性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，其包括由毛細(xì)管組成且依次連接的蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段，其中，所述蒸發(fā)段的內(nèi)壁面設(shè)有多個空腔。本實用新型通過對蒸發(fā)段毛細(xì)管的內(nèi)壁進(jìn)行表面毛糙處理，可以有效地降低脈動熱管工質(zhì)成核相變所需的過熱度，增加成核位置的數(shù)量，促進(jìn)氣泡的生成、生長和聚合，大大提高脈動熱管啟動和運(yùn)行時的驅(qū)動力，從而提高在任意傾斜角尤其是在水平放置時的啟動速度和傳熱性能。
【專利說明】性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電子冷卻、余熱回收和熱管【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，本實用新型特別涉及一種性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]電子器件產(chǎn)生的熱量是目前和未來都需要解決的一個關(guān)鍵問題。對于電子元件或系統(tǒng)的熱管理，傳統(tǒng)熱管顯示了其優(yōu)越性能。隨著電路集成化程度越來越高，產(chǎn)生的熱量也越來越多。因此，需要發(fā)展一種更小體積、更高性能的傳熱元件或設(shè)備。
[0003]脈動熱管是一種新型的高效傳熱熱管，其迎合了電路集成化程度的發(fā)展需要。相比傳統(tǒng)熱管，脈動熱管具有很多獨特的優(yōu)點，例如:無毛細(xì)芯，結(jié)構(gòu)簡單，成本低；管徑小、體積小，易于控溫元件的小型化；管內(nèi)分布的薄液膜的換熱系數(shù)很大，可以實現(xiàn)高熱流密度傳熱。大量實驗結(jié)果表明，脈動熱管的整體平均熱阻可以低至0.5-1.0K/W左右，體積小但傳送的熱流量卻能達(dá)到90W，在當(dāng)量體積相同時，它所傳輸?shù)臒崃髅芏瓤梢员葌鹘y(tǒng)熱管大幾倍甚至到一個數(shù)量級。脈動熱管被視為解決微小空間高熱流密度的散熱方案中一種很有希望和前途的傳熱元件。
[0004]因此，脈動熱管已成功應(yīng)用于電子和微電子設(shè)備冷卻，并在航空航天領(lǐng)域展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景。但是將脈動熱管水平放置工作時，它的性能相比垂直放置時會有大幅度下降，這個缺陷一定程度地限制了脈動熱管的工程應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于提供一種性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，以克服現(xiàn)有脈動熱管水平放置工作時的性能相比垂直放置時會有大幅度下降的缺陷，提高其水平放置運(yùn)行時的動力和傳熱性能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，其包括由毛細(xì)管組成且依次連接的蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段，其中，所述蒸發(fā)段的內(nèi)壁面設(shè)有多個空腔。
[0007]在上述性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器的一種優(yōu)選實施方式中，所述空腔布滿所述蒸發(fā)段整個內(nèi)壁面。
[0008]在上述性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器的一種優(yōu)選實施方式中，所述空腔大小為微米量級。
[0009]在上述性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器的一種優(yōu)選實施方式中，所述空腔為通過表面機(jī)械毛糙處理的方式形成。
[0010]在上述性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器的一種優(yōu)選實施方式中，所述空腔為通過化學(xué)試劑對金屬表面進(jìn)行腐蝕形成。
[0011]在上述性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器的一種優(yōu)選實施方式中，所述空腔為通過在毛細(xì)管內(nèi)燒結(jié)納米顆粒的方式形成。[0012]在上述性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器的一種優(yōu)選實施方式中，所述空腔通過機(jī)械螺紋鉆對所述蒸發(fā)段的內(nèi)壁面進(jìn)行微米量級的毛糙處理形成。
[0013]在上述性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器的一種優(yōu)選實施方式中，所述蒸發(fā)段焊接于所述絕熱段。
[0014]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0015]外部基本結(jié)構(gòu)無變化。沒有改變脈動熱管的基本結(jié)構(gòu)，和現(xiàn)有技術(shù)同樣包括蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段，蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段是由毛細(xì)管組成。未增加復(fù)雜的部件，亦無需重新設(shè)計。
[0016]加工制備易實現(xiàn)。微米級空腔的加工方法有多種，在一段毛細(xì)管中很容易實現(xiàn)。脈動熱管蒸發(fā)段的所有毛細(xì)管分別加工完后，再與絕熱段和冷凝段毛細(xì)管進(jìn)行連接。
[0017]性能提高顯著。通過對蒸發(fā)段毛細(xì)管的內(nèi)壁進(jìn)行表面毛糙處理，可以有效地降低脈動熱管工質(zhì)成核相變所需的過熱度，增加成核位置的數(shù)量，促進(jìn)氣泡的生成、生長和聚合，大大提高脈動熱管啟動和運(yùn)行時的驅(qū)動力，從而提高在任意傾斜角尤其是在水平放置時的啟動速度和傳熱性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020]如圖1所示，本實用新型實施例包括由毛細(xì)管構(gòu)成的蒸發(fā)段1、絕熱段2和冷凝段3，三者依次如圖連接。其中，蒸發(fā)段I的毛細(xì)管內(nèi)壁面有多個空腔4。
[0021]為了取得更好的效果，蒸發(fā)段I內(nèi)壁面加工的空腔4為微米量級。
[0022]對于蒸發(fā)段I的某一支毛細(xì)管而言，其內(nèi)壁面空腔4的加工很容易實現(xiàn)。可以使用機(jī)械加工的方式形成，例如采用機(jī)械螺紋鉆對毛細(xì)管的內(nèi)壁面進(jìn)行微米量級的毛糙處理；或采用稀鹽酸等化學(xué)試劑對金屬內(nèi)壁面進(jìn)行腐蝕形成；或是在毛細(xì)管內(nèi)燒結(jié)納米顆粒等方式來實現(xiàn)。雖然不同加工方式形成的空腔4略有區(qū)別，但是其效果基本相同。
[0023]單支蒸發(fā)段I的毛細(xì)管加工完畢，可以采用焊接的方式與絕熱段2連接。
[0024]脈動熱管以垂直狀態(tài)工作，即冷凝段3位于蒸發(fā)段I的正上方時，氣泡冷凝后產(chǎn)生的液體在重力的作用下可以更加快捷地流回蒸發(fā)段I。當(dāng)脈動熱管以水平狀態(tài)工作時，由于沒有重力的輔助作用，當(dāng)驅(qū)動力不足時，熱管的性能開始出現(xiàn)大幅度下降，甚至有時蒸發(fā)段I的局部會出現(xiàn)“燒干”現(xiàn)象?？梢?，脈動熱管的工作原理決定了提高其性能的根本途徑:滿足動力足而阻力小的特征。脈動熱管的動力來源是蒸發(fā)段I處與冷凝段3處工質(zhì)相變時產(chǎn)生的壓差驅(qū)動力。
[0025]鑒于此，本實施例致力于提高蒸發(fā)段I處工質(zhì)的相變能力，以顯著提高其熱驅(qū)動力。本實施例的空腔4可以有效地降低脈動熱管工質(zhì)成核相變所需的過熱度，增加蒸發(fā)段I處成核位置的數(shù)量，促進(jìn)氣泡的生成、生長和聚合，大大提高脈動熱管啟動和運(yùn)行時的驅(qū)動力，從而提高脈動熱管在任意傾斜角尤其是在水平放置時的啟動速度和傳熱性能。
[0026]為了更好的闡述本實施例的優(yōu)點，對本實施例的結(jié)構(gòu)、工作過程進(jìn)一步詳細(xì)描述如下:
[0027]脈動熱管的蒸發(fā)段I位于熱端，冷凝段3位于冷端。熱量首先由熱端傳遞到蒸發(fā)段I中的工質(zhì)。當(dāng)熱量輸入滿足工質(zhì)的核態(tài)沸騰條件時，工質(zhì)就會發(fā)生相變產(chǎn)生氣泡，蒸發(fā)段I處的壓力升高而引起液塞體積的膨脹，推動工質(zhì)運(yùn)動。
[0028]蒸發(fā)段I中的工質(zhì)以一定的速度進(jìn)入冷凝段3，熱量由工質(zhì)傳遞到冷端。工質(zhì)中的氣泡放出熱量，發(fā)生冷凝和縮小，冷凝段3處的壓力減小。由于蒸發(fā)段I和冷凝段3的過程是持續(xù)的，且兩者是相通的，因此，在壓差的驅(qū)動下，工質(zhì)從蒸發(fā)段I流向冷凝段3，又從冷凝段3流回蒸發(fā)段I。
[0029]當(dāng)工質(zhì)出現(xiàn)核態(tài)沸騰時，內(nèi)壁面溫度需要滿足如下條件:
【權(quán)利要求】
1.一種性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，包括由毛細(xì)管組成且依次連接的蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段，其特征在于，所述蒸發(fā)段的內(nèi)壁面設(shè)有多個空腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，其特征在于，所述空腔布滿所述蒸發(fā)段整個內(nèi)壁面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，其特征在于，所述空腔大小為微米量級。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，其特征在于，所述空腔為通過表面機(jī)械毛糙處理的方式形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，其特征在于，所述空腔為通過化學(xué)試劑對金屬表面進(jìn)行腐蝕形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，其特征在于，所述空腔為通過在毛細(xì)管內(nèi)燒結(jié)納米顆粒的方式形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，其特征在于，所述空腔通過機(jī)械螺紋鉆對所述蒸發(fā)段的內(nèi)壁面進(jìn)行微米量級的毛糙處理形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的性能增強(qiáng)型脈動熱管散熱器，其特征在于，所述蒸發(fā)段焊接于所述絕熱段。
【文檔編號】F28D15/02GK203629391SQ201320817380
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】薛志虎, 陳思員, 曲偉, 俞繼軍, 艾邦成 申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院