一种三维一体结构蒸汽腔热管散热器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种三维一体结构蒸汽腔热管散热器，所述散热器包括环状内壳与环状外壳，内壳套装在外壳的空腔中，内壳与外壳之间形成一个环形空腔，内壳两端与外壳两端的端面配合密封，形成密闭空腔；内壳内环面分布有与内壳一体成型的散热翅片，外壳外环面分布有与外壳一体成型的散热翅片；外壳的一侧为平面，该平面为受热面，受热面的内壁面上有多孔材料，该多孔材料贴服在受热面的内壁面上，多孔材料的面积大于热源面积；密闭空腔抽成真空状态后充入换热工质，工质最小量为多孔材料全部浸满液体的质量。多孔材料位置处对应的内壳外表面分布有多个用于压紧多孔材料的凸台，凸台与凸台之间留有间隔。

【技术实现步骤摘要】
一种三维一体结构蒸汽腔热管散热器
本技术属于热管
，具体涉及一种三维一体结构的蒸汽腔热管散热器。
技术介绍
热管技术中，充装在腔体内的液体工质在加热端吸热汽化，然后在散热端放热冷凝，以此实现热量在一定方向上的传递。由热管技术衍生出的产品繁多，该技术的应用领域也十分广阔，涵盖了灯具散热、卫星热控、日用电器、电脑等，目前依据传热路径可将热管分成两大类：第一类，点对点散热热管，热量通过一点传导至热管本体，工质在热管的直线或曲线方向上进行传递散热，然后在热管冷端进行冷凝散热。代表的热管有铜水热管、重力热管、槽道热管等。第二类，点对面散热热管，热量通过一点传导至热管本体，工质在热管的整面进行传递散热。代表的热管有蒸汽腔热管VC、环路热管等。随着目前发热器件功率的不断增加，热管需要排散的热功耗也越来越大，散热面积设计不足的情况越来越多，尤其是一些只能通过风冷或对流散热的热管，散热面积不足的问题更加明显。常规的做法是优化散热翅片设计，以此来提高散热效率，或额外在热管本体上钎焊、胶粘散热翅片等方法来增加散热面积，但是由于增加热阻的影响，这些额外添加翅片的方法实际使用的散热效率并不高，且额外加工的成本也不低。在此应用需求的基础上急需技术第三类热管设计，克服现有热管散热器散热面积不足的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种三维一体结构蒸汽腔热管散热器，通过将蒸汽腔热管进行三维化设计，极大的增加了散热器的散热面积和散热能力，从而降低了发热源的工作温度。本技术的三维一体结构蒸汽腔热管散热器是通过下述技术方案实现的：所述散热器包括环状内壳与环状外壳，内壳套装在外壳的空腔中，内壳与外壳之间形成一个环形空腔，内壳两端与外壳两端的端面配合密封，形成密闭空腔；内壳内环面分布有与内壳一体成型的散热翅片，外壳外环面分布有与外壳一体成型的散热翅片；外壳的一侧为平面，该平面为受热面，受热面的内壁面上有多孔材料，该多孔材料贴服在受热面的内壁面上，多孔材料的面积大于热源面积；密闭空腔抽成真空状态后充入换热工质，工质最小量为多孔材料全部浸满液体的质量。其中，所述平面结构的外壁面为散热器的热源安装面，所述平面结构的内壁面上布置有多孔材料，多孔材料位置处对应的内壳外表面分布有多个用于压紧多孔材料的凸台，凸台与凸台之间留有间隔。通过散热器顶面打孔，将密闭空腔抽成真空状态后充入换热工质，工质最小量为多孔材料全部浸满液体的质量。工质充完后将孔密封，密封过程避免空气二次倒灌进腔体内。其中，所述密闭空腔中充入的工质应保证其纯度。有益效果：(1)蒸汽腔热管采用三维一体结构，使蒸汽腔的面积得以扩展、散热翅片的数量也随之增加，其散热面积相比平板蒸汽腔热管散热面积增加2.5倍以上，相较于槽道热管等散热面积增加10倍以上，在相同功率和热耗的工作条件下，可大大降低元器件的工作温度，(2)该三维蒸汽腔热管采用内外壳结构组装焊接，内壳与其内部散热翅片及外壳外部散热翅片均是一体成型，减少了常规热管与散热片复合时带来的界面热阻的损耗。(3)外壳所述散热器的蒸发面为平面，所述蒸发面对应位置的外壳空腔内面分布有与之贴合的多孔材料，采用多孔结构毛细芯，可以提供液体冷凝后回流的动力，并且还可以让热管在一定反重力的姿态下工作，另外，多孔结构的孔径大小还可根据实际需求进行选择，更小孔径的多孔结构可实现更大功率热耗的传递。附图说明图1为本技术中的三维一体结构蒸汽腔热管散热器蒸汽腔外壳示意图；图2为本技术中的三维一体结构蒸汽腔热管散热器蒸汽腔内壳示意图；图3为本技术中的三维一体结构蒸汽腔热管散热器蒸汽腔内壳和外壳组装焊接示意图；图4为本技术中的三维一体结构蒸汽腔热管散热器产品最终图的主视图；图5为本技术中的三维一体结构蒸汽腔热管散热器的三维模型图。其中1-外壳散热翅片，2-蒸发面，3-内壳外侧的凸台，4-内壳散热翅片，5-工质充装口位置，6-安装的发热源，7-热源安装面，8-多孔材料。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本技术进行详细描述。本技术提供了一种三维一体结构蒸汽腔热管散热器，包括以下部分：散热器外壳与散热器内壳。散热器高度为h，散热器外壳如图1所示，外壳外形为环状，外部有用于散热的翅片，其中1为外壳散热翅片，外壳内壁面与内壳外壁面之间形成环形的密闭空腔，外壳的底部为平面结构，该平面结构的内壁面为蒸发面，外壁面为热源安装面，2为蒸发面，7为热源安装面，蒸发面位置处有与之贴合的多孔材料，采用多孔结构毛细芯，毛细芯用于工质收集、传递和蒸发散热，毛细芯与平面贴合且不进入外壳的内径范围，外壳内径为d；散热器内壳如图2所示，经过加工，其余部分的内壳外壁壁厚小于其两端的壁厚，内壳外形设计为环状，在环状内壳中间平面处的外表面上加有多个凸台，3表示内壳外侧的凸台，用于将外壳中多孔材料压紧，凸台与凸台之间留有间隔，留有一定孔隙，以供蒸汽散发。内壳内环面有用于散热的翅片，4表示内壳散热翅片。内壳两端外径为d，与外壳内径尺寸一致，内壳套装在外壳的空腔中，通过焊接，内壳两端与外壳两端的端面配合密封，外壳内壁面与内壳外壁面之间形成环形的密闭空腔，作为蒸汽扩散的通道，即蒸汽腔，中间部分外壳材料与内壳材料相同，并且选择导热性能较好的铝、铜等材料。散热器内壳和外壳装配后焊接密封，焊接的方式可根据实际需求来选择，如钎焊、弧焊、电子束焊、搅拌焊等。通过焊接形成一个密闭承压腔体，即蒸汽腔，腔体内部充装液体工质。图3为三维蒸汽腔热管散热器的组装焊接图，焊接完成后在图3所示俯视图中位置5处，从密闭承压腔体的上表面钻一个直径为1毫米的充液孔，其深度要穿透外壳进入蒸汽腔内部，然后焊接一根中空的充液管后进行灌装作业，灌装作业具体步骤如下：步骤1，将三维蒸汽腔热管的充液管插入充装设备进行抽真空，真空度优于10Pa；步骤2，关闭充装设备的抽真空阀门，打开充装阀门给三维蒸汽腔充入一定量的工质，充入工质的最小量为多孔结构毛细芯全部浸满液体的质量；步骤3，工质充装完成后用封口钳将充液管密封，然后取下，对充液管进行封口焊接，灌装作业完毕。注意事项：1.充装量一定要保证没过多孔材料底部，便于吸液；2.充装前腔体内需抽成真空状态，因为腔体内部有空气的话，空气会占据蒸汽的空间，而空气导热是很差的；3.多孔结构必须要贴紧外壳的内壁，否则液体会在内壁与多孔结构之间的缝隙蒸发，而这样液体是无法通过虹吸回流的，最终造成受热面的温度急剧升高而失效。三维一体结构蒸汽腔热管散热器产品最终图如图4所示，为蒸汽腔热管散热器环状外壳外侧平面，6表示安装的发热源，7表示热源安装面。在安装面热源300W时，对设计进行热分析，温度平衡在353k至356k之间，整个散热器温差只有3℃，效果良好。产品运行模式：1.热源热量通过安装面的外壳传导至空腔内正好与之贴合的多孔材料上；2.多孔材料吸满了可进行两相换热的工质，热量传导至多孔材料，多孔材料表面形成蒸发带走热量；3.热的蒸汽蔓延至整个蒸汽腔内，并在蒸汽腔的内、外壁面冷凝凝结，释放携带热量；4.冷凝在壁面的工质受重力作用影响流入蒸汽腔的底部；5.多孔材料从底部虹吸作用将工质重新吸饱，一个循环结束。本技术中蒸汽腔热管的外形可以根据实际情况进行设计，散热翅片的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维一体结构蒸汽腔热管散热器，其特征在于，所述散热器包括环状内壳与环状外壳，内壳套装在外壳的空腔中，内壳与外壳之间形成一个环形空腔，内壳两端与外壳两端的端面配合密封，形成密闭空腔；内壳内环面分布有与内壳一体成型的散热翅片，外壳外环面分布有与外壳一体成型的散热翅片；外壳的一侧为平面，该平面为受热面，受热面的内壁面上有多孔材料，该多孔材料贴服在受热面的内壁面上，多孔材料的面积大于热源面积；密闭空腔抽成真空状态后充入换热工质，工质最小量为多孔材料全部浸满液体的质量。

【技术特征摘要】
1.一种三维一体结构蒸汽腔热管散热器，其特征在于，所述散热器包括环状内壳与环状外壳，内壳套装在外壳的空腔中，内壳与外壳之间形成一个环形空腔，内壳两端与外壳两端的端面配合密封，形成密闭空腔；内壳内环面分布有与内壳一体成型的散热翅片，外壳外环面分布有与外壳一体成型的散热翅片；外壳的一侧为平面，该平面为受热面，受热面的内壁面上有多孔材料，该多孔材料贴服在受...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，励精图治，黄金印，满广龙，卿恒新，张红星，孙萌，杨沪宁，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：新型
国别省市：北京,11