CN113865389A - 一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器 - Google Patents

一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器,涉及换热技术领域。包括板式脉动热管；冷凝段分支结构，冷凝段分支结构与板式脉动热管连接；第一盖板，第一盖板连接于板式脉动热管和冷凝段分支结构之间，第一盖板设置有第一冷凝通路，第一盖板与板式脉动热管形成第一冷凝通路，第一盖板与冷凝段分支结构形成热流通道；第二盖板，第二盖板设置于冷凝段分支结构一侧，第二盖板一侧设置有第二冷凝通路，第二盖板与冷凝段分支结构形成第二冷凝通路。本发明提供的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器将板式脉动热管与板式换热器相结合，在板式脉动热管换热的基础上增加了散热器的换热面积。

Description

一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器
技术领域
本发明涉及换热技术领域，特别涉及一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器。
背景技术
脉动热管是内部充有工质的环路毛细管，脉动热管的两端是加热端和冷凝端，中间为绝热端，脉动热管内为真空环境，由于脉动热管内径很小，所以工质在管内形成了汽塞、液塞交替分布的形式。在加热端工质受热，在脉动热管加热端的内壁上会发生核态沸腾现象，生成小气泡，气泡内部压力由于加热端温度的升高而增大，压力驱使气泡向冷凝端运动，运动的同时会发生汽塞合并和液塞分裂的现象；在冷凝端工质向环境放热，上升到脉动热管冷凝端的气泡发生相变传热，由气态变为液态，由于液体密度较大使得冷凝端的液体有向加热端运动的趋势，如此脉动热管在冷凝端与加热端之间形成了压力差，驱动脉动热管内工质在加热端和冷凝端之间往复运动，热量由加热端传递到冷凝端，实现了热量的传递。
根据形状的不同将脉动热管分为板式脉动热管和管式脉动热管，板式脉动热管是在板上铣出不同形状的管道再进行密封而成的。
目前市面上应用于产热较高的电子芯片的板式脉动热管在进行散热时只能在板式脉动热管的内部通路内进行散热，换热面积有限造成换热效率的不足。
因此有必要提供一种将板式脉动热管与板式换热器相结合，在板式脉动热管换热的基础上增加换热面积的冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，包括：
板式脉动热管，所述板式脉动热管包括基底和脉动热管微通道，所述脉动热管微通道设置于所述基底上；
冷凝段分支结构，所述冷凝段分支结构底端设置有凸台，所述凸台连接于所述板式脉动热管外侧，所述冷凝段分支结构靠近所述板式脉动热管的一侧设置有分支微通道；
第一盖板，所述第一盖板靠近所述板式脉动热管的一侧设置有第一冷凝微通道，所述第一盖板连接于所述板式脉动热管和所述冷凝段分支结构之间，且位于所述凸台顶端，所述第一盖板与所述板式脉动热管之间形成第一冷凝通路，所述第一盖板与所述冷凝段分支结构之间形成热流通道；
第二盖板，所述第二盖板靠近所述冷凝段分支结构的一侧设置有第二冷凝微通道，所述第二盖板连接于所述冷凝段分支结构远离所述第一盖板的一侧，所述第二盖板与所述冷凝段分支结构形成第二冷凝通路。
进一步地，所述热流通道与所述脉动热管微通道相连通。
进一步地，所述第一冷凝通路和所述第二冷凝通路均与所述脉动热管微通道的方向相垂直，所述第一冷凝微通道和所述第二冷凝微通道的截面形状为矩形、三角形、梯形或圆形中的一种。
进一步地，所述板式脉动热管和所述冷凝段分支结构的材料选择紫铜和铝中的一种或两种组合。
进一步地，还包括进水集箱和出水集箱，所述进水集箱和所述出水集箱分别设置于所述第二盖板两侧，所述进水集箱设置有进水孔，所述出水箱设置有集水孔，所述进水孔与所述第一冷凝通路和第二冷凝通路连接，所述集水孔与所述第一冷凝通路和第二冷凝通路远离所述进水孔的一端连接。
进一步地，所述进水集箱和所述出水集箱外侧均设置有通孔，所述通孔均安装有管路，所述进水集箱对应的管路和所述出水集箱对应的管路连接有冷却流体循环水路。
进一步地，所述板式脉动热管微通道和所述热流通道均设置有多个，相邻的板式脉动热管微通道的宽度分别为1mm和2mm，相邻的分支微通道的宽度分别为1mm和2mm。
进一步地，所述板式脉动热管一侧设置有充液孔，所述充液孔与抽真空注液装置连接向板式脉动热管微通道进行充液。
进一步地，所述板式脉动热管微通道内充注工质为超纯水、无水乙醇和纳米流体中的一种，充液率为30％-70％。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，结合芯片封装表面是平面的特点，将板式脉动热管和板式换热器结合起来，使其既能与电子芯片紧密贴合又可以发挥板式换热器换热面积大，热阻小，换热能力强的特点。将板式脉动热管的冷凝端分为三路平行结构，有效提升其换热能力，解决了传统板式脉动热管散热器冷凝能力不足的问题，解决了液体工质从冷凝端向蒸发端回流不足的问题，有效提升板式脉动热管散热器在高功率下的性能表现，拓宽了板式脉动热管散热器的应用范围。
附图说明
图1为本发明一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器的一种爆炸图。
图2为本发明一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器的轴测图。
图3为本发明一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器的正视图。
图4为本发明一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器的第一盖板示意图。
图5为本发明一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器内汽塞和液塞的分布示意图。
其中，图中：
1-板式脉动热管；2-冷凝段分支结构；3-第一盖板；4-第二盖板；5-进水集箱；6-充液孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
结合图1-5本实施例提供了一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，包括板式脉动热管1、冷凝段分支结构2、第一盖板3和第二盖板4，所述板式脉动热管1包括基底和脉动热管微通道，所述脉动热管微通道设置于所述基底上，所述冷凝段分支结构2底端设置有凸台，所述凸台连接于所述板式脉动热管1外侧，所述冷凝段分支结构2靠近所述板式脉动热管1的一侧设置有分支微通道，所述第一盖板3靠近所述板式脉动热管1的一侧设置有第一冷凝微通道，所述第一盖板3连接于所述板式脉动热管1和所述冷凝段分支结构2之间，且位于所述凸台顶端，所述第一盖板3与所述板式脉动热管1之间形成第一冷凝通路，所述第一盖板3与所述冷凝段分支结构2之间形成热流通道，所述第二盖板4靠近所述冷凝段分支结构2的一侧设置有第二冷凝微通道，所述第二盖板4连接于所述冷凝段分支结构2远离所述第一盖板3的一侧，所述第二盖板4与所述冷凝段分支结构2形成第二冷凝通路；由于第一冷凝微通道和第二冷凝微通道自身流道表面积与体积比较大的特点，体积小的液体与第一冷凝微通道和第二冷凝微通道的接触面积很大，相同时间内会有更多的热量被冷却流体带走，提高换热效率，并且板式脉动热管内回流工质的增多可以避免在相当长的一段时间内蒸发端烧干的情况发生，尤其在高功率芯片发热量大的情况下，也可保证板式脉动热管的正常运行。
所述热流通道与所述脉动热管微通道相连通，提高散热器的散热效率，使散热器内部的高温工质均匀降温。
进一步地，所述第一冷凝通路和所述第二冷凝通路均与所述脉动热管微通道的方向相垂直，所述第一冷凝微通道和所述第二冷凝微通道的截面形状为矩形、三角形、梯形或圆形中的一种；与脉动热管微通道垂直设置的第一冷凝通路和第二冷凝通路可以提高对脉动热管微通道内工质的换热效率。
所述板式脉动热管微通道和所述热流通道均设置有多个，相邻的板式脉动热管微通道的宽度分别为1mm和2mm，相邻的分支微通道的宽度分别为1mm和2mm；如图5所示，通过上述宽度限定，增加了相邻的脉动热管微通道间工质的不平衡压力差，增加了汽塞与液塞的脉动力，由于脉动热管微通道中工质的表面张力和重力的共同作用，当量直径大的通道与当量直径小的通道内汽塞与液塞的受力情况不同，形成了相邻通道之间汽塞与液塞的压力差，有助于使其向上或者向下运动，当这种不平衡压力差足够大时，汽塞与液塞的脉动幅度就会增大，甚至越过弯头进入相邻的通道中，形成振幅相对较大的大幅度脉动，大大增强了显热换热和潜热换热，与采用相同当量直径通道的传统脉动热管相比大大降低了换热热阻，增强了换热能力。
所述板式脉动热管1和所述冷凝段分支结构2的材料选择紫铜和铝中的一种或两种组合，本实施例中所述板式脉动热管和所述冷凝段分支结构均采用铝材料。
进一步地，所述冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器还包括进水集箱5和出水集箱，所述进水集箱5和所述出水集箱分别设置于所述第二盖板4两侧，所述进水集箱5设置有进水孔，所述出水箱设置有集水孔，所述进水孔与所述第一冷凝通路和第二冷凝通路连接，所述集水孔与所述第一冷凝通路和第二冷凝通路远离所述进水孔的一端连接；所述进水集箱5和所述出水集箱外侧均设置有通孔，所述通孔均安装有管路，所述进水集箱5对应的管路和所述出水集箱对应的管路连接有循环冷却水路；当进行降温工作时，循环冷却水路将冷却工质输入进水集箱，冷却工质流过第一冷凝微通道和第二冷凝微通道实现对板式脉动热管和冷凝段分支结构2的散热，吸热后的冷却工质聚集在出水集箱内并重新流回循环冷却水路。
如图3所示，所述板式脉动热管1从上到下依次为冷凝端、绝热端和加热端，在实际使用时，板式脉动热管负责将热量从其加热端依次传递到绝热端和冷凝端，第一盖板3和第二盖板4上分别设置的第一冷凝微通道和第二冷凝微通道内的流体流动方向与板式脉动热管内的工质脉动方向垂直，冷却工质负责把板式脉动热管及热流通道的热量带走。
作为优化，所述板式脉动热管1一侧设置有充液孔6，所述充液孔6与抽真空注液装置连接向板式脉动热管微通道进行充液，所述板式脉动热管微通道内充注工质为超纯水、无水乙醇和纳米流体中的一种，充液率为30％-70％，本实施例中所述充注工质选择超纯水，充液率为40％。
进一步地，本实施例中，所述板式脉动热管1与所述第一盖板3、所述第一盖板3与所述冷凝段分支结构2、所述冷凝段分支结构2和所述第二盖板4均采用扩散焊的方式进行密封，保证密封性能良好以及相邻通道之间不发生漏液的情况。
本发明结构中的热流通道与所述脉动热管微通道形成板式脉动热管结构、第一冷凝通路与第二冷凝通路形成板式换热器结构，所述板式脉动热管结构和板式换热器结构均是单独运行的，所以对于板式换热器结构内的流体流动压力、流动速度、流体种类，甚至是流体来源和去处都可以根据实际情况决定，避免了传统板式脉动热管内的流体一旦充注之后就无法改变的不利特点，拓宽了本发明在不同场合的应用前景。
本发明在不改变板式脉动热管自身结构的基础上，通过在冷凝端盖板上加工冷凝微通道的方式，既维持了脉动热管本身的优良特性，又将板式换热器结构的优点融合了进来，使每一部分都可以单独运行，改善了由于板式脉动热管本身结构改变所带来的流动阻力增加的不利缺点，发挥了两种结构的自身优势。
本发明公开的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器结合芯片封装表面是平面的特点，将板式脉动热管和板式换热器结合起来，使其既能与电子芯片紧密贴合又可以发挥板式换热器换热面积大，热阻小，换热能力强的特点。将板式脉动热管的冷凝端分为三路平行结构，有效提升其换热能力，解决了传统板式脉动热管散热器冷凝能力不足的问题，解决了液体工质从冷凝端向蒸发端回流不足的问题，有效提升板式脉动热管散热器在高功率下的性能表现，拓宽了板式脉动热管散热器的应用范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，其特征在于，包括：
板式脉动热管，所述板式脉动热管包括基底和脉动热管微通道，所述脉动热管微通道设置于所述基底上；
冷凝段分支结构，所述冷凝段分支结构底端设置有凸台，所述凸台连接于所述板式脉动热管外侧，所述冷凝段分支结构靠近所述板式脉动热管的一侧设置有分支微通道；
第一盖板，所述第一盖板靠近所述板式脉动热管的一侧设置有第一冷凝微通道，所述第一盖板连接于所述板式脉动热管和所述冷凝段分支结构之间，且位于所述凸台顶端，所述第一盖板与所述板式脉动热管之间形成第一冷凝通路，所述第一盖板与所述冷凝段分支结构之间形成热流通道；
第二盖板，所述第二盖板靠近所述冷凝段分支结构的一侧设置有第二冷凝微通道，所述第二盖板连接于所述冷凝段分支结构远离所述第一盖板的一侧，所述第二盖板与所述冷凝段分支结构形成第二冷凝通路。
2.根据权利要求1所述的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，其特征在于，所述热流通道与所述脉动热管微通道相连通。
3.根据权利要求1所述的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，其特征在于，所述第一冷凝通路和所述第二冷凝通路均与所述脉动热管微通道的方向相垂直，所述第一冷凝微通道和所述第二冷凝微通道的截面形状为矩形、三角形、梯形或圆形中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，其特征在于，所述板式脉动热管和所述冷凝段分支结构的材料选择紫铜和铝中的一种或两种组合。
5.根据权利要求1所述的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，其特征在于，还包括进水集箱和出水集箱，所述进水集箱和所述出水集箱分别设置于所述第二盖板两侧，所述进水集箱设置有进水孔，所述出水箱设置有集水孔，所述进水孔与所述第一冷凝通路和第二冷凝通路连接，所述集水孔与所述第一冷凝通路和第二冷凝通路远离所述进水孔的一端连接。
6.根据权利要求5所述的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，其特征在于，所述进水集箱和所述出水集箱外侧均设置有通孔，所述通孔均安装有管路，所述进水集箱对应的管路和所述出水集箱对应的管路连接有冷却流体循环水路。
7.根据权利要求1所述的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，其特征在于，所述板式脉动热管微通道和所述分支微通道均设置有多个，相邻的板式脉动热管微通道的宽度分别为1mm和2mm，相邻的分支微通道的宽度分别为1mm和2mm。
8.根据权利要求1所述的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，其特征在于，所述板式脉动热管一侧设置有充液孔，所述充液孔与抽真空注液装置连接向板式脉动热管微通道进行充液。
9.根据权利要求8所述的一种冷凝端集成板式换热器的板式脉动热管散热器，其特征在于，所述板式脉动热管微通道内充注工质为超纯水、无水乙醇和纳米流体中的一种，充液率为30％-70％。
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