CN104880107B - 一种改进型的超薄环路热管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进型的超薄环路热管，包括金属基板、金属盖板和弯管，所述金属基板设有凹槽，所述金属基板的边缘与金属盖板的边缘密封连接，所述金属盖板盖住凹槽，所述凹槽内设有通道，所述金属基板的两端分别设有均与凹槽相通第一连通口和第二连通口，所述弯管的两端分别连接于第一连通口和第二连通口；所述通道呈平行四边形，所述通道的上方设有宽度渐变的汽池，所述通道的下方设有宽度渐变的液池；所述汽池和液池通过通道相连通。本发明可有效阻隔汽态工质的反冲，降低了两相流动的不稳定性，使环路热可更快速启动，且启动温度更低，运行时温度和压力的波动更小，系统的运行热阻更低，工作效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及传热设备技术，具体涉及一种改进型的超薄环路热管。
背景技术
随着电动汽车、电子行业、航空航天业以及设备制造业等行业的迅猛发展，现代工业对散热的要求也越来越高。近几年来，由于高热流密度元件、设备等的诞生，传统的风冷散热已经达到散热极限而远不能满足散热要求，液冷散热也因其成本高、系统复杂以及有渗漏等缺点一直难以得到普及应用。环路热管作为一种高效的相变传热装置，主要通过传热工质的两相变化传递热量，在散热系统上显得越来越重要。目前，对电动汽车、电子行业、航空航天业以及设备制造业等中的热源散热普遍采用回路型重力热管、脉动热管或烧结热管。
但传统的环路热管还存在以下缺陷：1、热管的蒸发部多为圆管状，其与热源的接触面积少，散热效果差；2、热管内使用烧结的毛细结构，这造成工质遇到的阻力较大，无法迅速启动，散热效率低；3、热管需要向管填充材料烧结毛细结构，这结构复杂，加工不方便，重量较大；4、热管多为圆形管，这造成热管与热源的贴合度不高，且安装不方便；5、同一种热管只适用于电动汽车或电子行业或航空航天业，无法同时满足电动汽车、电子行业、航空航天业以及设备制造业等行业的需求，故热管的通用性差，适用范围小。
为解决上述问题，本申请人申请了发明专利(申请号为：201410366297.3)公开了一种超薄轻量级环路热管。此发明专利虽在一定程度解决了上述的问题，但其还存在一些其他缺陷，如工质的汽液两相的流动不稳定，运行时温度和压力的波动较大，且运行热阻较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种两相流动稳定，可快速启动，运行温度和压力的波动小，且运行热阻低，工作效率高的改进型的超薄环路热管。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：本改进型的超薄环路热管，包括金属基板、金属盖板和弯管，所述金属基板设有凹槽，所述金属基板的边缘与金属盖板的边缘密封连接，所述金属盖板盖住凹槽，所述凹槽内设有具有毛细作用的通道，所述金属基板的两端分别设有第一连通口和第二连通口，所述第一连通口和第二连通口均与凹槽相通，所述弯管的两端分别连接于第一连通口和第二连通口；所述通道呈平行四边形，所述通道的上方设有宽度渐变的汽池，所述通道的下方设有宽度渐变的液池；所述汽池和液池通过通道相连通。
优选的，所述第一连通口位于金属基板的右上端，所述第二连通口位于金属基板的左下端。
优选的，所述液池的宽度沿远离第二连通口的水平方向逐渐减小；所述汽池的宽度沿远离第一连通口的水平方向逐渐减小。
优选的，所述通道包括多个槽道和多个突起，且多个所述槽道和多个突起依次交替排列分布，同时多个所述槽道和多个突起的分布呈平行四边形。
优选的，所述槽道的槽宽为1mm～5mm，所述槽道的槽深为0.4mm～0.8mm；所述突起的宽度为1mm～5mm。
优选的，所述突起上端的端面与水平面的夹角为3°～5°。
优选的，所述金属基板和金属盖板均呈矩形。
优选的，所述凹槽呈矩形。
优选的，所述的改进型的超薄环路热管还包括翅片组件，所述翅片组件包括翅片底座和翅片，所述翅片均固定于翅片底座的一侧面，所述翅片底座的另一侧面与弯管连接。
优选的，所述翅片底座的另一侧面设有安装槽，所述弯管嵌入安装槽，并通过螺丝锁紧固定。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
1、本改进型的超薄环路热管中通道呈平行四边形结构，且通道的上方设置有宽度渐变的汽池，这形成额外的压力差，从而推动汽态的工质流动，加快汽态工质自蒸发器出口(即第一连通口)流出并完成循环；同时位于下方且宽度渐变的液池，其具有较大的容积，这有效阻隔汽态工质的反冲，降低了两相流动的不稳定性，即抑制了汽态工质的反冲，也避免系统漏热，使环路热可更快速启动，且启动温度更低，运行时温度和压力的波动更小，系统的运行热阻更低，工作效率更高。
2、本改进型的超薄环路热管中的通道的结构更简单，只需要采用铣床加工，不需要像传统的热管进行填充、烧结等工序，这加工工序少、简单，降低了制造成本，同时还具有重量轻的特点，符合轻量化的发展要求。
3、本改进型的超薄环路热管具有紧凑高效、节能、环保、结构简单、成本低、体积小、安装方便、运行稳定且可靠等特点，且可电动汽车、电子行业、航空航天业以及设备制造业等行业，使用范围广，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明的改进型的超薄环路热管的结构示意图。
图2图1中A处的局部放大图。
图3是本发明金属基板仰视方向的局部示意图。
图4是本发明翅片组件的结构示意图。
图5是本申请人之前的发明专利申请(申请号为201410366297.3)和本发明中的超薄环路热管的平均温度的对比图。
图6是本申请人之前的发明专利申请(申请号为201410366297.3)和本发明的超薄环路热管运行时热阻的对比图。
图7是本申请人之前的发明专利申请(申请号为201410366297.3)和本发明中的超薄环路热管的启动现象的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示的改进型的超薄环路热管，包括金属基板1、金属盖板和弯管2，所述金属基板1设有凹槽3，所述金属基板1的边缘与金属盖板的边缘密封连接，所述金属盖板盖住凹槽3，所述凹槽3内设有具有毛细作用的通道4，所述金属基板1的两端分别设有第一连通口5和第二连通口6，所述第一连通口5和第二连通口6均与凹槽3相通，所述弯管2的两端分别连接于第一连通口5和第二连通口6；所述通道4呈平行四边形，所述通道4的上方设有宽度渐变的汽池7，所述通道的下方设有宽度渐变的液池8；所述汽池7和液池8通过通道4相连通。所述第一连通口5位于金属基板1的右上端，所述第二连通口6位于金属基板1的左下端。所述液池8的宽度沿远离第二连通口6的水平方向逐渐减小；所述汽池7的宽度沿远离第一连通口5的水平方向逐渐减小。位于通道3上方的汽池7的宽度沿远离第一连通口5的水平方向逐渐减小，这形成压力差，从而推动汽态工质的流动，可加快工质在第一连通口5的流出并穿完成选循环。而位于通道3下方的液池8用于储液，可有效阻隔汽态工质的反冲，降低了两相流动的不稳定性。
具体的，金属盖板盖住凹槽3后，金属盖板和金属基板1使凹槽3相对密封，从而形成一个具有蒸发腔的蒸发器。具有毛细作用的通道4位于蒸发腔的中间。而金属基板1的右上端，即靠近第一连通口5处设有用于注入工质的注液口9。由于本改进型的超薄环路热管中的蒸发腔主要由金属基板、凹槽和金属盖板组成，这使蒸发腔呈板状结构，增加了蒸发腔与热源之间的贴合面积，大大降低了接触热阻，从而提高了散热效果和散热速率。同时，本改进型的超薄环路热管的蒸发腔内设有具有毛细作用力的通道，则工质在通道内受到的流动阻力小，这能迅速启动，提高了散热效率。
在实际应用中，位于通道3中的液态工质受热后，液态工质汽化为汽态工质，由于密度差，汽态工质上升到通道3上方的汽池7中。当汽池7中积攒到一定量的汽态的工质时，汽态工质便进入弯管2内，并通过翅片组件进行冷却；汽态工质在弯管2内经过冷却后，又恢复为液态工质，这些液态工质自弯管2内进入通道下方的液池8。由于重力辅助及具有毛细作用力的通道4，位于液池8中的液态工质会被吸上通道4中，位于通道4内的液态工质再次受热转化为汽态工质，这些汽态工质再次上升到汽池7。如此工质通过液态和汽态的转换形成循环，从而实现散热效果。
所述通道4包括多个槽道41和多个突起42，且多个所述槽道41和多个突起42依次交替排列分布，同时多个所述槽道41和多个突起42的分布呈平行四边形。突起42呈条状，突起42与槽道41依次交替排列，且依次交替排列的突起42和槽道41的上、下两端的端面的高度自左至右逐渐降低，从而形成呈平行四边形。具体的，采用厚度d为1mm的金属基板1，通铣车对金属基板1进行加工，铣出呈矩形的凹槽3，凹槽3的槽深为0.6mm；而槽道41的槽宽b为3mm，所述槽道41的槽深c为0.6mm；所述突起42的宽度d为3mm。
所述突起42上端的端面与水平面的夹角a为3.434°，即令通道4最左端上方至其最右端上方的连线与水平面的夹角为3.434°。因通道4呈平行四边形，则通道4最左端下方至最右端下方的连线与水平面的夹角也为3.434°。
所述金属基板1和金属盖板均呈矩形。这不仅方便加工金属基板1和金属盖板，同时也方便本环路热管安装于热源。
所述凹槽3呈矩形。凹槽3的形状与金属基板1的形状匹配，凹槽3的形状也方便加工，同时保证形成较大容积的蒸发腔装载工质，进一步提高散热效果。
如图4所示，所述的改进型的超薄环路热管还包括翅片组件，所述翅片组件包括翅片底座10和翅片11，所述翅片11均固定于翅片底座10的一侧面，所述翅片底座10的另一侧面与弯管2连接。翅片组件采用铝金属制作而成。铝金属导热快，翅片组件安装于弯管2，利用扩大散热面积来增加散热效率
所述翅片底座10的另一侧面设有安装槽12，所述弯管2嵌入安装槽12，并通过螺丝锁紧固定。此设计不仅方便加工，且方便安装。
本实施例的改进型的超薄环路热管与本申请人之前申请的申请号为201410366297.3、专利名称为一种超薄环路热管的发明专利申请(下称前发明专利申请)相比：
1、本实施例中的改进型的超薄环路热管中的通道呈平行四边形结构，且通道的上方和下方分别设有宽度渐变的汽池和液池。这槽道排布的改变，不仅形成额外压力差，推动汽态工质加速流出，同时汽池也可有效缓解汽态工质的淤堵状态，滞留的汽态工质可平稳连续地从蒸发腔出口流出，循环的质量增加且循环频率提高，工质的显热能力得到充分发挥。同时由于循环通畅，各槽道内的过热蒸汽量减少，干度降低，且有足够的回流冷液及时补充，蒸发器内始终保持较高的两相传热效率，系统的运行温度得到有效降低。与前发明专利申请相比：系统的传热性能得到强化，蒸发器的运行温度大幅降低，蒸发器温度平均下降8℃，最大下降达到12℃，如图5所示。图5中的矩形蒸发器表示为前发明专利申请的蒸发器，这因前发明专利申请的蒸发器中的通道呈矩形，而平行四边形蒸发器表示本实施例的改进型的超薄环路热管的蒸发器。
2、与前发明专利申请相比：由于本实施例的槽道排布方式的优化，系统的热传输能力得到显著提升，运行热阻也大为降低。槽道排布形成的通道呈平行四边形结构的超薄环路热管的运行热阻平均下降了44％，工质在系统内的循环效率和热传输能力大幅提升，如图6所示。图6中矩形排布时热阻即表示前发明专利申请的热阻，而平行四边形排布时热阻好表示本实施例的改进型的超薄环路热管的热阻。
3、与前发明专利申请相比：优化的槽道排布方式及设置有汽池和液池还加速了超薄环路热管的启动过程，能够在更低的热负荷下更快速平稳地启动。图7反映的是本实施例和之前发明专利申请，超薄环路热管的蒸发腔出口(即第一连通口)和蒸发器入口(即第二连通口)的温度随时间的变化情况。在低加热负荷下，通道呈平行四边形结构的超薄环路热管在700s时已能平稳顺利启动，工质的正向循环得以稳定建立并开始高效工作；而前发明专利申请的通道呈矩形排布结构下，进出口温度持续剧烈震荡，稳定的正向循环无法建立，直到2200s，系统才完全启动。这是由于液池能够储蓄更多的液体工质，在较低功率下，能有效阻挡蒸汽工质的反冲，减小了系统的流动不稳定性和漏热；同时，汽态工质因压差不平衡更易积聚于汽池中而从蒸发腔出口流出，单向流动得到保障，超薄环路热管系统更易启动。图7中的矩形蒸发器表示为前发明专利申请的蒸发器，而平行四边形蒸发器表示本实施例的改进型的超薄环路热管的蒸发器。
因此，本实施例的通道呈平行四边形结构排布优化了原蒸发器内矩形布置的槽道排布方式，同时增加了宽度渐变的汽池和液池，这使环路热管的散热系统更易启动，并提升了热传输能力，加速了工质在系统内的循环效率，大幅降低了运行热阻和运行温度。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种改进型的超薄环路热管，包括金属基板、金属盖板和弯管，所述金属基板设有凹槽，所述金属基板的边缘与金属盖板的边缘密封连接，所述金属盖板盖住凹槽，所述凹槽内设有具有毛细作用的通道，所述金属基板的两端分别设有第一连通口和第二连通口，所述第一连通口和第二连通口均与凹槽相通，所述弯管的两端分别连接于第一连通口和第二连通口；其特征在于：所述通道呈平行四边形，所述通道的上方设有宽度渐变的汽池，所述通道的下方设有宽度渐变的液池；所述汽池和液池通过通道相连通；
所述第一连通口位于金属基板的右上端，所述第二连通口位于金属基板的左下端；
所述液池的宽度沿远离第二连通口的水平方向逐渐减小；所述汽池的宽度沿远离第一连通口的水平方向逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的改进型的超薄环路热管，其特征在于：所述通道包括多个槽道和多个突起，且多个所述槽道和多个突起依次交替排列分布，同时多个所述槽道和多个突起的分布呈平行四边形。
3.根据权利要求2所述的改进型的超薄环路热管，其特征在于：所述槽道的槽宽为1mm～5mm，所述槽道的槽深为0.4mm～0.8mm；所述突起的宽度为1mm～5mm。
4.根据权利要求2所述的改进型的超薄环路热管，其特征在于：所述突起上端的端面与水平面的夹角为3°～5°。
5.根据权利要求1所述的改进型的超薄环路热管，其特征在于：所述金属基板和金属盖板均呈矩形。
6.根据权利要求1所述的改进型的超薄环路热管，其特征在于：所述凹槽呈矩形。
7.根据权利要求1所述的改进型的超薄环路热管，其特征在于：还包括翅片组件，所述翅片组件包括翅片底座和翅片，所述翅片均固定于翅片底座的一侧面，所述翅片底座的另一侧面与弯管连接。
8.根据权利要求7所述的改进型的超薄环路热管，其特征在于：所述翅片底座的另一侧面设有安装槽，所述弯管嵌入安装槽，并通过螺丝锁紧固定。
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