或椭圆形。
本发明阵列冷端平面热管，所述翅片相互平行且等间距嵌套在所述管道上。
本发明阵列冷端平面热管，所述翅片为开孔翅片、平板翅片、开缝翅片中的至少一种。
本发明阵列冷端平面热管，所述壳体上平面设置的通孔按顺排或叉排方式阵列分布布置。
本发明阵列冷端平面热管，所述管道轴线与所述壳体的上平面呈90°夹角。
本发明阵列冷端平面热管，所述翅片与所述管道之间通过焊接进行连接，所述焊接选自钎焊、惰性气体保护焊、热浸锌焊中的一种。
本发明阵列冷端平面热管，所述壳体采用抽真空、灌液、封口，或采用灌液、煮真空、封口，或灌液、冷冻、抽真空、封口的方式密封。
本发明阵列冷端平面热管，所述壳体、管道以及翅片选用铜合金、铝合金、碳钢或不锈钢制造。
本发明阵列冷端平面热管，所述工质选自蒸馏水、甲醇、无水乙醇、丙酮、氨、R123、R134a中的一种。
本发明阵列冷端平面热管，在所述壳体内上、下平面之间设有加强筋。
本发明阵列冷端平面热管，适用于温度范围为30℃～270℃。
本发明阵列冷端平面热管中，所述管道沿所述壳体上平面设置的通孔上延设，且一端封闭、另一端与所述壳体内腔连通。本结构与广泛使用或者提及的带吸热基座的或者类似结构的热管相比，本结构至少减少了基座导热热阻、基座与热管接触热阻，从而显著提高热管传热能力。另外本结构可使各冷凝端工质热力状态均匀、流动及放热能力差异更小，从而更好地发挥热管的传热能力。
本发明阵列冷端平面热管中，所述管道轴线与所述壳体的上平面呈90°夹角，使冷凝端与蒸发端呈90°垂直连接。这样可使热管更好的借助重力作用使冷凝端的冷凝工质顺利回流蒸发端。
本发明阵列冷端平面热管中，所述翅片采用开孔翅片、平板翅片、开缝翅片。
本发明阵列冷端平面热管中，冷端采用所述椭圆管或圆管，其优点是椭圆管或圆管外表面轮廓呈流线型，在横掠气流中，流体分离点后移，减少了管后的漩涡区，强化对流传热。
特别是采用椭圆管，由于椭圆管壁前表面附着的流体边界层比圆管的更薄，有利于增强传热和减少流阻，通常流速下可比圆管的流阻减低50％；有利于增强传热和减少流阻。所述椭圆管的传热面积比同样截面的圆管大15％，因此在相同流速下．管外换热可提高15％。椭圆管的传热周长比圆管大，管内热阻小，有利于管内介质的传热。
综上所述，本发明阵列冷端平面热管具有优良的传热性能和较小的管外流动阻力，具有平面形状，适合平面固体发热件的散热，特别是适合于大型电子器件模块的散热冷却。
附图说明
附图1为本发明实施例1的主视图。
附图2为附图1的俯视图。
附图3为本发明实施例2的主视图。
附图4为附图3的俯视图。
图中：1-壳体、2-椭圆管，3-开孔翅片，4-平板翅片，5-扰流孔，6-圆管，7-加强筋。
具体实施方式
以下结合附图对具体实施例进行阐述。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明内容之后，本领域技术人员对本发明所作的各种改动和修改，同样属于本发明所附权利要求书限定范围。
实施例一
阵列冷端平面热管，包括壳体1、椭圆管2、开孔翅片3、工质，所述壳体1为具有矩形横截面且有上下平面的空间箱体，所述壳体1即是阵列冷端平面热管的蒸发端；在所述壳体内上、下平面之间设有加强筋7，所述壳体1的上平面设有阵列分布的椭圆通孔；在所述椭圆通孔上延设有一端封闭、另一端与所述壳体1内腔连通的椭圆管2，所述椭圆管2构成阵列冷端平面热管的冷凝端；所述椭圆管2的一端与所述壳体1上平面阵列椭圆通孔一一联通，形成阵列冷端；所述开孔翅片3表面设有多个扰流孔5，以平行等间距方式紧密嵌套在椭圆管上并通过热浸锌焊焊固；所述壳体1内腔抽真空并充装有所述工质。
本实施例中，所述椭圆通孔按叉排方式阵列分布布置；所述工质为无水乙醇；所述椭圆管2的轴线与所述壳体1上平面呈90°夹角；所述壳体1、椭圆管2、开孔翅片3、加强筋7均选用铜合金制造。
本实施例采用开孔翅片大约可以使对流传热系数比不开孔翅片提高9%~13%,阻力增加在5%以内。
实施例二
阵列冷端平面热管，包括壳体1、圆管6、平板翅片4、工质，所述壳体1为具有矩形横截面且有上下平面的空间箱体，在所述壳体内上、下平面之间设有加强,7，所述壳体1即是阵列冷端平面热管的蒸发端；所述壳体1的上平面设有阵列分布的圆形通孔；在所述圆形通孔上延设有一端封闭、另一端与所述壳体1内腔连通的圆管6，所述圆管6构成阵列冷端平面热管的冷凝端；所述椭圆管6的一端与所述壳体1上平面阵列圆形通孔一一联通，形成阵列冷端；所述平板翅片4以平行等距方式紧密嵌套在所述圆管6上并通过钎焊焊固；所述壳体1内腔抽真空并充装有所述工质。
本实施例中，所述圆形通孔按顺排方式阵列分布布置；所述工质为丙酮；所述圆管6的轴线与所述壳体1上平面呈90°夹角；所述壳体1、圆管6、平板翅片4、加强筋7均选用铝合金制造。
本实施例，是一种最简单的结构，传热性能有所下降，其特点是工艺简单便宜。

Claims (11)

1.阵列冷端平面热管，包括壳体、翅片、工质，所述壳体是阵列冷端平面热管的蒸发端，其为具有矩形横截面和上、下平面的空间箱体；所述壳体的上平面设有阵列分布的通孔；在所述通孔上延设有一端封闭、另一端与所述壳体内腔连通的管道，所述管道构成阵列冷端平面热管的冷凝端；所述翅片嵌套在所述管道上；所述壳体内腔抽真空并充装有所述工质。
2.根据权利1所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：所述管道横截面为椭圆形或圆形。
3.根据权利1或2所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：所述翅片相互平行且等间距嵌套在所述管道上。
4.根据权利要求3所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：所述翅片为开孔翅片、平板翅片、开缝翅片中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：所述壳体上平面设置的通孔按顺排或叉排方式阵列分布布置。
6.根据权利要求1或2所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：所述管道轴线与所述壳体的上平面呈90°夹角。
7.根据权利要求1或2所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：所述翅片与所述管道之间通过焊接进行连接，所述焊接选自钎焊、惰性气体保护焊、热浸锌焊中的一种。
8.根据权利要求1或2所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：所述壳体采用抽真空、灌液、封口，或采用灌液、煮真空、封口，或采用灌液、冷冻、抽真空、封口的方式密封。
9.根据权利要求1或2所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：所述壳体、管道以及翅片选用铜合金、铝合金、碳钢或不锈钢制造。
10.根据权利要求1或2所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：所述工质选自蒸馏水、甲醇、无水乙醇、丙酮、氨、R123、R134a中的一种。
11.根据权利要求1或2所述的阵列冷端平面热管，其特征在于：在所述壳体内上、下平面之间设有加强筋。
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