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新型海洋机柜热管散热器的设计
添加时间:2018-10-09
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装置,解决图腾机柜内的散热问题。
 
近年来,在海洋平台及船舶设备中,电子元器件及集成电路的愈发密集和小型化,使得单位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,可防止环境中灰尘、腐蚀性气体和雨水等对电子器件的损害,但又影响了电子器件的散热。
 
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、性能可靠、安装灵活、高效节能的机柜散热装置。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、高导热性、良好的等温性、热流密度可变性和良好的环境适应性等基本特性,在电子电器工程中应用较多。热管的典型结构如图1。它以一封闭的管子作为壳体,内表面镶套着多孔毛细吸液芯,壳体抽成一定的真空后充以适当的工作液体,使紧贴管壁的吸液芯中充满工作液体即成热管。热管的一端为蒸发段(吸热段),另一端为冷凝段(放热段),根据应用需要在两段中间可布置绝热段。热管的工作过程:热管蒸发段受热,使工作液体吸热汽化,蒸汽在压差的作用下高速流向冷凝段,在冷凝段向冷源放出汽化潜热而凝结成液体,凝结液在毛细吸液芯的作用下,完成一个循环,如此周而复始,热源的热量不停地由热管的一端传到另一端。
 
新型整体式热管散热器及工作原理将热管用U形弯首尾焊接相连贯通为一整体,一端用铜焊封口,另一端焊一顶针阀用于抽真空和充液,从而构成一个整体式热管。热管散热器工作时,在风机的作用下,机柜内的循环气流把机柜内元器件散发的热量,引向气流导板,通过气流通道,再经过整体式热管的下半段(即蒸发段)的散热翅片,于是蒸发段管内的工作介质吸热后相变蒸发,吸收气流热量使气流降温,冷却机柜内的发热元器件。管内的蒸汽上升至上半段(即冷凝段),在风机的作用下进入滤网的空气流向整体式热管的上半段(即冷凝段)的散热翅片,带走高温蒸汽的热量,散发到机柜外的空气中,于是冷凝段管内的蒸汽散热降温冷凝成介质,沿着管内壁的槽道快速回流至蒸发段。
 
如此循环,不断将机柜内的热量散发到机柜外的空气中,达到密闭机柜内部散热降温目的。根据条件,可将热管散热器顶置安装,节约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,而冷凝段与壳体侧壁接触,热量通过热管分散到壳体的各个部位,增大散热面积,提高散热效果。

新型海洋机柜热管散热器的设计_图腾机柜
 
新型整体式热管散热器工作原理2机柜热管散热器的清洗热管各部件必须进行严格的清洗。清洗的目的在于:(1)确保工质浸润管壁;
(2)避免由于杂质和污物释放不凝结气体破坏管子的真空度;
(3)避免在操作中由于杂质和污物妨碍毛细作用和产生不相容性;
(4)避免端口和管壳焊接时因金属不洁净而影响焊缝质量。清洗工艺包括除油、除锈、除垢、冲洗和吹干。
 
(1)溶剂除油:将散热器浸在酒精溶液中冲洗;
 
(2)化学除油:用化学溶液去除管壁的油脂。溶液成分:苛性钠15~30g/L,磷酸钠5~15g/L,碳酸钠30g/L,水玻璃5~15g/L。溶液温度为70~80℃,直到油脂除净为止;
 
(3)冲洗:先用50℃的温水冲洗,再用自来水冲洗;
 
(4)酸洗:用浓度为10~15%的硫酸溶液在室温下洗一分钟,再用清水冲洗干净;
 
(5)干燥:用干燥的压缩空气吹干。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。真空检漏法是将热管抽成高真空,接上真空表,过半小时观察热管内真空度是否下降,如下降则表明热管有泄漏。反之,则无泄漏。4抽真空和充液采用真空泵进行抽真空,用真空表监测真空度。用称重法控制充液率。先用电子称称出充液前热管散热器的重量,并记录。确认热管散热器无泄漏后,再进行充液,注意观察电子称的读数,此时充液量要比所需充液量大50g(因拆开顶针阀会有一些损失,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新称重,这时会比所需充液量多一点,可顶开顶针阀排除一部分充液,直到充液量达到要求,这样做有利于保证热管充液率的精度。
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