本發(fā)明涉及傳熱元件，具體地，涉及一種薄型蒸汽腔。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的薄板形狀的相變導(dǎo)熱蒸汽腔，主要是利用熱管原理，相變工質(zhì)在高溫區(qū)域蒸發(fā)吸熱，在低溫區(qū)域冷凝放熱，工質(zhì)通過毛細(xì)抽吸的壓力差進(jìn)行輸運(yùn)，從而實現(xiàn)高效、均勻的導(dǎo)熱，其導(dǎo)熱率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的任何單一固體材料。薄型蒸汽腔在電子元器件的散熱、LED燈的冷卻和宇宙輻射器的換熱等許多方面都有巨大的應(yīng)用潛力。蒸汽腔完全由熱源熱量驅(qū)動的被動工作特性，使得其具有工作壽命長、可靠性高、無需保養(yǎng)維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)蒸汽腔為適應(yīng)熱管理系統(tǒng)輕薄設(shè)計的要求，厚度減小到一定程度，如2mm左右的時候，不論是采用燒結(jié)芯毛細(xì)結(jié)構(gòu)、微槽道毛細(xì)結(jié)構(gòu)，還是兩平板中間夾多根圓棒的“三明治”式組合毛細(xì)結(jié)構(gòu)，由于工質(zhì)流動截面變小，流動阻力上升，均會導(dǎo)致系統(tǒng)總體的熱阻增大，蒸汽腔的均溫性能下降，并且所能承受的熱流密度減小。在所有影響相變導(dǎo)熱極限的因素中，毛細(xì)極限是的薄型蒸汽腔中主要限制因素。要改善這種情況，主要的措施應(yīng)該是在蒸汽腔處于臨界熱流密度工作時降低工質(zhì)的流動阻力或提升毛細(xì)抽吸力。因此，本發(fā)明提供了一種在“三明治”薄型蒸汽腔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，保留了原有毛細(xì)結(jié)構(gòu)組成簡單、易于生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，通過改進(jìn)其中的圓棒，實現(xiàn)更高的臨界熱流密度的新型蒸汽腔。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有薄型蒸汽腔性能中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種具有更高臨界熱流密度的薄型蒸汽腔。

本發(fā)明通過以下方案實現(xiàn)：

一種薄型蒸汽腔，包括兩平面夾板、多根圓棒組成的圓棒陣列和細(xì)絲，所述圓棒陣列設(shè)置于兩平面夾板之間，細(xì)絲纏繞在圓棒上，三者緊密接觸。

優(yōu)選地，所述兩平面夾板均為導(dǎo)熱面，與熱源、冷源接觸，采用導(dǎo)熱率較高的材料，如金屬等。

優(yōu)選地，所述兩平面夾板的各邊密封連接，兩平面夾板的平面為矩形或其他適于應(yīng)用的形狀，其中一個邊上設(shè)有工質(zhì)充裝口。

優(yōu)選地，，纏繞形狀為螺旋狀，類似于軸向彈簧的彈簧絲；相鄰的細(xì)絲為緊繞，不留軸向空隙，細(xì)絲截面為圓形，以單層或多層的方式緊密纏繞在圓棒上

優(yōu)選地，兩平面夾板以面平行和各邊平行的方式放置，其中兩平面夾板的各邊以密封的方式連接，而纏繞有細(xì)絲的圓棒以機(jī)械夾緊或燒結(jié)的方式固定在夾板上。

與現(xiàn)有薄型蒸汽腔相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明對原有的“三明治”式薄型蒸汽腔進(jìn)行了改進(jìn)，通過設(shè)置干、支路兩級液相工質(zhì)槽道，能提高毛細(xì)抽吸力和降低液相工質(zhì)流動阻力，實現(xiàn)更低的熱阻和更大的臨界熱流密度；

2、本發(fā)明能實現(xiàn)蒸汽腔很薄的結(jié)構(gòu)厚度和較大的工作面積；

3、本發(fā)明布局合理，結(jié)構(gòu)簡單，易于推廣。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，為了展示結(jié)構(gòu)，上下夾板在各側(cè)邊未連接封閉；

圖2為本發(fā)明在去掉上方夾板時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為纏繞有細(xì)絲的圓棒的示意圖；

圖4為從側(cè)面觀察，當(dāng)上、下夾板與單根纏繞細(xì)絲的圓棒形成組合時，工質(zhì)在這三者之間的尖楔空間形成彎月形氣液界的示意圖；

圖5為從上方觀察，在單根纏繞細(xì)絲的圓棒的中心橫截面處，工質(zhì)在圓棒與細(xì)絲之間的空隙處受毛細(xì)作用填滿，以及細(xì)絲與相鄰細(xì)絲之間的尖楔空隙處形成彎月形氣液界面的示意圖。

圖中：1-平面夾板；2-表面緊密纏繞細(xì)絲的圓棒；3-圓棒；4-細(xì)絲；5-液相工質(zhì)；6為工質(zhì)的彎月形氣液界面。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明實施例提供了一種薄型蒸汽腔，包括兩平面夾板1、多根圓棒3組成的圓棒陣列2和細(xì)絲4，所述圓棒陣列3設(shè)置于兩平面夾板1之間，細(xì)絲4纏繞在圓棒上，三者緊密接觸。

使用兩塊平板和多根圓棒組成的“三明治”薄型蒸汽腔最早由Wang和Peterson等人提出(Wang，Y.X.&Peterson,G.P.,Analysis of Wire-Bonded Micro Heat Pipe Arrays,JOURNAL OF THERMOPHYSICS AND HEAT TRANSFER,Vol.16,No.3,2002)。在這種蒸汽腔中，圓棒和平板之間的尖角區(qū)域，在工質(zhì)的表面張力作用下用作連接蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)的液相工質(zhì)流道，并形成毛細(xì)結(jié)構(gòu)，而相鄰圓棒和兩夾板(以矩形形狀為例)之間的大部分空間則作為蒸汽通道(圖1、圖2)。液相工質(zhì)彎月面在與上下夾板的接觸處可以形成厚度很小的液膜，液膜蒸發(fā)的高效吸熱能力能進(jìn)一步提升蒸發(fā)段的吸熱熱流密度。這種熱管的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)組成非常簡單，同時厚度可以做得很薄，在制作成本、體積和重量方面都有相當(dāng)優(yōu)勢。其導(dǎo)熱性能的主要限制因素是熱管原理中的毛細(xì)限。當(dāng)熱流密度不斷增大時，蒸發(fā)段的液相工質(zhì)彎月面不斷向里收縮，彎月面的半徑隨之減小。這個過程中雖然蒸發(fā)段的毛細(xì)抽吸力逐漸提高，但是由于液相工質(zhì)從冷凝段向蒸發(fā)段流動的橫截面也在縮小，流動阻力不斷增長，一旦流動阻力的增長超過抽吸力的提高，蒸汽腔的導(dǎo)熱能力就達(dá)到瓶頸。再增大熱流密度會導(dǎo)致蒸發(fā)段的液相工質(zhì)燒干，兩相換熱能力失效。

基于以上技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的圓棒結(jié)構(gòu)。原來的圓棒改為直徑更小的圓棒，在圓棒的外表面用截面為圓形的細(xì)絲緊密纏繞，其余結(jié)構(gòu)特征不變。細(xì)絲纏繞時，相鄰的圈與圈之間緊密連接，螺距接近細(xì)絲的直徑(如圖3所示)。纏繞可以是單層的，也可以是多層?，F(xiàn)有的加工工藝可以做出纏繞以后外徑仍然很小，而且細(xì)絲纏繞后不會松散的細(xì)長圓棒(<1mm)。因此在大多數(shù)情況下，這種薄型蒸汽腔改進(jìn)后的總厚度可以不受影響。經(jīng)過改進(jìn)后的圓棒，細(xì)絲與兩側(cè)夾板，細(xì)絲與細(xì)絲之間分別形成內(nèi)尖楔的空間，均可以作為液相工質(zhì)的流動通道。這兩種通道是干線與支線之間的關(guān)系：圓棒與夾板之間的尖楔空間作為液相工質(zhì)的干線槽道連接蒸發(fā)段與冷凝段，一根圓棒與兩塊夾板可以形成4個這種槽道，如圖4所示；而細(xì)絲與細(xì)絲之間的內(nèi)尖楔空間構(gòu)成更小的支線槽道連接上下的干線槽道，這種小槽道同樣可以形成工質(zhì)氣液界面的彎月面和產(chǎn)生毛細(xì)抽吸力，如圖5所示。干線與支線的槽道形成了兩級的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。由于細(xì)絲的纏繞圈數(shù)巨大，因此這種支線槽道的數(shù)量是干線槽道的長千上萬倍。

經(jīng)過這樣改進(jìn)后，蒸汽腔的蒸發(fā)區(qū)域具有比原來大得多的蒸發(fā)面積，支線槽道處的液膜厚度比干線槽道處的更薄，高效的液膜蒸發(fā)的面積也比原有設(shè)計的更大，從而有利于降低整體蒸發(fā)熱阻。在高熱流密度狀態(tài)下，由于支線槽道所存儲工質(zhì)的量相對更小，氣液界面將首先收縮，接近燒干。此時支線槽道的彎月面半徑趨于非常小，毛細(xì)抽吸力增大，但干線槽道的流動截面卻未受影響變小，蒸發(fā)區(qū)域與冷凝區(qū)域之間的總體流動阻力暫時不會增大。由于各支線槽道的長度非常短，即使其氣液界面向里收縮，流動阻力增大，影響也不如干線槽道嚴(yán)重。而且細(xì)絲與中心圓棒之間的空隙也可以儲存液相工質(zhì)，一定程度上可以延緩局部的燒干現(xiàn)象。所以這種設(shè)計綜合了多種有利因素，能充分提高蒸汽腔的工作臨界熱流密度。而在蒸汽腔的冷凝區(qū)域，圓棒與夾板之間的內(nèi)尖楔空間形成干線槽道，對工質(zhì)冷凝回流所起的作用首先并不比原有設(shè)計減弱。而且細(xì)絲纏繞后的凹凸表面相當(dāng)于一種微肋結(jié)構(gòu)，微助產(chǎn)生的表面張力能使冷凝工質(zhì)快速地排泄和使冷凝段液膜減薄，從而減小了凝結(jié)換熱的熱阻。此外，這種微肋結(jié)構(gòu)還對蒸汽腔內(nèi)氣相工質(zhì)的流動產(chǎn)生局部的擾動，從而起到了強(qiáng)化蒸發(fā)和凝結(jié)換熱的效果。根據(jù)以上論述，這種改進(jìn)設(shè)計將能全面提升蒸汽腔的導(dǎo)熱性能和臨界熱流密度。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。