CN106767067B - 双超声波热管散热装置 - Google Patents

双超声波热管散热装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双超声波热管散热装置，属于制冷换热技术领域。所述双超声波热管散热装置包括热管，热管包括热端和冷凝端，热管内部在热端和冷凝端分别都设置有压电式超声换能器，压电式超声换能器在热端和冷凝端产生不同频率的超声波，热端的超声波的频率范围为20kHz～40kHz，冷凝端的超声波的频率范围为400kHz～700kHz；压电式超声换能器包括压电陶瓷和与压电陶瓷连接的振子。本发明能够促进热管中液体和气体的流动，提高了散热效率。

Description

双超声波热管散热装置
技术领域
本发明涉及制冷换热技术领域，特别是指一种双超声波热管散热装置。
背景技术
目前设备装置都向小型化集成化方向发展，对于设备的散热，特别是一些微处理器，要求散热装置也必须小型化，而且更有效率。热管具有良好的传热效率，内热电阻极小，因此具有很好的散热效果，热管的占用的面积和体积小，寿命长，已经大量运用于计算机CPU的冷却中。
热管的原理是：热管的一端接触发热体，另一端接触翅片进行冷凝；当两端产生温度差时，热端液体会蒸发为气体，向冷凝端移动；在冷凝端气体进行冷却成为液体再流回热端。温差越大，移动速度越快。但是温度还不算高时，移动速度是有限的，所以散热效率也会减缓。而且大多数的热管是工作于0℃～250℃之间，但是一般部件的工作温度低于100℃，热管这种被动式的散热方式很难将本身的传热效率发挥极致。
热管作为一种通过蒸汽散发热量的传热装置，它有携带极限和干涸极限，从而限制了热管的传热效率。而且由于热管本身的结构特性，使得蒸发气体与回流液体之间有相互阻碍的剪切力存在，限制了热管的传热效率。因此，有必要提供一种较高传热效率的散热装置。
发明内容
本发明提供一种双超声波热管散热装置，其能够促进热管中液体和气体的流动，提高了散热效率。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种双超声波热管散热装置，包括热管，所述热管包括热端和冷凝端，其特征在于，所述热管内部在所述热端和冷凝端分别都设置有压电式超声换能器，所述压电式超声换能器在所述热端和冷凝端产生不同频率的超声波，所述热端的超声波的频率范围为20kHz～40kHz，所述冷凝端的超声波的频率范围为400kHz～700kHz；所述压电式超声换能器包括压电陶瓷和与所述压电陶瓷连接的振子。
进一步的，所述热管的内壁和压电陶瓷之间设置有逆阻抗匹配层。
进一步的，所述压电陶瓷和振子之间设置有绝缘层。
进一步的，所述逆阻抗匹配层的材质为氯丁橡胶。
进一步的，所述压电陶瓷、绝缘层和振子均为空心半球形。
进一步的，所述热端的超声波的频率范围为25kHz～35kHz,所述冷凝端的超声波的频率范围为500kHz～600kHz。
进一步的，所述热管的两端具有端盖，所述压电陶瓷的后部通过预紧螺栓固定在所述端盖上。
进一步的，所述预紧螺栓的一端固定在所述端盖上，另一端穿过所述压电陶瓷和绝缘层后连接在所述振子的后部。
进一步的，所述压电陶瓷与所述逆压电匹配层通过导热硅胶连接在一块，所述逆压电匹配层与所述热管内壁紧配合。
进一步的，所述热管的两端下部设置有传热铜架，所述传热铜架上的热管的数量为1～3根。
本发明具有以下有益效果：
本发明的双超声波热管散热装置，包括热管，热管包括热端和冷凝端，热管内部在热端和冷凝端分别都设置有压电式超声换能器，压电式超声换能器在热端和冷凝端产生不同频率的超声波，热端的超声波的频率范围为20kHz～40kHz，冷凝端的超声波的频率范围为400kHz～700kHz；压电式超声换能器包括压电陶瓷和与压电陶瓷连接的振子。热端需要空化作用加强，在热管的热端使用较低频率的超声波使液体气化率提高，带走更多的热量；冷凝端不需要空化作用，但需要气泡破裂、气体分子撞击内壁迅速散热形成液体，此时冷凝端液体需要毛细力回流，较大频率的超声波有促进作用，因此，在热管的冷凝端使用较高频率的超声波加速冷凝，并且加速冷凝端的液体回流，提高了热管的散热效率，让设备充分散热，而且超声波对于气液的扰动也增大了热管的携带极限和干涸极限，减小了它们之间的剪切力，加速了热交换率。
附图说明
图1为本发明的双超声波热管散热装置的二维图；
图2为本发明的双超声波热管散热装置的三维图；
图3为本发明的双超声波热管散热装置中压电式超声换能器与逆阻抗匹配层配合的结构示意图；
图4为本发明的双超声波热管散热装置中压电式超声换能器与逆阻抗匹配层配合的三维图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种双超声波热管散热装置，如图1-4所示，包括热管1，热管1含有吸液芯，热管1包括热端和冷凝端，热管1内部在热端和冷凝端分别都设置有压电式超声换能器2，压电式超声换能器2在热端和冷凝端产生不同频率的超声波，热端的超声波的频率范围为20kHz～40kHz，冷凝端的超声波的频率范围为400kHz～700kHz；压电式超声换能器2包括压电陶瓷3和与压电陶瓷3连接的振子4。
本发明的双超声波热管散热装置，热端需要空化作用加强，在热管的热端使用较低频率的超声波使液体气化率提高，带走更多的热量；冷凝端不需要空化作用，但需要气泡破裂、气体分子撞击内壁迅速散热形成液体，此时冷凝端液体需要毛细力回流，较大频率的超声波有促进作用，因此，在热管的冷凝端使用较高频率的超声波加速冷凝，并且加速冷凝端的液体回流，提高了热管的散热效率，让设备充分散热，而且超声波对于气液的扰动也增大了热管的携带极限和干涸极限，减小了它们之间的剪切力，加速了热交换率。
优选的，热管1的内壁和压电陶瓷3之间设置有逆阻抗匹配层5。热端的逆阻抗匹配层5的厚度为4.25mm～2.125mm，冷凝端的逆阻抗匹配层5的厚度为0.21mm～0.12mm。这样可以减少压电陶瓷的高频振动对热管壁产生的影响。为了将更多的超声波传递到热管内，逆阻抗匹配层5的材质优选为氯丁橡胶。另外，压电陶瓷3和振子4之间设置有绝缘层6。这样可以防止出现漏电进入到液体中，并且减缓了压电陶瓷与振子之间的刚性冲击。
进一步的，压电陶瓷3、绝缘层6和振子4均为空心半球形。这样可以使超声波的传播方向更加集中于管内，减少对热管外和内壁的作用。
优选的，热端的超声波的频率范围为25kHz～35kHz,冷凝端的超声波的频率范围为500kHz～600kHz。在此频率范围内，在热端的液体更容易气化，在冷凝端更有利于气体冷凝回流。
进一步的，热管1的两端具有端盖7，压电陶瓷3的后部通过预紧螺栓8固定在端盖7上。另外，预紧螺栓8的一端固定在端盖7上，另一端穿过压电陶瓷3和绝缘层6后连接在振子4的后部。这样可以提高压电式超声换能器的抗拉强度，从而为压电陶瓷增加一个预紧力，进而保证压电式超声换能器振动时，压电陶瓷一直处于压缩状态，这样由振动产生的拉伸应力即可始终小于材料的抗拉强度，不至于使压电陶瓷在大功率下损坏。
作为本发明的一种改进，压电陶瓷3与逆压电匹配层5通过导热硅胶连接在一块，逆压电匹配层5与热管1的内壁紧配合。这种方式使超声波对于热管内的气液体的扰动作用更好，减少了不必要的能量散失。
本发明中，热管1的两端下部设置有传热铜架9，传热铜架9上的热管的数量为1～3根。这样更有利于散热，提高散热效率。
对于同样的实验条件，压电式超声换能器套在热管的外面时，对于散热最高强化作用可达25％，压电式超声换能器只在热管内部的一端时，散热最高强化作用可达40％，而本发明中最高强化作用可达50％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双超声波热管散热装置，包括含有吸液芯的热管，所述热管包括热端和冷凝端，其特征在于，所述热管内部在所述热端和冷凝端分别都设置有压电式超声换能器，所述压电式超声换能器在所述热端和冷凝端产生不同频率的超声波，所述热端的超声波的频率范围为20kHz～40kHz，所述冷凝端的超声波的频率范围为400kHz～700kHz；所述压电式超声换能器包括压电陶瓷和与所述压电陶瓷连接的振子，所述热管的两端具有端盖，所述压电陶瓷的后部通过预紧螺栓固定在所述端盖上，所述预紧螺栓的一端固定在所述端盖上，另一端穿过所述压电陶瓷和绝缘层后连接在所述振子的后部。
2.根据权利要求1所述的双超声波热管散热装置，其特征在于，所述热管的内壁和压电陶瓷之间设置有逆阻抗匹配层。
3.根据权利要求2所述的双超声波热管散热装置，其特征在于，所述压电陶瓷和振子之间设置有绝缘层。
4.根据权利要求3所述的双超声波热管散热装置，其特征在于，所述逆阻抗匹配层的材质为氯丁橡胶。
5.根据权利要求3所述的双超声波热管散热装置，其特征在于，所述压电陶瓷、绝缘层和振子均为空心半球形。
6.根据权利要求5所述的双超声波热管散热装置，其特征在于，所述热端的超声波的频率范围为25kHz～35kHz,所述冷凝端的超声波的频率范围为500kHz～600kHz。
7.根据权利要求6所述的双超声波热管散热装置，其特征在于，所述压电陶瓷与逆压电匹配层通过导热硅胶连接在一块，所述逆压电匹配层与所述热管内壁紧配合。
8.根据权利要求7所述的双超声波热管散热装置，其特征在于，所述热管的两端下部设置有传热铜架，所述传热铜架上的热管的数量为1～3根。
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