CN113587695A - 一种径向传热的微型槽道热管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种径向传热的微型槽道热管，包括外管、内管、冷却水入口管道、冷却水出口管道、端盖、蒸汽腔、毛细作用力槽道；所述外管为矩形截面微通道；外管套设在内管外部，多根外管相邻并列排布，组成整体结构为平板形状的热管；所述外管与内管之间的空间为蒸汽腔，所述蒸汽腔中充有制冷剂，制冷剂可以发生气液相变；所述外管的内壁面设置有毛细作用力槽道，利用毛细作用力使液态制冷剂还能分布在外管各个壁面。通过改变现有微型热管的结构和传热方式，以径向传热的方式替代轴向传热，提高其传热极限，改善其在轴向上的均温性和空间占据，并且能够适应旋转运动和双面加热的工况。

Description

一种径向传热的微型槽道热管
技术领域
本发明涉及电子器件散热、航天热控、微型热管领域，尤其涉及一种径向传热的微型槽道热管。
背景技术
电子器件性能的提升往往会带来更多的发热量，同时人们对于移动电子器件便携性的要求又使得电子器件朝着小型化、轻薄化的方向发展，这些因素都限制了电子器件散热元件的体积和结构。在航天领域，会对使用的电子器件有更高的空间限制，温度控制以及均温性的要求。因此，散热问题已成为电子器件发展的重要限制。
热管作为一种高效的传热元件，其通过管内工质的相变快速传导热量。热管吸收热量的部分称为蒸发端，放出热量的部分称为冷凝端。热管运行时，蒸发端内液体工质在吸收热量后汽化为蒸汽，在两端压差的作用下流向冷凝端，放出热量后凝结为液体，并在重力或毛细作用下回到蒸发端，完成循环。目前，微型热管已成为电子器件散热和航天热控领域的重要技术。
根据热管的传热方向可以分为轴向热管和径向热管，轴向热管的蒸发端和冷凝端分布在沿热管轴线方向的两端，管内工质沿热管轴线流动。径向热管以外管作为蒸发端，内管作为冷凝端，管内工质在外管和内管之间沿热管径向流动传递热量。
目前电子器件主要使用扁平轴向热管作为散热元件，还存在着传热极限不够高、在轴向上均温性不好以及在轴向上会占据大量空间。
径向热管主要用于工业余热回收领域，这种热管制造工艺相对简单，外管具有一定的抗腐蚀形，在轴向上均温性较好。因此，径向热管可以弥补当前电子器件散热元件的一些不足。
发明内容
本发明针对上述技术难点，提出了一种径向传热的微型槽道热管。通过改变现有微型热管的结构和传热方式，以径向传热的方式替代轴向传热，提高其传热极限，改善其在轴向上的均温性和空间占据，并且能够适应旋转运动和双面加热的工况。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种径向传热的微型槽道热管，其包括外管、内管、冷却水入口管道、冷却水出口管道、端盖、蒸汽腔、毛细作用力槽道；
所述外管为矩形截面微通道；外管套设在内管外部，内管两端伸出外管并分别与冷却水入口管道和冷却水出口管道相连通；将多根所述外管相邻并列排布，组成整体结构为平板形状的热管；所述端盖位于外管的两端，其覆盖外管的外壁面与内管的外壁面之间的部分；
所述外管与内管之间的空间为蒸汽腔，所述蒸汽腔中充有制冷剂，制冷剂可以发生气液相变；所述外管的内壁面设置有毛细作用力槽道。
优选的，所述外管与内管的中心轴线重合，即述外管与内管的中心轴线偏心距离L设置为0。
优选的，所述外管与内管的中心轴线偏心距离L不为0，典型而非限定的，例如可以为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm等。其中内管朝远离外管换热面的方向偏心，使所述外管与内管之间的空间可以充入更多制冷剂而不会使内管下壁面与液态制冷剂接触。这种偏心的设计特别适用于热管不会发生旋转的场合，可以增大热管的换热能力。
优选的，所述毛细作用力槽道为环形槽道，其沿外管轴向方向均匀设置；环形槽道槽宽为0.3–0.6mm；槽深为0.3–0.7mm。更优选的，相邻环形槽道的槽壁之间的距离为0.3–1.0mm。
优选的，所述的毛细作用力槽道为沿外管轴向方向设置的螺旋形槽道，更便于加工制造。所述螺旋形槽道的槽宽为0.3–0.6mm；槽深为0.3–0.7mm，螺距为0.6–1.2mm。
优选的，所述内管可选用圆形截面微通道，也可以选用椭圆形截面微通道或矩形截面微通道，增强与工质的换热效果。
进一步优选的，所述外管内充入的制冷剂可以是任何一种已知的制冷剂，优选的，所选用的制冷剂可具有单位体积相变焓值高，导热系数高，循环热稳定性好，化学性质稳定，与所述外管与内管兼容性好的特点。
本发明与现有技术对比，具有如下有益效果：
(1)利用径向热管径向传热的特性，相比电子器件散热元件选用的轴向热管，节约了热管轴向上的空间占用，减小了制冷剂的传输距离，提高了热管传热极限。
(2)利用径向热管轴向均温性较好的特性，使得热管换热面(待换热芯片接触面)温度分布均匀，避免芯片局部出现高温，保护电子器件。
(3)通过将多根所述外管相邻并列排布，组成整体结构为平板形状的热管，使热管能适用于需要旋转运动的场合。
(4)利用外管内环形槽道提供的毛细作用力，使整个外管内壁面上都能附着液态制冷剂，使热管能适用于上下两个面均需要进行散热的场合。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图；
图2为图1中沿A-A线剖视图；
图3为图2中沿B-B线剖视图。
图中：1:外管；2：内管；3：冷却水入口管道；4：冷却水出口管道；5：端盖；6：蒸汽腔；7：环形槽道。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、技术方案和优点更加明确清晰，下面结合附图对本发明实施方式做进一步详细说明。
如图1所示，为本发明实施例中的一种径向传热的微型槽道热管，该装置包括外管1、内管2、冷却水入口管道3、冷却水出口管道4、端盖5、蒸汽腔6、毛细作用力槽道7。所述外管1为矩形截面微通道；所述外管1套设在内管2外部，内管2两端伸出外管并分别与冷却水入口管道3和冷却水出口管道4相连通；将8根所述外管1与内管2并列排布，组成整体结构为平板形状的热管；所述端盖5位于外管1的两端，覆盖外管1的外壁与内管2的外壁之间的部分。
所述外管1与内管2之间的空间为蒸汽腔6，所述蒸汽腔中充有制冷剂，制冷剂在吸收热量后可以发生气液相变。
所述热管根据应用场景的不同，所述外管与内管的中心轴线偏心距离L设置不同。如图2所示，在本发明实施例中，所述外管1与内管2的中心轴线偏心距离L设置为0.6mm，其中外管1下底面为换热面(与待换热芯片接触)，内管中心轴线位于外管中心轴线的正上方0.6mm处，毛细管偏心距离L不为0的设计，使得外管与内管之间的距离增大，从而所述外管1与内管2之间的空间可以充入更多制冷剂且不使内管2下壁面与液态制冷剂接触。这种偏心的设计特别适用于热管不会发生旋转的场合，可以增大热管的换热能力。
当所述热管需要旋转运动时，所述外管与内管的中心轴线重合，即偏心距离L设置为0以确保在任意旋转角度下，液态制冷剂均不与内管直接接触。
在本发明实施例中，所述外管1的内壁面上设有沿轴向分布的毛细作用力槽道7，毛细作用力槽道7利用毛细作用力抽吸液态制冷剂，使液态制冷剂还能分布在底面外的其它三个面上。当底面为换热面时，由于热传导的作用，外管的其它三个面也将积蓄热量，而毛细作用力槽道的存在，使整个外管1内壁面上都能附着液态制冷剂，从而其它三个面也能作为蒸发端并通过热管的工作原理而散热，提高整个热管的换热能力。
在本发明实施例中，所述毛细作用力槽道7为环形槽道，槽宽0.5mm，槽深0.6mm，即当量水力直径D＝0.545mm；所选用的制冷剂为丙酮，其在50℃时密度ρ＝758.56kg/m3，表面张力系数σ＝0.0195N/m，接触角θ＝30°。通过计算毛细力上升高度公式得到H＝8.34mm>4.2mm；通过计算Bond数得到Bo＝0.34<<2。说明此时表面张力起主导作用，可以忽略重力影响，且制冷剂上升高度足够达到上表面。
更进一步的，由于毛细作用力槽道7的设计使得制冷剂上升高度能达到上表面，所以本发明的径向传热的微型槽道热管同样适用于上下两个面均需要进行散热的场合。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述实施例序号仅用于描述，上述实施例仅作为实施分发明的范例，不代表实施例的优劣。上述实施例仅为本发明的较佳实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何在不脱离本发明的精神和原则之内所作的修改和润饰，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种径向传热的微型槽道热管，其特征在于：包括外管(1)、内管(2)、冷却水入口管道(3)、冷却水出口管道(4)、端盖(5)、蒸汽腔(6)、毛细作用力槽道(7)；
所述外管(1)为矩形截面微通道；外管(1)套设在内管(2)外部，内管(2)两端伸出外管并分别与冷却水入口管道(3)和冷却水出口管道(4)相连通；将多根所述外管(1)相邻并列排布，组成整体结构为平板形状的热管；所述端盖(5)位于外管(1)的两端，其覆盖外管(1)的外壁面与内管(2)的外壁面之间的部分；
所述外管(1)与内管(2)之间的空间为蒸汽腔(5)，所述蒸汽腔(5)中充有制冷剂，制冷剂可以发生气液相变；所述外管(1)的内壁面设置有毛细作用力槽道(7)。
2.根据权利要求1所述的一种径向传热的微型槽道热管，其特征在于：所述外管(1)与内管(2)的中心轴线重合，即述外管(1)与内管(2)的中心轴线偏心距离L设置为0。
3.根据权利要求1所述的一种径向传热的微型槽道热管，其特征在于：所述外管(1)与内管(2)的中心轴线偏心距离L不为0，其中内管(2)朝远离外管换热面的方向偏心，使所述外管(1)与内管(2)之间的空间可以充入更多制冷剂而不会使内管(2)下壁面与液态制冷剂接触。
4.根据权利要求1所述的一种径向传热的微型槽道热管，其特征在于：所述毛细作用力槽道(7)为环形槽道，其沿外管(1)轴向方向均匀设置；环形槽道槽宽为0.3–0.6mm；槽深为0.3–0.7mm。
5.根据权利要求4所述的一种径向传热的微型槽道热管，其特征在于：相邻环形槽道的槽壁之间的距离为0.3–1.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种径向传热的微型槽道热管，其特征在于：所述的毛细作用力槽道(7)为沿外管(1)轴向方向设置的螺旋形槽道，所述螺旋形槽道的槽宽为0.3–0.6mm；槽深为0.3–0.7mm，螺距为0.6–1.2mm。
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