新型海洋机柜热管散热器的设计研究.pdf

石油和化工设备
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2013年第16卷
新型海洋机柜热管散热器的设计研究
高鹏
海洋石油工程股份有限公司,天津300451)
[摘要]为了保证海洋平台中电子元器件可靠地工作,须将电子器件置于一个密闭的机柜中,以防止海上灰尘、腐蚀性气
体和雨水等对电子器件的损害。本文依据热管工作原理,设计了一种新型机柜热管散热器,以替代传统的制冷型散热裝置,
解决杋柜内的散热问题。
关键词了热管散热器;海洋杋柜;散热;节能;设计
近年来,在海洋平台及船舶设备中,电子元回蒸发段,完成一个循环,如此周而复始,热源
器件及集成电路的愈发密集和小型化,使得单位的热量不停地由热管的一端传到另一端。
容积电子器件的发热量快速增加。鉴于海上恶劣
的环境条件,电子器件必须置于密闭的机柜中,
Q
可防止环境中灰尘、腐蚀性气体和雨水等对电子
蒸汽
器件的损害,但又影响了电子器件的散热。
蒸发段
冷凝段
传统制冷型散热装置可以处理较大的散热
量,容易实现温度控制,但价格昂贵,耗能量
+
大,结构复杂,安装不便,控制相对复杂,维护
工作量大。本文介绍了一种结构紧凑、性能可
图1普通热管结构示意图
靠、安装灵活、高效节能的机柜散热装置。
1新型密闭机柜热管散热器设计
1.1热管结构及传热原理
在众多传热元件中,热管是最有效的传热元
件之一,它可以将大量的热量通过很小的截面进
行远距离传输而不需外加动力。热管依靠自身内
部工作液体的相变来实现传热,具有结构紧凑、
片
2
高导热性、良好的等温性、热流密度可变性和良
图2整体式热管散热器
好的环境适应性等基本特性,在电子电器工程中
应用较多。
1.2新型整体式热管散热器及工作原理
热管的典型结构如图1。它以一封闭的管子作
将热管用U形弯首尾焊接相连贯通为一整体,
为壳体,内表面儴套着多孔毛细吸液芯,壳体抽
端用铜焊封口,另一端焊一顶针阀用于抽真空
成一定的真空后充以适当的工作液体,使紧贴管和充液,从而构成一个整体式热管,如图2所示
壁的吸液芯中充满工作液体即成热管。热管的
热管散热器工作时,在风机的作用下,机柜
端为蒸发段(吸热段),另一端为冷凝段(放热内的循环气涴把机柜内元器件散发的热量,引向
段),根据应用需要在两段中间可布置绝热段。
气流导板,通过气流通道,再经过整体式热管的
热管的工作过程:热管蒸发段受热,使工作下半段(即蒸发段)的散热翅片,于是蒸发段管
液体吸热汽化,蒸汽在压差的作用下高速流向冷内的工作介质吸热后相变蒸发,吸收气流热量使
凝段,在冷凝段向冷源放出汽化澘热而凝结成液作者簡介:高鹏(1981-)
体,凝结液在毛细吸液芯的作用下,从冷凝段返事海洋石油工程设计和研突工,天津人,工学硕士,工程师。从
第6期
离鹏新型海洋机柜热管散热器的设计研究
气流降温,冷却机柜内的发热元器件。管内的蒸
清沈工艺包括除油、除锈、除垢、冲洗和吹
汽上升至上半段(即冷凝段),在风机的作用下干
进入滤网的空气流向整体式热管的上半段(即冷
(1)溶剂除油:将散热器浸在酒精溶液中冲
凝段)的散热翅片,带走高温蒸汽的热量,散发
洗
到机柜外的空气中,于是冷凝段管内的蒸汽散热
2)化学除油“用化学溶液去除管壁的油
降温冷凝成介质,沿着管内壁的槽道快速回流至
脂。溶液成分:苛性钠15~30g兀L,磷酸钠5~15g
蒸发段。如此循环,不断将机柜内的热量散发到L,碳酸钠30gL,水玻璃5~15gL。溶液温度为
机柜外的空气中,达到密闭机柜内部散热降温目70-80℃,直到油脂除净为止
的,如图3所示。
(3)冲洗:先用50℃的温水冲洗,再用自来
根据条件,可将热管散热器顶置安装,节约
水冲洗;
海上平台及船舶的有限空间。还可以将热管做成
各种合适的形状,使其蒸发段和发热元件接触,
4)酸洗:用浓度为10~15%的硫酸溶液在
而冷凝段与壳体侧壁接触,热量通过热管分散到室温下洗一分钟,再用清水冲洗干净
壳体的各个部位,増大散热面积,提高散热效
(5)干燥:用干燥的压缩空气吹于。
果
3机柜热管散热器的检漏
检漏方法有气泡法、热槽法和真空法等
气泡法是将充液管开口与高压气瓶相连接
使管内压力维持在热管最大压力的2倍,将待测部
位置于水槽中或用肥皂水涂抹观察,若有气泡在
密闭机柜
管壁上生成并长大,则表明有漏孔,附着在管壁
上的静止气泡是表面吸附的气体造成的,不是漏
气。该方法灵敏度高
热槽法是在试验的热管壳体内注入低沸点
介质,如丙酮、R22等,封住充液管,放入热水
槽中,管内介质被加热,温度升高,内外压差增
大,若有漏孔,则管内蒸汽会漏出,在水中形成
气泡。如无气泡,则证明热管密封良好,无泄
漏。此方法水温不宜过高,以免超过热管的耐
压
1-蒸发段的散热翅片;2-隔板:3冷凝段的散热翅片
真空检漏法是将热管抽成高真空,接上真空
4-机壳:5-气流导板;:6-滤网;7和8-风机
表,过半小时观察热管内真空度是否下降,如下
图3新型整体式热管散热器工作原理
降则表明热管有泄漏。反之,则无泄漏
2机柜热管散热器的清洗
4抽真空和充液
热管各部件必须进行严格的清洗。清洗的目
采用真空泵进行抽真空,用真空表监测真空
的在于
度
(1)确保工质浸润管壁;
用称重法控制充液率。先用电子称称出充
(2)避免由于杂质和污物释放不凝结气体破液前热管散热器的重量,并记录。确认热管散热
坏管子的真空度
器无泄漏后,再进行充液,注意观察电子称的读
(3)避免在操作中由于杂质和污物妨碍毛细数,此时充液量要比所需充液量大50g(因拆开顶
作用和产生不相容性;
针阀会有一些损失,另外连接管路会对称重有影
响)。拆除充液管路,对充液后的热管散热器重
4)避免端口和管壳焊接时因金属不洁净而新称重,这时会比所需充液量多一点,可顶开顶
影响焊缝质量。
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