一种带有亲液涂层的脉动热管换热器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于换热领域涉，具体是涉及一种带有亲液涂层的脉动热管换热器。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着计算机在科研和工程领域中的广泛应用，电子行业进入了快速发展 的时期，处理器的加工工艺越来越先进。CPU能够处理的数据和运行的速度也越来越快，集 成度也越来越高。电子产品特别是高新技术产品不断朝着高密度封装和多功能化方向发 展，电子器件的小型化、高集成化已经成为技术发展的趋势。与此同时，电子元器件的发热 量也越来越大，对其散热手段提出了很大的要求。以往采取的散热翅片加空气强制对流的 散热方式，散热能力已经达到极限，不能够满足目前和今后的电子产品的散热。散热的恶化 导致电子设备的温度快速的上升，也引来了电子设备故障发生率的上升。据统计，电子元器 件的故障发生率随着工作温度的提高呈指数关系增长，单个元器件的温度每升高10°c，性 能降低越50%。且电子设备的故障55%是由温度过高引起的，能否很好的解决这些元器件 的散热问题直接影响了电子设备的可靠性和使用寿命。基于此，散热设计已经成为了电子 产业发展的一个瓶颈，寻求一种高效的散热方法成为目前热设计领域的研宄热点之一。
[0003] 目前电子散热的方法主要有自然冷却、强迫空气对流冷却、液体冷却、热电冷却， 微通道冷却、微制冷系统冷却等方式。自然冷却和强迫空气对流冷却主要是采用风冷的方 式进行冷却，前者的换热系数较低，后者的较高。液体冷却系统主要是通过水泵产生的动 力，推动密闭系统里的液体循环，将吸热盘里吸收的芯片的热量，通过水的循环，带到面积 更大的散热装置上，进行散热。冷却后的液体再次回流到吸热设备，如此往复循环。液体采 用的工质一般是水、乙醇、氟利昂等。热电制冷又称为半导体制冷，它利用的是物理现象中 的帕尔贴效应，帕尔贴效应是指两种金属组成的闭合线路中，若有电流通过，则会使得一个 节点变冷，另一个节点变热。现在广泛使用的热电材料多以掺杂Bi、Te半导体材料为主。 半导体制冷方法优点是结构紧凑、没有噪音、无振动且寿命长，特别是制冷量和制冷的速度 可以通过调节电流来实现。但是其缺点是效率低、成本高、工艺不成熟。微通道冷却主要 是通过微加工工艺在硅片上刻槽的方式形成换热的通路，由于该散热方法主要是利用工质 的潜热进行热量的传递，因此该散热手段具有较高的临界热流密度，这一热流密度大大超 过了目前已知的常规手段所能达到的水平，因此作为高效紧凑型换热器或者冷却器极具优 势。但是其加工工艺较为复杂，加工成本高。微型制冷系统由旋转式压缩机、管带式冷凝器、 套管式换热器和毛细管组成。冷凝器是采用铝材制作的，直流风扇对冷凝器进行风冷，套管 式换热器用紫铜制作，它有两条通路，一路为制冷器通路，另一路为冷却水通路。微型蒸汽 压缩式系统相对于一些传统的冷却技术，其制冷部件多，结构发杂，系统设计和维护的成本 尚。
[0004] 作为一种新型换热器，脉动热管于20世纪90年代被提出，一经提出就收到国内外 学者的广泛关注。脉动热管由一根细长的管道通过弯折而成，管道的材料可为铜管、不锈钢 管、玻璃管等。根据管道的布置形式，可以将脉动热管分为闭式脉动热管和开式脉动热管， 其中闭式脉动热管又可以细分为带有截止阀的闭式脉动热管和没有截止阀的闭式脉动热 管。脉动热管的工作原理与常规贵的热管不同，脉动热管的传热过程是基于管道内部气塞 和液塞的振荡运动。由于脉动热管的管道直径一般较小，因此表面张力对工质分布的影响 较为显著，使得工质在充注进脉动热管后，出现液塞和气塞交替分布的状态而不是气液相 的分层分布状态。当脉动热管的蒸发段有热量的输入时，蒸发段的气塞和液塞温度和压力 均升高，从而推动临近的气塞和液塞沿管道的轴线形成振荡运动。在冷却段，由于冷媒的 换热作用，将工质的热量带走，从而降低了工质的温度和压力。在气塞和液塞的振荡过程 中，热量从蒸发段被带到冷却段，并被冷媒所带走。虽然脉动热管具有尺寸小、重量轻、传热 效果好和管道布置极为灵活等突出的优势，但由于其工作原理是由于气塞和液塞的振荡过 程，因此其蒸发段和冷却段的温度分布不均匀，相邻位置的气塞和液塞之间的温度也不一 样，这就在一定程度上限制了其使用的场合。同时，由于脉动热管的传热过程主要是依靠液 塞与管道壁面的换热过程，因此液态工质与管道壁面的接触情况对其传热性能影响较大。
[0005] 亲液材料由于能够以较低的成本明显的改善液态工质与管道壁面的接触特性，已 经成为了强化换热领域的研宄热点之一。亲和性是用来说明某液态工质与某材料的亲和 特性的参数。亲和性好说明液态工质在该固体材料表面的接触角小，能够形成液膜并顺利 的沿着材料的表面铺展开来。亲和性差表明该液态工质在该固体表面趋向于形成球型，其 接触角大于90°，且在固体表面不能够形成液膜。润湿特性是液态工质和固体材料的粘附 力和各自的内聚力决定的，当一滴液体附着与某固体材料时，两者之间的粘附力使得液体 能够在固体材料表面铺展，而各自的内聚力（特别是液态工质的内聚力）则促使液滴保持 球状避免与固体材料更多的接触。由于润湿特性与工质与管道壁面的换热面积有较大的关 联，因此润湿特性对换热器的换热系数也具有较大的影响。研宄表明，亲液涂层的存在能够 有效的改善壁面液体的传输特性，更加有利于提高换热装置的换热热流密度。
[0006] 经调查发现，为了提高脉动热管的传热性能，已有专利对其结构等进行了优化的 设计。专利文献CN201803624U提出了一种多通道并联回路型的脉动热管换热器，该换热器 通过两根集液管将多跟平行管道进行相连。该发明的外形和内部工质的振荡均与本发明所 提出的一种内部带有亲液涂层的脉动热管有很大的不同。外形上该专利文献采用直角弯 头连接多跟平行管道，而本发明采用180弯头将管道连接起来，且管道采用蛇形布置。专 利文献CN103629960A提出了一种具有粗化结构的脉动热管，该发明在脉动热管换热器的 蒸发段内壁面上布置有颗粒状的结构，该发明降低了脉动热管的启动功率和启动时间。该 发明与本发明的不同之处在于