[发明专利]一种层状堆叠结构的平板式微型环路热管

说明书

本发明涉及热管技术领域，公开了一种层状堆叠结构的平板式微型环路热管，该环路热管包括：上端开口的中空壳体，中空壳体内部从下到上依次设置有蒸发器与储液腔，蒸发器包括位于底端的受热面，设置于受热面上方的加热齿与蒸汽室，设置于加热齿与蒸汽室上方的毛细芯层，储液腔包括由毛细芯层的顶面、中空壳体的侧壁与位于中空壳体上方的盖板形成的空腔。上述环路热管通过设计层状堆叠结构，实现蒸发器和储液腔的一体化集成，能够充分利用外部热量驱动工质进行输运，不需要额外能量输入，同时最大化地简化工质输运途径，使工质均匀分布于毛细芯表面，能够实现对储液腔工质的预加热，充分发挥了环路热管的技术优势，从而易于实现环路热管的微小型化。

技术领域

本发明属于热管技术领域，特别涉及一种层状堆叠结构的平板式微型环路热管。

背景技术

随着电子器件和能源系统不断向轻量化、小型化、高集成化的方向快速发展，系统内的热流密度和温度急剧增加。一般而言，高温会引起电阻阻值增加，变压器、扼流圈材料的绝缘性能下降，焊点合金结构的变化，晶体管元件失效等问题，严重影响了系统及核心器件的可靠性和使用寿命，因此器件的散热冷却和系统的热管理问题已经成为制约电子器件和能源系统发展的瓶颈问题之一。在此背景下，传统的被动式翅片散热器和主动式风扇热管结合散热器，受限于体积大、重量大、散热效率低等缺点，其散热能力已接近极限，无法应对热流密度的进一步升高。

为了解决上述问题，研究人员尝试将航天航空领域中的大型热管理系统小型化，以便于解决小空间高效热管理问题，并提出了热管技术、毛细泵回路技术(CPL)和环路热管技术(LHP)。这三种技术与航天航空领域中的热管理技术一一对应。

热管具有最为简单的整体结构，制备、部署较为容易，成本低廉，并且其外形可根据实际应用进行适当调整，因此应用较广。然而热管复用内部腔提作为气液工质的输运通道，在实际运行中会产生“捐携效应”，导致工质输运能力受限。因此热管的散热能力较为一般。毛细泵回路采用分离的气液管路以提升散热能力。液态工质在蒸发器内吸收潜热发生相变，随后经由蒸汽管路进入冷凝室进行放热，冷凝后的液态工质再经由液体管路回流至蒸发器。毛细泵回路的典型特征是在液体回路存在一个单独分支，连接了液体回路和储液腔。储液腔中的液态工质通过泵结构进行主动控制，用于调节毛细泵回路中的液态工质压力分布和工质温度。相比较于热管而言，毛细泵回路大大提升了工质传递效率，使得系统能够具有较强的散热能力。在实际应用中，可进一步为毛细泵回路增加多个蒸发器/冷凝器支路，使得毛细泵回路能够被大规模、分布式部署。环路热管与毛细泵回路具有相近的整体结构，其主要改进之处在于将储液腔和蒸发室进行一体化集成，使得回流的液态工质先进入储液腔，再进入蒸发室。这种改进的优势在于：1、简化了系统结构，不需要为储液腔配备专门的管路支路，这使得环路热管更易于小型化；2、储液腔和蒸发室一体化集成能够加快管路工质压力调节过程，避免因为管路过长导致压力震荡；3、储液腔中的液态工质在进入蒸发器前能够得到有效预热，便于工质在蒸发器中快速吸收潜热发生相变，避免工质受热过程较长导致系统性能下降。

环路热管在小型化方面具有先天优势，并且其紧凑的结构能够有效提升散热性能，因此其小型化具有较高研究价值和应用价值。然而，环路热管技术的小型化研究较少，其商业化应用也难以寻觅。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种层状堆叠结构的平板式微型环路热管，通过将环路热管设计为层状堆叠结构，实现了蒸发器和储液腔的紧密一体化集成，能够充分利用外部热量驱动工质进行输运，不需要额外能量输入，同时最大化地简化了工质输运途径，使工质均匀分布于毛细芯表面，能够实现对储液腔工质的预加热，充分发挥了环路热管技术所具有的主要技术优势，从而易于实现环路热管的微小型化。