专利名称：一种改进型的热管换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热管换热器，具体是一种对蒸发段和回路进行了改进的热管换热器。
背景技术：
热管是一种利用工质蒸发，冷凝的相变过程来完成热交换的换热装置。其具有很高的导热性及对使用环境的适应性，比较适合于半导体制冷及电器柜散热等相关领域。目前，应用于半导体制冷及相关领域的热管换热器，其蒸发段基本上可分为二种形式，一种是采用金属盒构成的蒸发室。如实用新型专利，“采用热管传导散热的温差电致冷器”(专利号ZL98202764.8)所描述的梯形蒸发室。以及实用新型专利，“一种温差电致冷装置”(专利号ZL 02200194.8)所描述的金属盒或金属腔。另一种是采用带有孔道或空腔的基板作为蒸发室。如实用新型专利，“平面型热管散热器”(专利号ZL 98218199)所描述的带有孔道或空腔的基板。第一种形式，由于需要对金属盒的边缘及连接管进行焊接，焊接的面积大，对焊接工艺和检漏的要求高，同时对生产效率和产品质量也有一定的影响。第二种形式，基板和连接管路之间的焊接难度较大，特别是在基板的材质与连接管路不同时，则更加困难。
目前，应用于半导体制冷的热管换热器，其流体回路基本上可分为二种形式，一种是采用管子顶端封闭的单管或多管的重力热管形式。如发明专利，“采用热管传导散热的温差电致冷器”(专利号ZL 9810196)所描述的多束带有翅片或翅条且汇集于梯形蒸发室的热管。以及实用新型专利，“平面型热管散热器”(专利号ZL 98218199)所描述的由带有散热翅片的金属空心管子组成的单管式和多管式热管散热器。另一种是采用多束互通的环流式回路。如实用新型专利，“采用环流式热管传导散热的温差电致冷器”(专利号ZL 99200544)所描述的由蒸汽主管连通的多束冷凝管，到达顶端后回转向下，在蒸发段相互连通且汇集于回流主通道的回路。第一种回路形式，工质在同一管径内蒸发，冷凝，流动方向完全相反。加之液膜附着于管壁回流，不仅增加了热交换的热阻，而且缩小了气液流动的截面积。阻碍了蒸汽和液膜的流动速度。并且在同一管内，蒸发冷凝的压差十分小，降低了工质的蒸发量和蒸汽的流动速度。第二种回路形式虽然能部分解决第一种回路形式存在的问题，但由于蒸发主通道与多束冷凝管，回流主通道与多束蒸发管之间存在大量的焊口，给加工效率和产品质量带来不利。同时由于多回路的连通，当其中一个回路的某一个点产生泄露时，将导致整个换热器的全部失效。
发明内容
为了克服应用于半导体制冷的热管换热器的蒸发段和流体回路存在的不足，本实用新型提供一种对蒸发段和回路进行了改进的热管换热器。它通过在基板上预埋金属管的方法，可以有效解决基板和连接管路之间的焊接困难。同时可以避免采用金属盒构成的蒸发室带来的焊接的面积大，对焊接工艺和检漏的要求高，对生产效率和产品质量有影响的问题。在流体回路方面，本实用新型采用多路独立的分离式热管回路。实现了气液两相同向流动，减少了热阻，提高了换热效率。同时由于采用独立的多回路设计，避免产生大量的焊口，给加工效率和产品质量带来不利的问题。并且当其中一个回路的某一个点产生泄露时，将不会导致整个换热器的全部失效。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是通过在基板上预埋金属管的方法，解决基板和连接管路之间的焊接困难。金属管可以是铜管，铝管或铁管，视连接管和流体回路的管材，基板的材质以及与管内的工质的相容性而定。金属管的二头采用机械方法改变直径，使之与连接管和流体回路的直径相匹配，易于焊接。金属管预埋的方法可以是浇铸，压铸，过盈配合，钎焊等方式，但必须保证基板与金属管之间的良好的传热。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案的另一个要点是采用多路独立的分离式热管回路。实现了气液两相同向流动，提高了换热效率，同时减少了焊口，提高了加工效率和产品质量。并且能避免当其中一个回路的某一个点产生泄露时，整个换热器的全部失效。首先，预埋金属管的数量与流体回路的数量一一对应。预埋的金属管与流体回路构成一个独立的热管回路。预埋的金属管作为热管的蒸发段，与蒸发连接管相连。蒸发连接管上升到换热器的顶部后，与冷凝段相接。冷凝段的出口通过冷凝连接管与预埋的金属管的另一端相接，构成一个独立的热管回路。在热管回路中充有一定数量的工质。在半导体制冷芯片工作时，其热端产生的热量通过基板传入预埋的金属管。金属管内的工质受热后蒸发，其内部蒸汽压力升高，产生的蒸汽通过蒸发连接管上升到达冷凝段释放出潜热而凝结成液体。在重力作用下，经冷凝连接管回到蒸发段，如此循环往复运行。分离式热管的冷凝段必须高于蒸发段，冷凝连接管中的液体与蒸发连接管中的气体之间会形成一定的密度差。这个密度差所提供的压头，用于平衡蒸汽流动和液体流动的压力损失，维系热管系统的正常运行，实现管内气液两相的同向流动。冷凝段可以是丝管式，也可以是翅片管的形式。
本实用新型的有益效果是，有效解决目前应用于半导体制冷的热管换热器普遍存在的焊接的面积大，焊接困难的问题。在实现了气液两相同向流动，减少了热阻，提高了换热效率的同时，由于采用独立的多回路设计，避免产生大量的焊口，提高了加工效率和产品质量。并且当其中一个回路的某一个点产生泄露时，将不会导致整个换热器的全部失效。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是采用金属盒为蒸发室的重力热管示意图。
图2是采用基板的单管重力热管示意图。
图3是采用基板的双管重力热管示意图。
图4是多束互通的环流式热管示意图。
图5是本实用新型的丝管式双回路分离式热管散热器示意图。
图6是本实用新型的丝管式四回路分离式热管散热器示意图。
图7是本实用新型的翅片管式双回路分离式热管散热器示意图。
图8是本实用新型的丝管式双回路分离式热管散热器应用于客房冰箱的结构示意图图中1.基板，2.预埋的金属管，3.蒸发连接管，4.冷凝段，5.冷凝连接管，6.冷凝风扇，7.冷凝风扇罩，8.冰箱箱体，9.半导体制冷芯片，10.渡冷块，11.蒸发散热铝，12.柜内风扇。
具体实施方式
在图5中，二根金属管(2)预埋在基板(1)中。金属管(2)可以是铜管，铝管或铁管，视连接管(3)(5)和流体回路的管材，基板(1)的材质以及与管内的工质的相容性而定。金属管(2)的二头采用机械方法改变直径，使之与连接管(3)(5)和流体回路的直径相匹配，易于焊接。金属管(2)预埋的方法可以是浇铸，压铸，过盈配合，钎焊等方式，但必须保证基板(1)与金属管(2)之间的良好的传热。预埋的金属管(2)作为热管的蒸发段，与蒸发连接管(3)相连。蒸发连接管(3)上升到换热器的顶部后，与冷凝段(4)相接。冷凝段(4)可以是丝管式，也可以是翅片管的形式。在本例中，冷凝段采用的是丝管式冷凝器。为加强工质在冷凝段的流动，冷凝管始终保持向下的一定角度的倾斜。冷凝段(4)的出口通过冷凝连接管(5)与预埋的金属管(2)的另一端相接，构成一个独立的热管回路。在本例中，共用二个独立的热管回路。在热管回路中充有一定数量的工质。当半导体制冷芯片工作时，其热端产生的热量通过基板(1)传入预埋的金属管(2)。金属管(2)内的工质受热后蒸发，其内部蒸汽压力升高，产生的蒸汽通过蒸发连接管(3)上升到达冷凝段(4)释放出潜热而凝结成液体。在重力作用下，经冷凝连接管(5)回到蒸发段，如此循环往复运行。分离式热管的冷凝段(4)必须高于蒸发段，冷凝连接管(5)中的液体与蒸发连接管(3)中的气体之间会形成一定的密度差。这个密度差所提供的压头，用于平衡蒸汽流动和液体流动的压力损失，维系热管系统的正常运行，实现管内气液两相的同向流动。达到减少热阻，提高换热效率的目的。同时，由于二个回路相互独立，避免了当其中一个回路的某一个点产生泄露时，导致另一个回路也失效的风险，提高了热管的可靠性。每一个回路只有少量的焊口，提高了加工效率和产品质量。
在图6中，共用四根金属管(2)构成四个独立的热管回路。其结构构成和工作原理与上例相同，只不过由于增加了二个回路，相应的蒸发面积和冷凝面积也加大了一倍，换热能力也相应增加。本例适用于大热负荷换热的场合。
虽然图5，图6中仅列举了双回路和四回路的分离式热管散热器示意图，在实际应用中，可根据热流负荷的大小，采用单回路，三回路，五回路等形式。其结构构成和工作原理是一样的。
在图7中，冷凝段(4)由翅片管构成。为了强化冷凝段(4)的换热，可采用风扇(6)进行强制对流换热，达到提高换热效率，减少冷凝面积的目的。其他的结构构成和工作原理与上二例相同。本例适合于要求冷凝面积较小的场合。同样可根据热负荷的大小，采用单回路，三回路，五回路等形式。
图8是本实用新型的丝管式双回路分离式热管散热器应用于客房冰箱的结构示意图。其中，基板(1)与半导体制冷芯片(9)的热端紧密贴合在一起。而半导体制冷芯片(9)的冷端与渡冷块(10)紧密贴合在一起。渡冷块(10)与蒸发散热铝(11)紧密贴合在一起。当给半导体制冷芯片(9)通电工作时，其冷热二端产生温差。冷端的冷量通过热传导传递给冷渡块(10)和蒸发散热铝(11)。再经过柜内风扇(12)产生对流换热，将冷量传递给柜内的空气。热端产生的热量通过本实用新型的丝管式双回路分离式热管散热器传递到环境空气中，从而实现持续的工作，降低柜内空气温度。
权利要求1.一种对蒸发段和回路进行了改进的热管换热器，其特征在于其结构为预埋的金属管(2)作为热管的蒸发段，与蒸发连接管(3)相连，蒸发连接管(3)上升到换热器的顶部后，与冷凝段(4)相接，冷凝段(4)的出口通过冷凝连接管(5)与预埋的金属管(2)的另一端相接，构成一个独立的热管回路，在热管回路中充有一定数量的工质。
2.如权利1所述的改进型热管换热器，其特征在于预埋在基板(1)中的金属管(2)的二头采用变直径的构造，使之与连接管(3)(5)和流体回路的直径相匹配，易于焊接，预埋的金属管(2)必须保证基板(1)与金属管(2)之间的良好的传热。
3.如权利1所述的改进型热管换热器，其特征在于采用独立的多回路设计，其结构为预埋金属管的数量与流体回路的数量一一对应，每个预埋的金属管作为热管的蒸发段，与独立的蒸发连接管，冷凝段及独立的冷凝连接管构成一个独立的热管回路。
4.如权利1所述的改进型热管换热器，其特征在于冷凝段(4)可以是丝管式，也可以是翅片管的形式，冷凝段(4)必须高于蒸发段，冷凝连接管中的液体与蒸发连接管中的气体之间会形成一定的密度差，这个密度差所提供的压头，用于平衡蒸汽流动和液体流动的压力损失，维系热管系统的正常运行，实现管内气液两相的同向流动。
专利摘要一种对蒸发段和回路进行了改进的热管换热器。它通过在基板上预埋金属管作为热管的蒸发段，金属管的二头采用机械方法改变直径，与连接管的直径相匹配，易于焊接，可以有效解决基板和连接管路之间的焊接困难。在流体回路方面，采用了多路独立的分离式热管回路，实现了气液两相同向流动，减少了热阻，提高了换热效率。同时由于采用独立的多回路设计，减少了焊口数量，并且当其中一个回路的某一个点产生泄露时，将不会导致整个换热器的全部失效。
文档编号F28D15/02GK2746347SQ20042007148
公开日2005年12月14日 申请日期2004年7月9日 优先权日2004年7月9日
发明者朱光伟 申请人:朱光伟