一种复合脉动热管的制作方法与工艺

本发明涉及一种复合脉动热管，属于电子器件冷却和高效传热领域。

背景技术：
脉动热管(PHP)，上世纪90年代由日本学者H.Akachi提出，现有技术的脉动热管是一种机构简单但机理复杂的两相流传热器件，它是将一根长的毛细管抽真空，然后将毛细管内部充入液体，如果毛细管直径足够小，管内就会间歇地形成汽塞和液塞，当脉动热管的一端受热时液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体。小管径和冷热端反复的折弯是形成脉动热管的两个基本条件，通过相变和汽液脉动来传递热量。与普通热管相比，其结构简单，不需要吸液芯，不受重力影响，管径小，热管形状可以任意弯曲，适应性好，因此制造、运行和维护成本低脉动热管由于其优良的性能，被视为解决微小空间高热通量散热方案中最有希望和前途的传热元件。现有技术的脉动热管虽然具有上述种种优势，但存在的缺陷是：脉动热管在只能在较小的温度范围内工作，或许在较高温度范围，或许是在较低温度范围，至今没有发现效率高，有较大工作温度范围的脉动热管，这就使得其工作能力受限，容易出现烧干，或是难以启动的问题，使得脉动热管还没有启动就将电子元器件烧毁。

技术实现要素：
本发明就是针对现在技术存在的问题而提出了一种复合脉动热管。这种脉动热管是将三层脉动热管复合置于一体，通过相互间不同的传热能力，及以氨水为工质的脉动热管中化学反应作用和解吸—吸收过程的相互影响，从而扩大其工作温度范围，增强整体适应能力，提高其工作能力，更好的保护电子元器件。本发明涉及的复合脉动热管所采用的技术方案如下：所述复合脉动热管包括三层脉动热管，在以丙酮为工质的两层脉动热管之间加一层以氨水为工质的脉动热管；互相作用，工质不同。所述复合脉动热管分为冷凝段、绝热段和蒸发段，该脉动热管为闭环式。所述脉动热管是在硅板上蛇形蚀刻而成，然后将工质为氨水的脉动热管置于中间，两边用以工质为丙酮的脉动热管夹住，用高温胶完好密封。分别通过三层脉动热管的抽真空口，将复合脉动热管抽真空；最后再通过工质注入口对三层脉动热管分别注入上述相应的工质，即上下层工质为丙酮，中间层工质为氨水；以丙酮为工质的脉动热管中填充率为40％，以氨水为工质的脉动热管中填充率为50％。所述脉动热管采用毛细管的当量直径满足如下公式：式中g为重力加速度，d表示当量直径，ρ表示脉动热管中填充液的密度，σ表示表面张力，下标l、v分别代表液相和气相。氨水溶液在解吸与吸收的同时伴随着氨的质量的迁移与能量的交换。氨气溶于水后，形成的溶液成分为NH3·H2O(一水合氨)，它的化学性质很不稳定，容易在受热之后重新分解为氨气与水。与此同时，氨在由液相转变为气相的过程中也伴随着物理吸热过程。与氨水解吸相比较，纯工质在蒸发过程中仅仅伴随着物理吸热过程，蒸发热为气化潜热。因此，从单位质量制冷剂工质的角度分析，氨水溶液的溶液吸热量相对于纯工质的气化潜热要高。本发明的有益效果：(1)由于在两层以丙酮为工质的脉动热管之间加一层以氨水为工质的脉动热管，使得脉动热管降低了最小启动温度，增加了最大温度值，使得工作温度范围扩大。(2)中间的以氨水为工质的脉动热管，由于氨水不稳定，在温度比较低的时候就会发生化学分解形成化学能变化，及氨气的解吸—吸收的物理过程，也会有热量的变化，这些都增加了脉动热管性能，可以协助其他两层以丙酮为工质的脉动热管的散热性能。附图说明图1为上层工质为丙酮的脉动热管示意图；图2为工质为氨水的脉动热管；图3为下层工质为丙酮的脉动热管示意图；图4为复合脉动热管侧视图；图5为复合脉动热管的立体图；其中的a、b、c与图4中a、b、c分别相同；其中a为图1侧视图；b为图2侧视图；c为图3侧视图；其中e1、e2、e3均为工质注入口；d1、d2、d3均为抽真空口；其中f为冷凝段，g为绝热段，h为蒸发段。具体实施方式本发明结构包括：两层以丙酮为工质的脉动热管之间加一层以氨水为工质的脉动热管两管相邻，互相作用，工质不同。这一种复合脉动热管又分为冷凝段、绝热段和蒸发段，该脉动热管为闭环式。本发明的脉动热管是在硅板上蛇形蚀刻而成，然后将工质为氨水的脉动热管置于中间，两边用以工质为丙酮的脉动热管夹住，用高温胶完好密封。分别通过三层脉动热管的抽真空口，将其抽真空。最后再通过工质注入口对三层脉动热管分别注入上述相应的工质。以丙酮为工质的脉动热管中填充率为40％，以氨水为工质的脉动热管中填充率为50％。所述脉动热管采用毛细管的当量直径满足如下公式：式中g为重力加速度，d表示当量直径，ρ表示脉动热管中填充液的密度，σ表示表面张力，下标l、v分别代表液相和气相。氨气极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700体积的氨气,氨气之所以易溶于水是由于:(1)相似相容原理，NH3和H2O极性接近；(2)氨气分子和水分子间可以形成氢键，大大增强溶解能力；(3)部分氨气与水反应，降低了NH3浓度，使溶解量增大其中氨气与水的化学反应式为：NH3+H2O＝NH3·H2O＝NH4OH本发明在电子元器件工作温度未达到以丙酮为工质的脉动热管的启动温度时，由于氨水的不稳定性，开始解吸过程，及化学分解过程，其吸热作用使得本发明可以在较低温度下为电子元器件进行保护。之后电子元器件温度进一步升高，促使以丙酮为工质的脉动热管工作，为其进行冷却。工质为氨水时传热过程有解吸—吸收过程与水的相变传热，氨气从水中溢出的同时会将蒸发段的一定热量带至冷凝段，这部分氨气在冷凝段冷却，氨气又溶于水，流回蒸发段，开始下一轮运动。这就形成了以氨水为工质的脉动热管先开始工作，之后以丙酮为工质的脉动热管达到启动温度是开始启动，以丙酮为工质的脉动热管的启动又为中间冷却降温，形成良性循环，使得电子元器件处于正常的工作温度内。