技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種相變傳熱裝置，特別涉及一種熱翅(heat-wing)。

背景技術(shù)：

相變傳熱裝置相比高導(dǎo)熱系數(shù)的固態(tài)金屬，具有更高的等效導(dǎo)熱系數(shù)和更佳的散熱性能，其依靠自身內(nèi)部的液體工作介質(zhì)相變實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱，具有高導(dǎo)熱性、優(yōu)良等溫性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)上。目前，熱管和均熱板是相變傳熱裝置中較為常用的散熱裝置。

參見圖1，典型的熱管由管殼11、毛細(xì)結(jié)構(gòu)12及密封在管內(nèi)的相變工作介質(zhì)13組成。熱管的制作通常先將管內(nèi)抽成真空后充以適當(dāng)相變工作介質(zhì)13，使緊貼管殼11內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)12中充滿相變介質(zhì)13后加以密封。熱管的一端為蒸發(fā)區(qū)14，另一端為冷凝區(qū)15。當(dāng)熱管蒸發(fā)區(qū)14受熱時，毛細(xì)結(jié)構(gòu)12中液體工作介質(zhì)13蒸發(fā)氣化成氣態(tài)工作介質(zhì)16，氣體在壓差作用下通過孔道17流向冷凝區(qū)15，凝結(jié)成液態(tài)工作介質(zhì)13并放出熱量，液態(tài)工作介質(zhì)13靠毛細(xì)作用沿毛細(xì)結(jié)構(gòu)流回蒸發(fā)區(qū)14。如此循環(huán)，熱量18不斷從蒸發(fā)區(qū)14傳至冷凝區(qū)15，實(shí)現(xiàn)散熱效果。但是，熱管由于其直徑相對較小，其蒸汽傳輸是線性傳遞方式，近似一維，而且蒸汽的傳輸孔道較小，液工作介質(zhì)回流寬度較短，使熱管過早的達(dá)到傳熱極限。

作為熱管的改進(jìn)，均熱板包括底板、上蓋、毛細(xì)結(jié)構(gòu)和工作介質(zhì)，均熱板的底板中間區(qū)域部分作為蒸發(fā)區(qū)，上蓋部分作為冷凝區(qū)，其與熱管的原理是相同的，只是熱的傳遞方式不同。在熱管內(nèi)部，蒸汽傳輸是平面?zhèn)鬟f方式，近似二維，與熱管相比，均熱板的蒸汽傳輸通道較大，液態(tài)工作介質(zhì)回流寬度較寬，因此均熱板的等溫性能好于熱管。但是，由于均熱板蒸發(fā)區(qū)中心到蒸發(fā)區(qū)邊緣的距離較長，導(dǎo)致均熱板的蒸發(fā)區(qū)中心會較早蒸干，使得均熱板的傳熱極限值較低。

因此，需要研發(fā)一種蒸汽傳輸通道大、工作介質(zhì)回流寬度寬、等溫性能好、傳熱極限較高的新型相變傳熱裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種蒸汽傳輸通道大、工作介質(zhì)回流寬度較寬、蒸發(fā)區(qū)中心區(qū)域到達(dá)蒸發(fā)區(qū)邊緣的距離較短、傳熱極限較高的相變傳熱裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種熱翅，包括：

兩片側(cè)面板和連接側(cè)面板的邊框，以構(gòu)成一個中空的薄板狀殼體；

緊貼殼體內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)層；和

密封在殼體內(nèi)的相變工作介質(zhì)；

其中，僅以所述邊框的局部作為蒸發(fā)區(qū)與熱源表面接觸，所述殼體的其余部分作為冷凝區(qū)。

在另一優(yōu)選例中，所述殼體的材質(zhì)為銅、鋁、不銹鋼金屬或合金或其他高導(dǎo)熱材料。

在另一優(yōu)選例中，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)層可以是粉末燒結(jié)、絲網(wǎng)、溝槽、纖維，可以涂覆或生長納米碳壁、納米碳管、納米碳球，或涂覆、生長其他納米級、微米級有機(jī)或無機(jī)分子薄層，或前述結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的混合，可以單層或多層復(fù)合，以及其他可以產(chǎn)生毛細(xì)作用的結(jié)構(gòu)。

在另一優(yōu)選例中，所述相變工作介質(zhì)可以包括水或其他液體、低熔點(diǎn)金屬、納米碳球、其他納米顆粒及前述物質(zhì)的混合物，或其他在使用溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生氣液相變的物質(zhì)。

在另一優(yōu)選例中，所述兩片側(cè)面板互相平行或大致平行。

在另一優(yōu)選例中，所述側(cè)面板可以為矩形或其他任意形狀。

在另一優(yōu)選例中，所述熱翅靠近蒸發(fā)區(qū)的截面寬度大于其上部寬度，也可以小于或等于其上部寬度。

在另一優(yōu)選例中，熱翅內(nèi)部制造合適的真空度，根據(jù)殼體的機(jī)械強(qiáng)度和所需要抵抗的正、負(fù)壓力，所述兩片側(cè)面板之間可設(shè)置支撐或連接結(jié)構(gòu)。

在另一優(yōu)選例中，所述支撐或連接結(jié)構(gòu)的形狀可為點(diǎn)狀、線狀或片狀。

在另一優(yōu)選例中，所述熱翅還可設(shè)有鰭片。

在另一優(yōu)選例中，在所述熱翅和/或鰭片上可以涂覆黑體輻射材料。

在另一優(yōu)選例中，所述熱翅還可設(shè)有抽真空和充液的管子。

在另一優(yōu)選例中，所述熱翅陣列設(shè)置在熱源上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的熱翅是一個密封的薄板狀中空殼體，該熱翅的長、寬遠(yuǎn)大于其厚度，故熱翅的蒸汽傳輸通道較大，可具有良好的等溫性能。兩片側(cè)面板的間距極小，將薄板狀殼體相對面積很小的邊緣的局部或邊框的局部作為蒸發(fā)區(qū)，與熱源表面接觸，故蒸發(fā)區(qū)中心到蒸發(fā)區(qū)邊緣的距離極短，避免了蒸發(fā)區(qū)中心區(qū)域較早蒸干的現(xiàn)象。將殼體面積較大的兩個側(cè)面板作為冷凝區(qū)，故冷凝區(qū)的面積極大，有利于熱量的發(fā)散和冷凝，工作介質(zhì)的回流寬度較寬，加大了液態(tài)工作介質(zhì)的流量。該熱翅較大地提高了傳熱極限，以至能夠獲得更高的熱流密度。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中熱管的剖面示意圖；

圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的熱翅的立體圖；

圖3是圖2沿A-A剖切的剖面圖；

圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的熱翅的剖面示意圖；

圖5是本發(fā)明第三實(shí)施例的熱翅的剖面示意圖；

圖6是本發(fā)明第四實(shí)施例的熱翅的剖面示意圖；

圖7是本發(fā)明第五實(shí)施例的熱翅的剖面示意圖；

圖8是本發(fā)明第六實(shí)施例的熱翅的剖面示意圖；

圖9是本發(fā)明第七實(shí)施例的熱翅陣列的立體圖；

圖10是本發(fā)明第八實(shí)施例的熱翅陣列的剖面示意圖；

圖11是圖10的立體分解圖。

具體實(shí)施方式

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說明。需要說明的是，本發(fā)明并不限于下述具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該從下述實(shí)施方式所體現(xiàn)的精神來理解本發(fā)明，各技術(shù)術(shù)語可以基于本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)來作最寬泛的理解。圖中相同或相似的構(gòu)件采用相同的附圖標(biāo)記表示。

圖2、圖3示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例，如圖所示，本發(fā)明的熱翅包括構(gòu)成中空的板狀殼體2的兩片側(cè)面板21和連接兩片側(cè)面板21的邊框22、23，緊貼殼體2內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)層12、密封在殼體2內(nèi)的相變工作介質(zhì)13；其中，所述邊框22、23，例如底部邊框23的局部區(qū)域與熱源3接觸形成蒸發(fā)區(qū)，將殼體2的其余部分作為冷凝區(qū)，此外，也可僅將側(cè)面板21作為冷凝區(qū)。

該熱翅的長、寬遠(yuǎn)大于其厚度，故熱翅的蒸汽傳輸通道較大，可具有良好的等溫性能。兩片側(cè)面板21的間距極小，將薄板狀殼體2相對面積很小的邊緣的局部或邊框23的局部作為蒸發(fā)區(qū)，與熱源表面接觸，故蒸發(fā)區(qū)中心到蒸發(fā)區(qū)邊緣的距離極短，避免了蒸發(fā)區(qū)中心區(qū)域較早蒸干的現(xiàn)象。將殼體2面積較大的兩個側(cè)面板21作為冷凝區(qū)，故冷凝區(qū)的面積極大，有利于熱量的發(fā)散和冷凝，工作介質(zhì)的回流寬度較寬，加大了液態(tài)工作介質(zhì)的流量。該熱翅較大地提高了傳熱極限，以至能夠獲得更高的熱流密度。

殼體2的材質(zhì)可以選擇銅、鋁、不銹鋼金屬或合金或其他高導(dǎo)熱材料以實(shí)現(xiàn)更佳的導(dǎo)熱效果。毛細(xì)結(jié)構(gòu)層12可以是粉末燒結(jié)、絲網(wǎng)、溝槽、纖維，可以涂覆或生長納米碳壁、納米碳管、納米碳球，或涂覆、生長其他納米級、微米級有機(jī)或無機(jī)分子薄層，或前述結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的混合，可以單層或多層復(fù)合，以及其他可以產(chǎn)生毛細(xì)作用的結(jié)構(gòu)。熱翅內(nèi)部有相變工作介質(zhì)13，工作介質(zhì)13可以包括水或其他液體、低熔點(diǎn)金屬、納米碳球、其他納米顆粒及前述物質(zhì)的混合物，或其他在使用溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生氣液相變的物質(zhì)。

熱翅的內(nèi)部可制造合適的真空度，可根據(jù)殼體2的機(jī)械強(qiáng)度和所需要承受的正、負(fù)壓力設(shè)置側(cè)面板21之間的支撐或連接結(jié)構(gòu)(未圖示)。支撐或連接結(jié)構(gòu)的形狀可以為點(diǎn)狀、線狀、片狀或其他任何形狀。此外，在本發(fā)明的某些其他實(shí)施例中，也可以不具有該支撐或連接結(jié)構(gòu)，只需滿足殼體2的受力要求即可。

本實(shí)施例中，兩片側(cè)面板21的互相平行，緊貼熱源3的底部的截面寬度大于熱翅上部的寬度。此外，在本發(fā)明的某些其他實(shí)施方式中，兩片側(cè)面板21可以完全互相平行，又或者，熱翅的底部寬度可以不同于上部的寬度。

熱翅還可例如在側(cè)面板21上設(shè)置鰭片(未圖示)、抽真空和充液的管子(未圖示)等輔助裝置。鰭片主要用于輔助散發(fā)熱翅內(nèi)部的熱量。此外，可在熱翅和/或鰭片上涂覆黑體輻射材料。黑體輻射材料有助于揮發(fā)熱翅和鰭片內(nèi)部的熱量，起到更好的傳熱效果。抽真空管用于制造熱翅內(nèi)部的真空條件，以滿足熱翅的工作介質(zhì)所需的工作條件。此外，在本發(fā)明的某些其他實(shí)施例中，也可以不具備該鰭片、抽真空和充液的管子。

圖4至圖8分別示出了本發(fā)明的第二至第六實(shí)施例，參見圖4至圖6，顯示了熱翅的底部可以有各種不同的斷面形狀，如圖4熱翅的側(cè)面板21靠近蒸發(fā)區(qū)底部為外凸的圓弧形，圖5為內(nèi)凹的圓弧形，圖6大致為矩形，其寬度可以略大于熱翅上部，此外，可以理解，熱翅的底部寬度也可以小于或等于熱翅上部的寬度。

參見圖4至圖8，顯示了熱翅的上邊框22可以有不同工藝的封閉。如圖4的封閉為圓弧形，圖5為直線型，圖6為山字形，圖8為大致L型。

參見圖4至圖8和圖10，還顯示了熱翅可以制成多種形狀，如圖7表示了熱翅可以做成兩個側(cè)面板21近似平行的楔形。圖5、圖6表示了熱翅可以制作成彎曲的形狀。圖8顯示了熱翅以其側(cè)面板21的邊緣的局部作為蒸發(fā)區(qū)的例子。圖10表示了在高度有限制時，熱翅可以向兩側(cè)伸展。

圖9示出了本發(fā)明的第七實(shí)施例，如圖所示，該實(shí)施例將上述圖2的熱翅多個陣列平行排布設(shè)置在熱源上，并完全覆蓋熱源表面，該種陣列排布的方式將相變傳熱從二維擴(kuò)展到三維空間，能夠獲得更高的熱流密度。

圖10、圖11示出了本發(fā)明的第八實(shí)施例，如圖所示，該實(shí)施例將上述圖6的J型熱翅多個陣列排布設(shè)置在熱源上，并完全覆蓋在熱源表面，與第七實(shí)施例的區(qū)別在于，各熱翅靠近熱源，向兩邊伸展，比較適用于高度有限制的場合。

應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。