CN102135385B - 具有微型环状通道的板式热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有微型环状通道的板式热管，该板式热管内部由一组或一组以上的微型环状通道组成，环状通道包含主通道和连通主通道两端的连接通道，主通道分别为蒸发通道和回流通道，连接通道分别为储液腔和蒸汽腔。通道内按一定的充液比例灌有起相变换热作用的工质，实现热管的高效传热。通道口的密封采用焊接、冷压、热压或胶接。本发明所述的板式热管，可最大限度地减小通道中汽相及液相的界面摩擦剪切力，具有热阻低、换热效率高，以及重量轻、结构简单、承压能力强、用途广泛和安装方便等优点，是一种高效、实用的新型热管。

Description

具有微型环状通道的板式热管

技术领域

本发明涉及相变传热及换热技术领域，特别涉及一种具有微型环状通道的板式热管。

背景技术

热管是一种通过密闭容器内的工质在蒸发端遇热蒸发将热量快速传递给冷凝端的一种高效导热体。近年来，热管由于其高效的换热性能，在航空航天的换热、微电子的散热、太阳能的换热、热回收等领域受到人们越来越广泛的关注，研究工作者对各种热管进行了大量的研究。

传统热管技术较为成熟，已得到广泛应用，但其内部要加毛细芯，结构比较复杂，制造比较麻烦，体积较大，限制了其应用推广。单根微小型热管，虽然不用加毛细芯，实现了小型化，但单根的传热功率受到限制。

为了便于较大面积的均匀传热，有人研究了固体基板上开发出一簇独立、平行的微细通道形成微型热管簇和具有微槽微热管群的平板热管，这类平板热管具有传热量较大、与热源及热沉的接触面积大及安装方便等优点。但这类热管一般要求蒸发端在下、冷凝端在上，其工作原理是工质在蒸发端遇热蒸发将热量向上传递给冷凝端，在冷凝端散热后冷凝的液体靠通道内微槽的毛细作用及重力的作用回流，实现导热，此时汽液两相在同一个微小的通道内反向高速运动，产生很大的汽液界面摩擦剪切力，它会阻碍冷凝端液体的回流，使传热热阻大大增加，制约了换热效率，热流量过大时甚至会将微热管烧坏，这种情况一直以来都是制约板状微热管簇综合性能进一步提高的瓶颈。

发明内容

本发明目的在于：针对如上所述的现有板式热管汽液摩擦阻力大、热阻大等现有技术的不足，提供一种具有微型环状通道的板式热管，可最大限度地减小通道中汽相或液相的界面摩擦剪切力，具有热阻低、换热效率高，以及重量轻、结构简单、承压能力强、用途广泛和安装方便等优点，使板式热管的性能有重大提高，且大大扩大其应用范围。

本发明的技术方案是，所述具有微型环状通道的板式热管，其特征是，该板式热管为，在一块基体内设置一组或一组以上封闭的微形环状通道，通道内灌装有起相变换热作用的工质。

以下对本发明做出进一步说明。

所述基体外型是长方体、正方体、圆柱体、多面体、球体等任何形状，其中的微型环状通道经抽真空后灌装有起相变换热作用的工质形成微热管。

所述每组微型环状通道包含两个以上的主通道和分别连通主通道两端的连接通道，主通道为平行排列或非平行排列。

所述微型环状通道是指在板状基体内加工的环状通道，其尺寸属于微热管的范围。

所述微型环状通道经抽真空后灌装有起相变换热作用的工质，形成微型热管，每组微型环状通道的主通道分别为蒸发通道和回流通道，一般来说，回流通道的毛细作用较强。

本发明中，一组微形环状通道所述的蒸发通道和回流通道的横截面积及形状为以下四种情况之一：

(1)蒸发通道和回流通道的横截面形状相同，横截面面积不同；

(2)蒸发通道和回流通道的横截面面积相同，横截面形状不同；

(3)蒸发通道和回流通道的横截面面积不同，横截面形状不同；

(4)蒸发通道和回流通道的横截面面积相同，横截面形状相同。

所述微型环状通道相互独立，可布置成一排或多排，每一排为一组或多组微型环状通道。

所述主通道的横截面形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、长方形、多边形或异形。

本发明中，可根据需要，在主通道壁设置微翅片。

所述微型环状通道各条边组成的平面与板式热管尺寸较大的表面垂直，或与板式热管尺寸较大的表面平行，或者与板式热管尺寸较大的表面成任意倾角。

所述板式热管的微型环状通道各条边组成的平面与地面垂直时，蒸发通道在上，回流通道在下。

每组微型环状通道的主通道设置为两个或多个。

所述具有微型环状通道的板式热管采用金属或非金属或复合材料整体挤压或冲压成型，或采用其它工艺各部分拼接而成。

所述具有微型环状通道的板式热管其内部分的微型环状通道端口的密封采用焊接(包括溶化焊、固态焊、搅拌摩擦焊、钎焊、冷压焊、热压焊等)、胶接、冷压、热压等方法封口，实现热管的高效传热。

本发明在板式热管的每一微型环状通道中设置蒸发通道和回流通道，并使其中一个通道的毛细作用较强，毛细作用较强的主通道主要用于液体回流，称之为回流通道或冷凝通道，另一主通道主要用于蒸汽蒸发，称之为蒸发通道。本发明所述的板式热管工作原理是，蒸发端受热时，由于气体压差的作用，气体选择从蒸发通道运动到冷凝端，工质在冷凝端冷却成液体后，由于毛细作用或加上重力的作用，液体选择从冷凝通道运动到蒸发端，基本实现气路与液路的分离，大大减小了汽相及液相界面的摩擦剪切力，提高板式热管的传热效率。如此循环往复，工质形成了快速传热的循环。

由以上可知，本发明为一种具有微型环状通道的板式热管，它的积极效果有：

(1)由于本发明所述的板式热管的环状通道内设置了蒸发通道和回流通道，且回流通道的毛细作用较强，使热管稳定工作时能基本实现汽液分离，汽相及液相运动的摩擦剪切力大大减小，使热管的传热能力大大提高；

(2)由于本发明的板式热管内的环状通道中的蒸汽通道和回流通道相互连通，使热管内部的工作液体在加热端形成动态的缺液补偿作用，大大提高了热管在大热流密度下的防干烧性能；

(3)由于本发明的板式热管内的微形环状通道两端各设有连通通道，与单根独立微热管相比，相当于增加了蒸汽腔体积和储液腔体积，有利于工质蒸发过程的传热及液体的回流，使热管的工作状态更加稳定。

(4)由于本发明所述的板式热管内的微形环状通道相互独立，只将相邻蒸汽通道和回流通道连通，与其它不同组的微型环状通道则是分开的，如若某一环状通道受损，其它环状通道不会受影响，整根热管可以继续使用，进一步提高了板式热管的可靠性。

附图说明

图1为本发明的微型环状通道一种实施例结构示意图(箭头为热量流动方向)；

图2为图1中A-A向视图；

图3为本发明微型环状通道的主通道不同截面的实施例示意图，其中(a)是两主通道截面分别为正方形和三角形，(b)是两主通道截面分别为圆形和三角形，(c)是两主通道截面都为矩形(回流主通道中设有微翅片)；每一组微型环状通道的两主通道上下排列；

图4为本发明另一实施例的示意图，微型环状通道从上至下排有三排；各排中有六组微型环状通道，每一组微型环状通道的两主通道上下排列；

图5是图4中B-B向结构；

图6为本发明再一实施例的示意图，每一组微型环状通道的两主通道左右排列；

图7是图6中C-C向结构；

在图中：

1-基体，    2-蒸发通道，  3-回流通道，

4-储液腔，  5-蒸汽腔，    6、7-密封口，

8-微翅片。

具体实施方式

如图1所示，当所述板式热管竖直放置(即主通道在与地面垂直的位置或大角度工作)时，蒸汽腔5在上，储液腔4在下，蒸发段吸收热量，储液腔4内的起相变换热作用的液态工质受热蒸发，蒸汽在压差的作用下，选择通过蒸发通道2向冷凝端运动，高速传递热量，蒸汽到达冷凝端后换热冷凝为液体，由于回流通道3的毛细力远大于蒸发通道2，液体工质基本在回流通道3毛细力及重力作用下回流至储液腔4；当蒸发通道2为非圆截面时也会有少量工质通过蒸发通道回流，一旦微热管传热稳定后，循环通道内部形成一个逆时针牵引力，蒸汽会通过蒸发通道2上升，工质会选择从回流通道3回流，此时可以形成稳定动态循环，实现汽液分离。当所述板式热管水平放置(即图1所示位置或小角度工作)时，其工作原理与上类似。

图3为本发明主通道不同截面形状实施例示意图，这时主通道可以有多种组合，(a)为矩形蒸发通道2与三角形回流通道3；(b)为圆形蒸发通道2与三角形回流通道3；(c)为圆形蒸发通道2与带微翅片8的矩形回流通道3；根据通道截面形状和尺寸不同以及是否设置微翅片，还可有多种组合，在实际应用过程中可根据需要选择不同组合方式。

图4为本发明另一实施例的示意图，与图1、图3相比，其区别在于环状通道设置为多排，此时热管的传热功率和结构强度有较大提高。

图6为本发明再一种实施例的示意图。此时环状通道四条边组成的平面与板式热管的最大平面平行，这种热管板厚较薄，结构简单，较易于加工，在竖直放置时，其工作原理及性能与图1所示的热管基本相同，但在小倾角放置时，传热效果不如图1所示的结构理想。

Claims (4)

1.一种具有微型环状通道的板式热管，其特征是，该板式热管为，在一块基体内设置一组或一组以上封闭的微形环状通道，通道内灌装有起相变换热作用的工质；每组微型环状通道包含两个或两个以上的主通道和分别连通主通道两端的连接通道，主通道由蒸发通道和回流通道组成，回流通道的毛细作用较强，主通道为平行排列或非平行排列。

2.根据权利要求1所述具有微型环状通道的板式热管，其特征在于，所述微型环状通道布置成一排或多排，每一排为一组或多组微型环状通道。

3.根据权利要求1所述具有微型环状通道的板式热管，其特征在于，所述板式热管的微型环状通道的蒸发通道和回流通道处于上下位置时，蒸发通道在上，回流通道在下。

4.根据权利要求1所述的具有微型环状通道的板式热管，其特征在于，采用金属或非金属或复合材料整体挤压或冲压成型。

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