[發(fā)明專利]新型三維螺旋冷凝結(jié)構(gòu)納米脈動(dòng)熱超導(dǎo)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610092974.6
• 申請(qǐng)日: 2016-02-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105651090B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亞雄;丁祥云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古博特科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): F28D15/04
• 分類號(hào): F28D15/04
• 代理公司: 北京中譽(yù)威圣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11279
• 代理人: 蔣常雪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維螺旋冷凝結(jié)構(gòu)(納米)脈動(dòng)熱超導(dǎo)裝置，可廣泛用于中高溫太陽(yáng)能集熱、多芯片電子元儀器散熱、大平面雷達(dá)芯片散熱、大功率動(dòng)力電池冷卻或恒溫加熱、LED顯示屏、電磁裝置冷卻領(lǐng)域。

技術(shù)背景

現(xiàn)代先進(jìn)微電子裝置是由大量的芯片和電子元器件組成的，元器件的熱量主要來(lái)自自身的阻性載荷，如變壓器、集成電路、大功率晶體管、大功率電阻等，它們所產(chǎn)生的熱量大部分以熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的形式散發(fā)到周圍介質(zhì)中，只有少部分以電磁波的形式散出。隨著電子元器件集成度的提高和制造工藝的完善電子設(shè)備的體積越來(lái)越小；同時(shí)為了滿足用戶對(duì)高性能的需求，電子裝置的功率也越來(lái)越大；另外為了美觀和防潮、防雨雪等電子設(shè)備都采取了必要的封裝措施。基于這三個(gè)方面的原因電子裝置的熱流密度越來(lái)越大。如何對(duì)它們進(jìn)行有效的散熱已經(jīng)成為眾多廠家面臨的一個(gè)難題，因?yàn)樯峒夹g(shù)的高低決定了電子產(chǎn)品銷售的成敗。

電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)要求散熱手段應(yīng)具有緊湊性、可靠性、靈活性、散熱效率高、不需要維修等特點(diǎn)。電子設(shè)備的熱耗隨功率的增加而增加，這使得單位容積內(nèi)電子器件的發(fā)熱量不斷增大，有些電子器件工作時(shí)的表面熱流度已達(dá)數(shù)十瓦每平方厘米。當(dāng)溫度升高到一定溫度時(shí)，電子元件將無(wú)法正常使用，電子設(shè)備的可靠性受到影響。電子設(shè)備的運(yùn)行實(shí)踐表明:隨溫度的增加，電子元器件的失效率呈指數(shù)增長(zhǎng)，對(duì)于有些電子器件，環(huán)境溫度每升高10℃，失效率甚至?xí)龃笠槐兑陨希@在不同程度上降低了設(shè)備的可靠性。此外，由于設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變，電子器件的封裝度不斷提高，小型化、模塊化成為電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，這就對(duì)電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)提出了更高的要求，科學(xué)、有效的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。導(dǎo)致電子設(shè)備失效的因素中，溫度占55％。

世界性的能源消耗增長(zhǎng)導(dǎo)致化石能源的消耗殆盡和對(duì)地球環(huán)境的嚴(yán)重污染，尤其在中國(guó)尤為嚴(yán)重，全國(guó)性的持續(xù)霧霾，就是最好的見(jiàn)證。利用可再生能源解決人類對(duì)能源的依賴是未來(lái)發(fā)展的方向。太陽(yáng)能就是萬(wàn)物取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源。高效吸收太陽(yáng)能輻射能量也是亟待解決的問(wèn)題。

這就迫切需要穩(wěn)定高效的、小型的換熱設(shè)備來(lái)解決電子器件的散熱問(wèn)題。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種高效的散熱技術(shù)，較為典型的是熱管、微通道和制冷芯片等散熱技術(shù)，其中傳統(tǒng)的熱管技術(shù)發(fā)展相對(duì)比較成熟。20世紀(jì)90年代，日本學(xué)者Akachi提出了一種不同于傳統(tǒng)熱管的新型傳輸方式熱超導(dǎo)技術(shù)，利用工質(zhì)在特殊結(jié)構(gòu)里相變時(shí)產(chǎn)生脈沖為驅(qū)動(dòng)力，稱為振蕩熱管(Oscillating Heat Pipe,PHP)或脈動(dòng)熱管(Pulsating Heat Pipe,OHP)。近十年間，隨著散熱問(wèn)題的日益突出，振蕩熱管的研究和開(kāi)發(fā)也變得越來(lái)越活躍。

脈動(dòng)熱管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、成本低、體積小、極限熱流密度高等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)高效換熱提供了一種新的選擇。目前脈動(dòng)熱管的應(yīng)用主要集中在大規(guī)模集成電路芯片和多芯片模塊的熱控制。

本專利針對(duì)目前國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)中集熱系統(tǒng)存在的溫度低、承壓能力差、回收利用率低、不穩(wěn)定不連續(xù)、不易儲(chǔ)放等等問(wèn)題，以及航空航天、軍事、微電子工業(yè)等高端裝備制造急需的大規(guī)模散熱冷卻技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)新型三維冷凝脈動(dòng)熱超導(dǎo)裝置，以期提高能源利用率，達(dá)到高效利用能源的目的，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和新能源利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種三維螺旋冷凝結(jié)構(gòu)脈動(dòng)熱超導(dǎo)裝置，該裝置能提高能源利用率，達(dá)到高效利用能源的目的，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和新能源利用。

本發(fā)明目的通過(guò)下列方式實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明包括：冷卻管芯，所述冷卻管芯的外表面上螺旋纏繞有冷凝管形成至少一個(gè)三維冷凝段，每個(gè)三維冷凝段兩端分別與蒸發(fā)管相連形成相互連通的，由三維冷凝段和蒸發(fā)管組合形成的三維平面蛇形管網(wǎng)內(nèi)充有工質(zhì)。

所述冷卻管芯采用不銹鋼、低碳鋼、鋁合金、銅、銅合金或鈦合金材料加工而成，所述冷卻管芯兩端頭部設(shè)有波紋膨脹節(jié)，端頭采用直管口或外螺紋連接。

所述蒸發(fā)管由不銹鋼、低碳鋼、鋁合金、銅、銅合金或鈦合金金屬材料彎曲成多個(gè)U形管，每相鄰的兩個(gè)U形管的首端及尾端通過(guò)三維冷凝段相連通，形成相互連通的三維平面蛇形管網(wǎng)。

所述三維平面蛇形管網(wǎng)可以是首尾相連形成閉合回路，也可以是兩頭封死的開(kāi)式結(jié)構(gòu)。

所述三維平面蛇形管網(wǎng)可以直接固定到熱源上，也可以焊接到加熱薄板。

所述螺旋纏繞有冷凝管采用不銹鋼、低碳鋼、鋁合金、銅、銅合金或鈦合金彎曲成三維螺旋形狀，緊密纏繞于集熱循環(huán)核心管上，或通過(guò)絕緣保溫壓緊塊粘結(jié)后焊接或通過(guò)金屬膜壓緊、粘貼與集熱循環(huán)核心管上。