CN106323060A - 一种均热板 - Google Patents

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杨佳
解寺明
余涛
娄开胜
徐德好
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes

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Abstract

本发明公开了一种均热板，包括盖板和底板，盖板和底板相对一侧的对应位置分别加工槽道，盖板和底板的槽道结构相同，所述槽道为一条或多条并行的蛇形槽道，盖板与底板的连接面焊接，盖板和底板相对的槽道形成封闭腔体；对腔体内部抽真空并填充工质，工质在腔体内进行蒸发冷凝实现热量传递。本发明传热效率高，不受器件放置方向影响，抗压能力强，制造工艺简单，适合批量生产。

Description

一种均热板
技术领域
本发明属于强化传热和电子元器件冷却领域，具体涉及一种新型高效传热的均热板。
背景技术
随科技的不断发展，电子设备的发展更趋向于高性能、小型化、集成化，器件的功率及热流密度不断提高，对器件散热效果的要求也不断提高。器件的散热性能严重影响设备的可靠性及稳定性，是设备进一步发展的关键因素。
脉动热管是一种新型、高效、可用于高热流密度条件下的传热元件，其工作原理与普通热管不同，具体地，工质在热端吸热蒸发，在槽道内部随机形成气液塞，由于压差影响，工质在热端与冷端震荡流动，实现热量传递。脉动热管又分为管式脉动热管及板式脉动热管，管式脉动热管是将细长的具有毛细功能的金属细管，根据需要弯曲成蛇形形成脉动热管，主要用于流体介质热源的传热，由于不具备平板结构，不适于固体热源的冷却；板式脉动热管又称均热板，均热板两面均为平板结构，内部具有脉动槽道，既可用于流体介质热源的冷却，也可用于固体热源的冷却，应用范围更广。
目前多数均热板内部槽道截面多为三角形、矩形以及正方形，即由两块板组成，一块为光板，另一块板上加工出所需截面，但该种脉动热管均具有尖角结构，液体附着在尖角区域，依靠此处液体的表面张力提供回液，发热器件放置方向对其性能有一定影响；同时由于尖角的存在，气液塞的形成也比较困难，器件温度变化幅度较大，传热性能受到影响。
中国专利文献CN 102128552A公开了一种单面波浪板式脉动热管，包括一金属底板，波浪板两波谷之间通过点焊方式与底板共同构成脉动槽道，相邻槽道之间形成微缝连通。该种结构虽然增大了热管与空气接触面积，但适用范围有限；同时，采用微缝连通，流动阻力增大，不利于气液塞运动；加工工艺复杂，不适合批量生产。
中国专利文献CN 102691999A公开了一种用于大功率LED散热的板式脉动热管，脉动热管包括基板及在基板上铣出的毛细管束，毛细管束下部具有一空腔作为液池。采用该种结构，可保证在热源下方始终有液区存在不会发生烧干的现象，但液池中受热产生的蒸汽会对热管中本来存在的气液塞造成冲击，导致气泡破裂，进而影响热管的传热。
中国专利文献CN 101545735A公开了一种金属丝结构的微槽道平板热管，将金属丝夹设在有上盖与底板间的中空壳体内，金属丝与上盖、底板共同构成液膜区及蒸汽通道，可通过调节金属丝之间的间距优化平板热管的性能。该种结构的传热性能与金属丝的孔隙度及尺寸均有一定关系，平板热管性能的稳定性难以保证。
中国专利文献CN 101493296A公开了一种具有层列微槽微热管群的新型平板热管，平板热管内包含一个以上并列排布的阵列式通孔，通孔内壁上设置有若干微翅片，相邻微翅片之间形成毛细微槽。该种结构加工复杂，无法实现大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传热效率高，不受器件放置方向影响，抗压能力强，制造工艺简单，适合批量生产的均热板。
实现本发明目的的技术方案为：一种均热板，包括盖板和底板，盖板和底板相对一侧的对应位置分别加工槽道，盖板和底板的槽道结构相同，所述槽道为一条或多条并行的蛇形槽道，盖板与底板的连接面焊接，盖板和底板相对的槽道内部形成封闭腔体；对腔体内部抽真空并填充工质，工质在腔体内进行蒸发冷凝实现热量传递。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果为：
(1)本发明盖板和底板蛇形槽道的截面构成圆形或近圆形，易形成气液塞；(2)将内部腔体抽真空后充注工质，工质在槽道内形成气塞和液柱间隔布置并呈随机分布的状态，在蒸发端，工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝端；在冷凝端，气泡冷却收缩并破裂，压力下降；由于蒸发端和冷凝端存在压差以及相邻槽道之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，从而实现热量的传递，当量传热系数大；整个过程中，工质完全依靠热驱动进行自我震荡；同时其运行性能基本不受重力影响，应用更为广泛；(3)本发明蛇形槽道之间的凸出部分提供强度足够的支撑，抗压能力强。
附图说明
图1是本发明均热板整体结构示意图。
图2是本发明一种首尾相连槽道结构示意图。
图3是本发明另一种首尾相连槽道结构示意图。
图4是本发明一种首尾不相连槽道结构示意图。
图5是本发明另一种首尾不相连槽道结构示意图。
图6是本发明两条嵌套蛇形结构的槽道示意图。
图7是本发明半圆形槽道截面放大示意图。
图8是本发明半圆形带直边槽道截面放大示意图。
图9是本发明半椭圆形槽道截面放大示意图。
图10是本发明半椭圆形带直边槽道截面放大示意图。
图11是本发明盖板和底板相对应槽道组成的封闭腔体截面示意图。
图12是本发明均热板与同等参数铝板在相同测试条件下进行实验对比图。
图13是本发明均热板与同等尺寸矩形槽道均热板在相同测试条件下进行试验对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1-图6，本发明的一种均热板，包括盖板1和底板2，盖板1和底板2相对一侧的对应位置分别加工槽道3，盖板1和底板2的槽道结构相同，所述槽道3为一条或多条并行的蛇形槽道，盖板1与底板2的连接面焊接，盖板1和底板2相对的槽道内部形成封闭腔体；对腔体内部抽真空并填充工质，工质在腔体内进行蒸发冷凝实现热量传递。
进一步的，如图7-9所示，槽道的截面为半圆形、半圆形带直边、半椭圆形或半椭圆形带直边；
进一步的，半圆形半径为0.5-10mm。半椭圆形的长半轴和短半轴长度为0.5-10mm。
进一步的，如图2和图3所示，蛇形槽道首尾相接。
进一步的，如图4和图5所示，蛇形槽道首尾不相接。
进一步的，槽道通过铣出、压铸或线切割工艺得到。
进一步的，盖板1与底板2的连接面通过扩散焊方式焊接。
进一步的，工质为丙酮、乙醇、甲醇、去离子水的任意一种。
进一步的，均热板材料为铜、铜合金、铝、铝合金的任意一种。
本发明均热板加工方法如下：
首先在盖板和底板任意一侧用球形铣刀各铣出截面为半圆形、半圆形带直边、半椭圆形或半椭圆形带直边的槽道，该槽道可以为首尾相连也可以是首尾不相连的结构，并保证具有槽道一侧面的表面粗糙度小于等于1.6；
采用扩散焊的焊接方式将盖板和底板进行焊接；
通过预留的孔位对焊接后内部腔体抽真空，并充注工质，而后对其密封成为密闭腔体；对均热板外形进行机加工得到所需结构。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
结合图1、图2、图3和图7，一种均热板，包括盖板1和底板2，盖板1和底板2相对一侧的对应位置分别加工槽道3，盖板1和底板2的槽道结构相同，所述槽道3为一条首尾相接的蛇形槽道，槽道截面为半圆形，盖板1与底板2的连接面焊接，盖板1和底板2相对的槽道内部形成如图11所示封闭腔体；对腔体内部抽真空并填充工质，工质在腔体内进行蒸发冷凝实现热量传递。
将均热板与同等参数铝板在相同测试条件下进行实验对比，得出如表1和图12所示结果：
表1
热源功率 10W 20W 30W 40W
均热板(℃) 39.2 45.9 52.4 60.1
铝板(℃) 38.5 52.6 65.1 78.2
从实验结果可以看出，采用该种结构，可显著提高传热性能，有效降低热源温度。
将均热板与同等参数矩形槽道脉动热管在相同测试条件下进行实验对比，得出如图13所示结果。
从实验结果可以看出，采用该种结构，热源最高温度有所降低，同时热源温度波动小，温度较稳定，不会因温度变化剧烈对热源本身造成损害。
实施例2
结合图1、图2、图3和图8，一种均热板，包括盖板1和底板2，盖板1和底板2相对一侧的对应位置分别加工槽道3，盖板1和底板2的槽道结构相同，所述槽道3为一条首尾相接的蛇形槽道，槽道截面为半圆形帯直边，半圆形帯直边为U行结构，由半圆形和半圆形两端沿垂直方向延伸相同长度的直边31构成，两条直边相互平行，直边的作用是连接面焊接时防止半圆形因挤压变形，保证封闭腔体的截面呈圆形；盖板1与底板2的连接面焊接，盖板1和底板2相对的槽道内部形成封闭腔体；对腔体内部抽真空并填充工质，工质在腔体内进行蒸发冷凝实现热量传递。
实施例3
结合图1、图2、图3和图9，一种均热板，包括盖板1和底板2，盖板1和底板2相对一侧的对应位置分别加工槽道3，盖板1和底板2的槽道结构相同，所述槽道3为一条首尾相接的蛇形槽道，槽道截面为半椭圆形，盖板1与底板2的连接面焊接，盖板1和底板2相对的槽道内部形成封闭腔体；对腔体内部抽真空并填充工质，工质在腔体内进行蒸发冷凝实现热量传递。
实施例4
结合图1、图2、图3和图10，一种均热板，包括盖板1和底板2，盖板1和底板2相对一侧的对应位置分别加工槽道3，盖板1和底板2的槽道结构相同，所述槽道3为一条首尾相接的蛇形槽道，槽道截面为半椭圆形带直边，半椭圆形带直边结构由半椭圆形和半椭圆形两端沿垂直方向延伸相同长度直边31构成；盖板1与底板2的连接面焊接，盖板1和底板2相对的槽道内部形成封闭腔体；对腔体内部抽真空并填充工质，工质在腔体内进行蒸发冷凝实现热量传递。
实施例5
如图1、图4和图5所示，一种均热板，包括盖板1和底板2，盖板1和底板2相对一侧的对应位置分别加工槽道3，盖板1和底板2的槽道结构相同，所述槽道3为一条首尾不相接的蛇形槽道，盖板1与底板2的连接面焊接，盖板1和底板2相对的槽道内部形成如图11所示封闭腔体；对腔体内部抽真空并填充工质，工质在腔体内进行蒸发冷凝实现热量传递。
如图7-图10所示，槽道截面为半圆形、半圆形带直边、半椭圆形或半椭圆形带直边。
综上所述，本发明由于采用新型的槽道结构，具有结构简单，抗压能力强，传热效率高，制作工艺简单等优点，应用前景广阔，尤其在电力电子等热流密度高的领域，可以有效快速地降低电子器件的温度，延长电子器件的使用寿命。

Claims (9)

1.一种均热板，其特征在于，包括盖板(1)和底板(2)，盖板(1)和底板(2)相对一侧的对应位置分别加工槽道(3)，盖板(1)和底板(2)的槽道结构相同，所述槽道(3)为一条或多条并行的蛇形槽道，盖板(1)与底板(2)的连接面焊接，盖板(1)和底板(2)相对的槽道形成封闭腔体；对腔体内部抽真空并填充工质，工质在腔体内进行蒸发冷凝实现热量传递。
2.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于，槽道(3)的截面为半圆形或半椭圆形。
3.根据权利要求2所述的均热板，其特征在于，半圆形半径为0.5-10mm。
4.根据权利要求2所述的均热板，其特征在于，半椭圆形的长半轴和短半轴长度为0.5-10mm。
5.根据权利要求1或2所述的均热板，其特征在于，蛇形槽道首尾相接。
6.根据权利要求1或2所述的均热板，其特征在于，蛇形槽道首尾不相接。
7.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于，盖板(1)与底板(2)的连接面通过扩散焊方式焊接。
8.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于，工质为丙酮、乙醇、甲醇、去离子水中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于，均热板材料为铜、铜合金、铝和铝合金中的任意一种。
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