CN204665997U - 一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，包括金属蒸发板，该蒸发板的蒸发面上设有沿第一方向上的多条平行间隔设置的第一内嵌槽、沿第二方向上的多条平行间隔设置的第二内嵌槽，以及多个呈阵列分布的翅片；第一内嵌槽与第二内嵌槽一一相交错，第一内嵌槽和第二内嵌槽分别包括构成槽腔的槽体和构成槽口的竖直狭缝；翅片包括翅片主体和支撑凸台，翅片主体由第一内嵌槽的狭缝与第二内嵌槽的狭缝交错形成，支撑凸台由第一内嵌槽的内部槽体与第二内嵌槽的内部槽体交错形成。该吸液芯能够增大换热面积，增加大量汽化核心，促进沸腾不断发生，提高毛细压力，并降低回流阻力，从而显著强化传热。

Description

一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯

技术领域

本实用新型涉及一种平板热管吸液芯，特别是涉及一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯。

背景技术

随着电子芯片的功率不断增大而物理尺寸不断的减小，电子芯片上的热流密度不断提高，由于温度过高而导致电子芯片热失效的问题越来越严重，高热流密度元件的散热问题已经成为影响电子器件设计的关键技术问题之一。

目前，很多的散热器件已远远不能满足某些电子器件的散热要求，传统的散热方式如风冷更是达到了技术的瓶颈。平板热管利用相变传热原理，由于其采用了面传热的方式，相比于传统的热管散热，效率更高，能满足大功率器件的散热要求。平板热管与传统的热管相比，工作原理相同。其主要有蒸发端、冷凝端、吸液芯、工质组成。其工作原理为：电子器件将热传递到蒸发板基板，基板再将热传递到工质，工质受热后会产生相变，工质沸腾蒸发，并到达冷凝端凝结成液体放出热量。液态工质在吸液芯毛细压力的作用下回流至蒸发端形成一个循环，如此反复。其中，在保证液体充分回流的同时，为提高传热能力，蒸发吸液芯结构应具有强化沸腾作用。

平板热管现有吸液芯主要以粉末、丝网、沟槽为主。现有技术可利用粉末烧结和丝网烧结等方法加工出毛细压力大，沸腾性能良好的粉末、丝网吸液芯结构。但这些结构毛细孔半径小，流动阻力大，渗透率低且易堵塞，而且以上制造方法存在着槽-孔结构形状不可控、加工时间长、制造成本高等缺点。而沟槽吸液芯通常采用线切割、激光加工等特种加工方法，只能加工出壁面光滑的简单开式结构，存在毛细吸力小，沸腾传热性能差，加工周期长、成本高等缺陷。

实用新型内容

本实用新型提供了一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，其克服了现有技术的平板热管吸液芯所存在的不足之处。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，包括蒸发板，该蒸发板的蒸发面上设有沿第一方向上的多条平行间隔设置的第一内嵌槽、沿第二方向上的多条平行间隔设置的第二内嵌槽，以及多个呈阵列分布的翅片；第一内嵌槽与第二内嵌槽一一相交错，且第一内嵌槽和第二内嵌槽分别包括构成槽腔的槽体和构成槽口的竖直狭缝；翅片包括上部分的翅片主体和下部分的支撑凸台，且翅片主体由第一内嵌槽的狭缝与第二内嵌槽的狭缝交错形成，支撑凸台由第一内嵌槽的内部槽体与第二内嵌槽的内部槽体交错形成。

一实施例中，所述第一内嵌槽和第二内嵌槽与所述蒸发板的中心线的夹角分别为10～80°。

一实施例中，两相邻的第一内嵌槽中心间距为0.8～3mm,每两相邻的第二内嵌槽中心间距与第一内嵌槽中心间距相等。

一实施例中，所述第一内嵌槽和第二内嵌槽的内部槽体沿其宽度方向的截面分别呈圆弧形，且其直径为0.4～3mm；所述狭缝的深度为0.2～1mm，宽度为0.2～1mm。

一实施例中，所述各翅片主体分别为棱柱体，且该棱柱体的顶面为菱形，该菱形的其中一对角线与所述蒸发板的中心线相平行。

一实施例中，所述蒸发板为铜基板或铝基板或不锈钢基板。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的蒸发板上形成的交错排列的第一内嵌槽和第二内嵌槽，以及呈阵列分布的翅片，能够增大换热面积，增强对流体流过换热面时的扰动，破坏流体边界层，强化换热；

2、本实用新型的第一内嵌槽和第二内嵌槽能够增加大量汽化核心，促进沸腾不断发生，显著提高沸腾传热性能；此外，上部的狭缝能够减小毛细半径，提高毛细压力；下部的槽体能降低回流阻力，从而在获得良好毛细压力的同时有效降低渗透阻力；

3、本实用新型的平板热管吸液芯采用铣削加工得到，无需复杂的制造工艺，生产成本低廉，生产效率高，容易实现工业化生产。

附图说明

图1是本实用新型的平板热管吸液芯的结构示意图；

图2是本实用新型的平板热管吸液芯的局部放大示意图；

图3是本实用新型的铣刀的结构示意图；

图4是本实用新型在第一方向上的加工示意图；

图5是本实用新型在第二方向上的加工示意图；

图6是本实用新型的平板热管的分解示意图；

图7是本实用新型的平板热管的纵向剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯不局限于实施例。

实施例，请参见图1-图3所示，本实用新型的一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，包括金属蒸发板1，该蒸发板1的蒸发面上设有沿第一方向上的多条平行间隔设置的第一内嵌槽3、沿第二方向上的多条平行间隔设置的第二内嵌槽4，以及多个呈阵列分布的翅片2；第一内嵌槽3与第二内嵌槽4一一相交错。第一内嵌槽3和第二内嵌槽4分别包括上下两部分，上部分为构成槽口的狭缝，下部分为构成槽腔的槽体。翅片2由第一内嵌槽3与第二内嵌槽4交错形成，翅片2四周由第一内嵌槽3和第二内嵌槽4包围。具体，各翅片2分别包括上部分的翅片主体21和下部分的支撑凸台22，翅片主体21由第一内嵌槽3的狭缝与第二内嵌槽4的狭缝交错形成，支撑凸台22由第一内嵌槽3的内部槽体与第二内嵌槽4的内部槽体交错形成。这里，第一方向和第二方向指代两个不相平行的方向。上述狭缝顾名思义，即指宽度较窄的缝隙，其使第一内嵌槽3和第二内嵌槽4呈缩口状，亦即，狭缝的宽度至少小于槽体的最大宽度。

本实施例中，所述第一内嵌槽3和第二内嵌槽4与所述蒸发板1的中心线的夹角α分别为10～80°，具体，第一内嵌槽和第二内嵌槽与所述蒸发板的中心线的夹角分别为15°。

本实施例中，每两相邻的第一内嵌槽中心间距为0.8～3mm,每两相邻的第二内嵌槽中心间距与第一内嵌槽中心间距相等。

本实施例中，所述第一内嵌槽3和第二内嵌槽4的内部槽体沿其宽度方向的截面分别呈圆弧形，且其直径为0.4～3mm，使第一内嵌槽和第二内嵌槽的内部槽体分别呈圆孔槽，该圆孔槽的内面为圆弧面，有利于进一步降低回流阻力；所述狭缝为竖直狭缝，且其深度为0.2～1mm，宽度为0.2～1mm。该竖直狭缝的宽度小于圆孔槽沿其宽度方向的截面的直径(亦即圆孔槽的最大宽度)。如此，第一内嵌槽3和第二内嵌槽4沿其宽度方向的截面(即上下方向的截面)分别呈倒“Ω”形形状。

本实施例中，所述各翅片主体21分别为棱柱体，且该棱柱体的顶面为菱形，该菱形的其中一对角线与所述蒸发板1的中心线相平行。此外，通过调整第一内嵌槽3和第二内嵌槽4与所述蒸发板1的中心线的夹角，和/或每两相邻的第一内嵌槽3、第二内嵌槽4之间的间距，也可以使所述各翅片主体21的顶面呈其它形状，例如矩形形状、平行四边形形状等。

本实施例中，所述蒸发板1为铜基板或铝基板或不锈钢基板。

经过研究表明，在给定的加热表面的过热度条件下，只有当汽化核心的半径大于气泡生长所需的最小半径，气泡才能长大，核态沸腾才能进行。而凹槽和/或裂缝所形成的空穴最有可能成为汽化核心。在沸腾过程中，当气泡长大脱离空穴后，由于液体表明张力的作用，这些空穴所截留的部分蒸汽很难被流入液体彻底排出，就成为新的汽化核心，长出新的气泡，从而使沸腾过程不断持续。因此，本实用新型提出的第一内嵌槽3、第二内嵌槽4的结构能够大量增加汽化核心，促进沸腾不断发生，显著提高沸腾传热性能；上部的狭缝能够减小毛细半径，提高毛细压力；下部的圆弧形槽体能降低回流阻力，从而在获得良好毛细压力的同时有效降低渗透阻力；交错排布的第一内嵌槽3和第二内嵌槽4，以及错排阵列分布的翅片结构能够增大换热面积，增强对流体流过换热面时的扰动，破坏流体边界层，强化换热。

本实用新型的一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯的制造方法，包括如下步骤：

1)以高速钢或钨钢为材料，制备铣刀5，该铣刀5包括刀体和刀柄53，刀体包括上下两部分，且上部分和下部分分别带有切削刃，上部分的宽度小于下部分的宽度；具体，如图3所示，该铣刀5的刀体的下部分为球头，上部分为与球头共轴的圆柱体，球头部分的切削刃51的半径为0.4mm，圆柱体的直径为0.3mm，高度为0.3mm，刀柄53的直径为3mm；将该球头铣刀5水平安装，在与球头相连接的中间圆柱体上磨削加工出两条螺旋切削刃52，切削刃当量直径为0.1mm，长度为2mm；然后对刀具进行淬火，得到一把三刃球头铣刀5；

2)筛选一块紫铜基板，该基板尺寸为长80mm，宽80mm，厚2mm，对该基板表面进行去毛刺处理，然后用夹具将其固定在立式铣床的平口虎钳上，并使基板的待加工面(即蒸发面)与铣刀5相垂直，旋转平口虎钳，使基板的中心线与工件进给方向成15°设定角度，该设定角度即后面加工出来的第一内嵌槽3与金属基板(即蒸发板1)的中心线的夹角α；利用杠杆百分表对基板待加工的上表面进行校平；

3)采用步骤1)所述的铣刀5，在基板上表面铣削加工出沿上述设定角度所在方向上的多条平行间隔设置的第一内嵌槽3，如图4所示，具体，将球头铣刀5安装在立式铣床的主轴上，进行对刀，调节铣刀5球头部分下端顶点到中间圆柱体螺旋切削刃52的最上端之间的距离，采用立铣方式进行加工，球头铣刀5的旋转速度为3500r/min，进给速度为500mm/min，得到所述第一内嵌槽3，该第一内嵌槽3的内部槽体即由铣刀5球头的切削刃加工得到，且其宽度方向的截面的当量直径为0.8mm，第一内嵌槽3的槽口狭缝由铣刀5圆柱体的切削刃加工得到，且该槽口狭缝宽度为0.3mm，深度为0.4mm，相邻两第一内嵌槽3之间的中心间距为2mm；

4)完成第一内嵌槽3的加工后，旋转平口虎钳，使基板中心线与工件进给方向呈-15°设定角度(该设定角度即后面加工出来的第二内嵌槽4与金属基板的中心线的夹角α)，按照步骤3)所述的加工参数，在基板上表面铣削加工出沿另一设定角度所在方向的多条平行间隔设置的所述第二内嵌槽4，如图5所示，利用第二内嵌槽4与第一内嵌槽3一一相交错形成多个呈阵列分布的翅片2，该翅片2分别包括上部分的翅片主体21和下部分的支撑凸台22；

5)完成第二内嵌槽4的加工后，取下基板，对基板进行去毛刺、清洗，得到具有翅片2及内嵌槽的平板热管吸液芯。

本实用新型的一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯的制造方法，其采用铣削工艺加工得到，无需复杂的制造工艺，生产成本低廉，生产效率高，容易实现工业化生产，从中克服了现有技术采用线切割、激光加工平板热管吸液芯所存在的如下不足之处：槽-孔结构形状不可控、加工时间长、制造成本高，且只能加工出壁面光滑的简单开式结构。

请参见图6、图7所示，其为本实用新型的一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯的一种应用，该装置为平板热管，它包括冷凝板6和上述所述的平板热管吸液芯，冷凝板6与蒸发板1具有相同的材质，且冷凝板6含有空腔，并设置有充液口61。将冷凝板6作为上盖板，蒸发板1作为下盖板，对蒸发板1和冷凝板6边缘通过钎焊进行连接，围成一腔体，再利用真空设备对该腔体抽真空,抽真空过程应保证环境洁净无尘。抽真空后,对腔体内部灌注液体工质，并封口，得到具有翅片-内嵌槽吸液芯的平板热管。

上述平板热管的蒸发板集蒸发端、毛细芯于一体，其能够增加大量汽化核心，促进沸腾不断发生，显著提高平板热管的散热性能，即提高其相变传热的能力。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，其特征在于：包括蒸发板，该蒸发板的蒸发面上设有沿第一方向上的多条平行间隔设置的第一内嵌槽、沿第二方向上的多条平行间隔设置的第二内嵌槽，以及多个呈阵列分布的翅片；第一内嵌槽与第二内嵌槽一一相交错，且第一内嵌槽和第二内嵌槽分别包括构成槽腔的槽体和构成槽口的竖直狭缝；翅片包括上部分的翅片主体和下部分的支撑凸台，且翅片主体由第一内嵌槽的狭缝与第二内嵌槽的狭缝交错形成，支撑凸台由第一内嵌槽的内部槽体与第二内嵌槽的内部槽体交错形成。

2.根据权利要求1所述的具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，其特征在于：所述第一内嵌槽和第二内嵌槽与所述蒸发板的中心线的夹角分别为10～80°。

3.根据权利要求1所述的具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，其特征在于：每两相邻的第一内嵌槽中心间距为0.8～3mm,每两相邻的第二内嵌槽中心间距与第一内嵌槽中心间距相等。

4.根据权利要求1所述的具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，其特征在于：所述第一内嵌槽和第二内嵌槽的内部槽体沿其宽度方向的截面分别呈圆弧形，且其直径为0.4～3mm；所述狭缝的深度为0.2～1mm，宽度为0.2～1mm。

5.根据权利要求1所述的具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，其特征在于：所述各翅片主体分别为棱柱体，且该棱柱体的顶面为菱形，该菱形的其中一对角线与所述蒸发板的中心线相平行。

6.根据权利要求1所述的具有翅片-内嵌槽的平板热管吸液芯，其特征在于：所述蒸发板为铜基板或铝基板或不锈钢基板。