CN105403084A - 一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管 - Google Patents
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Abstract
一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，一种微槽道平板热控工程领域，包括微槽壳体、微槽盖板和充液管；微槽盖板固定安装在微槽壳体的上部，槽盖板下部设置有加强筋；充液管固定安装在微槽壳体上端右侧；提供一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，本发明首先通过电子束焊接、TIG焊接，异种金属钎焊的方式，将毛细结构、盖板和壳体之间连接起来，并形成完整的密封结构，能够实现高热流密度，较大传热接触面积上的高效可靠热传导，整体重量相对较轻，具有较高的结构强度，还可以作为结构件和承力件使用，便于使用。降低系统复杂度，提高系统可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及一种微槽道平板热控工程领域，特别是一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管。
背景技术
热管是热控系统、环控系统的重要组成部分，各系统的热源、冷源、热沉之间需要热管实现热量的传递，降低系统复杂度，提高系统可靠性。
热管目前广泛应用于航天航空、武器装备、地面产品等热控系统中，在军工领域和民用领域均有广泛的应用，平板热管相较于常规热管，具有热接触面积大，厚度小，重量轻等特点，在解决集中点热源、大面积热源的传热问题中具有其独特优势。
目前的平板热管采用毛细丝网填充的结构形式，其内部的丝网采用烧结金属颗粒，空隙度和通孔数受限于现有工艺和结构限制，采用相同的充装工质的条件下，丝网热管限制了其最大热通量。另外现有平板热管的加工方式采用挤压成型的方式，限制了平板热管的平面度和最大宽度，且内部无加强筋，使得其无法支撑承力，在某些需要承力的场合无法使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，本发明实现高热流密度，较大传热接触面积上的高效可靠热传导，整体重量相对较轻，具有较高的结构强度，还可以作为结构件和承力件使用，便于使用，降低系统复杂度，提高系统可靠度。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，包括微槽壳体、微槽盖板和充液管；微槽盖板固定安装在微槽壳体的上表面，微槽盖板下表面设置有加强筋；充液管固定安装在微槽壳体的一侧。
在上述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，所述微槽盖板上设置有n个微槽阵列，微槽阵列水平均匀排列，相邻微槽阵列之间距离L7为6-7mm。
在上述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，槽盖板下部设置有n-1个加强筋，n-1个加强筋与n个微槽阵列交替排列，按照微槽阵列、加强筋、微槽阵列……微操阵列的方式排布，且加强筋位于相邻的微槽阵列之间的中间位置，加强筋分为两段，两段加强筋以槽盖板水平中心线为对称轴对称分布，其中n为不小于1的正整数。
在上述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，每段加强筋长L5为55-65mm，宽L8为25-35mm，高L9为1.3-1.5mm，两段加强筋间距L6为20-60mm。
在上述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，每个微槽阵列包括m个矩形凸块，矩形凸块均匀水平排列，每个矩形凸块的长为L11为10mm～500mm，宽L3为0.2-0.4mm，高L2为0.4-0.8mm；相邻矩形凸块的间距L1为0.2-0.4mm，矩形凸块的下顶端与微槽壳体内部上表面的距离L4为1.5倍的L2长度；其中m为正整数。
在上述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，微槽盖板间隙配合嵌入微槽壳体上表面，间隙L10为0.002～0.008mm。
在上述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，所述m为30-68。
在上述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，矩形凸块的根部与微槽盖板连接处设置有半径R为0.04-0.06mm的圆弧。
在上述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，在矩形凸块之间设置有多个微纳槽，微纳槽横截面为正方形，槽深和槽宽相等，槽宽L12为5-12nm。
在上述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，微槽壳体和微槽盖板采用钛合金材料，充液管为铝材料，充液管和微槽壳体采用异种金属钎焊的方式连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明在产品内部设置有不连续加强筋，实现了平板热管内部气腔的连通性，增大气腔的流通截面积，降低了内部气液交界面之间的摩擦阻力，提高产品内部的毛细作用力长度。
(2)本发明在内部设有提高槽道的毛细力和槽道的亲水性的微纳槽，通过微纳槽与介质之间接触的表面张力作用，提高了微槽道的毛细压头，使得微槽道平板热管具有了较强的抗重力能力，实现了微槽道平板热管重力场环境下的正常工作。
(3)本发明采用了异种金属钎焊的方式，将成本较高的微槽壳体和微槽盖板变为可重复使用零件，在保证性能可靠的基础上，提高了平板热管的可重复性，实现了产品低成本；
(4)本发明的微槽道深宽比达到1～2之间，相对于毛细丝网结构，本发明单位面积内容纳的工质体积较大，满足大热流密度和高功率的散热量需求。
(5)本发明采用了特殊道具，控制微槽道的根部圆角尺寸，在满足加工要求的条件下，将此处圆角控制在0.04～0.06之间，一方面降低微槽道的根部应力集中问题，避免加工时产生断裂的风险，另一方面提高充液工质在微槽道内部的毛细作用力。
附图说明
图1为本发明大面积轻薄型高导热微槽道平板热管结构配合示意图；
图2为本发明大面积轻薄型高导热微槽道平板热管微槽盖板仰视图；
图3为图2的垂直剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为大面积轻薄型高导热微槽道平板热管结构配合示意图，由图可知，包括微槽壳体1、微槽盖板2和充液管3；微槽盖板2固定安装在微槽壳体1的上表面，微槽盖板2下表面设置有加强筋4；充液管3固定安装在微槽壳体1的一侧。
三者组成密闭空间并在内部充装一定量的液体工质，通过微槽盖板1与微操壳体2形成的气腔，利用加热和冷却实现内部工质的蒸发和冷凝，由微槽阵列提供介质传输所需要的毛细力，通过气腔实现气体回流，从而实现热量在平板热管内部的传输和循环。
微槽壳体1与微槽盖板2之间通过焊接实现连接与密封，确保此处的密封漏率等级高于1x10-8Pam3/s。焊接处有微槽壳体1与微槽盖板2四周的配合处和微槽盖板2上的加强筋4与微槽壳体1之间的接触部位。
如图2所示为大面积轻薄型高导热微槽道平板热管微槽盖板仰视图，由图可知，所述微槽盖板2上设置有n个微槽阵列5，微槽阵列5水平均匀排列，相邻微槽阵列5之间距离L7为6-7mm；槽盖板2下部设置有n-1个加强筋4，n-1个加强筋4与n个微槽阵列5交替排列，按照微槽阵列、加强筋、微槽阵列……微操阵列的方式排布，且加强筋位于相邻的微槽阵列5之间的中间位置，加强筋4分为两段，两段加强筋4以槽盖板2水平中心线为对称轴对称分布，其中n为不小于1的正整数。
每段加强筋4长L5为55-65mm，宽L8为25-35mm，高L9为1.3-1.5mm，两段加强筋4间距L6为20-60mm。
每个微槽阵列5包括m个矩形凸块6，矩形凸块6均匀水平排列，每个矩形凸块6的长为L11为10mm～500mm，宽L3为0.2-0.4mm，高L2为0.4-0.8mm；相邻矩形凸块6的间距L1为0.2-0.4mm，矩形凸块6的下顶端与微槽壳体1内部上表面的距离L4为1.5倍的L2长度。
所述n为不小于1的正整数，m为30-68。
图3所示为图2的垂直剖视图，由图可知，微槽盖板2间隙配合嵌入微槽壳体1上表面，间隙L10为0.002～0.008mm。
矩形凸块6的根部与微槽盖板2连接处设置有半径R为0.04-0.06mm的圆弧。
为提高本发明内部的微小型矩形槽道的毛细力和亲水性，在矩形凸块6之间采用飞秒激光技术加工宽度为L9的微纳槽道，微纳槽横截面为正方形，槽深和槽宽相等，槽宽L12为5-12nm。
微槽壳体1和微槽盖板2均为薄壁结构，材料为钛合金最小壁厚为0.9mm，盖板上设有L8XL5尺寸加强筋，加强筋之间间距为L6，根据实际使用工况，确定加强筋的数量。
本发明的充液管3采用铝管，采用异种金属钎焊的形式，将充液管3与微槽壳体1的进出口管之间进行钎焊，形成密封，此处密封漏率等级高于1x10-6Pam3/s，充液管与微槽壳体之间的抗拉强度高于50N，充液管3和微槽壳体1采用异种金属钎焊的方式连接。
根据使用工况可选用丙酮、二次蒸馏水等溶液，充液量控制在体积分数的33％～35％之间。可以在工质中添加一定量的纳米银粉，纳米银粉的质量占总充液工质的2.5％～4％之间。
本发明采用冷焊的方式采用特质封口钳将充液管3进行初步机械封死冷板，之后采用熔焊和胶封的方式将冷焊封死后的冲液管3进行端部熔焊和胶封，提高封口处的密封可靠性和密封的密封等级，封口处的漏率等级高于1x10-7Pam3/s。
说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：包括微槽壳体(1)、微槽盖板(2)和充液管(3)；微槽盖板(2)固定安装在微槽壳体(1)的上表面，微槽盖板(2)下表面设置有加强筋(4)；充液管(3)固定安装在微槽壳体(1)的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：所述微槽盖板(2)上设置有n个微槽阵列(5)，微槽阵列(5)水平均匀排列，相邻微槽阵列(5)之间距离L7为6-7mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：槽盖板(2)下部设置有n-1个加强筋(4)，n-1个加强筋(4)与n个微槽阵列(5)交替排列，按照微槽阵列、加强筋、微槽阵列……微操阵列的方式排布，且加强筋位于相邻的微槽阵列(5)之间的中间位置，加强筋(4)分为两段，两段加强筋(4)以槽盖板(2)水平中心线为对称轴对称分布，其中n为不小于1的正整数。
4.根据权利要求3所述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：每段加强筋(4)长L5为55-65mm，宽L8为25-35mm，高L9为1.3-1.5mm，两段加强筋(4)间距L6为20-60mm。
5.根据权利要求1所述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：每个微槽阵列(5)包括m个矩形凸块(6)，矩形凸块(6)均匀水平排列，每个矩形凸块(6)的长为L11为10mm～500mm，宽L3为0.2-0.4mm，高L2为0.4-0.8mm；相邻矩形凸块(6)的间距L1为0.2-0.4mm，矩形凸块(6)的下顶端与微槽壳体(1)内部上表面的距离L4为1.5倍的L2长度；其中m为正整数。
6.根据权利要求1所述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：微槽盖板(2)间隙配合嵌入微槽壳体(1)上表面，间隙L10为0.002～0.008mm。
7.根据权利要求1所述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：所述m为30-68。
8.根据权利要求5所述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：矩形凸块(6)的根部与微槽盖板(2)连接处设置有半径R为0.04-0.06mm的圆弧。
9.根据权利要求5所述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：在矩形凸块(6)之间设置有多个微纳槽，微纳槽横截面为正方形，槽深和槽宽相等，槽宽L12为5-12nm。
10.根据权利要求5所述的一种大面积轻薄型高导热微槽道平板热管，其特征在于：微槽壳体(1)和微槽盖板(2)采用钛合金材料，充液管(3)为铝材料，充液管(3)和微槽壳体(1)采用异种金属钎焊的方式连接。
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