一种利用冷凝工质强化沸腾换热的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，该装置包括具有相变腔的散热主体，相变腔内加注工质；所述相变腔内还安装固定有外形为漏斗状的汇流弧板；汇流弧板的板面上设有多个过汽孔。本发明专利技术采用汇流弧板结构，在不影响工质相态变化的条件下，能收集相变散热装置的内的汽态工质，并汇集到取热板上方，强化换热能力，从而增强散热装置散热能力。从而增强散热装置散热能力。从而增强散热装置散热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种利用冷凝工质强化沸腾换热的装置


[0001]本专利技术属于散热装置
，涉及一种利用冷凝工质强化沸腾换热的装置。

技术介绍

[0002]LED光源由于光电转化效率高，可大幅减少能耗，同时还具有体积小、寿命长灯特点，因此正迅速替代传统白炽灯、荧光灯、金卤灯和高压钠灯等，在各个领域被广泛应用。LED光源对温度的要求严格，对匹配的散热器要求高。
[0003]目前LED灯具通常采用自然对流散热形式，因此散热器本身的取热能力和导热能力直接影响灯具的散热水平。行业内针对不同功率等级的采用了不同的散热形式，如：低功率灯具一般采用高导热系数的金属材料，对于中、高功率等级灯具采用相变腔体、热管、热柱的取热、导热结构。相变腔体结构散热器以其结构简单，装配方便的优点被广泛采用。
[0004]中国专利公报公开了“一种相变液及包含该相变液的热传输模块”(申请号：CN201811049591.6)中，该模块为了强化相变腔体结构散热器的取热能力，减少取热温差，在取热面的对侧面加工平行微槽结构。该模块在应用中存在较大的温差，静态下的微槽相变过程，非核态的气泡占据了相当的微槽空间，造成界面传热系数降低。另外，由于微槽是平行的，造成与垂直于槽道方向的两侧取热微槽没有工质回流通道，工质不能对相变区及时形成补充，容易在取热微槽中心位置出现局部干涸的情况，造成LED光源温度的波动，散热装置稳定性降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种可提升取热面沸腾换热系数，从而提高取热能力和散热效果的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，包括具有相变腔的散热主体1，相变腔内真空处理后加注工质；其特征在于所述相变腔内还安装固定有外形为漏斗状的汇流弧板5，汇流弧板边缘在相变腔内的高度为M，0.05H＜M≤0.5H，H为相变腔的高度；汇流弧板5的板面上设有多个过汽孔51。
[0007]进一步，所有过汽孔的面积之和为相变腔底面面积的5％
‑
20％。
[0008]进一步，所述的汇流弧板5下端设有出流口52。
[0009]所述的出流口52的直径φ按下式确定：
[0010][0011]K4为系数，其取值范围为4≤K4≤5；Q为LED光源的生热量；g为重力加速度；h为特征温度下相变工质的相变潜热量；σ为特征温度下工质表面张力系数，特征温度t＝t
c
‑
25，t
c
为光源负极焊点允许温度。
[0012]进一步，所述汇流弧板的径向设有圆心角为10
°
～30
°
的伸缩缝隙53。
[0013]所述汇流弧板5的上端边缘设置有连接环54，连接环54嵌入在相变腔侧壁圆周方
向的连接槽112内。
[0014]所述汇流弧板的上表面为超疏水表面。
[0015]所述相变腔的侧壁设置有竖直槽道111，竖直槽道111与相变腔的轴线平行。
[0016]进一步，所述散热主体1具有相变腔体11及与相变腔体11一体的外侧多个平行设置的散热翅片12；相变腔为相变腔体11的内腔；相变腔的底端由基板2封堵，顶端由冷凝上盖3封堵，冷凝上盖3上安装密封螺丝4。
[0017]所述相变腔的半径R优选满足下述公式：
[0018][0019]K1为系数，其取值范围为4.9≤K1≤5.8；
[0020]其中：Q为LED光源的生热量；h为特征温度下相变工质的相变潜热量；Pr为特征温度下工质普朗特常数，特征温度t＝t
c
‑
25，t
c
为光源负极焊点允许温度；
△
t为光源负极焊点与相变腔内工质的目标传热温差。
[0021]进一步，所述散热翅片12的数量N及尺寸关系满足下述公式：
[0022][0023][0024]其中：K2为系数，其取值范围为108≤K2≤130；D为相变腔体11外径；L为散热翅片的长度；d为散热翅片的间距。
[0025]进一步，所述工质的加注量χ满足下述公式；
[0026][0027]其中：K3为系数，其取值范围为1≤K3≤4；Q为LED光源的生热量；h为特征温度下相变工质的相变潜热量；Pr为特征温度下工质普朗特常数；，特征温度t＝t
c
‑
25，t
c
为光源负极焊点允许温度；
△
t为光源焊点与相变腔的目标传热温差。
[0028]进一步，所述基板2上对应相变腔底部位置具有组合式微槽结构，热源设置在基板2下面对应组合式微槽结构的位置；组合式微槽结构的中间部分为平行微槽结构21，平行式微槽结构的周围为放射状槽道结构22，平行微槽结构和放射状槽道结构之间设置环形微槽23。
[0029]设平行微槽结构21的面积为S
p
，热源为方形，其几何边长为B，0.15≤S
p
/B2≤0.25；该结构中平行微槽的深度为h
p
，200μm≤h
p
≤2500μm，平行微槽的宽度为W
p
，0.5≤W
p
/h
p
≤1，平行微槽的周期长度2W
p
。
[0030]所述放射状槽道结构22中，设放射状槽道深度为h
f
，最小宽度为W
f
，0.9≤h
f
/h
p
≤1，1≤W
f
/W
p
≤1.1。
[0031]所述环形微槽23，其槽道深度为h
h
＝h
f
，宽度为W
h
，0.9≤W
h
/W
f
≤1.1。
[0032]有益效果
[0033]1.本专利技术采用汇流弧板结构，在不影响工质相态变化的条件下，能收集相变散热装置的内的汽态工质，并汇集到取热板沸腾面的正上方，聚集的液滴回落到沸腾面上，造成
固液交界处流体的强烈扰动，提高沸腾面换热系数，强化沸腾面换热能力，降低取热板沸腾过热温差，增强了散热装置散热能力。
[0034]2.相变腔、汇流弧板结构、微槽等可根据公式计算得到最佳设计尺寸，从而获得最佳散热性和可靠性。
[0035]3.基板上组合式微槽结构按其功能性划分为中间沸腾区和周围回流区，沸腾区设置为可强化沸腾换热的微米级的微槽，回流区设置为可减小流动阻力的毫米级的槽道，从而增强了基板的工质补充能力，提高了散热装置稳定性。
[0036]4.相变腔内壁具有竖直槽道结构，通过液体张力的作用，将工质聚集在槽道底部一起输送，既可以减少冷凝工质的流动阻力，又可以避免在槽道顶部形成液膜，增强工质冷凝时的换热能力。
[0037]本专利技术可最大限度提高散热装置的散热效率，能够保证高功率器件在使用过程中保持较低的温度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，包括具有相变腔的散热主体(1)，相变腔内真空处理后加注工质；其特征在于所述相变腔内还安装固定有外形为漏斗状的汇流弧板(5)，汇流弧板边缘在相变腔内的高度为M，0.05H＜M≤0.5H，H为相变腔的高度；汇流弧板的板面上设有多个过汽孔(51)。2.根据权利要求1所述的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，其特征在于所有过汽孔的面积之和为相变腔底面面积的5％
‑
20％。3.根据权利要求1所述的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，其特征在于所述的汇流弧板下端设有出流口(52)。4.根据权利要求3所述的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，其特征在于所述的出流口的直径ф按下式确定：K4为系数，其取值范围为4≤K4≤5；Q为LED光源的生热量；g为重力加速度；h为特征温度下相变工质的相变潜热量；σ为特征温度下工质表面张力系数，特征温度t＝t
c
‑
25，t
c
为光源负极焊点允许温度。5.根据权利要求1所述的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，其特征在于所述汇流弧板的径向设有圆心角为10
°
～30
°
的伸缩缝隙(53)。6.根据权利要求1所述的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，其特征在于所述汇流弧板的上端边缘设置有连接环(54)，连接环(54)嵌入在相变腔侧壁圆周方向的连接槽(112)内。7.根据权利要求1所述的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，其特征在于所述汇流弧板的上表面为超疏水表面。8.根据权利要求1所述的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，其特征在于所述相变腔的侧壁设置有竖直槽道(111)，竖直槽道与相变腔的轴线平行。9.根据权利要求1所述的利用冷凝工质强化沸腾换热的装置，其特征在于所述工质的加注量χ满足下述公式；其中：K3为系数，其取值范围为1≤K3≤4；Q为LED光源的生热量；h为特征温度下相变工质的相变潜热量；Pr为特...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，黄耀伟，尤传烨，孙龙，崔余，袁跃兵，吕志刚，阮程，陈磊，刘超越，
申请(专利权)人：长春长光希达照明技术有限公司，
类型：发明
国别省市：