一體化結構熱控環(huán)路熱管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主要用于航空電子設備的一體化結構熱控環(huán)路熱管。
【背景技術】
[0002] 熱導管或稱熱管系一種具有快速傳導熱量作用的散熱構件，其中空的金屬管體，使其具有質輕的特點，而其具有優(yōu)異的熱超導性能，則是其具有快速傳熱的特性；熱管的運用范圍相當廣泛，最早期運用于航太領域，現(xiàn)已普及運用于各式熱交換器和冷卻器等能量交換裝置，擔任起快速熱傳導的角色，也是現(xiàn)今電子產(chǎn)品散熱裝置中最普遍高效的非散熱導熱元件。熱管是一種熱阻極小的熱導體，通過熱管可以以極低的熱阻和溫差實現(xiàn)極高熱量的傳遞。目前普通熱管由密封在直管子中的工質材料制作成的，管內(nèi)充入有相變介質，熱管通常被分為蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段，在蒸發(fā)段吸熱后汽化，氣態(tài)工質流動到冷凝段后放熱并凝結，而后液態(tài)工質流動到蒸發(fā)段再次吸熱汽化完成換熱循環(huán)。它充分利用了熱傳導原理與致冷介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。熱管使用真空封裝的金屬管將熱自一點傳導至另一點。
[0003] 雖然普通熱管強化了傳熱，但通過長期的工程實踐發(fā)現(xiàn)，普通熱管存在以下問題:抗過載能力不足。普通熱管由于氣相和液相都集中在同一根管道中，在遭遇大過載時氣、液很容易集中在熱管的某一端，使得另外一端形成工質的真空區(qū)，從而使得熱管失效。另外，當氣液兩相流都由于力的作用而集中在熱管一端時，很容易相互干擾、拉平壓力和溫度，導致氣相的溫度、壓力下降，液相的溫度、壓力上升，使得之前已經(jīng)被吸收的熱量遲滯在熱管中的某一段甚至被“退還”回去。
[0004] 系統(tǒng)均溫性不佳，目前，某些電子設備對芯片間的溫度均勻性要求較高。由于每套普通熱管都和其熱源、冷端一起獨立組成一套系統(tǒng)，因此，熱源之間沒有關聯(lián)性，可能會存在溫差較大的現(xiàn)象。在普通熱管的使用過程中，如果存在與管的方向相同的較大加速度，則工質會集中于管的某一端。
[0005] 結構適應性設計能力不強。由于電子設備的結構形式千變?nèi)f化，普通熱管在設計的時候可能會遇到尺寸、形狀上的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服現(xiàn)有技術熱管在大過載條件下傳熱能力不足、結構適應性設計能力不強和系統(tǒng)均溫性不佳的缺陷，本發(fā)明提供一種適用于大過載、高熱流密度和安裝形式復雜電子設備的一體化結構熱控環(huán)路熱管。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術途徑是，一體化結構熱控環(huán)路熱管，包括管內(nèi)填充有相變介質的結構熱控中空金屬管體，其特征在于:結構熱控一體化中空金屬管是由冷凝管和蒸發(fā)器串聯(lián)形成的環(huán)路熱管LHP，蒸發(fā)器兩側連接有通過蒸汽管和回流管的儲液器，兩側儲液器中都充滿了液態(tài)的工質；熱源發(fā)出的熱量被蒸發(fā)管吸收后，液態(tài)工質發(fā)生相變，液態(tài)工質通過蒸汽管進入冷凝管放熱而凝結，經(jīng)回流管回流到蒸發(fā)管，完成一次完整的環(huán)路熱管循環(huán)。與此同時，在冷凝管上采取半導體制冷的方式，使得冷凝管的邊界能夠保持相對較低的恒溫，從而達到持續(xù)冷凝的效果。
[0008]本發(fā)明針對特定的結構采用的一體化結構熱控環(huán)路熱管(LHP)，從而使熱管這種高效的熱控系統(tǒng)可以用在航空電子設備上，增加了適用范圍。采用串并聯(lián)模式冷凝管和蒸發(fā)器提高了抗加速度能力，可提供不低于3m的反重力能力。采用多蒸發(fā)器串并聯(lián)的方式，在實現(xiàn)了單冷凝器與多蒸發(fā)器連接、同時為多熱源進行熱控的基礎上，使用串并聯(lián)的方法對環(huán)路熱管系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高了各蒸發(fā)器表面的溫度均勻性，也就存在更寬泛的應用領域。從使用效果來看，本發(fā)明可將多個熱源(單個熱耗在200W?1500W范圍內(nèi))的溫度一致性控制在±1°C的范圍內(nèi)。解決了均溫性的問題。
[0009]各熱源間的均溫性更佳。本發(fā)明針對抗過載能力不足的問題，在環(huán)路熱管中加入雙儲液器，采用雙儲液器結構提高了對加速度的耐受性能和抗加速度能力。在蒸發(fā)器兩側加入儲液器之后，由于兩個儲液器中都充滿了液態(tài)的工質，因此無論存在朝向管子哪一端的加速度，都存在不可壓縮流體的反作用力與加速度產(chǎn)生的作用力達成平衡。所以，在加入雙儲液器之后，反重力能力不低于3米，本環(huán)路熱管在高加速度下的傳熱能力就能夠得到保證，極大地提高了熱管的抗力學適應性能力。
[0010]針對臺電子設備中存在很多高熱流密度熱源的情況，本發(fā)明采用多蒸發(fā)器的設計形式。但是，多蒸發(fā)器會帶來溫度均勻性的問題，即由于熱源的熱耗、表面積存在差異，會導致不同的蒸發(fā)器表面溫度不一致。針對此問題，本發(fā)明創(chuàng)造性地采用串并聯(lián)蒸發(fā)器的結構形式，能夠保持較好的溫度一致性。
[〇〇11] 力學適應性更好。本發(fā)明針對普通熱管在電子設備中安裝時尺寸、形狀不合適，以及接觸熱阻較高、接觸面較小的問題，采取了結構熱控一體化的設計方法。此一體化設計方法的技術重點主要有兩點:一是針對不同結構形式，將結構部分(結構件)和熱控部分(蒸發(fā)器)進行一體化設計，使得與發(fā)熱體接觸的冷板同時具有兩方面的功能；二是采用半導體制冷器(TEC)，將冷端貼在冷凝換熱器上，使熱端與外部熱沉進行換熱，達到將熱量傳出的目的。
[0012]結構適應性更好。本發(fā)明采用一體化，使用半導體制冷的方式使得發(fā)出于復雜結構內(nèi)部的熱量能夠被有效地導出，極大地提高了熱管熱控系統(tǒng)的適用范圍。
[0013]提高了電子設備的可靠性。當本發(fā)明應用在高熱流密度的電子設備上之后，該電子設備即可解決一直無法很好解決的加速度適應性問題。當航空器作大過載機動時，電子設備仍然可以保持正常運行，從而避免了大過載時由于溫度突然升高導致的電子設備失效，從而影響到航空器的安全運行。無論是相比于傳統(tǒng)的液冷方案還是相比于普通的熱管設計，本發(fā)明更能在惡劣的環(huán)境條件下工作，提高航空電子設備的可靠性。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明一體化結構熱控環(huán)路熱管原理示意圖。
[0015]圖2是圖1蒸發(fā)器的剖視圖。
[0016]圖3是一體化結構熱控環(huán)路熱管的實施例示意圖。
[0017]圖2中:1蒸發(fā)器，2第二儲液器，3液體干道，4毛細芯，5液體引管。6第一儲液器，7蒸汽槽通道，8蒸汽管線。
【具體實施方式】
[0018]參閱圖1。在以下描述的一個最佳實施例中，一體化結構熱控環(huán)路熱管，包括管內(nèi)填充有相變介質的結構熱控一體化中空金屬管體，其中:結構熱控中空金屬管是由冷凝管和蒸發(fā)器串聯(lián)形成的環(huán)路熱管LHP，蒸發(fā)器兩側連接有通過蒸汽管和回流管的儲液器，兩側儲液器中都充滿了液態(tài)的工質；熱源發(fā)出的熱量被蒸發(fā)管吸收后，液態(tài)工質發(fā)生相變，液態(tài)工質通過蒸汽管進入冷凝管放熱而凝結，經(jīng)回流管回流到蒸發(fā)管，完成一次完整的環(huán)路熱管循環(huán)。在冷凝管上采用半導體制冷器(TEC)，將冷端貼在冷凝管上，使熱端與外部熱沉進行換熱。
[0019]參閱圖2。蒸汽管和回流管兩側連接蒸發(fā)器1，并同時連接蒸汽槽通道7兩端的第一儲液器6、第二儲液器2、裝配在蒸汽槽通道管體內(nèi)的毛細芯4和通過第一儲液器6貫通毛細芯內(nèi)置液體干道3的液體引管5。在第一儲液器6內(nèi)側制有徑向連通蒸汽槽通道7的蒸汽管線8。在普通熱管的使用過程中，如果存在與管的方向相同的較大加速度，則工質會集中于管的某一端；在蒸發(fā)器1兩側加入第二儲液器2、在第一儲液器6之后，由于兩個儲液器中都充滿了液態(tài)的工質，因此無論存在朝向管子哪一端的加速度，都存在不可壓縮流體的反作用力與加速度產(chǎn)生的作用力達成平衡，使得毛細芯4和液體引管5中的介質不會出現(xiàn)回流。
[0020]參閱圖3描述了一種典型的實施例，應用了圖1中環(huán)路熱管的原理以及圖2中蒸發(fā)器的結構。本實施例以4個熱源和5個平板蒸發(fā)器為例:在系統(tǒng)中，熱源9的熱耗最小，熱源12的熱耗最大，中間依次增長；將平板蒸發(fā)器13和15進行串聯(lián)形成環(huán)路，再與其他平板蒸發(fā)器14、16和17形成并聯(lián)環(huán)路，最終形成整個系統(tǒng)，這樣能夠保持較好的溫度一致性。如果存在更多的熱源，亦可在此基礎上進行類似的擴展。1個冷凝換熱器，2個儲液器，1個熱源9,1個熱源10,1個熱源11和1個熱源12, 5個平板蒸發(fā)器13、14、15、16和17, 5個蒸汽管18、19、20、21和22, 5個回流管23、24、25、26和27構成。冷凝換熱器、儲液器、平板蒸發(fā)器、蒸汽管和回流管共同組成了環(huán)路熱管；平板蒸發(fā)器13、14、15、16和17本身也是結構件，與熱源1、熱源2和熱源3和4共同構成了一套高熱流密度的電子設備。
【主權項】
1.一體化結構熱控環(huán)路熱管，包括管內(nèi)填充有相變介質的結構熱控中空金屬管體，其特征在于:結構熱控一體化中空金屬管是由冷凝管和蒸發(fā)器串聯(lián)形成的環(huán)路熱管LHP，蒸發(fā)器兩側連接有通過蒸汽管和回流管的儲液器，兩側儲液器中都充滿了液態(tài)的工質；熱源發(fā)出的熱量被蒸發(fā)管吸收后，液態(tài)工質發(fā)生相變，液態(tài)工質通過蒸汽管進入冷凝管放熱而凝結，經(jīng)回流管回流到蒸發(fā)管，完成一次完整的環(huán)路熱管循環(huán)。2.如權利要求1所述的一體化結構熱控環(huán)路熱管，其特征在于:蒸汽管和回流管兩側連接蒸發(fā)器(1)，并同時連接蒸汽槽通道(7)兩端的第一儲液器￠)、第二儲液器(2)、裝配在蒸汽槽通道管體內(nèi)的毛細芯(4)和通過第一儲液器(6)貫通毛細芯內(nèi)置液體干道(3)的液體引管(5)。3.如權利要求1所述的一體化結構熱控環(huán)路熱管，其特征在于:在第一儲液器(6)內(nèi)側制有徑向連通蒸汽槽通道(7)的蒸汽管線(8)。4.如權利要求1所述的一體化結構熱控環(huán)路熱管，其特征在于:在蒸發(fā)器(1)兩側加入第二儲液器(2)、在第一儲液器(6)之后，兩個儲液器中都充滿了液態(tài)的工質，無論存在朝向管子哪一端的加速度，都存在不可壓縮流體的反作用力與加速度產(chǎn)生的作用力達成平衡，使得毛細芯4和液體引管5中的介質不會出現(xiàn)回流。
【專利摘要】本發(fā)明提出的一體化結構熱控環(huán)路熱管，包括管內(nèi)填充有相變介質的結構熱控中空金屬管體，其中：結構熱控一體化中空金屬管是由冷凝管和蒸發(fā)器串聯(lián)形成的環(huán)路熱管LHP，蒸發(fā)器兩側連接有通過蒸汽管和回流管的儲液器，兩側儲液器中都充滿了液態(tài)的工質；熱源發(fā)出的熱量被蒸發(fā)管吸收后，液態(tài)工質發(fā)生相變，液態(tài)工質通過蒸汽管進入冷凝管放熱而凝結，經(jīng)回流管回流到蒸發(fā)管，完成一次完整的環(huán)路熱管循環(huán)。本發(fā)明采用一體化，使用半導體制冷的方式，使得發(fā)出于復雜結構內(nèi)部的熱量能夠被有效地導出，極大地提高了熱管熱控系統(tǒng)的適用范圍。
【IPC分類】F28D15/02
【公開號】CN105277028
【申請?zhí)枴緾N201510786517
【發(fā)明人】呂倩, 丁汀, 楊飛
【申請人】中國電子科技集團公司第十研究所
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月16日