基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件及其应用制造技术

本发明专利技术提供基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件及其应用，能够解耦现有传热器件中面临的吸液能力与流动阻力之间的拮抗关系，通过位于毛细材料表面的大面积凝胶层提供驱动力，从而切实提升传热构件的吸液传热能力和效率。本发明专利技术所提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件，其特征在于，包括：毛细材料层，提供传热工质的运输通道；和表面凝胶薄膜层，作为传热介质蒸发界面，贴合设置在毛细材料层的外表面上但不填充运输通道，用于吸收和驱动传热工质，使传热工质沿着运输通道被驱动输送至热端。端。端。

【技术实现步骤摘要】
基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件及其应用


[0001]本专利技术属于传热
，具体涉及基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件及其应用。

技术介绍

[0002]蒸发相变传热构件在散热领域具有很广泛的应用，如热管中的毛细芯、槽道、发动机喷管处用于发汗冷却的毛细结构等。在传热过程中毛细材料可以提供蒸发相变界面和泵送相变工质所需的拉普拉斯力，具有结构简单、无能耗、经济环保等优点。其中，拉普拉斯力越大，可以负荷的蒸发通量越高，或者可以负荷的流道越长。毛细材料的最大拉普拉斯力取决于材料的孔径或微通道径向尺寸，尺寸越小，拉普拉斯力越大，但同时工质的流动阻力也会越大，大流阻反过来会降低蒸发通量或可负荷的流道长度。因此，两者的耦合关系会限制该毛细材料的吸液能力和所能承受的最大热流通量，这也是蒸发相变传热构件吸液传热的核心技术瓶颈。如何解除耦合，在不影响流动阻力的情况下，充分提高蒸发相变传热构件的吸液传热能力，对于提高传热效率、拓展蒸发相变传热构件尺寸具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件及其应用，能够解耦现有传热器件中面临的吸液能力与流动阻力之间的拮抗关系，通过位于毛细材料表面的大面积凝胶层提供驱动力，从而切实提升传热构件的吸液传热能力和效率。
[0004]本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：
[0005]<传热构件>
[0006]本专利技术提供基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件，其特征在于，包括：毛细材料层，提供传热工质的运输通道；和表面凝胶薄膜层，作为传热介质蒸发界面，贴合设置在毛细材料层的外表面上但不填充运输通道，用于吸收和驱动传热工质，使传热工质沿着运输通道被驱动输送至热端。
[0007]优选地，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：表面凝胶薄膜层将位于热端侧的毛细材料层外表面全覆盖，并在冷端侧的毛细材料层的外表面处保留一定的开口区域作为传热工质回流入口。
[0008]优选地，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：表面凝胶薄膜层的杨氏模量大于1MPa，这样可以提供充足的蒸发驱动力，杨氏模量越大的表面凝胶薄膜层能提供的蒸发驱动力也越大。
[0009]优选地，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：表面凝胶薄膜层的厚度不超过200μm。
[0010]优选地，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：表面凝胶薄膜层为可吸收传热工质且传热工质能够在其表面蒸发的聚合物网络结构。
[0011]优选地，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：传热工质为可发生蒸发相变的水或者有机工质，相应的表面凝胶薄膜层为水凝胶或者亲有机工质凝胶。例如，水凝胶可以为聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶、纤维素水凝胶、海藻酸钠水凝胶等。
[0012]优选地，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：凝胶通过化学交联或物理粘贴的方式与毛细材料层的外表面相贴合。
[0013]优选地，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：毛细材料层的毛细结构可以为槽道结构、各向同性或者各项异性孔隙结构(例如，毛细芯)中的至少一种。
[0014]优选地，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：毛细材料层包括但不限于具有毛细结构的金属氧化物、玻璃、硅片、金属、陶瓷中的至少一种。
[0015]优选地，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：毛细材料层为具有毛细结构的柔性、可折叠或弯曲的材料制成。
[0016]另外，本专利技术提供的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件还可以具有以下特征：毛细结构的孔径或者槽道宽度的尺寸没有要求，可以大到几百微米，或者小到纳米级别，都是可行的，不用为了提高吸液能力而将孔径或者槽道宽度局限于纳米级别；此外，毛细结构的孔或者槽道的长度也没有限制，可以为超长结构，采用本专利技术的结构就能够实现传热工质的有效驱动。
[0017]<应用>
[0018]进一步，上述<传热构件>可用于散热领域中制成各种散热元器件。
[0019]专利技术的作用与效果
[0020]1)不同于现有毛细传热构件利用拉普拉斯力实现吸液，本专利技术的蒸发相变传热构件是依靠表面凝胶薄膜层提供的驱动力进行吸液，该驱动力与流动阻力之间不存在任何耦合拮抗关系，因此本专利技术能够在不影响流动阻力的情况下，充分自由地提升驱动力，从而切实提升传热构件的吸液和传热能力；另外，由于不存在耦合拮抗关系，因此降低流动阻力的措施(例如，增大孔径或者槽道尺寸)，也不会影响表面凝胶薄膜层的驱动力，使得传热构件能够根据需要随意改变流动阻力和驱动力，极大地扩展了传热构件的适用范围，突破了阻碍传热构件性能提升的技术难题；
[0021]2)本专利技术的蒸发相变传热构件中，蒸发界面为整个水凝胶的外表面，蒸发面积大，应用于散热时可以提供兆帕级驱动压力，在高热流密度或负载超长流道散热方面具有巨大潜力；
[0022]3)本专利技术的蒸发相变传热构件中，表面凝胶薄膜层为柔性材料，既可以与硬质毛细材料层复合，又可以与柔性毛细材料层复合，机械性能可通过改变水凝胶和基底材料的种类、厚度等进行调节，以应对不同的散热场景；
[0023]4)本专利技术的蒸发相变传热构件中，驱动力由表面凝胶薄膜层的蒸发产生，通过调节凝胶自身特性如聚合物单体种类和浓度、交联剂种类和浓度等，即可调节最大驱动力的大小；同时由于表面凝胶薄膜层是以贴合但不填充的方式与毛细材料层复合在一起，所以原有毛细材料层本身的各项物理化学特性不会被改变，即传热工质的流动阻力不会发生改
变；在用于散热时，表面凝胶薄膜层贴合在热端，表面凝胶薄膜层作为蒸发相变界面，并提供传热工质流动驱动力；因此该蒸发相变传热构件可以在保持原有毛细材料层流动特性不变的基础上极大地提升其驱动力的大小，实现散热性能的提升；
[0024]5)本专利技术采用的原料廉价易得、安全环保、制作工艺简单；可适用于多种凝胶和基底材料，既可与传统散热元器件结合，也可以制成柔性、可折叠或弯曲的散热元件，具有广泛的应用前景。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例一涉及的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例一涉及的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件的实物图(a)和扫描电镜图(b)；
[0027]图3为本专利技术实施例二涉及的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件用于热管中的结构示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例三涉及的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件的结构示意图；
[0029]图5为本专利技术实施例三涉及的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件的散热效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件，其特征在于，包括：毛细材料层，提供传热工质的运输通道；和表面凝胶薄膜层，作为传热介质蒸发界面，贴合设置在所述毛细材料层的外表面上但不填充所述运输通道，用于吸收、传送和驱动传热工质，使传热工质沿着运输通道被驱动输送至热端。2.根据权利要求1所述的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件，其特征在于：其中，所述表面凝胶薄膜层将位于热端侧的所述毛细材料层外表面全覆盖，并在冷端侧的所述毛细材料层的外表面处保留一定的开口区域作为传热工质回流入口。3.根据权利要求1所述的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件，其特征在于：其中，所述表面凝胶薄膜层的杨氏模量大于1MPa。4.根据权利要求1所述的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件，其特征在于：其中，所述表面凝胶薄膜层为可吸收传热工质且传热工质能够在其表面蒸发的聚合物网络结构。5.根据权利要求4所述的基于凝胶解耦驱动的蒸发相变传热构件，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘抗，刘禹希，庾泽华，徐诗浩，程鹏，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：