CN203083412U - 一种三维多弯回路型板式脉动热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于微电子散热技术领域，特别涉及一种三维多弯回路型板式脉动热管。本实用新型四通阀的四个接口分别通过管路与充液口、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀相连；第一截止阀通过管路与真空表相连，第二截止阀通过管路与抽气孔相连，第三截止阀通过管路与板式脉动热管相连；板式脉动热管的正面及反面的管路整体构成蛇形循环管路。本实用新型可以增加热量传递的速度，增大传热面积，受热更加均匀，有效利用空间；相同的充液率下，工质的充注量增大，增强工质携带热量的能力，提高传热量。

Description

一种三维多弯回路型板式脉动热管

技术领域

本实用新型属于微电子散热技术领域，特别涉及一种三维多弯回路型板式脉动热管。

背景技术

脉动热管是一种新型热管，具有结构简单，传热系数高，成本低等优点，最早由Akachi于上世纪90 年代提出，现在已经成功用于电子设备冷却。它是将细小的毛细铜管弯曲成蛇形结构，管内抽真空后注入工质，工质在表面张力的作用下以液塞和气塞的形式存在。当脉动热管的蒸发端输入热量时，内部的气塞与管壁之间的液膜以及液塞就会受热蒸发，此时蒸发端的压力就会升高，当气塞的体积与压力升高到一定程度时，就会推动相邻的气塞与液塞向冷凝端方向移动，同时蒸汽会在冷凝端凝结放热，压力降低。由于相邻管道间的压力不平衡就会推动冷凝液流回蒸发端，对工质进行补充，以防干烧。这样，脉动热管就会实现连续稳定的运行。蒸发端与冷凝端的压力差即是驱动工质往复循环运行的原动力，实现热量不断从蒸发端向冷凝端的转移。

众多因素影响着脉动热管的传热性能，比如管径大小，倾角，管路结构，工质种类（含有纳米流体工质）等。针对脉动热管的结构研究，近年来已经研究学者提出开路型脉动热管，蛇形回路型脉动热管结构，多通路型脉动热管结构，不等径蛇形脉动热管结构等。管路结构的改进有利于脉动热管传热性能的提高。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型提供了一种三维多弯回路型板式脉动热管。

一种三维多弯回路型板式脉动热管，其四通阀的四个接口分别通过管路与充液口、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀相连；第一截止阀通过管路与真空表相连，第二截止阀通过管路与抽气孔相连，第三截止阀通过管路与板式脉动热管相连；

所述板式脉动热管的上端为冷凝端，下端为加热端，冷凝端与加热端之间为绝热端；板式脉动热管的正面冷凝端设置一条横向管路，横向管路下方设置多条竖直管路；板式脉动热管的反面设置多条竖直管路，每条竖直管路上设置与其对应的板式脉动热管正面竖直管路相连接的横向连接管路；板式脉动热管正面的竖直管路穿过板式脉动热管的金属板与板式脉动热管反面的相对应的竖直管路或横向连接管路相连；横向管路的一端与其下方最外侧的一条竖直管路相连，另一端穿过板式脉动热管的金属板，与板式脉动热管背面的最外侧的一条竖直管路相连；板式脉动热管的正面及反面的管路整体构成蛇形循环管路；

所述板式脉动热管上设置的各种管路的管径均分别需要满足下式：

$0.7\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}\≤D\≤1.83\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}$ ；

式中，σ 为工质表面张力，单位为N/m；ρ_lip为工质的液相密度，单位为kg/m³；ρ_vap为工质的气相密度，单位为kg/m³；D为管径，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s²。

所述板式脉动热管的金属板的材质为铝或铜。

所述板式脉动热管的金属板的厚度为2 mm~4 mm。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型采用三维多弯回路型板式脉动热管结构，与二维的多弯回路板式脉动热管相比，具有如下优势：在三维方向上加工蛇形通道，可以降低工质与冷热源接触的间壁壁厚，从而增加热量传递的速度；增大传热面积，充分利用脉动热管的体积；脉动热管工质可以从三维方向上吸收与释放热量，受热更加均匀；两面同时加工通道，缩小通道间距，使通道布置更为紧密，有效利用空间；相同的充液率下，工质的充注量增大，增强工质携带热量的能力，提高传热量。基于以上优势，该种三维多弯回路型板式脉动热管适用于微电子散热领域，并能改善传热性能。

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图，其中板式脉动热管为正视图；

图2为本实用新型板式脉动热管的后视图；

图3为本实用新型板式脉动热管的剖面图；

图中标号：1-真空表；2-第一截止阀；3-第二截止阀；4-第三截止阀；5-板式脉动热管；6-四通阀；7-充液口；8-抽气孔。

具体实施方式

本实用新型提供了一种三维多弯回路型板式脉动热管，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种三维多弯回路型板式脉动热管，其四通阀6的四个接口分别通过管路与充液口7、第一截止阀2、第二截止阀3和第三截止阀4相连；第一截止阀2通过管路与真空表1相连，第二截止阀3通过管路与抽气孔8相连，第三截止阀4通过管路与板式脉动热管5相连；

所述板式脉动热管5的上端为冷凝端，下端为加热端，冷凝端与加热端之间为绝热端；板式脉动热管5的正面冷凝端设置一条横向管路，横向管路下方设置多条竖直管路；板式脉动热管5的反面设置多条竖直管路，每条竖直管路上设置与其对应的板式脉动热管5正面竖直管路相连接的横向连接管路；板式脉动热管5正面的竖直管路穿过板式脉动热管5的金属板与板式脉动热管5反面的相对应的竖直管路或横向连接管路相连；横向管路的一端与其下方最外侧的一条竖直管路相连，另一端穿过板式脉动热管5的金属板，与板式脉动热管5背面的最外侧的一条竖直管路相连；板式脉动热管5的正面及反面的管路整体构成蛇形循环管路；

所述板式脉动热管5上设置的各种管路的管径均分别需要满足下式：

$0.7\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}\≤D\≤1.83\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}$ ；

式中，σ 为工质表面张力，单位为N/m；ρ_lip为工质的液相密度，单位为kg/m³；ρ_vap为工质的气相密度，单位为kg/m³；D为管径，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s²。

所述板式脉动热管5的金属板的材质为铝或铜。

所述板式脉动热管5的金属板的厚度为2 mm~4 mm。

本发明主要通过在2-4 mm厚的薄铝板或薄铜板的正面和反面同时加工成方形管路，使薄铝板或薄铜板的两面均含有通道，并且正反两面的通道共同构成一个蛇形环路。蛇形环路的图示如图1所示。三维多弯回路型板式脉动热管正面包括一条横向分布的循环管路和多条竖向分布的管路，反面包含竖向分布的多条管路和相邻竖向管路间的连接管。正面的每条支管路通过垂直于薄铝板或薄铜板的孔与反面的竖向分布的管路相连通。

如图1所示，采用真空度高（可将系统的绝对压力抽至0.2Pa）的双级旋片式真空泵通过抽气口8进行抽真空，通过充液口7进行工质的充注，通过调节第一截止阀2、第二截止阀3和第三截止阀4实现管路与外界的通断。

首先选用丙酮作为工质，按照公式确定选用管径范围在1~3 mm， 相邻通道间距为0.5mm，选用3 mm厚的薄铝板或薄铜板进行加工。

先打开第一截止阀2、第二截止阀3和第三截止阀4，采用双级旋片式真空泵（可将系统的绝对压力抽至0.2Pa）通过抽气口8抽真空，观察真空表的示数，当达到真空度要求时关闭阀门3，关闭真空泵。通过真空表1能够显示真空度，经过6个小时，继续观察真空表指针，如果没有变化说明系统气密性良好，然后通过充液口7充入工质，第三截止阀4。

在加热端，采用加热铜块进行均匀加热，并安装电压表和电流表监测加热功率。在冷凝端装有冷却水箱，通过水浴冷却。在加热端和冷凝端分别均匀布置温度测点，对加热端和冷凝端的温度实现实时监测。

Claims (3)

1.一种三维多弯回路型板式脉动热管，其特征在于：四通阀（6）的四个接口分别通过管路与充液口（7）、第一截止阀（2）、第二截止阀（3）和第三截止阀（4）相连；第一截止阀（2）通过管路与真空表（1）相连，第二截止阀（3）通过管路与抽气孔（8）相连，第三截止阀（4）通过管路与板式脉动热管（5）相连；

所述板式脉动热管（5）的上端为冷凝端，下端为加热端，冷凝端与加热端之间为绝热端；板式脉动热管（5）的正面冷凝端设置一条横向管路，横向管路下方设置多条竖直管路；板式脉动热管（5）的反面设置多条竖直管路，每条竖直管路上设置与其对应的板式脉动热管（5）正面竖直管路相连接的横向连接管路；板式脉动热管（5）正面的竖直管路穿过板式脉动热管（5）的金属板与板式脉动热管（5）反面的相对应的竖直管路或横向连接管路相连；横向管路的一端与其下方最外侧的一条竖直管路相连，另一端穿过板式脉动热管（5）的金属板，与板式脉动热管（5）背面的最外侧的一条竖直管路相连；板式脉动热管（5）的正面及反面的管路整体构成蛇形循环管路；

所述板式脉动热管（5）上设置的各种管路的管径均分别需要满足下式：

$0.7\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}\≤D\≤1.83\sqrt{\frac{\mathrm{\σ}}{({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{lip}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{vap}})\·g}}$ ；

式中，σ 为工质表面张力，单位为N/m；ρ_lip为工质的液相密度，单位为kg/m³；ρ_vap为工质的气相密度，单位为kg/m³；D为管径，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s²。

2.根据权利要求1所述的一种三维多弯回路型板式脉动热管，其特征在于：所述板式脉动热管（5）的金属板的材质为铝或铜。

3.根据权利要求1所述的一种三维多弯回路型板式脉动热管，其特征在于：所述板式脉动热管（5）的金属板的厚度为2 mm~4 mm。

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