CN111707117B - 平板型蒸发器优化散热装置 - Google Patents

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Abstract

一种平板型蒸发器优化散热装置，包括：基底、气液腔隔板和盖板一体封装壳体结构，加热基底设有低导热填充件，盖板上设有冷凝回流液体入口和蒸发气体出口，气液腔隔板上布置供液通道和排气管。本发明基于平板蒸发器结构要求和多孔吸液芯流动传热特性机理，通过设置分布式供液通道实现区域化补液，降低液体分布不均匀特性，提高吸液芯补液效应。此外，吸液芯和补偿腔之间隔断设计，能够有效减弱传统常规平板蒸发器中的漏热问题。蒸发器基底内表面设置针肋结构，表面做颗粒烧结处理，进而强化换热特性。在多种优化结构下，此种分布式平板蒸发器散热装置，优选有效提高蒸发器的换热性能，进而适用于大面积高功率热源要求。

Description

平板型蒸发器优化散热装置
技术领域
本发明涉及的是一种散热器领域的技术，具体是一种具有分布式供液结构的平板型蒸发器优化散热装置。
背景技术
现有平板蒸发器一般由蒸发器壳体、蒸气槽道、吸液芯和补液腔等部分组成，热源位于蒸发器底部，底部吸液芯吸热快速蒸发，蒸发后气体经蒸气槽道排出，补液腔内液体在毛细作用下被吸液芯吸收，重新补充到热源附近。这种常规结构平板蒸发器的问题在于其单向补液方式，吸液芯补液路径较长，吸液能力受限，液体分布不均等问题使得换热系数和临界热流密度较低，热源面均温性较差，无法较好地应用大面积高功率的热源工况。此外，由于常规结构吸液芯与补液腔直接连接，热量经基底、吸液芯漏入补偿腔，进而使得腔内液体温度升高，蒸发器换热性能降低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种平板型蒸发器优化散热装置，基于平板蒸发器结构要求和多孔吸液芯流动传热特性机理，通过设置分布式供液通道实现区域化补液，降低液体分布不均匀特性，提高吸液芯补液效应。此外，吸液芯和补偿腔之间隔断设计，能够有效减弱传统常规平板蒸发器中的漏热问题。蒸发器基底内表面设置针肋结构，表面做颗粒烧结处理，进而强化换热特性。在多种优化结构下，此种分布式平板蒸发器散热装置，优选有效提高蒸发器的换热性能，进而适用于大面积高功率热源要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种具有分布式供液结构的平板型蒸发器优化散热装置，包括：基底、气液腔隔板和盖板一体封装壳体结构，加热基底设有低导热填充件，盖板上设有冷凝回流液体入口和蒸发气体出口，气液腔隔板上布置供液通道和排气管。
所述的基底、气液腔隔板和盖板一体封装采用扩散焊、银焊等焊接工艺实现。
所述的冷凝回流液体入口和蒸发气体入口位于盖板同一侧。
所述的供液通道为管结构，其截面形状采用但不限于：矩形、圆形等形式，供液通道优选为低导热材料制成，采用分布区域阵列式排布方式，如顺排、错排、混排、星型排、蜂窝排等结构形式。
所述的基底内设有针肋、烧结表面、烧结孔柱和低导热填充件，烧结表面和烧结孔柱采用金属粉末颗粒烧结工艺，烧结表面完全覆盖基底和针肋结构，并与烧结孔柱连通。
所述的针肋结构，其截面采用但不限于：矩形、菱形、圆形等，采用线切割、选择性激光熔融(SLM)等工艺加工而成。
所述的供液通道与烧结孔柱连通，但不与基底接触。
所述的基底内局部区域布置的低导热填充件，即在原有高导热系数材质制成的基底结构内表面填充低导热材质，位于烧结孔柱正下方。
技术效果
本发明整体解决了现有技术的平板型蒸发器在应对大面积高热流热源工况的性能局限问题。本发明通过合理设置分布式供液通道实现区域化补液，改善大面积热源工况下的热流分布不均特性和换热特性；利用吸液芯和补偿腔隔断设计(分离气腔和液腔)，机理上改善了现有技术下传统平板型蒸发器中液腔-吸液芯-气腔直接连通下的漏热问题；基底内表面局部区域填充低导热材质，即对加热基底进行结构化表面改性，控制气液相变区域，优化换热特性。
附图说明
图1为本发明结构和运行原理示意图；
图2为本发明外形结构示意图；
图3为本发明盖板结构俯视图和仰视图；
图4为本发明液腔结构俯视图和仰视图；
图5为本发明基底结构俯视图和剖面图；
图中：盖板1、液腔2、气液腔隔板3、排气管4、供液导管5、气腔6、回液管7、针肋8、肋表面多孔烧结芯9、烧结孔柱10、低导热填充件11、基底12、待冷却热源组件13、蒸发器固定螺栓14、排气管孔口15、盖板加强柱16。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种具有分布式供液结构的平板型蒸发器散热装置，包括：基底12、气液腔隔板3和盖板1构成的壳体、设置于基底12和气液腔隔板3之间的蒸发气腔6、水平设置于气液腔隔板3和盖板1之间的液腔2以及竖直设置于气液腔隔板3内的若干供液导管5，其中：液腔2与供液导管5相连通且，壳体设置于待冷却热源组件13上，外设冷凝设备出口的液体工质经回液管7流入液腔2，液腔2内工质经供液导管5流向基底12内表面。由于烧结孔柱10、基底12和针肋8表面烧结吸液芯的存在，液体工质在毛细作用下被吸入到各个区域多孔结构内。随着待冷却热源组件13产生的热量经基底12、针肋8传递到多孔区域，吸液芯内液体工质吸热发生相变，进而变成气相工质，气体在气腔6内汇集经排气管4排出，重新流入外设冷凝设备进行冷凝。
所述的液腔2与气腔6通过排气管4连通，对应盖板1上设有回液管7。
所述的若干供液导管5能够有效缩短液体的供液路径，减小流动阻力，优化多孔烧结层的供液特性，强化换热性能，从而应对大面积换热特性受限的问题，若干供液导管5之间设有烧结孔柱10以实现液封，防止气体进入供液导管5内，降低传热性能。另一方面，分布式结构布局的供液导管5和烧结孔柱10的设计方式，能够避免现有技术下常规平板蒸发器基底、吸液芯和液腔直接连接下的漏热问题。在以上多方面的结构优化设计下，该种具有分布式供液结构的平板型蒸发器散热装置，能够强化相变换热特性，以期解决大面积高功率热源的散热需求。
所述的若干供液导管5之间设有针肋8，针肋8的表面设有多孔烧结芯9从而增大换热面积，有利于临界热流密度的提高，从而改善高功率散热问题。
所述的若干供液导管5的底部设有低导热填充件11，从而减弱供液导管区域的液体相变特性，以防止该区域相变产生的气体进入供液导管5内导致供液受阻，换热能力恶化。
所述的盖板1与气液腔隔板3、基底12与气液腔隔板3之间采用扩散焊、银焊等焊接方式进行封装。
所述的盖板1和气液腔隔板3采用不锈钢、铝合金等材料制成，盖板1的一侧设有加强柱16结构以保证该区域的强度要求，另一侧设有排气管孔口15。
所述的基底12采用铜等高导热材料制成。
如图2所示，所述的平板蒸发器的外形结构优选适配待冷却热源组件13，采用立方体、圆柱等形式，具体结构形式与待冷却热源组件13结构(圆形、方形热源面)、安装空间和强度要求等因素综合考量后配合设计，蒸发器与外部电路板连接方式采用固定螺栓14、卡扣等方式。
如图3所示，所述的盖板加强柱16结构布置方式根据液腔2内的压力特性进行优化设置，排气管孔口15与排气管4配合，其端面连接处采用焊接、金属胶粘等方式密封连接。
所述的排气管4优选采用不锈钢等低导热材料制成以减少管内高温蒸气向液腔内的漏热。
如图4所示，所述的供液导管5采用顺排、错排、混排等分布方式，截面形状采用方形、圆形等结构，优选采用不锈钢等低导热材料制成。
如图5所示，所述的基底12优选铜等高导热材料制成，厚度可根据气腔6工况压力大小优化。
所述的针肋8布置方式与供液导管5分布方式配合布置，采用顺排、错排、混排等分布方式，截面形状采用方形、菱形、圆形等，其肋厚度、高度、间距等参数可根据肋理论、蒸发器结构尺寸要求和工艺条件等因素优化设计。
所述的烧结孔柱10与供液导管5配合布置，供液导管5插入深度应避免与基底12内表面接触。
所述的低导热填充件11位于烧结孔柱10正下方，优选采用不锈钢、钛等低导热金属材料。
所述的基底12内表面、针肋8上表面和侧壁面均进行表面烧结处理，采用金属颗粒烧结工艺在相应位置形成多孔吸液芯9，其颗粒大小、厚度、孔隙率等因素可根据多孔介质流动传热传质理论、烧结工艺等优化设计，烧结孔柱10也采用类似工艺加工。
所述的待冷却热源组件13与基底12外表面之间优选采用高导热界面材料连接，也优选采用端面焊接方法连接。
本装置除采用螺栓紧固件1与外部电路板固定外，也采用胶粘、卡扣等方式固定。
本装置与待冷却热源组件13之间的接触面填充高导热界面材料或焊接等工艺连接，优选减小接触热阻，提高整体的换热特性。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (1)

1.一种具有分布式供液结构的平板型蒸发器优化散热装置，其特征在于，包括：基底、气液腔隔板和盖板一体封装壳体结构，基底设有低导热填充件，盖板上设有冷凝回流液体入口和蒸发气体出口，气液腔隔板上布置供液通道和排气管；
所述的基底、气液腔隔板和盖板一体封装采用焊接工艺实现；
所述的冷凝回流液体入口和蒸发气体入口位于盖板同一侧；
所述的供液通道为管结构，其截面形状为矩形或圆形，供液通道为低导热材料制成，采用分布区域阵列式排布方式；
所述的基底内设有针肋、烧结表面、烧结孔柱和低导热填充件，烧结表面和烧结孔柱采用金属粉末颗粒烧结工艺，烧结表面完全覆盖基底和针肋结构，并与烧结孔柱连通；
所述的针肋结构，其截面采用矩形、菱形或圆形，采用线切割或选择性激光熔融工艺加工而成；
所述的供液通道与烧结孔柱连通，但不与基底接触；
所述的基底内局部区域布置的低导热填充件，在原有高导热系数材质制成的基底结构内表面填充低导热材质，位于烧结孔柱正下方。
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