[发明专利]复合型换热器

说明书

技术领域

本发明涉及微尺度传热领域，尤其涉及一种复合换热器。

背景技术

随着科学技术的不断进步，各种电子产品的电子原件密集度越来越高，其高发热量逐渐成为限制其进一步发展的瓶颈。在这种情况下，微型换热系统应运而生，在各种微型换热系统中，大多数的研究者从事微型热管技术，包括毛细型、强制震动(振荡)型以及微槽(群)内部单相与相变的研究，并取得了不少的研究成果。

计算结果显示，微槽群内部蒸发热流密度的理论极限值已经达到1000W/cm²以上，同时借助相变蒸发力及毛细力，以微槽群为核心部件的换热装置可以有效对高热流发热件进行散热，也可以实现在无动力情况下的循环。但是在微槽群蒸发换热系统中，系统的循环动力是由加热蒸气本身提供的，通常，工质受热后由液态变为气态体积变化会很大，饱和温度50摄氏度时体积增大在10000倍以上，因此当工质受热时会有大量的蒸汽蒸发，如果不能及时使这些蒸汽排出会导致循环终止，然而在这一系统中蒸气的循环管路不可能太粗，同时蒸气又必须借助管路输送到冷却装置进行冷凝以完成循环，管路具有一定的长度，这势必对系统的循环液体的充注量和蒸发压力有更高的要求，在发热件发热量比较大时，该模式的微槽群换热装置几乎无法完成循环，很难实现其散热目的。

振荡热管作为一种新型热管，也被视为是解决微小空间高热流密度散热方案中一种很有希望的传热元件，从工作原理和结构特点上来说，它与普通热管相比差异很大。普通热管是利用相变蒸发力和重力(非重力热管利用毛细力)实现工质从热端到冷端的转移，同时完成换热及状态的转变。对于振荡热管，当其管径足够小时，在真空条件下封装在管内的工质将在管内形成液、汽相间的柱塞。在加热段，汽泡或汽柱与管壁之间的液膜因受热而不断蒸发，导致汽泡膨胀，并推动汽液柱塞流向冷端冷凝收缩，从而在冷、热端之间形成较大的压差。由于汽液柱塞交错分布，因而在管内产生强烈的往复振荡运动，从而实现高效热传递。振荡热管具有体积小、结构简单、成本低等特点；振荡热管的传热性能与普通热管有较大差异，其内部不仅存在相变传热，还存在由于汽液振荡所造成的显热传递，它没有普通热管所有的那些极限限制，因此其传热性能大大优于普通热管；而且振荡热管的适应性好，可以随意弯曲、可以存在多个加热端和冷却端。当然，振荡热管也存在许多不足，比如其直径不能过大和过小，因为当过大时使得液塞和气泡不能够在表面张力的作用下共存，当过小时则需要提高蒸发压力克服毛细力，从而影响振荡效果；管式振荡热管无法完成对平面式发热面的有效散热，板式振荡热管虽然可以对平面式发热面散热，但是其与发热面的有效接触面积有限从而限定了其性能的发挥。

基于以上分析，我们可以看出，微槽群蒸发换热是解决高热流发热的有效手段，而其蒸汽的冷凝循环却要求很高，如果我们能在蒸气产生的同时马上将其冷凝，势必会使得系统变得更高效；另一方面，振荡热管具有优良的传热性能，但其加工技术还不成熟，同时其有效散热面积针对平板发热面来说有限制。因此，如果能够将以上两种形式的换热系统加以完善势必可以使两者的优势都能得到最大程度的发挥。本文所涉及的复合换热器就是将两者结合在一起，最大程度发挥两者的优点。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足提出了一种能够满足微小空间、高热流下进行高效散热的换热器，这种换热器与普通的换热器相比具有体积小、传热效率高等特性，这些特性主要依靠毛细多孔结构和振荡热管的复合来完成。

本方案是通过如下技术措施来实现的：它包括上方开口且带有中空凹槽的壳体和与之配合的上盖板，所述壳体和上盖板之间水密封，所述壳体和上盖板封装在一起共同构成换热器，其特征是穿过上盖板设置有振荡热管，所述振荡热管的加热端设置于壳体盛装散热工质的凹槽中，所述壳体内壁面均布凸起的可以产生毛细力的微毛细多孔结构。

振荡热管的加热端带有扩展翅片。

所述微毛细多孔结构包括微槽群或者微翅片或者内置金属丝网或者毛细烧结组织。

所述微槽群包括横向和纵向布置的微槽群。所述微槽群中的通槽尺寸范围是：长：与壳体内壁等长；宽0.02～2毫米；高(深度)：0.2～5毫米。

所述微翅片包括方形、圆形、锥形。所述微翅片尺寸范围：长：0.02～2毫米；宽0.02～2毫米；高：0.2～5毫米。

所述金属丝网与壁面紧密接触，多层丝网布置，形成毛细多孔结构。

所述毛细烧结组织为毛细多孔结构。

所述壳体与带有振荡热管的上盖板钎焊连接。