CN106839836B - 一种利用互补式通道改进扁平微槽道热管传热性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用互补式通道改进扁平微槽道热管传热性能的方法，通过插入填充物或刻蚀微槽道端部的方法形成互补式通道，配合双冷凝段结构，改进扁平微槽道热管传热性能，使热管在加速度与微槽道方向垂直时具有向两个方向传热的能力；在热管处在变加速度运动状态时，利用合外力增强扁平微槽道热管对单侧液体的抽吸力，增强单方向的传热性能以弥补另一方向的传热恶化，维持热管的正常运行，通过互补式通道布置使得蒸发段区域分散覆盖双向互补的微槽道，使热管在变加速度情况下蒸发段仍具有较好的均温性。

Description

一种利用互补式通道改进扁平微槽道热管传热性能的方法

技术领域

本发明涉及一种利用互补式通道改进扁平微槽道热管传热性能的方法，属于扁平热管传热技术领域。

背景技术

目前电子器件的高频、高速化伴随着越来越小的体积和厚度，使得单位容积的电子器件发热量急剧增大，而电子器件厚度越来越薄，展向面积越来越大，圆截面的热管由于截面原因对薄设备的适应性较差，具有相对较大的热阻，扁平化的热管结构受到了越来越多的关注。

微槽道热管及微热管阵列是常用的热管结构之一，采用微槽道结构，其更适应扁平化的结构，由于微槽道可直接开于平板结构上，而烧结吸液芯圆热管扁平化处理可能影响吸液芯的结构，造成传热性能下降，因此微槽道结构扁平热管在厚度较薄的电子器件应用中具有明显优势。相比于烧结吸液芯和丝网吸液芯热管，微槽道热管渗透率较高，液体流动阻力较小，但毛细力相对较小，因此当热管内液体流动受合外力阻止时，毛细力可能小于合外力，液体无法顺利从冷凝段流回蒸发段，使热管不能正常工作，导致微槽道热管在变加速度情况下的传热性能较差。

目前电子器件散热条件越来越苛刻，部分场合难以布置肋片和风扇结构，限制了平板均热板的使用；部分航空航天应用场合要求热管具有抗重力、适应变加速度的能力，限制了扁平微槽道热管的使用，部分航空航天应用场合热源布置不均，需要热管有较好的均温性能。因此改进扁平微槽道热管的传热性能，使之在变加速度情况下能正常运行、保持较好的均温性是扁平微槽道热管所需要解决的问题之一。

发明内容

本发明针对扁平微槽道热管在变加速度情况下传热恶化和均温性下降的问题，提出一种利用互补式通道改进扁平微槽道热管传热性能的方法。目的是使扁平微槽道热管可以向两个方向进行传热，提高扁平微槽道热管在变加速度情况下的传热性能，防止热管失效，并仍能保持堪比水平状态下的均温性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

在扁平微槽道热管的蒸发段采用互补式通道结构实现热管向两个相对方向的并行传热，其中互补式通道的位置为热源所在的蒸发段区域，热管采用双冷凝段结构，冷凝段分别居于蒸发段两侧，所在区域覆盖部分微槽道。互补式通道结构可采用中心对称式，为避免轴向长度增加造成的传热能力下降，也可根据热源的具体位置对互补式通道位置进行调整，但仍需保持互补式结构。

针对两种不同结构的扁平微槽道热管，可采用如下二种方式实现互补式通道结构。形成改进的扁平微槽道热管。

1.所述的改进扁平微槽道热管内设置有若干平行排列的并列微槽道结构，所述的并列微槽道结构之间通过间壁隔开；并列微槽道结构的一端填充有填充物，另一端无填充物，且相邻的并列微槽道结构的有填充物端和无填充物端交替排列；填充物插入深度小于并列微槽道结构长度的一半；改进扁平微槽道热管插有填充物的两端构成冷凝段；冷凝段之间的区域为蒸发段。

优选的所述的并列微槽道结构为2～4列微槽道组成的微槽道组合，所述的微槽道截面形状为矩形、梯形或三角形，微槽道宽度不超过0.6mm；填充物的材料为真空橡胶塞，真空橡胶塞表面涂有真空脂；间壁与整个扁平微槽道热管管体形成一体。

2.所述的改进扁平微槽道热管包括基底和盖板；基底用键合、粘合或焊接的方法与盖板紧密贴合；所述基底上刻蚀有若干平行排列的单微槽道结构；所述的单微槽道结构的一端为充液开口端，位于扁平微槽道热管端部；另一端为微槽道端部，位于扁平微槽道热管内部；相邻的单微槽道结构的充液开口端交替排列在改进扁平微槽道热管的左端或右端；单微槽道结构的长度大于改进扁平微槽道热管长度的一半；改进扁平微槽道热管两端含未刻蚀部分的区域构成冷凝段；冷凝段之间的区域为蒸发段。

优选的，所述的盖板与基底结构相同或所述的盖板为平整的面板；所述的单微槽道结构由单列微槽道构成，其微槽道截面形状为矩形、梯形或三角形，微槽道宽度不超过0.6mm，相邻的单微槽道结构互相不连通；其长度用来控制蒸发段冷凝段的相对位置，实现互补式通道。

改进的扁平微槽道热管工作过程是：热管蒸发段采用相邻微槽道互补式通道结构。热源在蒸发段施加热量后，微槽道内液体蒸发产生蒸汽，由于互补式结构限制了流动范围，蒸发段相邻通道内蒸汽仅可以向相对方向流动，分别流向两边冷凝段，在冷凝段处凝结液体可通过微槽道毛细力或合外力的作用返回蒸发段，完成整个流动循环。

如果合外力的方向与热管微槽道方向相垂直，则变加速度对流动影响很小，微槽道所提供的毛细力可提供液体流回蒸发段的动力，此时相邻的互补式通道均可正常流动，并且可以向两端冷源传热。

如果合外力方向与热管微槽道方向不垂直，微槽道内流动将受到变加速度的影响，微槽道所提供的毛细力可能小于合外力，流动将主要受合外力控制，其中一方向由于流动受到了合外力的辅助作用，相比微槽道提供的毛细力更大，单方向的传热性能将会提高，弥补了另一方向流动被合外力阻碍造成的传热性能的下降。同时，由于采用了相邻的互补式通道，蒸发段在较小的面积上仍会有朝向两个方向的微槽道覆盖，始终有一侧微槽道可以正常工作，相当于蒸发段分段均布了较高导热系数的材料。这样使得蒸发段不会出现大面积的局部高温区，避免了局部温度过高的情况，使得在非水平状态下，热管蒸发段仍能保持较好的均温性。

通过上述技术方案的实施，本发明相比于常规扁平微槽道热管及微热管阵列，因使用了互补式通道结构，使得单根的扁平微槽道热管及微热管阵列具有双向传热的能力和在变加速度情况下运行的能力，并且不会因为单方向传热恶化而大幅降低热管蒸发段的均温性。

附图说明

图1是具有互补式通道结构的扁平微槽道热管外表面示意图；

图2是采用插入填充物实现互补式通道结构的扁平微槽道热管剖面示意图；

图3是采用直接刻蚀方式实现互补式通道结构的扁平微槽道热管基底示意图；

图中：冷凝段1、覆盖互补式通道结构的蒸发段2、并列微槽道结构4、填充物5、间壁6、热管端部7、微槽道端部8、基底9、单微槽道结构10。

具体实施方式

如图1所示，互补式通道改进扁平微槽道热管外表面，包括冷凝段1、覆盖互补式通道结构的蒸发段2；冷凝段1分布在覆盖互补式通道结构的蒸发段2两侧。

如图2所示，采用插入填充物实现互补式通道结构的所述的改进扁平微槽道热管内设置有若干平行排列的并列微槽道结构4，所述的并列微槽道结构之间通过间壁6隔开；并列微槽道结构4的一端填充有填充物5，另一端无填充物，且相邻的并列微槽道结构4的有填充物端和无填充物端交替排列；填充物插入深度小于并列微槽道结构4长度的一半；改进扁平微槽道热管插有填充物的两端构成冷凝段；冷凝段之间的区域为蒸发段。所述的并列微槽道结构4为2～4列微槽道组成的微槽道组合，所述的微槽道截面形状为矩形、梯形或三角形，微槽道宽度不超过0.6mm；填充物5的材料为真空橡胶塞，真空橡胶塞表面涂有真空脂；间壁6与整个扁平微槽道热管管体形成一体。

如图3所示，所述的改进扁平微槽道热管包括基底和盖板；基底9用键合、粘合或焊接的方法与盖板紧密贴合；所述基底上刻蚀有若干平行排列的单微槽道结构10；所述的单微槽道结构10的一端为充液开口端，位于扁平微槽道热管端部；另一端为微槽道端部8，位于扁平微槽道热管内部；相邻的单微槽道结构10的充液开口端交替排列在改进扁平微槽道热管的左端或右端；单微槽道结构10的长度大于改进扁平微槽道热管长度的一半；改进扁平微槽道热管两端含未刻蚀部分的区域构成冷凝段；冷凝段之间的区域为蒸发段。所述的盖板与基底结构相同或所述的盖板为平整的面板；所述的单微槽道结构10由单列微槽道构成，其微槽道截面形状为矩形、梯形或三角形，微槽道宽度不超过0.6mm，相邻的单微槽道结构(10)互相不连通；其位置用来控制蒸发段冷凝段的相对位置，实现互补式通道。

利用互补式通道改进的扁平微槽道热管具体工作过程如下：

扁平微槽道热管内插入了填充物5或改变了微槽道端部8的位置，形成互补式通道结构，热源布置在覆盖互补式通道结构的蒸发段2上。热源在蒸发段施加热量后，并列微槽道结构4或单微槽道结构10内液体蒸发产生蒸汽，由于互补式结构的作用，蒸汽只能向冷凝段1运动或是保持原位，相邻互补式通道内蒸汽仅能反向流动，分别流向两边冷凝段，在冷凝段处凝结液体可通过微槽道毛细力或合外力的作用返回蒸发段，完成整个流动循环。

在水平状态下，如果加速度与微槽道方向垂直，那么合外力对微槽道内液体流动影响很小，在未达到毛细极限的情况下，微槽道所提供的毛细力可提供液体流回蒸发段的动力，此时相邻的互补式通道内微槽道均可正常流动，热管可向两个冷源传热。

在非水平状态下或水平状态下加速度与微槽道方向不垂直，微槽道内液体流动将受加速度影响，微槽道所提供的毛细力可能小于合外力，其中一方向由于流动受到了合外力的辅助作用，相比微槽道结构单独提供的毛细力更大，单方向的传热性能将会明显提高，弥补了另一方向流动被合外力阻碍造成的传热性能的下降。同时，覆盖互补式通道结构的蒸发段2由于其管内空间采用了相邻的互补式通道，蒸发段在较小的面积上仍会有朝向两个方向的并列微槽道结构4或单微槽道结构10覆盖，始终有一侧微槽道可以正常工作，相当于蒸发段分段均布了较高导热系数的材料。这样使得蒸发段不会出现大面积的局部高温区，避免了局部温度过高的情况，使得在非水平状态下，扁平微槽道热管蒸发段仍能保持较好的均温性。

与传统技术相比，本发明主要优点和特色在于改进了扁平微槽道热管内的结构，因使用了互补式通道结构，使得单根的扁平微槽道热管及微热管阵列具有在变加速度情况下正常运行的能力，并且不会因为单方向传热恶化而大幅降低热管蒸发段的均温性。

Claims (5)

1.一种互补式通道改进扁平微槽道热管，其特征在于所述的改进扁平微槽道热管内设置有若干平行排列的并列微槽道结构（4），所述的并列微槽道结构之间通过间壁（6）隔开；并列微槽道结构（4）的一端填充有填充物（5），另一端无填充物，且相邻的并列微槽道结构（4）的有填充物端和无填充物端交替排列；填充物插入深度小于并列微槽道结构（4）长度的一半；改进扁平微槽道热管插有填充物的两端构成冷凝段；冷凝段之间的区域为蒸发段。

2.如权利要求1所述的互补式通道改进扁平微槽道热管，其特征在于所述的并列微槽道结构（4）为2~4列微槽道组成的微槽道组合，所述的微槽道截面形状为矩形、梯形或三角形，微槽道宽度不超过0.6mm；填充物（5）的材料为真空橡胶塞，真空橡胶塞表面涂有真空脂；间壁（6）与整个扁平微槽道热管管体形成一体。

3.一种互补式通道改进扁平微槽道热管，其特征在于包括基底和盖板；基底（9）用键合、粘合或焊接的方法与盖板紧密贴合；所述基底上刻蚀有若干平行排列的单微槽道结构（10）；所述的单微槽道结构（10）的一端为充液开口端，位于扁平微槽道热管端部；另一端为微槽道端部（8），位于扁平微槽道热管内部；相邻的单微槽道结构（10）的充液开口端交替排列在改进扁平微槽道热管的左端或右端；单微槽道结构（10）的长度大于改进扁平微槽道热管长度的一半；改进扁平微槽道热管两端含未刻蚀部分的区域构成冷凝段；冷凝段之间的区域为蒸发段。

4.如权利要求3所述的互补式通道改进扁平微槽道热管，其特征在于所述的盖板与基底结构相同或所述的盖板为平整的面板；所述的单微槽道结构（10）由单列微槽道构成，其微槽道截面形状为矩形、梯形或三角形，微槽道宽度不超过0.6mm，相邻的单微槽道结构（10）互相不连通；其长度用来控制蒸发段冷凝段的相对位置，实现互补式通道。

5.一种利用如权利要求1或3所述的互补式通道改进扁平微槽道热管传热性能的方法，其特征在于：

热源布置在改进扁平微槽道热管的蒸发段（2）表面上并施加热量，并列微槽道结构（4）或单微槽道结构（10）内的液体蒸发产生蒸汽，相邻互补式通道内蒸汽流动方向相反，分别流向左端或右端的冷凝段（1），在冷凝段处凝结液体可通过微槽道毛细力或合外力的作用返回蒸发段（2），完成整个流动循环；

改进扁平微槽道热管处在运动状态时，如果加速度方向与微槽道方向垂直，合外力对微槽道内液体流动影响小，此时热管可正常工作，向两个冷源传热；

如果加速度方向与微槽道方向不垂直，微槽道内液体流动将受加速度影响，其中一方向的流动受到了合外力的辅助作用，提高了单方向的传热性能，另一方向流动受合外力的阻碍，传热性能下降，单方向的传热强化弥补了另一方向的恶化；同时，蒸发段（2）在较小的面积上仍会有朝向两个方向的并列微槽道结构（4）或单微槽道结构（10）被覆盖，始终有一侧微槽道可以正常工作，避免了局部温度过高的情况，使得扁平微槽道热管蒸发段保持较好的均温性。