一种增强冷凝的微型板式脉动热管散热器制造技术

本发明专利技术公开了一种增强冷凝的微型板式脉动热管散热器，属于无缘驱动的散热冷却技术领域，包括硅基或者铜基底板，其特征在于在硅基或者铜基板上蚀刻的微通道，和玻璃或铜盖板，板式脉动热管下部为蒸发段，中间为绝热段，上部为冷凝段，所述冷凝段分为若干处分叉结构，所述分叉结构之间有充液口。本发明专利技术在继承传统脉动热管优点的同时，将微通道蚀刻在硅基或者铜基底板上，平面更有利于其和电子芯片的贴合，减小接触热阻，且其通道尺寸更小，脉动强烈，更有利于热量从蒸发段传递到冷凝段，所以其更加适用于电子器件散热领域。其更加适用于电子器件散热领域。其更加适用于电子器件散热领域。

【技术实现步骤摘要】
一种增强冷凝的微型板式脉动热管散热器


[0001]本专利技术属于无缘驱动的散热冷却
，具体涉及一种增强冷凝的微型板式脉动热管散热器。

技术介绍

[0002]热管散热器是利用热管技术能对许多老式散热器或换热产品和系统作重大的改进而产生出的新产品。热管散热器有自然冷却和强迫风冷两大类。风冷热管散热器的热阻阻值能做得更小，常用于大功率电源中。热管散热器由密封管、吸液芯和蒸汽通道组成。吸液芯环绕在密封管的管壁上，浸有能挥发的饱和液体。这种液体可以是蒸馏水，也可以是氨、甲醇或丙酮等。充有氨、甲醇、丙酮等液体的热管散热器在低温时仍具有很好的散热能力。
[0003]经现有文献检索发现，中国专利公开号CN103411458B，公开日2016年5月4日的专利申请公开了一种脉动热管散热器，该专利文献包括大热管(1)，在所述的大热管(1)外壁上设有吸收大热管(1)散发热量的脉动热管(2)。脉动热管采用几种排列形式：所述的脉动热管(2)为若干根环形管圆形阵列在所述大热管(1)外壁上；所述的脉动热管(2)为一根螺旋形管且首尾相接环绕在所述的大热管(1)外壁上；所述的脉动热管(2)与所述大热管(1)外壁相切设置；所述的脉动热管(2)与所述的大热管(1)外壁接触为一整段；所述的脉动热管(2)沿所述大热管轴向设若干层；所述的脉动热管(2)焊接在所述大热管(1)外壁上。虽然该专利文献能够起到一定的散热效果，但是脉动不够强烈、换热面积小，其密封性能也较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种脉动强烈、换热面积大、密封性能高的增强冷凝的微型板式脉动热管散热器。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种增强冷凝的微型板式脉动热管散热器，包括硅基或者铜基底板，其特征在于在硅基或者铜基板上蚀刻的微通道，和玻璃或铜盖板，板式脉动热管下部为蒸发段，中间为绝热段，上部为冷凝段，所述冷凝段分为若干处分叉结构，所述分叉结构之间有充液口。
[0007]根据以上特征，所述冷凝段分布若干分叉结构，微型通道通过MEMS蚀刻加工而成，玻璃或铜盖板通过阳极键合与硅基底板密封。
[0008]在一些示例中，所述微型通道截面形状为方形、矩形、三角形或梯形的一种，由上至下通道截面积可由大到小或者保持不变。
[0009]根据以上特征，所述分叉结构的面积为10mm
×
10mm，内部有5条宽度为1.2mm、深度为2mm的微通道，通道之间间隔1mm。
[0010]在一些示例中，所述微型板式脉动热管内注入工质，所述工质包括纯水、乙醇溶液、纳米流体，其充液率范围为30％～70％。
[0011]根据以上特征，所述底板为硅或铜的一种，其厚度为4mm。
[0012]将平直的通路变成分叉结构，虽然会增加一部分流动阻力，但是增加程度有限，与高功率下蒸发段汽塞膨胀所引起的压力差相比可以忽略不计。
[0013]热阻是评价板式脉动热管换热能力的最准确直观的参数，其表达式为：R＝ΔT/Q。其中，ΔT为蒸发段与冷凝段温差，Q为稳定绝热状况下板式脉动热管所接受的热负荷。热阻越低说明相同冷热端温差下能够传输更多的热量。经过实验验证，如图6所示，以纯水为工质，在50％充液率且倾角90度情况下，加热功率为20W到70W(步进10W)，增强冷凝型微型板式脉动热管换热器的热阻数值分别为1.05、0.91、0.66、0.58、0.37及0.32；与之对应，传统型板式脉动热管热阻值分别为1.12、1.08、0.89、0.81、0.55及0.42。可见在宽广的加热功率范围内，增强冷凝型板式脉动热管换热器均能有效降低热阻值且在高功率下表现依然良好。
[0014]换热系数体现了板式脉动热管的换热能力，其数值越大，换热能力越强。其表达式为：h＝Q/(ΔT
·
A)，其中，ΔT为蒸发段与冷凝段温差，Q为稳定绝热状况下板式脉动热管所接受的热负荷，A为换热面积。经实验验证，如图7所示，以纯水为工质，在50％充液率且倾角90度情况下，加热功率为20W到70W(步进10W)，增强冷凝型板式脉动热管换热器换热系数值分别为：285.7、329.7、454.5、517.2、810.8、937.5，与之对应，传统型板式脉动热管换热系数值分别为：274.3、284.4、345.2、379.3、558.6、731.5。可见由于分叉结构的引入，在宽广的输入功率范围内，板式脉动热管的换热能力均有增强。且在高功率输入情况下，此专利技术依然能够拥有更高的换热系数，提高了板式脉动热管的适用范围，故亦适用于高功率输入条件。据此分析，此专利技术能够有效强化传热传质，性能更优。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016]1)本专利技术在继承传统脉动热管优点的同时，将微通道蚀刻在硅基或者铜基底板上，平面更有利于其和电子芯片的贴合，减小接触热阻，且其通道尺寸更小，脉动强烈，更有利于热量从蒸发段传递到冷凝段，所以其更加适用于电子器件散热领域。
[0017]2)本专利技术在冷凝段部位，将原来直路通道做成若干分叉结构，首先可以增强工质在冷凝段的不规则运动，分叉结构内的若干突起起到增强扰动的作用。
[0018]3)本专利技术将原本一路流体分成若干路，增大了工质和底板之间的换热面积，在冷却系统相同的情况下，换热面积的增加可以使换热量相同比例的增加，在相同时间内有更多的汽化工质冷凝，同时回到蒸发段完成热量传递，克服了高功率下，由于工质回流不及时导致的蒸发段烧干的现象，提高了板式脉动热管的应用范围。
[0019]4)本专利技术通过键合技术将盖板和底板结合成一体，免去在底板上开孔，用螺丝紧固的步骤，有利于减小板式脉动热管尺寸，增强密封性能，减小板式脉动热管重量。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一种增强冷凝的微型板式脉动热管散热器的结构示意图，阴影部分为微通道流道。
[0021]图2为本专利技术的整体装配分解示意图。
[0022]图3为本专利技术的冷凝段分叉结构示意图，阴影部分为微通道流道。
[0023]图4为本专利技术的分叉结构横截面图，阴影部分为微通道流道。
[0024]图5为本专利技术的微通道内汽液塞分布示意图。
[0025]图6为本专利技术与不带分叉结构的板式脉动热管在50％充液率下的热阻对比图。
[0026]图7为本专利技术与不带分叉结构的板式脉动热管在50％充液率下的换热系数对比图。
[0027]图中所示：1
‑
冷凝段，2
‑
绝热段，3
‑
蒸发段，4
‑
分叉结构，5
‑
充液口。
具体实施方式
[0028]下面将参照附图更详细地描述本专利技术的实施例。虽然附图中显示了本专利技术的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强冷凝的微型板式脉动热管散热器，包括硅基或者铜基底板，其特征在于在硅基或者铜基板上蚀刻的微通道，和玻璃或铜盖板，板式脉动热管下部为冷凝段(1)，中间为蒸发段(3)，上部为绝热段(2)，所述冷凝段分为若干处分叉结构(4)，所述分叉结构(4)之间有充液口(5)。2.根据权利要求1所述的一种增强冷凝的微型板式脉动热管散热器，其特征在于所述冷凝段(1)分布若干分叉结构(4)，微型通道通过MEMS蚀刻加工而成，玻璃或铜盖板通过阳极键合与硅基底板密封。3.根据权利要求1所述的一种增强冷凝的微型板式脉动热管散热器，其特征在于所述微型通道截面形状为方形、矩形、三角形或...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东，徐宝睿，安周建，侯宏艺，张瑞，吴江波，南军虎，权辉，刘春阳，闫承涛，李金平，王林军，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：