一種環路熱管散熱器的製作方法與工藝

2023-12-02 15:30:01

本發明涉及熱能工程技術領域，特別涉及一種能有效應對熱衝擊和高負荷的環路熱管散熱器。

背景技術：
隨著大功率LED照明、大型伺服器以及航空航天領域中高熱流密度器件技術的飛速發展，單一設備的熱流密度從原先的0.1-10W/cm2的量級向著10-1000/cm2乃至更高的量級成倍增長。傳統環路熱管散熱器屬於被動式冷卻裝置，其蒸發器單純依靠吸液芯中產生的毛細抽力維持著液態工質向相變界面傳遞的傳遞過程，在應對小功率散熱時運行穩定性問題尚不嚴重，但在應對變負荷工況或高負荷工況時，由於熱流密度急劇波動或急劇上升，蒸汽腔蒸汽壓頭隨著熱負荷增加而上升，當熱負荷超過一定值時，傳統環路熱管散熱器依靠單一的吸液芯產生的循環驅動壓頭往往不能應對突變的工況以及急劇上升的熱流，吸液芯會由於突變工況和急劇上升的熱流產生乾涸—斷流現象，對高熱流密度器件的安全有效運行產生危害。此外，受熱面熱負荷與循環工質量始終無法得到匹配，系統的運行阻力較大且受熱面向補償腔的漏熱現象也會較為嚴重，因此其散熱效果和運行穩定性不甚理想，嚴重時，甚至危及高熱流密度器件本身的運行安全。

技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種能夠避免產生工質乾涸和不穩定波動，提升高熱流密度器件運行的穩定性與安全性的環路熱管散熱器。為實現本發明的目的所採用的技術方案是：一種環路熱管散熱器，包括冷凝器和蒸發器，所述蒸發器包括由外殼和底板組成的封閉腔體，所述底板上設置有多個蒸發槽道，多個所述蒸發槽道組成蒸發腔，所述封閉腔體的上部通過隔板分隔成膨脹腔和補償腔，所述補償腔的外周及所述補償腔與所述蒸發槽道之間設置有吸液芯，所述補償腔內設置有連通所述補償腔與膨脹腔的補償管，所述膨脹腔內安裝有頂板，所述頂板通過彈簧與所述隔板固定連接，所述頂板的兩側分別通過波紋管與所述外殼固定，所述頂板上安裝有膨脹調節機構；所述蒸發腔通過蒸汽連接管路與所述冷凝器的進口連接，所述冷凝器的出口通過液體連接管路與所述補償腔連接，形成環路。所述外殼的內側設置有絕熱腔。所述膨脹調節機構包括與所述頂板固定連接的頂杆、電機、傳動機構和絲槓，所述絲槓與所述頂杆螺紋連接，所述底板的受熱面上安裝有檢測裝置，所述檢測裝置的輸出端與所述電機控制器連接，控制所述電機通過所述膨脹傳動機構驅動所述頂杆帶動所述頂板上下移動。所述頂杆兩側設置有滑槽，所述外殼與所述滑槽滑動配合。所述傳動機構包括第一齒輪、第二齒輪，所述第一齒輪與所述電機的輸出軸連接，所述第一齒輪與所述第二齒輪嚙合，所述第二齒輪與所述絲槓固定連接，所述第一齒輪的直徑大於所述第二齒輪的直徑。所述電機、第一齒輪、第二齒輪和絲槓安裝於防水機殼內，所述頂杆穿過所述防水機殼與所述頂板固定連接。所述檢測裝置為溫度或壓力傳感器。與現有技術相比，本發明的有益效果是：1、本發明的環路熱管散熱器通過膨脹腔、補償腔及膨脹調節機構的設計，帶動相連接的波紋管及頂板擠壓或抽吸膨脹腔中貯存的工質，強制膨脹腔內貯存的工質進入補償腔中或強制抽吸位於補償腔內的工質回流至所述膨脹腔內，補充或排除循環系統中的循環工質量，使得循環系統內的工質循環量始終與施加於受熱面的熱負荷大小或熱負荷的變化速率保持同步變化。以此，通過主動方式控制被動式冷卻散熱設備，克服傳統熱管在高負荷運行以及面對熱衝擊時，環路熱管蒸發器易產生乾涸和不穩定波動的技術難題，以提升高熱流密度器件運行的穩定性與安全性，並能大幅拓展環路熱管的應用範圍和領域。2、本發明的環路熱管散熱器中的膨脹調節機構可以採用自動控制，通過設置於所述受熱面的溫度或壓力測點，及時獲取高熱流密度器件運行過程中受熱面的溫度或運行壓力分布信息，當熱負荷產生變化或波動時，能夠控制電機驅動設置於膨脹腔上的頂板，使用方便，可靠性高。附圖說明圖1所示為本發明的環路熱管散熱器的結構示意圖；圖2所示為環路熱管散熱器的驅動部分原理圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。本發明環路熱管散熱器的示意圖如圖1所示，包括冷凝器10和蒸發器，所述蒸發器包括由外殼1和底板2組成的封閉腔體，所述底板2上設置有多個蒸發槽道8，多個所述蒸發槽道8組成蒸發腔9，所述封閉腔體的上部通過隔板20分隔成膨脹腔25和補償腔11，所述補償腔11的外周及所述補償腔11與所述蒸發槽道8之間設置有吸液芯5，所述補償腔11內設置有連通所述補償腔11與膨脹腔25的補償管12，所述膨脹腔25內安裝有頂板14，所述頂板14通過彈簧15與所述隔板20固定連接，所述頂板14的兩側分別通過波紋管13與所述外殼1固定，所述頂板14上安裝有膨脹調節機構。所述蒸發腔9的蒸汽出口4通過蒸汽連接管路3與所述冷凝器10的進口連接，所述冷凝器10的出口通過液體連接管路6與所述補償腔11的液體進口7連接，形成環路。為了避免熱量散失，所述外殼1的內側設置有絕熱腔16。本實施例中，所述膨脹調節機構包括與所述頂板14固定連接的頂杆23、電機18、傳動機構和絲槓19，所述絲槓19與所述頂杆23螺紋連接，所述底板2的受熱面上安裝有檢測裝置26，所述檢測裝置26的輸出端與所述電機18控制器連接，控制所述電機18通過所述膨脹傳動機構驅動所述頂杆23帶動所述頂板14上下移動。本實施例中，所述檢測裝置26為溫度或壓力傳感器。為了提高上下運行的可靠性，所述頂杆23兩側設置有滑槽24，所述外殼1與所述滑槽24滑動配合。傳動機構可以採用多種結構。本實施例中，其示意圖如圖2所示，所述傳動機構包括第一齒輪21、第二齒輪22，所述第一齒輪21與所述電機18的輸出軸連接，所述第一齒輪21與所述第二齒輪22嚙合，所述第二齒輪22與所述絲槓19固定連接，所述第一齒輪21的直徑大於所述第二齒輪22的直徑，實現增速傳動。所述電機18、第一齒輪21、第二齒輪22和絲槓19安裝於防水機殼17內，所述頂杆23穿過所述防水機殼17與所述頂板14固定連接。當外界施加於所述底板2受熱面的熱負荷起作用後，本發明的環路熱管散熱器開始啟動並逐漸開始建立穩定運行循環，加熱量通過所述受熱面上的所述槽道8傳遞至所述吸液芯5的下表面，熱負荷的施加使得所述蒸汽腔9內工質產生相變蒸發，相變蒸發後產生的蒸汽沿所述槽道8進入所述蒸汽連接管路3，同時將施加於所述受熱面的熱負荷帶走，相變產生的蒸汽進入所述冷凝器10並在其中完成冷凝，釋放出所攜帶的熱量並重新凝結為液態工質，凝結後的液態工質繼續在所述液體連接管路6中向前傳輸，進入所述補償腔11中。由於所述底板的受熱面與所述吸液芯5附近的液態工質因相變蒸發而不斷離開環路熱管，在所述吸液芯5的毛細抽力的作用下，所述補償腔11內的液態工質向著相變界面——所述槽道8與所述吸液芯5的交界面傳輸，補充因相變蒸發而離開所述蒸汽腔9的液態工質。當施加於所述受熱面的熱負荷逐漸增加時，所述蒸汽腔9內相變蒸發速率會因熱負荷的增加而加快，而吸液芯的毛細抽力是有一定極限的。當熱負荷增加到一定程度時，普通環路熱管散熱器會因蒸發速率大於吸液芯中的液態工質補充速率而導致所述蒸汽腔9及所述吸液芯5中產生乾涸現象，這對於散熱設備的正常運行是非常危險的。本發明通過設置膨脹腔25以及相應的控制機構,當所述壓力或溫度傳感器26測得所述底板的受熱面溫升高較快時，將驅動所述電機18帶動所述第一齒輪21旋轉，帶動所述第二齒輪22轉動，由於所述頂杆23與所述絲槓19連接,而所述頂杆23受到所述滑槽24的限位，在所述第二齒輪的旋轉帶動下，所述頂板23被限定做向下直線運動，所述頂板23將隨之做向下直線運動，在所述頂板23的帶動下，所述波紋管13與所述頂板23一起對所述膨脹腔25內工質進行擠壓，工質在受到擠壓後沿所述補償管12進入所述補償腔11，補償因溫度上升較快造成的環路熱管幹涸現象，使循環系統始終保有與熱負荷相適應的工質循環量。當施加於所述底板受熱面的熱負荷減少時，溫度或壓力傳感器感受到相應信號後，驅動所述電機18反向轉動，通過所述第一齒輪21帶動第二齒輪22沿相反方向轉動，帶動所述頂板23做反向直線上升運動，所述膨脹腔25內隨之產生負壓並通過所述補償管12從所述補償腔11吸入液態工質，循環系統中有效工質循環量相應減少，使循環管路中始終保有與熱負荷相匹配的工質循環量，減少了由於過盈工質造成的循環阻力較大的不利影響。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。