CN201001247Y

CN201001247Y - 脉动热管式散热板

Info

Publication number: CN201001247Y
Application number: CN 200720047315
Authority: CN
Inventors: 汪双凤
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2017-01-12

Abstract

本实用新型公开以微胶囊相变蓄热流体为工质的脉动热管式散热板，它包括基板(1)、盖板(4)，基板(1)和盖板(4)合在一起组成一个完全封闭腔体；所述基板(1)上开有蛇形沟槽(2)，蛇形沟槽(2)弯头数2个或2个以上，沟槽截面水力半径小于2mm；蛇形沟槽(2)内装有微胶囊相变蓄热流体工质，所述蛇形沟槽(2)与基板(1)上的入口(3)连通。该流体工质为日本三菱制纸生产的FS－39E型微胶囊相变材料。本实用新型的以微胶囊相变蓄热流体为工质的脉动热管式散热板没有运动部件，没有噪声，完全靠废热驱动，属于节能型装置。而其散热能力比用水作工质强，启动性能好。

Description

脉动热管式散热板

技术领域

本实用新型涉及热管式散热板，特别是涉及以微胶囊相变蓄热流体为工质的脉动热管式散热板。

背景技术

随着电子行业的不断发展，电子设备的功能和复杂性日益增长，在有限的体积范围内，电子设备的功耗不断增加，散热量急剧上升。以微电子芯片为例，目前热流密度已达60～90W/cm²，最高已达200W/cm²。传统的依靠单相流体的对流换热方法和强制风冷方法只能用于热流密度不大于10W/cm²的电子器件，对于热流密度已达600W/cm²以上的情况已显得无能为力。电子元器件的散热冷却问题已经成为制约电子工业发展的瓶颈问题，急需微型高效的传热技术为其发展铺平道路。热管在这种情况下应运而生。脉动热管内部主要靠物质的相变和蒸气流动传递热量，因此可以传递较大的热量。热管的当量传热量是最优良的金属：如银、铜、铝的几百倍，甚至上千倍，因此有“近超导热体”之称，这也是近二十年来，它吸引众多科研工作者的原因。

脉动热管是20世纪90年代初出现的一种新型热管技术，世界上第一根脉动热管是由日本人赤地于1990年实用新型的，它是由金属毛细管弯曲成蛇形结构，内部无需任何毛细吸液芯。而作为一种新型散热冷却技术，脉动热管具有结构简单，尺寸小、重量轻、制造容易，成本低廉及性能卓越的优点。现已成功应用在电力设备及微电子的冷却，并将在航天航空领域展示其广阔的应用前景。但传统的热管管内壁必须有吸液芯材料，因此使得热管尺寸大，重量增加，不适宜于航空航天领域及电子冷却技术方面的应用。

Akachi在1990年首次概括出了24种回路热管，它们在结构上均为封闭回路，且至少有一个流向控制阀，保证流体在回路中沿单向流动。这些新型回路热管能克服传统热管的缺陷，如毛细极限、输送极限等。由于流向控制阀存在长期运行不可靠的问题，Akachi在其1993年的专利中(US 5219020，1993)提出了无流向控制阀的新型回路热管，并提出了开式回路和闭式回路两种结构，但该结构直接将热管装入芯片中，接触热阻会很大，影响散热能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种增大散热能力的同时实现了散热器件的小型化的以微胶囊相变蓄热流体为工质的脉动热管式散热板。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

一种以微胶囊相变蓄热流体为工质的脉动热管式散热板，包括基板、盖板，基板和盖板合在一起组成一个完全封闭腔体；所述基板上开有蛇形沟槽，蛇形沟槽弯头数大于或等于2个，沟槽截面水力半径小于2mm；蛇形沟槽装有流体工质为微胶囊相变蓄热流体FS-39E，所述蛇形沟槽与基板上的入口连通。

为进一步实现本实用新型的目的，所述蛇形沟槽(2)截面优选为矩形。所述蛇形沟槽(2)截面优选为0.5mm×0.5mm的矩形。所述蛇形沟槽(2)弯头数优选为2，4，6、8、10个或12个以上。所述流体工质为相变潜热在150J/g以上，胶囊粒子的粒径在1微米左右的微胶囊相变蓄热流体，优选日本三菱制纸生产的FS-39E型微胶囊相变材料。

微胶囊相变材料是将微胶囊技术应用于复合相变材料制备而得到的新型复合相变材料。由于发生相变的物质被封闭在球形胶囊中，从而可有效的解决相变材料的泄漏，相分离以及腐蚀性等问题，因而具有改善相变材料的性能乃至拓宽潜热技术应用领域的重要价值。FS-39E是由日本三菱制纸公司生产的蓄热材料系列中的一种，其相变温度为39.66℃，相变潜热为165.5J/g，胶囊粒子的粒径在1微米左右。使用时，把该乳液状材料进一步稀释到1％-10％的浓度范围。

本实用新型的原理：通过用比热值较高而相变温度较低的相变蓄热材料FS-39E作为流体工质，在芯片基板上的脉动热管中流动，从而保证了在狭小空间内将芯片运行时产生的极高热流密度的热量有效地排除，并且将芯片温度保持在较低水平。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、同传统的热管相比，因为脉动热管内壁没有吸液材料，可以把尺寸做的更小；这样就更加适合航空航天及微电子冷却的应用。

2、采用板式便于水平安装，占用空间少；尤其适合笔记本电脑等散热元件必须水平放置的装置的冷却。

3、本实用新型的以微胶囊相变蓄热流体为工质的脉动热管式散热板没有运动部件，没有噪声，完全靠废热驱动，属于节能型装置。

4、采用微胶囊相变蓄热材料作为流体工质(浓度为3％时)，使得热输送能力比使用水高25％-30％，而启动性能比水强。这是因为潜热占了很大比重，而发生相变的温度不是很高。

附图说明

图1为本实用新型基板结构示意图；

图2为本实用新型盖板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1、2所示，以微胶囊相变蓄热流体为工质的脉动热管式散热板包括基板1、盖板4，基板1和盖板4合在一起组成一个完全封闭腔体；基板1上开有蛇形沟槽2，蛇形沟槽2弯头数为8个，截面为0.5mm×0.5mm的矩形；蛇形沟槽2装有微胶囊相变蓄热流体FS-39E流体工质所述蛇形沟槽2与基板1上的入口3连通。微胶囊相变蓄热流体FS-39E是由日本三菱制纸公司生产的蓄热材料系列中的一种，其相变温度为39.66℃，相变潜热为165.5J/g，胶囊粒子的粒径在1微米左右。本实用新型使用时，把该乳液状材料稀释到浓度为3％。事实上，应用时，可将该材料稀释到1％-10％浓度范围中的任意值。

散热板总体尺寸为35mm×20mm×1mm，弯头数目可以为6，8，10，12或者更多，单个矩形槽道尺寸为0.5mm×0.5mm。基板1和盖板4都为铜板制作。

使用时，先将蛇形槽道2内抽真空，然后从入口3处充注部分工质，由于脉动散热板内的蛇形沟槽2流道水力半径小于2mm，足够小，蛇形沟槽2将形成气泡柱和液体柱间隔布置并呈随机分布的状态。在蒸发端，工作介质吸收芯片运行时产生的热量产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工作介质携带汽化潜热流向低温冷凝端。在冷凝端，气泡将热量传递给冷凝端并冷却收缩，压力下降而又流回蒸发端。这样，由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工作介质在蒸发端和冷凝端之间不断振荡流动，从而实现芯片的冷却。由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工作介质在蒸发端和冷凝端之间不断振荡流动，不断的吸热和放热，从而实现芯片的冷却。在整个过程中，无需消耗外部机械功和电功，完全是在热驱动下的自我震荡。

本实用新型的以微胶囊相变蓄热流体为工质的脉动热管式散热板主要由基板、盖板和仅由散热板和流体工质组成，比传统热管少了吸液芯，具有结构简单、体积小、重量轻，并可较随意地弯曲等特点，而且由于采用FS-39E微胶囊相变蓄热流体为流体工质，热流密度可很大而不会烧干，在电子元器件的散热方面具有很好的应用前景；对其结构和设计参数进行优化后，其运行性能基本不受重力作用的影响。因此能在重力场倒置、微重力场及重力场变化等环境下运行，并将在航天航空领域展示其广阔的应用前景。

Claims

1、一种脉动热管式散热板，其特征在于包括基板(1)、盖板(4)，基板(1)和盖板(4)合在一起组成一个完全封闭腔体；所述基板(1)上开有蛇形沟槽(2)，蛇形沟槽(2)弯头数大于或者等于2个，沟槽截面水力半径小于2mm；蛇形沟槽(2)装有微胶囊相变蓄热流体工质，所述蛇形沟槽(2)与基板(1)上的入口(3)连通。

2、根据权利要求1所述的脉动热管式散热板，其特征在于所述蛇形沟槽(2)截面为矩形。

3、根据权利要求2所述的脉动热管式散热板，其特征在于所述蛇形沟槽(2)截面为0.5mm×0.5mm的矩形。

4、根据权利要求1、2或者3所述的脉动热管式散热板，其特征在于所述蛇形沟槽(2)弯头数2，4，6、8、10或12个以上。

5、根据权利要求1、2或者3所述的脉动热管式散热板，其特征在于所述蛇形沟槽(2)内为真空。

6、根据权利要求1所述的脉动热管式散热板，其特征在于所述流体工质为相变潜热在150J/g以上，胶囊粒子的粒径在1微米左右的微胶囊相变蓄热流体。

7、根据权利要求6所述的脉动热管式散热板，其特征在于所述微胶囊相变蓄热流体为日本三菱制纸生产的FS-39E型微胶囊相变材料。