CN105890416B - 高效铝水脉动热管 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的高效铝水脉动热管，涉及一种传热元件，具体为由铝材脉动热管及其内部的水基工质组成的铝水脉动热管。高效铝水脉动热管包括三通充液口及毛细铝管阵列；三通充液口与毛细铝管阵列的内壁经化学镀处理，镀有金属镀层；经化学镀处理后的三通充液口的两个通口与毛细铝管阵列的两个端口焊接相连。三通充液口与毛细铝管阵列的金属镀层为镀铬、镀铜、镀镍、镀镍磷合金、镀镍铜合金以及镀其他不与水反应的镀层。高效铝水脉动热管内充入水以及水基流体作为工质。本发明具有结构新颖、加工简便、成本低、质量轻、传热系数高等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型高效铝水脉动热管。

Description

高效铝水脉动热管
技术领域
本发明所述的高效铝水脉动热管，涉及一种传热元件，具体为由铝材脉动热管及其内部的水基工质组成的铝水脉动热管。
背景技术
随着现代科技的发展，电子元器件的集成度越来越高、功能越来越强，电子器件的热流密度随之急剧增加。因此，高效导热和可靠散热成为制约电子元器件性能和寿命的关键因素。脉动热管是一种高效传热元件，具有结构简单、当量传热系数大、体积小的优点，可解决电子元器件高热流密度的传热问题。
目前生产、研究中的脉动热管大部分是铜材脉动热管，其由毛细铜管构成。与铝材脉动热管相比，铜材脉动热管存在造价高和比重大的缺点，这制约了脉动热管在航空航天等领域的应用。然而，铝材脉动热管在制作和应用中也存在相应的问题。首先，普通的铝材脉动热管中的工质多为高纯度的丙酮、酒精等不含水的液体，因为铝材在高温条件下与水反应产生氢气，不凝气氢气的存在导致脉动热管脉动传热性能恶化，直至无法工作。其次，由于水优良的热导率和比热，使以使以水以及水基流体为工质的脉动热管在高热流密度下具有极佳的传热效果，而以丙酮和酒精作为工质的铝制脉动热管在高热流密度下则不具备理想的传热效果。因此，制备一种以使以水以及水基流体作为工质并可以长时间稳定工作的铝材脉动热管势在必行。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的高效铝水脉动热管。利用化学镀的方法在铝材脉动热管内表面生成一层金属镀层，解决了铝材脉动热管以水为工质时稳定运行的问题，并使铝材脉动热管在高热流密度下可以发挥高效传热的效果，同时，铝材脉动热管重量轻的特点使其在航空、军工等领域具有很大的应用潜力。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
本发明所述的高效铝水脉动热管，其特征在于所述的高效铝水脉动热管包括三通充液口及毛细铝管阵列；三通充液口与毛细铝管阵列的内壁经化学镀处理，镀有金属镀层；经化学镀处理后的三通充液口的两个通口与毛细铝管阵列的两个端口焊接相连。
本发明所述的三通充液口与毛细铝管阵列的金属镀层为镀铬、镀铜、镀镍、镀镍磷合金、镀镍铜合金以及镀其他不与水反应的镀层；金属镀层隔绝水与铝表面的接触杜绝不凝气氢气的产生，使以水以及水基流体为工质的铝水脉动热管可以长时间稳定运行。
本发明所述的化学镀处理方法为：化学镀液通过蠕动泵泵入毛细铝管阵列内部，并保持循环流动，三通充液口可直接放入镀液中进行处理。化学镀液及毛细铝管阵列置于恒温水浴中保持反应温度。
本发明所述的高效铝水脉动热管内充入水以及水基流体作为工质；通过真空充液系统将工质水充入到化学镀处理的铝材脉动热管内部，完成铝水脉动热管的制作。水以及水基流体作为铝水脉动热管的工质，可以提高脉动热管在高热流密度时的传热性能。
本发明的优点是显而易见的，主要表现在：
1)本发明制备的铝水脉动热管具有重量轻，造价低的优点，有利于广泛应用。
2)本发明将铝材脉动热管进行内表面化学镀处理后可以将水以及水基流体作为工质充入到脉动热管内部，解决了水以及水基流体无法作为工质充入到普通铝材脉动热管中的问题。
3)以水以及水基流体为工质的铝水脉动热管在高热流密度下具有良好的传热能力，当量传热系数高。
本发明具有结构新颖、加工简便、成本低、质量轻、传热系数高等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
附图说明
本发明共有5幅附图,其中：
附图1为本发明结构示意图；
附图2为本发明化学镀处理设备；
附图3为未经处理的铝材脉动热管温度曲线对比图；
附图4为经镀铬处理的本发明温度曲线对比图；
附图5为100W功率下两种脉动热管热阻随时间变化曲线。
在图中：1、三通充液口 2、毛细铝管阵列 3、蠕动泵 4、化学镀液 5、恒温水浴。
具体实施方式
本发明的具体实施例如附图1所示，高效铝水脉动热管包括三通充液口1以及将加热段、绝热段、冷凝段集成在一起的毛细铝管阵列2；毛细铝管阵列2选用外径为4mm、内径为2mm的毛细铝管弯至如图1所示的形状，作为待镀毛细铝管阵列。三通充液口1由外径为6mm、内径为4mm的毛细铝管和外径为4mm、内径为2mm的毛细铝管焊接而成，其中内径为2mm的一端作为充液口，内径为4mm的两端连接毛细铝管阵列2。
高效铝水脉动热管内充入水以及水基流体作为工质；水以及水基流体作为铝水脉动热管的工质，可以提高脉动热管在高热流密度时的传热性能。
本实施例的三通充液口1与毛细铝管阵列2的内壁经化学镀处理，镀有金属镀层。
本实施例的三通充液口1与毛细铝管阵列2的金属镀层为镀铬层；金属镀层隔绝水与铝表面的接触杜绝不凝气氢气的产生，使以水以及水基流体为工质的铝水脉动热管可以长时间稳定运行。
本实例中使用的镀铬试剂为175g/L的CrO3、2g/L H3BO3和20g/L H2SiF6的水溶液。镀铬试剂以及毛细铝管阵列通过恒温水浴保持85-90℃，三通充液口放入盛放镀铬试剂的烧杯中。镀铬试剂通过蠕动泵泵入待镀脉动热管内部，并一直保持循环流动，如图2所示，本实例中镀铬时间为30min。
镀铬工艺完成后，将内表面镀铬的脉动热管和三通充液口通过焊接连接在一起并进行充液。水作为工质充入到上述脉动热管内部，充液率为50％。此时，一种应用于高热流密度传热的铬表面处理的铝水脉动热管制备完成。
本发明通过实验手段，对比了表面未进行处理的以去离子水为工质的普通铝材脉动热管与本发明制备的铬表面处理的铝水脉动热管的传热性能以及稳定性。
图3中(a)、(b)、(c)、(d)分别为以去离子水为工质的普通铝材脉动热管在第一天、第三天、第五天、第七天时脉动热管运行时温度曲线，温度采集点为脉动热管加热段、绝热段和冷凝段。由图可知，随着运行时间的增加，其脉动传热效果逐渐变弱，在第七天时失去脉动传热效果。
图4中(a)、(b)分别为本发明制备的铬表面处理的铝水脉动热管在第一天和第五周时脉动热管运行时温度曲线，温度采集点为脉动热管加热段、绝热段和冷凝段。由图可知，本发明制备的铝水脉动热管在运行到第五周时仍具备良好的脉动传热效果，与第一天运行时热管的脉动传热效果相比无太大差异。
图5中(a)、(b)分别为以去离子水为工质的普通铝材脉动热管和本发明制备的铝水脉动热管在100W功率运行时热阻变化曲线，由图5可知，未进行处理的以去离子水为工质的普通铝材脉动热管随着运行时间的增加，热管热阻持续增大，而本发明制备的铬表面处理的铝水脉动热管在七周之内其热阻变化不大，仍具备良好的脉动传热能力。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高效铝水脉动热管，包括三通充液口(1)及毛细铝管阵列(2)，三通充液口(1)的两个通口与毛细铝管阵列的两个端口焊接相连；三通充液口(1)由外径为6mm、内径为4mm的毛细铝管和外径为4mm、内径为2mm的毛细铝管焊接而成，其中内径为2mm的一端作为充液口，内径为4mm的两端连接毛细铝管阵列(2)；毛细铝管阵列(2)选用外径为4mm、内径为2mm的毛细铝管弯至而成，作为待镀毛细铝管阵列；三通充液口(1)与毛细铝管阵列(2)的内壁经化学镀处理，化学镀镀层为金属镀层；化学镀处理是通过蠕动泵将化学镀液泵入毛细铝管阵列内部，并保持循环流动，三通充液口可直接放入镀液中进行处理，化学镀液及毛细铝管阵列置于恒温水浴中保持反应温度；金属镀层隔绝水与铝表面的接触杜绝不凝气的产生，使以水以及水基流体为工质的铝水脉动热管可以长时间稳定运行；
其特征在于所述的金属镀层为镀铬层，镀铬试剂为175g/L的CrO3、2g/L H3BO3和20g/LH2SiF6的水溶液；镀铬试剂以及毛细铝管阵列通过恒温水浴保持85-90℃，三通充液口放入盛放镀铬试剂的烧杯中；镀铬试剂通过蠕动泵泵入待镀脉动热管内部，并一直保持循环流动，镀铬时间为30min。
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