一種帶有親液涂層的脈動熱管換熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于換熱領(lǐng)域涉，具體是涉及一種帶有親液涂層的脈動熱管換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著計算機(jī)在科研和工程領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，電子行業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展 的時期，處理器的加工工藝越來越先進(jìn)。CPU能夠處理的數(shù)據(jù)和運(yùn)行的速度也越來越快，集 成度也越來越高。電子產(chǎn)品特別是高新技術(shù)產(chǎn)品不斷朝著高密度封裝和多功能化方向發(fā) 展，電子器件的小型化、高集成化已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的趨勢。與此同時，電子元器件的發(fā)熱 量也越來越大，對其散熱手段提出了很大的要求。以往采取的散熱翅片加空氣強(qiáng)制對流的 散熱方式，散熱能力已經(jīng)達(dá)到極限，不能夠滿足目前和今后的電子產(chǎn)品的散熱。散熱的惡化 導(dǎo)致電子設(shè)備的溫度快速的上升，也引來了電子設(shè)備故障發(fā)生率的上升。據(jù)統(tǒng)計，電子元器 件的故障發(fā)生率隨著工作溫度的提高呈指數(shù)關(guān)系增長，單個元器件的溫度每升高10°c，性 能降低越50%。且電子設(shè)備的故障55%是由溫度過高引起的，能否很好的解決這些元器件 的散熱問題直接影響了電子設(shè)備的可靠性和使用壽命。基于此，散熱設(shè)計已經(jīng)成為了電子 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個瓶頸，尋求一種高效的散熱方法成為目前熱設(shè)計領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)之一。
[0003] 目前電子散熱的方法主要有自然冷卻、強(qiáng)迫空氣對流冷卻、液體冷卻、熱電冷卻， 微通道冷卻、微制冷系統(tǒng)冷卻等方式。自然冷卻和強(qiáng)迫空氣對流冷卻主要是采用風(fēng)冷的方 式進(jìn)行冷卻，前者的換熱系數(shù)較低，后者的較高。液體冷卻系統(tǒng)主要是通過水泵產(chǎn)生的動 力，推動密閉系統(tǒng)里的液體循環(huán)，將吸熱盤里吸收的芯片的熱量，通過水的循環(huán)，帶到面積 更大的散熱裝置上，進(jìn)行散熱。冷卻后的液體再次回流到吸熱設(shè)備，如此往復(fù)循環(huán)。液體采 用的工質(zhì)一般是水、乙醇、氟利昂等。熱電制冷又稱為半導(dǎo)體制冷，它利用的是物理現(xiàn)象中 的帕爾貼效應(yīng)，帕爾貼效應(yīng)是指兩種金屬組成的閉合線路中，若有電流通過，則會使得一個 節(jié)點(diǎn)變冷，另一個節(jié)點(diǎn)變熱。現(xiàn)在廣泛使用的熱電材料多以摻雜Bi、Te半導(dǎo)體材料為主。 半導(dǎo)體制冷方法優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、沒有噪音、無振動且壽命長，特別是制冷量和制冷的速度 可以通過調(diào)節(jié)電流來實(shí)現(xiàn)。但是其缺點(diǎn)是效率低、成本高、工藝不成熟。微通道冷卻主要 是通過微加工工藝在硅片上刻槽的方式形成換熱的通路，由于該散熱方法主要是利用工質(zhì) 的潛熱進(jìn)行熱量的傳遞，因此該散熱手段具有較高的臨界熱流密度，這一熱流密度大大超 過了目前已知的常規(guī)手段所能達(dá)到的水平，因此作為高效緊湊型換熱器或者冷卻器極具優(yōu) 勢。但是其加工工藝較為復(fù)雜，加工成本高。微型制冷系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)、管帶式冷凝器、 套管式換熱器和毛細(xì)管組成。冷凝器是采用鋁材制作的，直流風(fēng)扇對冷凝器進(jìn)行風(fēng)冷，套管 式換熱器用紫銅制作，它有兩條通路，一路為制冷器通路，另一路為冷卻水通路。微型蒸汽 壓縮式系統(tǒng)相對于一些傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)，其制冷部件多，結(jié)構(gòu)發(fā)雜，系統(tǒng)設(shè)計和維護(hù)的成本 尚。
[0004] 作為一種新型換熱器，脈動熱管于20世紀(jì)90年代被提出，一經(jīng)提出就收到國內(nèi)外 學(xué)者的廣泛關(guān)注。脈動熱管由一根細(xì)長的管道通過彎折而成，管道的材料可為銅管、不銹鋼 管、玻璃管等。根據(jù)管道的布置形式，可以將脈動熱管分為閉式脈動熱管和開式脈動熱管， 其中閉式脈動熱管又可以細(xì)分為帶有截止閥的閉式脈動熱管和沒有截止閥的閉式脈動熱 管。脈動熱管的工作原理與常規(guī)貴的熱管不同，脈動熱管的傳熱過程是基于管道內(nèi)部氣塞 和液塞的振蕩運(yùn)動。由于脈動熱管的管道直徑一般較小，因此表面張力對工質(zhì)分布的影響 較為顯著，使得工質(zhì)在充注進(jìn)脈動熱管后，出現(xiàn)液塞和氣塞交替分布的狀態(tài)而不是氣液相 的分層分布狀態(tài)。當(dāng)脈動熱管的蒸發(fā)段有熱量的輸入時，蒸發(fā)段的氣塞和液塞溫度和壓力 均升高，從而推動臨近的氣塞和液塞沿管道的軸線形成振蕩運(yùn)動。在冷卻段，由于冷媒的 換熱作用，將工質(zhì)的熱量帶走，從而降低了工質(zhì)的溫度和壓力。在氣塞和液塞的振蕩過程 中，熱量從蒸發(fā)段被帶到冷卻段，并被冷媒所帶走。雖然脈動熱管具有尺寸小、重量輕、傳熱 效果好和管道布置極為靈活等突出的優(yōu)勢，但由于其工作原理是由于氣塞和液塞的振蕩過 程，因此其蒸發(fā)段和冷卻段的溫度分布不均勻，相鄰位置的氣塞和液塞之間的溫度也不一 樣，這就在一定程度上限制了其使用的場合。同時，由于脈動熱管的傳熱過程主要是依靠液 塞與管道壁面的換熱過程，因此液態(tài)工質(zhì)與管道壁面的接觸情況對其傳熱性能影響較大。
[0005] 親液材料由于能夠以較低的成本明顯的改善液態(tài)工質(zhì)與管道壁面的接觸特性，已 經(jīng)成為了強(qiáng)化換熱領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)之一。親和性是用來說明某液態(tài)工質(zhì)與某材料的親和 特性的參數(shù)。親和性好說明液態(tài)工質(zhì)在該固體材料表面的接觸角小，能夠形成液膜并順利 的沿著材料的表面鋪展開來。親和性差表明該液態(tài)工質(zhì)在該固體表面趨向于形成球型，其 接觸角大于90°，且在固體表面不能夠形成液膜。潤濕特性是液態(tài)工質(zhì)和固體材料的粘附 力和各自的內(nèi)聚力決定的，當(dāng)一滴液體附著與某固體材料時，兩者之間的粘附力使得液體 能夠在固體材料表面鋪展，而各自的內(nèi)聚力（特別是液態(tài)工質(zhì)的內(nèi)聚力）則促使液滴保持 球狀避免與固體材料更多的接觸。由于潤濕特性與工質(zhì)與管道壁面的換熱面積有較大的關(guān) 聯(lián)，因此潤濕特性對換熱器的換熱系數(shù)也具有較大的影響。研宄表明，親液涂層的存在能夠 有效的改善壁面液體的傳輸特性，更加有利于提高換熱裝置的換熱熱流密度。
[0006] 經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，為了提高脈動熱管的傳熱性能，已有專利對其結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了優(yōu)化的 設(shè)計。專利文獻(xiàn)CN201803624U提出了一種多通道并聯(lián)回路型的脈動熱管換熱器，該換熱器 通過兩根集液管將多跟平行管道進(jìn)行相連。該發(fā)明的外形和內(nèi)部工質(zhì)的振蕩均與本發(fā)明所 提出的一種內(nèi)部帶有親液涂層的脈動熱管有很大的不同。外形上該專利文獻(xiàn)采用直角彎 頭連接多跟平行管道，而本發(fā)明采用180彎頭將管道連接起來，且管道采用蛇形布置。專 利文獻(xiàn)CN103629960A提出了一種具有粗化結(jié)構(gòu)的脈動熱管，該發(fā)明在脈動熱管換熱器的 蒸發(fā)段內(nèi)壁面上布置有顆粒狀的結(jié)構(gòu)，該發(fā)明降低了脈動熱管的啟動功率和啟動時間。該 發(fā)明與本發(fā)明的不同之處在于