一种环路热管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种环路热管，包括依次连接的补偿腔、蒸发器、蒸汽管路、冷凝段、液体管路，毛细芯设置在补偿腔和蒸发器之间毛细芯腔，其特征在于，所述补偿腔、蒸发器和毛细芯腔内设置微柱阵列，其中毛细芯腔内微柱阵列的分布密度要大于补偿腔和蒸发器的微柱分布密度。排布紧密的微柱阵列对于粘度较大的浆液类物质的固定能力更强，有利于解决毛细芯烧结时材料的固定问题，将材料涂抹在微柱阵列进行烧结，可以节省毛细芯的制造工序，随环路热管焊接过程一起完成，避免毛细芯在烧结后的产生的形变造成的安装困难等装配问题。的安装困难等装配问题。的安装困难等装配问题。

【技术实现步骤摘要】
一种环路热管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种热管技术，尤其涉及一种环路热管，属于F28d15/02的热管领域。

技术介绍

[0002]热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)专利技术的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
[0003]热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括核电领域，例如核电的余热利用等。
[0004]环路热管(loop heat pipe，LHP)自1972年由热物理研究所科学家Maydanik专利技术制作以来，由于其独特的结构、优越的性能，受到了传热界人士和空间飞行器研制者的瞩目。上世纪80年代末，环路热管技术的到快速发展，环路热管逐渐成为强化换热方向的研究热点，并广泛应用于航空航天散热领域。
[0005]环形热管作为一种用途广泛的热传输装置，广泛应用于从航空航天、到地面工业等各个领域的电子设备热控制。与传统热管相比，环路热管具有一些独特的特点，如传热距离长、热阻低、抗重力运行可靠、设计灵活等，这使得环路热管特别适合长距离传热的应用。而随着电子元件的高性能化与轻薄化发展，环路热管的超薄化是必然的，但是，超薄化的同时也带来了一系列的散热问题，当热管厚度减小时，其传热性能会变差，由于蒸汽和液体流动的空间狭窄，蒸汽和液体流动产生的压降显著增大，当环路热管内部工质循环压降超过毛细芯的毛细力时，环路热管将不能工作，因此超薄环路热管对毛细芯的性能要求更高。
[0006]传统环路热管的毛细芯为了提高毛细驱动力，强化其内部的换热过程，目前公认的为金属粉末烧结多孔毛细芯具有较好的性能。金属粉末烧结毛细芯具有较小的孔径，一般可以控制在5μm以下，根据Young
‑
Laplace方程可知，孔径越小其毛细力越大，环路热管工作过程中蒸汽越不易穿透毛细芯进入补偿腔内，环路热管能够在更高的功率下运行。
[0007]通过调研发现，目前工艺较为成熟的超薄相变换热器件，如蒸汽腔、热管等，其毛细芯一般采用内壁刻蚀沟槽一体化毛细芯或者本身具有较薄特性材料的毛细芯，比如编织丝网等。这种毛细芯结构可以使热管以及蒸汽腔的超薄化提供方便，简化制造工艺，但是由于热管及蒸汽腔的工作原理与环路热管存在较大的不同，其内部工质循环的驱动力除了毛细芯所提供的毛细力外，重力会对其产生更大的影响。刻蚀沟槽或者丝网等毛细芯由于其较大的孔径参数，其毛细驱动力较小，不能满足超薄环路热管内的使用，除此之外，环路热管厚度的减小，对超薄环路热管的毛细芯性能提出了更高的要求。因此在设计制造超薄环路热管的过程中，仍然需要考虑使用烧结金属粉末毛细芯。
[0008]经过调研发现，目前大多超薄环路热管厚度在1～2mm以上，为了使环路热管能够
向厚度更小，性能更优的方向发展。本专利提供一种具有烧结毛细芯的超薄环路热管设计制造方法，采用金属颗粒浆液、金属蚀刻板片以及扩散焊技术进行一体化加工制备，所制造的超薄环路热管厚度可以在0.4
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1.0mm之间。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在至少解决现有技术或者相关技术存在的技术问题之一。本专利技术提出一种新式结构环路热管及其制备方法，提高环路热管的换热能力和降低环路热管的厚度。
[0010]本专利技术技术方案如下：一种环路热管，包括依次连接的补偿腔、蒸发器、蒸汽管路、冷凝段、液体管路，毛细芯设置在补偿腔和蒸发器之间毛细芯腔，其特征在于，所述补偿腔、蒸发器和毛细芯腔内设置微柱阵列，其中毛细芯腔内微柱阵列的分布密度要大于补偿腔和蒸发器的微柱分布密度。
[0011]优选，毛细芯腔内微柱阵列的分布密度是补偿腔和蒸发器的微柱分布密度的2
‑
3倍。
[0012]优选，蒸发器的微柱分布密度要大于补偿腔内的微柱分布密度。
[0013]优选，环路热管包括上板和下板，上板包括上补偿腔、上蒸发器、上蒸汽管路、上冷凝段、上液体管路和上毛细芯腔，下板包括下补偿腔、下蒸发器、下蒸汽管路、下冷凝段、下液体管路和下毛细芯腔，上板的上毛细芯腔内微柱阵列的分布密度要大于上补偿腔和上蒸发器的微柱分布密度，下板的下毛细芯腔内微柱阵列的分布密度和下蒸发器的微柱分布密度相同，但是大于下补偿腔的微柱分布密度。
[0014]优选，下板的下毛细芯腔内微柱阵列的分布密度是下补偿腔的微柱分布密度2
‑
3倍。
[0015]一种如前面所述的环路热管的制备方法，包括如下步骤：
[0016]1)环路热管上下板制造；首先需要对环路热管的上下板进行设计，并通过对上下板片刻蚀进行不同排布的微柱阵列。
[0017]2)填入毛细芯烧结材料；毛细芯烧结材料选用金属颗粒浆液，采用印刷的方式进行填料。将大量的金属浆液倒入印刷区域，然后使用刮板刮走多余的金属浆液，使填料印刷区的金属颗粒浆液填满刻蚀后的凹槽部分。
[0018]3)环路热管扩散焊制造；印刷填入金属颗粒浆液的上下板需要分别将下板和上板放入石墨模具中，放入扩散焊设备中进行焊接。焊接过程中板片的四周及圆柱阵列紧密接触并焊接到一起，金属颗粒浆液中的分散液随着温度升高逐渐蒸发，金属颗粒烧结行成块状毛细芯。
[0019]优选，，步骤1)中，超需在板片上刻蚀出蒸发器、补偿器以及流体管路，包括蒸汽管路、冷凝管路以及液体管路；补偿腔区域内保留未被蚀刻掉的稀疏排布的圆柱阵列，蒸发器区域内同时保留紧凑排布的圆柱阵列以及稀疏排列的圆柱阵列。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021]1.毛细芯腔内微阵柱列分布密度大的原因主要用于解决毛细芯烧结时原材料的固定问题及后期上下板面焊接的对接固定问题，补偿腔内微阵柱列分布密度小一方面是控制液体回流流动阻力，保证工质循环正常进行，同时充当扰流元件增强换热效果。蒸发器内部微柱分布密度小为了控制毛细芯内部液体受热所产生的蒸汽在蒸发器上部的流动阻力，
进而增大蒸汽压力，促进产生更多的蒸汽，便于环路热管启动。
[0022]2.上板的上毛细芯腔内微柱阵列的分布密度要大于上补偿腔和上蒸发器的微柱分布密度，下板的下毛细芯腔内微柱阵列的分布密度和下蒸发器的微柱分布密度相同，但是大于下补偿腔的微柱分布密度。对于蒸发器腔体，上板部分比下板部分微阵柱列密度小的原因在于下部分布置微阵柱列主要用于固定烧结毛细芯材料，密度大能起到更好的固定及加工效果，同时下部分在毛细芯的作用下毛细作用很强，可以克服微阵密度大所带来的液体内部流动阻力。下部分腔体内部液体受热产生气体会自然向上流动至空腔区域，若上部分微阵柱列密度过大，会导致本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环路热管，包括依次连接的补偿腔、蒸发器、蒸汽管路、冷凝段、液体管路，毛细芯设置在补偿腔和蒸发器之间毛细芯腔，其特征在于，所述补偿腔、蒸发器和毛细芯腔内设置微柱阵列，其中毛细芯腔内微柱阵列的分布密度要大于补偿腔和蒸发器的微柱分布密度。2.如权利要求1所述的环路热管，其特征在于，毛细芯腔内微柱阵列的分布密度是补偿腔和蒸发器的微柱分布密度的2
‑
3倍。3.如权利要求1所述的环路热管，其特征在于，蒸发器的微柱分布密度要大于补偿腔内的微柱分布密度。4.如权利要求1所述的环路热管，其特征在于，环路热管包括上板和下板，上板包括上补偿腔、上蒸发器、上蒸汽管路、上冷凝段、上液体管路和上毛细芯腔，下板包括下补偿腔、下蒸发器、下蒸汽管路、下冷凝段、下液体管路和下毛细芯腔，上板的上毛细芯腔内微柱阵列的分布密度要大于上补偿腔和上蒸发器的微柱分布密度，下板的下毛细芯腔内微柱阵列的分布密度和下蒸发器的微柱分布密度相同，但是大于下补偿腔的微柱分布密度。5.如权利要求4所述的环路热管，其特征在于，下板的下毛细芯腔内微柱阵列的分布密度是...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈岩，冯凯伟，欧登龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：