一種帶多孔內肋片的相變散熱系統及制備方法技術方案

本發明專利技術公開了一種帶多孔內肋片的相變散熱系統，包括蒸發器、自然對流式冷凝器、蒸汽管路和回流管路，所述蒸發器設有長方體的真空腔體，蒸發器的一面為受熱面，受熱面的外側與發熱體連接，受熱面的內側與若干個蒸發肋片連接，在蒸發肋片的兩側均設有泡沫金屬銅；所述自然對流式冷凝器設有密封腔體，在密封腔體的兩側均設有用于散熱的肋片群；所述蒸發器的頂部通過蒸汽管路與自然對流式冷凝器的頂部連通，自然對流式冷凝器的底部通過回流管路與蒸發器的底部連通。本發明專利技術的帶多孔內肋片的相變散熱系統，通過將吸熱和散熱分布在不同區域，可以大大的減小裝置的空間要求，利用帶多空肋片進行蒸發吸熱，吸熱效果好，從而散熱效果好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種帶多孔內肋片的相變散熱系統及制備方法，屬于散熱領域。
技術介紹
電子元器件的散熱問題已成為當前電子元器件和電子設備制造的關鍵困難。近些年來，電子技術的快速發展。電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和小型化，使得單位容積電子器件的總功率密度和發熱量大幅度地增長，從而使電子器件的冷卻問題變得越來越突出。如:大型計算機的芯片熱流量已達到了60W/cm2，到2000年已經超過了100W/cm2，目前最高已達到200W/cm2。特別是由于MEMS(Micro Electro-Mechanical System)技術突飛猛進，使得電子元器件的尺寸越來越小，已經從微米量級進入到了亞微米量級。對于熱流密度較高的應用場合，比如筆記本電腦等，熱管冷卻方式得以廣泛的應用。熱管的研究在過去三十年取得極大的進展，2007年左右，中科院的唐大偉、趙耀華等提出了微槽群相變冷卻系統，并成功應用于激光冷卻、LED散熱等領域，并提出了相關專利如下：中國專利號[200510098733.4]，公開(公告)日2007.03.14,胡學功和趙耀華提出了微槽群相變換熱系統，這實際上是一種分離式熱管，主要是靠近熱源的蒸發面上開設平行的微槽群，利用微槽產生的毛細力將液態工質抽吸至受熱區域，通過薄液膜蒸發效應，達到高強度散熱冷卻的效能；然后通過自然對流冷凝器散熱至大氣環境中。中國專利號[200810057185.4]，公開(公告)日2009.08.05,胡學功和肖送連等提出了帶內肋片的微槽群相變換熱系統，主要是在專利[200510098733.4]基礎上，對靠近熱源的蒸發面布設內肋片，并在每個內肋片上加工平行的微槽群，這樣就增加了薄液膜蒸發面積，進一步提高了蒸發器的冷卻性能。從上述已有的專利看，主要存在的不足如下：在銅材上加工平行的微槽群，為保證加工精度，主要采用線切割或CNC雕刻機，加工成本不菲。而且通過設置帶微槽的內肋片方法提高薄液膜蒸發面積，這種方式對換熱面積的提高畢竟還是有限的。
技術實現思路
專利技術目的：為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提出一種帶多孔內肋片的相變散熱系統及制備方法，通過將吸熱和散熱分布在不同區域，可以大大的減小裝置的空間要求，利用帶多空肋片進行蒸發吸熱，吸熱效果好，從而散熱效果好。技術方案：為解決上述技術問題，本專利技術的帶多孔內肋片的相變散熱系統，包括蒸發器、自然對流式冷凝器、蒸汽管路和回流管路，所述蒸發器設有長方體的真空腔體，真空腔體內設有易蒸發的液體工質，蒸發器的一面為受熱面，受熱面的外側與發熱體連接，受熱面的內側與若干個蒸發肋片連接，蒸發肋片為長方形狀的片狀結構，在蒸發肋片的兩側均設有泡沫金屬銅；所述自然對流式冷凝器設有密封腔體，密封腔體由導熱好的金屬制成，在密封腔體的兩側均設有用于散熱的肋片群；所述蒸發器的頂部通過蒸汽管路與自然對流式冷凝器的頂部連通，自然對流式冷凝器的底部通過回流管路與蒸發器的底部連通，在回流管路上設有抽真空充注接口；蒸發器通過蒸發肋片將液體工質蒸發吸熱變成蒸汽，蒸汽通過蒸汽管路將蒸汽送入到自然對流式冷凝器中，通過蒸汽變成冷凝水放熱，將熱量通過肋片群散發到空氣中。作為優選，所述泡沫金屬銅的孔隙率范圍為60％-90％，孔密度范圍取60PPI-200PPI。作為優選，所述蒸汽管路由銅管或其他與工質相容的金屬管制成，管徑為6-10mm；所述回流管路也由銅管或其他與工質相容的金屬管制成。作為優選，所述回流管路的管徑較蒸汽管路的管徑大。作為優選，所述液體工質為除氣的去離子水、乙醇或氟里昂，蒸發器內液體工質的高度低于發熱體的下邊沿，高于蒸發肋片的下邊沿。一種上述的帶多孔內肋片的相變散熱系統的制備方法，包括以下步驟：(1)多孔肋片群燒結工序：采用設計加工的石墨模具，將銅粉填入紫銅板下方，在燒結爐內燒結后一體化成形，燒結溫度為950度左右，燒結過程采用氫氣還原處理，；(2)清洗工序：對蒸發器板材、冷凝器板材以及相關管路進行清洗，首先采用乙醇或三氯乙烯在超聲波清洗裝置中除油，然后用清水進行沖洗，然后采用一定濃度一定溫度的堿液在超聲波清洗裝中除去氧化層，堿液處理后立即采用60～80℃的熱水進行漂洗；(3)蒸發器和冷凝器焊接工序：采用真空釬焊或擴散焊將蒸發器和冷凝器焊接成形；(4)蒸汽管路、回流管路和充注管焊接工序：采用高頻感應焊機或高溫真空釬焊方法，選擇融化溫度600～700℃的銀銅焊片，將蒸汽管路、回流管路、充注管與蒸發器、冷凝器相接合，充注管路可置于蒸汽管路或回流管路上；(5)工質制備工序：對液體工質進行預處理；(6)充注工質抽真空工序：采用擴散泵抽取所需的真空度，當真空度達到10-3～10-2Pa時，進行工質充注，工質的充注量應保證蒸發器液面在熱源區的下方；(7)封尾工序：當蒸發器真空度達到要求時，立即采用高頻感應焊機對充注管封焊，完成蒸發器的制作流程；(8)真空檢漏工序：采用氦質譜檢漏儀對整個裝置進行高真孔檢漏。作為優選，所述步驟(3)中如采用高溫真空釬焊方法，選擇融化溫度700～800℃的銀銅焊片，其融化溫度低于多孔肋片群的燒結溫度。作為優選，所述步驟(5)中液體工質為水，先加熱后冷凝的方法對水進行脫氣處理，然后去離子純凈處理。在本專利技術中，所述蒸發器為長方體結構，材料選用紫銅。可將五塊紫銅板與帶多孔內肋片群的紫銅板拼接成長方體，同樣在真空釬焊爐內焊接成形，所選焊料的融化溫度低于前述銅粉燒結溫度，所述蒸發器的右外表面為受熱面，與發熱體連接。所述冷凝器，在薄紫銅板焊接而成的腔體外焊接翅片，采用自然對流散熱方式，將冷凝換熱釋放的熱量散失到外界自然環境中。也可采用強迫風冷方式，較為簡易的方法可采用管翅式或板翅式散熱器；如采用水冷方式，可選用板式換熱器，蒸汽工質與外界冷卻水換熱，變為液態工質。在本專利技術中，所述蒸發器在靠近發熱面的一側焊接有多孔內肋片群，利用多孔內肋片微孔隙產生的毛細力，將蒸發器底部液體工質抽吸到熱源附近的多孔區，液態工質受熱沸騰蒸發變成蒸汽，蒸汽通過蒸汽管路進入到風冷或水冷冷凝器中，在其中蒸汽冷凝放熱后重新變為液態工質，熱量則散到周圍大氣環境(風冷)或被冷卻水帶走。而冷凝器內的液態工質則在重力位差的作用下通過回流管路重新回到蒸發器中，循環進行。該相變散熱系統具有散熱性能高、布置靈活等優點。有益效果：本專利技術的帶多孔內肋片的相變散熱系統，將多孔內肋片群直接貼合于熱源附近的蒸發器壁面上，系統工作時，利用多孔材料微孔隙產生的毛細力，將蒸發器底部的液態工質源源不斷抽吸至熱源區附近，工質受熱后通過薄液膜沸騰過程變為蒸汽，然后在冷凝器中將熱量釋放至周圍環境中。根據近年來國內外的研究，微尺度系統往往具有超常的強化傳熱行為，當供液液面低于多孔材料厚度時，發生在多孔孔隙內的沸騰模式，不再是池沸騰機制，而是薄液膜沸騰機制，微米數量級厚度的薄液膜沸騰，較通常的池內沸騰傳熱系數高出一個數量級，這是一種超常的微尺度沸騰現象。相比于傳統的微槽群結構，本專利技術應用多孔泡沫銅作為薄液膜沸騰的載體，不僅可提供更大的毛細動力(通過孔徑的調整)，而且極大提高了受熱區的換熱面積。另外，系統制作成本較低。從而在性價比方面優于傳統的微槽群相變散熱系統。系統通過本地冷卻元件(蒸發器)、熱量及流體輸運管路、遠程散熱元件(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶多孔內肋片的相變散熱系統，其特征在于：包括蒸發器、自然對流式冷凝器、蒸汽管路和回流管路，所述蒸發器設有長方體的真空腔體，真空腔體內設有易蒸發的液體工質，蒸發器的一面為受熱面，受熱面的外側與發熱體連接，受熱面的內側與若干個蒸發肋片連接，蒸發肋片為長方形狀的片狀結構，在蒸發肋片的兩側均設有泡沫金屬銅；所述自然對流式冷凝器設有密封腔體，密封腔體由導熱好的金屬制成，在密封腔體的兩側均設有用于散熱的肋片群；所述蒸發器的頂部通過蒸汽管路與自然對流式冷凝器的頂部連通，自然對流式冷凝器的底部通過回流管路與蒸發器的底部連通，在回流管路上設有抽真空充注接口；蒸發器通過蒸發肋片將液體工質蒸發吸熱變成蒸汽，蒸汽通過蒸汽管路將蒸汽送入到自然對流式冷凝器中，通過蒸汽變成冷凝水放熱，將熱量通過肋片群散發到空氣中。

【技術特征摘要】
1.一種帶多孔內肋片的相變散熱系統，其特征在于：包括蒸發器、自然對流式冷凝器、蒸汽管路和回流管路，所述蒸發器設有長方體的真空腔體，真空腔體內設有易蒸發的液體工質，蒸發器的一面為受熱面，受熱面的外側與發熱體連接，受熱面的內側與若干個蒸發肋片連接，蒸發肋片為長方形狀的片狀結構，在蒸發肋片的兩側均設有泡沫金屬銅；所述自然對流式冷凝器設有密封腔體，密封腔體由導熱好的金屬制成，在密封腔體的兩側均設有用于散熱的肋片群；所述蒸發器的頂部通過蒸汽管路與自然對流式冷凝器的頂部連通，自然對流式冷凝器的底部通過回流管路與蒸發器的底部連通，在回流管路上設有抽真空充注接口；蒸發器通過蒸發肋片將液體工質蒸發吸熱變成蒸汽，蒸汽通過蒸汽管路將蒸汽送入到自然對流式冷凝器中，通過蒸汽變成冷凝水放熱，將熱量通過肋片群散發到空氣中。2.根據權利要求1所述的帶多孔內肋片的相變散熱系統，其特征在于：所述泡沫金屬銅的孔隙率范圍為60％-90％，孔密度范圍取60PPI-200PPI。3.根據權利要求1所述的帶多孔內肋片的相變散熱系統，其特征在于：所述蒸汽管路由銅管或其他與工質相容的金屬管制成，管徑為6-10mm；所述回流管路也由銅管或其他與工質相容的金屬管制成。4.根據權利要求3所述的帶多孔內肋片的相變散熱系統，其特征在于：所述回流管路的管徑較蒸汽管路的管徑大。5.根據權利要求1所述的帶多孔內肋片的相變散熱系統，其特征在于：所述液體工質為除氣的去離子水、乙醇或氟里昂，蒸發器內液體工質的高度低于發熱體的下邊沿，高于蒸發肋片的下邊沿。6.一種如權利要求1至5任一項所述的帶多孔內肋片的相變散熱系統的制備方...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張東輝，王劍橋，吳明發，周麗，張鳳梅，史國進，馮國增，王軍，施紅，唐春麗，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32