复合型换热器制造技术

一种复合型换热器，它包括上方开口且带有中空凹槽的壳体和与之配合的上盖板，所述壳体和上盖板之间水密封，所述壳体和上盖板封装在一起共同构成换热器，其特征是穿过上盖板设置有振荡热管，所述振荡热管的加热端设置于壳体盛装散热工质的凹槽中，所述壳体内壁面均布凸起的可以产生毛细力的微毛细多孔结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微尺度传热领域，尤其涉及一种复合换热器。
技术介绍
随着科学技术的不断进步，各种电子产品的电子原件密集度越来越高，其 高发热量逐渐成为限制其进一步发展的瓶颈。在这种情况下，微型换热系统应 运而生，在各种微型换热系统中，大多数的研究者从事微型热管技术，包括毛 细型、强制震动(振荡)型以及微槽(群)内部单相与相变的研究，并取得了 不少的研究成果。计算结果显示，微槽群内部蒸发热流密度的理论极限值已经达到1000W/cm2以上，同时借助相变蒸发力及毛细力，以微槽群为核心部件的换热 装置可以有效对高热流发热件进行散热，也可以实现在无动力情况下的循环。 但是在微槽群蒸发换热系统中，系统的循环动力是由加热蒸气本身提供的，通 常，工质受热后由液态变为气态体积变化会很大，饱和温度50摄氏度时体积 增大在10000倍以上，因此当工质受热时会有大量的蒸汽蒸发，如果不能及时 使这些蒸汽排出会导致循环终止，然而在这一系统中蒸气的循环管路不可能太 粗，同时蒸气又必须借助管路输送到冷却装置进行冷凝以完成循环，管路具有 一定的长度，这势必对系统的循环液体的充注量和蒸发压力有更高的要求，在 发热件发热量比较大时，该模式的微槽群换热装置几乎无法完成循环，很难实 现其散热目的。振荡热管作为一种新型热管，也被视为是解决微小空间高热流密度散热方 案中一种很有希望的传热元件，从工作原理和结构特点上来说，它与普通热管 相比差异很大。普通热管是利用相变蒸发力和重力(非重力热管利用毛细力) 实现工质从热端到冷端的转移，同时完成换热及状态的转变。对于振荡热管， 当其管径足够小时，在真空条件下封装在管内的工质将在管内形成液、汽相间 的柱塞。在加热段，汽泡或汽柱与管壁之间的液膜因受热而不断蒸发，导致汽 泡膨胀，并推动汽液柱塞流向冷端冷凝收縮，从而在冷、热端之间形成较大的 压差。由于汽液柱塞交错分布，因而在管内产生强烈的往复振荡运动，从而实 现高效热传递。振荡热管具有体积小、结构简单、成本低等特点；振荡热管的 传热性能与普通热管有较大差异，其内部不仅存在相变传热，还存在由于汽液 振荡所造成的显热传递，它没有普通热管所有的那些极限限制，因此其传热性能大大优于普通热管；而且振荡热管的适应性好，可以随意弯曲、可以存在多 个加热端和冷却端。当然，振荡热管也存在许多不足，比如其直径不能过大和 过小，因为当过大时使得液塞和气泡不能够在表面张力的作用下共存，当过小时则需要提高蒸发压力克服毛细力，从而影响振荡效果；管式振荡热管无法完成对平面式发热面的有效散热，板式振荡热管虽然可以对平面式发热面散热， 但是其与发热面的有效接触面积有限从而限定了其性能的发挥。基于以上分析，我们可以看出，微槽群蒸发换热是解决高热流发热的有效 手段，而其蒸汽的冷凝循环却要求很高，如果我们能在蒸气产生的同时马上将 其冷凝，势必会使得系统变得更高效；另一方面，振荡热管具有优良的传热性 能，但其加工技术还不成熟，同时其有效散热面积针对平板发热面来说有限制。 因此，如果能够将以上两种形式的换热系统加以完善势必可以使两者的优势都 能得到最大程度的发挥。本文所涉及的复合换热器就是将两者结合在一起，最 大程度发挥两者的优点。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足提出了 一种能够满足微小空间、高热流下进 行高效散热的换热器，这种换热器与普通的换热器相比具有体积小、传热效率 高等特性，这些特性主要依靠毛细多孔结构和振荡热管的复合来完成。本方案是通过如下技术措施来实现的它包括上方开口且带有中空凹槽的 壳体和与之配合的上盖板，所述壳体和上盖板之间水密封，所述壳体和上盖板 封装在一起共同构成换热器，其特征是穿过上盖板设置有振荡热管，所述振荡 热管的加热端设置于壳体盛装散热工质的凹槽中，所述壳体内壁面均布凸起的 可以产生毛细力的微毛细多孔结构。振荡热管的加热端带有扩展翅片。所述微毛细多孔结构包括微槽群或者微翅片或者内置金属丝网或者毛细 烧结组织。所述微槽群包括横向和纵向布置的微槽群。所述微槽群中的通槽尺寸范围 是长与壳体内壁等长；宽0.02 2毫米；高(深度)0. 2 5毫米。所述微翅片包括方形、圆形、锥形。所述微翅片尺寸范围长0.02 2 毫米；宽0.02 2毫米；高0. 2 5毫米。所述金属丝网与壁面紧密接触，多层丝网布置，形成毛细多孔结构。所述毛细烧结组织为毛细多孔结构。所述壳体与带有振荡热管的上盖板钎焊连接。本复合换热器工作原理当壳体内工质受热时，工质吸热蒸发，在这里毛 细多孔结构的设置在大大增加其换热面积的同时还极大的强化了蒸发换热的强度，其原因就是毛细多孔结构所产生的毛细力可以使工质始终保持在壳体的 各个内壁面，而不受重力和壳体位置的影响。然后我们利用振荡热管对壳体内 的蒸汽进行换热，使其冷凝，以取代原有微槽群蒸发系统的蒸汽循环管路和二 次冷凝装置，将原有系统蒸汽的热质传递变为只有热传递。在这里，振荡热管 布置在液体工质液面以下(振荡热管在液面以上也存在加热段)，这样很容易 实现相变换热和对流换热的同时进行，最大程度的利用了振荡热管的传热性 能，同时对其外形和结构都没有太苛刻的要求。这样我们就可以利用振荡热管 把蒸汽冷凝，快速实现壳体内工质的蒸发冷凝循环。特别需要强调的一点是在 本设计方案中，用来直接与发热元件进行接触的壳体各内壁面均布置了凸起的 微毛细多孔结构，这一结构包括微槽群、微翅片、内置金属丝网、毛细烧结组 织等可以产生毛细力的微结构。这一布置不仅大大提高了换热面积，强化了沸 腾换热的效果，同时也使该换热装置的使用范围变得更大，尤其对于非静止物 体效果更加显著，这是因为在壳体内各个壁面都有微沟槽、微翅片、金属网结 构和毛细烧结组织，无论液体工质的位置如何，都可以借助毛细力的作用将液 体抽吸到每个壁面，在那里蒸发换热，随着各壁面液体的不断蒸发，毛细力源 源不断的把液体带到壁面，尽管其它壁面不直接与发热面接触，但是其蒸发吸 热无疑对整个散热过程起到极大的强化作用。最后，由振荡热管冷凝的工质直 接回流到壳体内，实现了一个循环。所述复合结构是振荡热管与内壁带有毛细多孔结构的壳体的复合。其中所 包括振荡热管以及壳体及上盖板可以根据具体需要进行设计。当发热密度较高 时我们可以通过改变毛细多孔结构密度、类型等和在振荡热管置入方腔内的加 热段表面增加翅片的方案来达到要求。壳体内抽真空，壳体与带有振荡热管的 上盖板钎焊连接。本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，本专利技术所设计的换热 器，液体工质在带有毛细多孔结构的壳体内蒸发，低压下液体工质蒸发温度不超过60摄氏度(发热元件一般工作温度都不允许超过80摄氏度，因此必须保证液体工质在该温度以下蒸发)，与普通的换热器相比不仅体积微小，而且具有超高的冷却性能。当选用40摄氏度的纯净水作为工质，控制工质的量，带 有扩展翅片的振荡热管布置在液面以下，其加热段同时在水及水上方空间存 在。以上复合结构，可以有效的将高发热模块的热量带走，其散热能力范围从 50 W/cm2到500 W/cm2变化。因此本专利技术中散热模块散热能力的增强是显而易 见的。在本专利技术中，把振荡热管与毛细多孔结构相结合，它有如下优点(1) 内壁带有毛细多孔结构的壳体外壁直接与被冷却面相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合型换热器，它包括上方开口且带有中空凹槽的壳体和与之配合的上盖板，所述壳体和上盖板之间水密封，所述壳体和上盖板封装在一起共同构成换热器，其特征是穿过上盖板设置有振荡热管，所述振荡热管的加热端设置于壳体盛装散热工质的凹槽中，所述壳体内壁面均布凸起的可以产生毛细力的微毛细多孔结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张承武，刘志刚，管宁，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]