CN116734642A - 一种高热流密度模块化均温板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热器技术领域的一种高热流密度模块化均温板，包括两个端盖和组合均温板模块；组合均温板模块包括n个并联排列的均温板和两个边板；两个边板位于组合均温板模块的两侧；两个端盖位于组合均温板模块的两端；均温板包括底板、顶板和毛细芯；所述毛细芯位于底板与顶板之间；所述毛细芯为片状结构。本发明均温板工质回流流动阻力极小；可以达到数百万W/(m·K)的当量导热系数，实现大面积传热、过载力学环境下传热能力不衰减；生产工艺简单，模块化备件生产成本低。

Description

一种高热流密度模块化均温板

技术领域

本发明涉及散热器技术领域，特别涉及一种高热流密度模块化均温板。

背景技术

传统均温板技术路线是“正弯月面”，即施加热流方向与毛细芯弯月面指向相同；运行机理是毛细压力驱动两相流体回路，其中工质蒸发发生在蒸发端毛细芯的蒸汽腔侧表面，工质冷凝发生在其他部位毛细芯的蒸汽腔侧表面，液态工质在毛细压力驱动下通过沿程毛细芯回流到蒸发端毛细芯实现液体补充；技术方案为五层结构，即壳体-毛细芯-蒸汽腔-毛细芯-壳体，为了增大承压能力以及缩短液态工质回流路径，还在内部密集布置用于结构支撑的支撑柱以及用于两侧毛细芯传质耦合的回流环；生产工艺为两侧壳体精密机加工、片状与环状毛细芯烧结与精密切割、壳体-承压柱-片状毛细芯-环装毛细芯扩散焊。

目前的均温板存在如下问题：性能方面，由于工质蒸发发生在蒸发端毛细芯的蒸汽腔侧表面，毛细芯必须具备高导热系数且厚度较薄：高导热系数要求毛细芯具备小孔隙率，导致毛细芯渗透率小；较薄的厚度导致毛细芯截面积小，因此均温板的工质回流流动阻力较大。而毛细芯不能设计为小孔径单方面增大毛细压力以应对较大的流动阻力，小孔径会显著恶化流动阻力。因此均温板只能达到数千W/(m·K)的当量导热系数、难以实现大面积传热、过载力学环境下传热能力下降；工艺方面，由于生产工艺复杂，大幅宽、薄厚度均温板制作工艺难度大，生产成本高。

因此，基于“正弯月面”技术路线的均温板方案只能在小尺寸范围内转化出具有较好性价比的产品，随着产品尺寸的增大，产品传热性能明显下降、应用姿态严格受限、制作工艺难度显著增加。

发明内容

为了提高均温板传热能力极限、扩大均温板使用尺寸限制、拓展均温板应用场景、降低均温板制作工艺难度，本发明披露了一种高热流密度模块化均温板，本发明的技术方案是这样实施的：

一种高热流密度模块化均温板，包括两个端盖和组合均温板模块；

组合均温板模块包括n个并联排列的均温板和两个边板；

两个边板位于组合均温板模块的两侧；两个端盖位于组合均温板模块的两端；

均温板包括底板、顶板和毛细芯；

所述毛细芯位于底板与顶板之间；

所述毛细芯为片状结构；

n为大于或等于1的自然数。

优选地，所述均温板间设置有加强筋。

优选地，所述底板开设有液体槽道，所述顶板开设有蒸汽槽道，所述边板上设置有第一密封齿。

优选地，加强筋一端设置有蒸汽通道，另一端设置有液体通道，所述加强筋侧边设置有第二密封齿。

优选地，所述蒸汽槽道通过选自包括挤压、冲压、蚀刻的一种工艺加工成型。

优选地，所述液体槽道通过选自包括挤压、冲压、蚀刻的一种工艺加工成型。

本发明的运行机理是毛细压力驱动两相流体回路，其中工质蒸发发生在蒸发端毛细芯与热源接触表面，工质冷凝发生在其他部位毛细芯与壳体接触表面，液态工质在毛细压力驱动下通过沿程流道回流到蒸发端毛细芯实现液体补充。技术方案为三层结构，即壳体-毛细芯-壳体，为了便于蒸发端蒸汽的排出以及冷凝端液体的回流，在毛细芯或壳体上设计微槽道；为了增大承压能力，在内部均匀布置加强筋。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

由于工质蒸发发生在蒸发端毛细芯与热源接触表面，毛细芯需要具备低导热系数，而低导热系数毛细芯具备大孔隙率，对应渗透率高；同时液态工质补充距离仅为毛细芯的厚度，因此均温板的工质回流流动阻力极小；

毛细芯进一步可以设计为小孔径，在不明显增大流动阻力的前提下显著增大毛细压力。因此均温板可以达到数百万W/(m·K)的当量导热系数、可以实现大面积传热、过载力学环境下传热能力不衰减；

生产工艺简单，大幅宽、薄厚度均温板制作工艺与小尺寸均温板制作工艺相当，模块化备件生产成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种第一模块实施例的右视剖视图；

图2为一种第二模块实施例的右视剖视图；

图3为一种第三模块实施例的右视剖视图；

图4为一种第四模块实施例的右视剖视图；

图5为一种顶板实施例的剖视图；

图6为一种底板实施例的剖视图；

图7为一种边板实施例的剖视图；

图8为一种毛细芯实施例的侧视图；

图9为一种加强筋实施例的剖视图；

图10为一种高热流密度模块化均温板应用例的右视剖视图；

图11为另一种高热流密度模块化均温板应用例的右视剖视图；

图12为另一种高热流密度模块化均温板应用例的右视剖视图。在上述附图中，各图号标记分别表示：

100，第一模块；

200，第二模块；

300，第三模块；

400，第四模块；

1，顶板；

1-1，蒸汽槽道；

2，底板；

2-1，液体槽道；

3，边板；

3-1，第一密封齿；

4，毛细芯；

4-1，蒸汽汇聚槽道；

5，加强筋；

5-1，第二密封齿；

5-2，蒸汽通道；

5-3，液体通道；

6，端盖；

7，液体腔；

8，气体腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例及其附图，对本发明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作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

在一种具体的实施例中，一种高热流密度模块化均温板，包括两个端盖6和组合均温板模块；

组合均温板模块包括n个并联排列的均温板和两个边板3；两个边板3位于组合均温板模块的两侧；两个端盖6位于组合均温板模块的两端；端盖6的宽度与组合均温板模块的宽度相同。

均温板包括底板2、顶板1和毛细芯4；

底板2与顶板1的长度和宽度均相等。毛细芯4的长度小于底板2的长度，毛细芯位于底板2与顶板1之间；毛细芯4为片状结构。边板3与底板2的长度相等，均温板间设置有加强筋5，加强筋5的总长与边板3的长度相等。底板2开设有液体槽道2-1，顶板1开设有蒸汽槽道1-1，边板3上设置有第一密封齿3-1。加强筋5一端设置有蒸汽通道5-2，另一端设置有液体通道5-3，蒸汽通道5-2的高度、液体通道5-3的高度均与毛细芯4的厚度相等，蒸汽通道5-2的长度大于液体通道5-3的长度，加强筋5侧边设置有第二密封齿5-1，加强筋5带有第二密封齿5-1部分的长度与毛细芯4的长度相等。由于毛细芯4与顶板1、底板2的长度差，毛细芯4的一端形成第一空腔，第一空腔的长度与加强筋5设置的液体通道5-3的长度相等，第一空腔的高度与加强筋5设置的液体通道5-3高度相等，毛细芯4的另一端形成第二腔体，第二腔体的长度与加强筋5设置的蒸汽通道5-2的长度相等，第二腔体的高度与加强筋5设置的蒸汽通道5-2高度相等，第一腔体的体积大于第二腔体的体积。

为了提高模块化组装的便利性，本实施例将均温板共设计成四种模块形式，然后按热流密度的需求选取不同类型和数量的均温板模块及相应大小的端盖组装而成。

如图1所示，第一模块100包括一个顶板1、一个底板2、两块边板3和毛细芯4，第一模块100仅适用于单一模块组合的均温板形式。

如图2所示，第二模块200包括一个顶板1、一个底板2、一个边板3、毛细芯4和加强筋5。第二模块200适用于两个或两个以上均温板模块组合的均温板形式，且第二模块200的使用数量均为1组。

如图3所示，第三模块300包括一个顶板1、一个底板2、一个边板3和毛细芯4。第三模块300适用于两个或两个以上均温板模块组合的均温板形式，且第三模块300的使用数量均为1组。

如图4所示，第四模块400包括一个顶板1、一个底板2、毛细芯4和加强筋5。第四模块400适用于三个或三个以上均温板模块组合的均温板形式，若均温板模块数量等于n，则第三模块300的使用数量为(n-2)组。

如图5所示，顶板1在宽度方向采用挤压、冲压、蚀刻等方式加工有若干微槽作为蒸汽槽道1-1。

如图6所示，底板2在长度方向采用挤压、冲压、蚀刻等方式加工有若干微槽作为液体槽道2-1。

如图7所示，边板3在长度方向上开有第一密封齿3-1。

如图8所示，毛细芯4是多孔材料，具有低导热系数、小孔径、大孔隙率和渗透率高的特性，片条状的毛细芯4通过轧制成型后，以链条炉烧结的方式生产，在毛细芯4的一侧表面上加工有蒸汽汇聚槽道4-1。

如图9所示，加强筋5在长度方向上两侧均开有第二密封齿5-1，加强筋5的一头留有蒸汽通道5-2，另一头留有液体通道5-3。

应用例1

在一种具体的应用例1中，如图10所示，一种高热流密度模块化均温板，包括1个第一模块100和2个端盖6。

由于毛细芯4与顶板1、下底板2之间的长度差，装配后的均温板在毛细芯4的一侧留有液体腔7，另一侧留有气体腔8，液体腔8的体积大于气体腔7的体积。均温板在顶板1接受外界的热量后，工质在毛细芯4的外表面蒸发，蒸汽沿着顶板1上的蒸汽槽道1-1进入毛细芯4的蒸汽汇聚槽道4-1，工质蒸汽由蒸汽汇聚槽道4-1输送至气体腔8，蒸汽在底板1处遇到冷源散热后逐渐凝结成液体，液态工质从气体腔8沿着底板2的液体槽道2-1流入毛细芯4的底部，毛细芯4通过毛细力将液体输送至毛细芯4的外表面继续受热蒸发，多余的液体工质汇集至液体腔7内，液体腔7的作用是在热流密度变化的情况下，确保均温板内有足够的液体工质，防止干烧的情况发生。

第一模块100的两侧边板3的第一密封齿3-1在装配时压入毛细芯4内，确保蒸汽不会从顶部直接漏向底部。

应用例2

在一种具体的应用例2中，如图11所示，一种高热流密度模块化均温板，包括1个第二模块200、1个第三模块300和2个第一端盖6。模块间的组装通过激光焊连接。

第二模块200和第三模块300的第一腔体通过加强筋5的液体通道5-3形成连通的液体腔7。第二模块200和第三模块300的第二腔体通过加强筋5的蒸汽通道5-2形成连通的气体腔8。均温板在第二模块200和第三模块300的顶板1接受外界的热量后，工质在两个模块的毛细芯4的外表面蒸发，蒸汽沿着两个模块的顶板1上的蒸汽槽道1-1分别进入各自毛细芯4的蒸汽汇聚槽道4-1，工质蒸汽由各自的蒸汽汇聚槽道4-1输送至气体腔8，蒸汽在两个模块的底板1处遇到冷源散热后逐渐凝结成液体，液态工质从气体腔8沿着两个模块的底板2的液体槽道2-1流入各自毛细芯4的底部，毛细芯4通过毛细力将液体输送至毛细芯4的外表面继续受热蒸发，多余的液体工质汇集至液体腔7内，液体腔7的作用是在热流密度变化的情况下，确保均温板内有足够的液体工质，防止干烧的情况发生。

第二模块200和第三模块300的两侧边板3的第一密封齿3-1以及第二模块200的加强筋5的第二密封齿5-1在装配时分别压入第二模块200和第三模块300的毛细芯4内，确保蒸汽不会从顶部直接漏向底部。

应用例3

在一种具体的应用例3中，如图12所示，一种高热流密度模块化均温板，包括1个第二模块200、1个第三模块300、一个第四模块400和2个第一端盖6。模块间的组装通过激光焊连接。第二模块200、第三模块300和第四模块400的第一腔体通过加强筋5的液体通道5-3形成连通的液体腔7。第二模块200、第三模块300和第四模块400的第二腔体通过加强筋5的蒸汽通道5-2形成连通的气体腔8。

均温板在第二模块200、第三模块300和第四模块400的顶板1接受外界的热量后，工质在三个模块的毛细芯4的外表面蒸发，蒸汽沿着三个模块的顶板1上的蒸汽槽道1-1分别进入各自毛细芯4的蒸汽汇聚槽道4-1，工质蒸汽由各自的蒸汽汇聚槽道4-1输送至气体腔8，蒸汽在两个模块的底板1处遇到冷源散热后逐渐凝结成液体，液态工质从气体腔8沿着三个模块的底板2的液体槽道2-1流入各自毛细芯4的底部，毛细芯4通过毛细力将液体输送至毛细芯4的外表面继续受热蒸发，多余的液体工质汇集至液体腔7内，液体腔7的作用是在热流密度变化的情况下，确保均温板内有足够的液体工质，防止干烧的情况发生。

第二模块200和第三模块300的两侧边板3的第一密封齿3-1以及第二模块200和第四模块400的加强筋5的第二密封齿5-1在装配时分别压入第二模块200、第三模块300和第四模块400的毛细芯4内，确保蒸汽不会从顶部直接漏向底部。

当本发明的技术方案应用于热流密度更大、传热面积更大的场景时，只需再添加模块400即可完成大面积传热的模块化总装和生产。

Claims (6)

1.一种高热流密度模块化均温板，包括两个端盖和组合均温板模块；

其特征在于，组合均温板模块包括n个并联排列的均温板和两个边板；

两个边板位于组合均温板模块的两侧；两个端盖位于组合均温板模块的两端；

均温板包括底板、顶板和毛细芯；

所述毛细芯位于底板与顶板之间；

所述毛细芯为片状结构；

n为大于或等于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的高热流密度模块化均温板，其特征在于，所述均温板间设置有加强筋。

3.根据权利要求1或2所述的高热流密度模块化均温板，其特征在于，高热流密度模块化均温板所述底板开设有液体槽道，所述顶板开设有蒸汽槽道，所述边板上设置有第一密封齿。

4.根据权利要求3所述的高热流密度模块化均温板，其特征在于，加强筋一端设置有蒸汽通道，另一端设置有液体通道，所述加强筋侧边设置有第二密封齿。

5.根据权利要求3所述的高热流密度模块化均温板，其特征在于，所述蒸汽槽道通过选自包括挤压、冲压、蚀刻的一种工艺加工成型。

6.根据权利要求3所述的高热流密度模块化均温板，其特征在于，所述液体槽道通过选自包括挤压、冲压、蚀刻的一种工艺加工成型。