CN103217036A

CN103217036A - 热翅

Info

Publication number: CN103217036A
Application number: CN2012100162844A
Authority: CN
Inventors: 张跃
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2013-07-24
Also published as: CN106839845A

Abstract

本发明公开了一种热翅，该热翅包括：两片侧面板和连接侧面板的边框，以构成一个中空的薄板状壳体；紧贴壳体内壁的毛细结构层；和密封在壳体内的相变工作介质；其中，所述侧面板的边缘的局部或边框的局部作为蒸发区，所述侧面板或壳体的其余部分作为冷凝区。本发明的热翅增加了蒸汽传输通道面积、液态工作介质的回流宽度和冷凝区直接散热面积，缩短了蒸发区中心到蒸发区边缘的距离，较大提高了传热极限，以至能够获得更高的热流密度。

Description

热翅

技术领域

本发明涉及一种相变传热装置，特别涉及一种热翅(heat-wing)。

背景技术

相变传热装置相比高导热系数的固态金属，具有更高的等效导热系数和更佳的散热性能，其依靠自身内部的液体工作介质相变实现导热，具有高导热性、优良等温性等优点，被广泛的应用在工业上。目前，热管和均热板是相变传热装置中较为常用的散热装置。

参见图1，典型的热管由管壳11、毛细结构12及密封在管内的相变工作介质13组成。热管的制作通常先将管内抽成真空后充以适当相变工作介质13，使紧贴管壳11内壁的毛细结构12中充满相变介质13后加以密封。热管的一端为蒸发区14，另一端为冷凝区15。当热管蒸发区14受热时，毛细结构12中液体工作介质13蒸发气化成气态工作介质16，气体在压差作用下通过孔道17流向冷凝区15，凝结成液态工作介质13并放出热量，液态工作介质13靠毛细作用沿毛细结构流回蒸发区14。如此循环，热量18不断从蒸发区14传至冷凝区15，实现散热效果。但是，热管由于其直径相对较小，其蒸汽传输是线性传递方式，近似一维，而且蒸汽的传输孔道较小，液工作介质回流宽度较短，使热管过早的达到传热极限。

作为热管的改进，均热板包括底板、上盖、毛细结构和工作介质，均热板的底板中间区域部分作为蒸发区，上盖部分作为冷凝区，其与热管的原理是相同的，只是热的传递方式不同。在热管内部，蒸汽传输是平面传递方式，近似二维，与热管相比，均热板的蒸汽传输通道较大，液态工作介质回流宽度较宽，因此均热板的等温性能好于热管。但是，由于均热板蒸发区中心到蒸发区边缘的距离较长，导致均热板的蒸发区中心会较早蒸干，使得均热板的传热极限值较低。

因此，需要研发一种蒸汽传输通道大、工作介质回流宽度宽、等温性能好、传热极限较高的新型相变传热装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸汽传输通道大、工作介质回流宽度较宽、蒸发区中心区域到达蒸发区边缘的距离较短、传热极限较高的相变传热装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种热翅，包括：

两片侧面板和连接侧面板的边框，以构成一个中空的薄板状壳体；

紧贴壳体内壁的毛细结构层；和

密封在壳体内的相变工作介质；

其中，所述侧面板的边缘的局部或边框的局部作为蒸发区，所述侧面板或壳体其余部分作为冷凝区。

在另一优选例中，所述壳体的材质为铜、铝、不锈钢金属或合金或其他高导热材料。

在另一优选例中，所述毛细结构层可以是粉末烧结、丝网、沟槽、纤维，可以涂覆或生长纳米碳壁、纳米碳管、纳米碳球，或涂覆、生长其他纳米级、微米级有机或无机分子薄层，或前述结构和物质的混合，可以单层或多层复合，以及其他可以产生毛细作用的结构。

在另一优选例中，所述相变工作介质可以包括水或其他液体、低熔点金属、纳米碳球、其他纳米颗粒及前述物质的混合物，或其他在使用温度范围内产生气液相变的物质。

在另一优选例中，所述两片侧面板互相平行或大致平行。

在另一优选例中，所述侧面板可以为矩形或其他任意形状。

在另一优选例中，所述热翅靠近蒸发区的截面宽度大于其上部宽度，也可以小于或等于其上部宽度。

在另一优选例中，热翅内部制造合适的真空度，根据壳体的机械强度和所需要抵抗的正、负压力，所述两片侧面板之间可设置支撑或连接结构。

在另一优选例中，所述支撑或连接结构的形状可为点状、线状或片状。

在另一优选例中，所述热翅还可设有鳍片。

在另一优选例中，在所述热翅和/或鳍片上可以涂覆黑体辐射材料。

在另一优选例中，所述热翅还可设有抽真空和充液的管子。

在另一优选例中，所述热翅阵列设置在热源上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的热翅是一个密封的薄板状中空壳体，该热翅的长、宽远大于其厚度，故热翅的蒸汽传输通道较大，可具有良好的等温性能。两片侧面板的间距极小，将薄板状壳体相对面积很小的边缘的局部或边框的局部作为蒸发区，与热源表面接触，故蒸发区中心到蒸发区边缘的距离极短，避免了蒸发区中心区域较早蒸干的现象。将壳体面积较大的两个侧面板作为冷凝区，故冷凝区的面积极大，有利于热量的发散和冷凝，工作介质的回流宽度较宽，加大了液态工作介质的流量。该热翅较大地提高了传热极限，以至能够获得更高的热流密度。

附图说明

图1是现有技术中热管的剖面示意图；

图2是本发明第一实施例的热翅的立体图；

图3是图2沿A-A剖切的剖面图；

图4是本发明第二实施例的热翅的剖面示意图；

图5是本发明第三实施例的热翅的剖面示意图；

图6是本发明第四实施例的热翅的剖面示意图；

图7是本发明第五实施例的热翅的剖面示意图；

图8是本发明第六实施例的热翅的剖面示意图；

图9是本发明第七实施例的热翅阵列的立体图；

图10是本发明第八实施例的热翅阵列的剖面示意图；

图11是图10的立体分解图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

图2、图3示出了本发明的第一实施例，如图所示，本发明的热翅包括构成中空的板状壳体2的两片侧面板21和连接两片侧面板21的边框22、23，紧贴壳体2内壁的毛细结构层12、密封在壳体2内的相变工作介质13；其中，所述边框22、23，例如底部边框23的局部区域与热源3接触形成蒸发区，将壳体2的其余部分作为冷凝区，此外，也可仅将侧面板21作为冷凝区。

该热翅的长、宽远大于其厚度，故热翅的蒸汽传输通道较大，可具有良好的等温性能。两片侧面板21的间距极小，将薄板状壳体2相对面积很小的边缘的局部或边框23的局部作为蒸发区，与热源表面接触，故蒸发区中心到蒸发区边缘的距离极短，避免了蒸发区中心区域较早蒸干的现象。将壳体2面积较大的两个侧面板21作为冷凝区，故冷凝区的面积极大，有利于热量的发散和冷凝，工作介质的回流宽度较宽，加大了液态工作介质的流量。该热翅较大地提高了传热极限，以至能够获得更高的热流密度。

壳体2的材质可以选择铜、铝、不锈钢金属或合金或其他高导热材料以实现更佳的导热效果。毛细结构层12可以是粉末烧结、丝网、沟槽、纤维，可以涂覆或生长纳米碳壁、纳米碳管、纳米碳球，或涂覆、生长其他纳米级、微米级有机或无机分子薄层，或前述结构和物质的混合，可以单层或多层复合，以及其他可以产生毛细作用的结构。热翅内部有相变工作介质13，工作介质13可以包括水或其他液体、低熔点金属、纳米碳球、其他纳米颗粒及前述物质的混合物，或其他在使用温度范围内产生气液相变的物质。

热翅的内部可制造合适的真空度，可根据壳体2的机械强度和所需要承受的正、负压力设置侧面板21之间的支撑或连接结构(未图示)。支撑或连接结构的形状可以为点状、线状、片状或其他任何形状。此外，在本发明的某些其他实施例中，也可以不具有该支撑或连接结构，只需满足壳体2的受力要求即可。

本实施例中，两片侧面板21的互相平行，紧贴热源3的底部的截面宽度大于热翅上部的宽度。此外，在本发明的某些其他实施方式中，两片侧面板21可以完全互相平行，又或者，热翅的底部宽度可以不同于上部的宽度。

热翅还可例如在侧面板21上设置鳍片(未图示)、抽真空和充液的管子(未图示)等辅助装置。鳍片主要用于辅助散发热翅内部的热量。此外，可在热翅和/或鳍片上涂覆黑体辐射材料。黑体辐射材料有助于挥发热翅和鳍片内部的热量，起到更好的传热效果。抽真空管用于制造热翅内部的真空条件，以满足热翅的工作介质所需的工作条件。此外，在本发明的某些其他实施例中，也可以不具备该鳍片、抽真空和充液的管子。

图4至图8分别示出了本发明的第二至第六实施例，参见图4至图6，显示了热翅的底部可以有各种不同的断面形状，如图4热翅的侧面板21靠近蒸发区底部为外凸的圆弧形，图5为内凹的圆弧形，图6大致为矩形，其宽度可以略大于热翅上部，此外，可以理解，热翅的底部宽度也可以小于或等于热翅上部的宽度。

参见图4至图8，显示了热翅的上边框22可以有不同工艺的封闭。如图4的封闭为圆弧形，图5为直线型，图6为山字形，图8为大致L型。

参见图4至图8和图10，还显示了热翅可以制成多种形状，如图7表示了热翅可以做成两个侧面板21近似平行的楔形。图5、图6表示了热翅可以制作成弯曲的形状。图8显示了热翅以其侧面板21的边缘的局部作为蒸发区的例子。图10表示了在高度有限制时，热翅可以向两侧伸展。

图9示出了本发明的第七实施例，如图所示，该实施例将上述图2的热翅多个阵列平行排布设置在热源上，并完全覆盖热源表面，该种阵列排布的方式将相变传热从二维扩展到三维空间，能够获得更高的热流密度。

图10、图11示出了本发明的第八实施例，如图所示，该实施例将上述图6的J型热翅多个阵列排布设置在热源上，并完全覆盖在热源表面，与第七实施例的区别在于，各热翅靠近热源，向两边伸展，比较适用于高度有限制的场合。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种热翅，包括：

紧贴壳体内壁的毛细结构层；和

密封在壳体内的相变工作介质；

其特征在于，所述侧面板的边缘的局部或边框的局部作为蒸发区，所述侧面板或壳体的其余部分作为冷凝区。

2.根据权利要求1所述的热翅，其特征在于，所述两片侧面板互相平行或大致平行。

3.根据权利要求1所述的热翅，其特征在于，所述两片侧面板之间设有支撑或连接结构。