CN101900504B - 平板式环路热管 - Google Patents

Abstract

一种平板式环路热管，涉及元器件的散热，用于避免现有环路热管的蒸发器液体补偿腔内发生液体工质相变而导致其启动失败。它包括蒸发器和冷凝器，蒸发器的工质出口与冷凝器的工质入口通过蒸汽管路连通，冷凝器的工质出口与蒸发器的工质入口通过液体管路连通。其中：所述蒸发器包括平板式的受热壁面和壳体，所述受热壁面上设有毛细芯，所述壳体罩住毛细芯并在毛细芯上方设有液体补偿腔，液体补偿腔用于容纳工质并通过工质入口与所述液体管路相连；所述壳体的壁内设有相变材料层。本发明通过在壳体的壁内设置相变材料层，通过相变材料的相变吸热吸收了蒸发器的背向漏热和侧壁导热，从而有效抑制了液体补偿腔内的气泡生成，确保了环路热管顺利启动。

Description

平板式环路热管

技术领域

本发明涉及元器件的散热，具体的指一种平板式环路热管。

背景技术

环路热管是一种依靠毛细抽力驱动工质循环，利用工质相变传热的环路系统，是由普通热管发展而来的一种分体式热管。与普通热管相比，环路热管的不同之处在于：其毛细芯结构只存在于蒸发器中，且蒸发器和冷凝器是相分离的。这样，蒸汽管路和液体管路就可以任意布置，所以环路热管具有更广泛的应用范围。此外，环路热管具有传热能力强、等温性好、传输距离长以及安全系数高等优点，是一种理想的散热装置。

进一步地，环路热管采用平板式蒸发器比采用传统的圆柱型蒸发器更合理，其原因在于：(1)平板式蒸发器的结构简单紧凑、便于安装；(2)平板式蒸发器的壁面温度更均匀，有利于实现更高热流密度的散热；(3)平板式蒸发器更有利于与散热元器件相对接。

然而，平板式环路热管由于其蒸发器的特殊结构，引起其背向导热和侧壁导热较严重，即使在很小的热负荷条件下，也容易由于蒸发器的背向漏热使其液体补偿腔内发生工质相变，进而导致环路热管启动失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平板式环路热管，能够有效避免由于其蒸发器的液体补偿腔内发生液体工质相变而导致的环路热管启动失败。

为实现上述目的，本发明提供的一种平板式环路热管包括蒸发器和冷凝器，所述蒸发器的工质出口与冷凝器的工质入口通过蒸汽管路连通，所述冷凝器的工质出口与蒸发器的工质入口通过液体管路连通。其中：所述蒸发器包括平板式的受热壁面和壳体，所述受热壁面上设有毛细芯，所述壳体罩住毛细芯并在毛细芯上方设有液体补偿腔，液体补偿腔用于容纳工质并通过工质入口与所述液体管路相连；所述壳体的壁内设有相变材料层。

进一步地，所述相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低2～5℃。

优选地，所述相变材料层中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低2～3℃。

所述相变材料层的面积与所述液体补偿腔的底面面积相当。

所述相变材料层的厚度为3～5mm。

所述壳体与受热壁面之间可以通过O型圈密封或者焊接密封。

所述冷凝器优选为管翅式的冷凝器。

所述冷凝器的外部还设有冷却风扇，用于冷却冷凝器中的工质。

本发明的有益效果在于：通过在壳体的壁内设置相变材料层，通过相变材料的相变吸热吸收了蒸发器的背向漏热和侧壁导热，从而有效抑制了液体补偿腔内的气泡生成，确保了环路热管顺利启动；当环路热管顺利启动后，回流的冷凝工质不仅能够抑制液体补偿腔内的气泡生长，同时也使相变材料重新由液相变为固相，确保了整个系统的稳定运行。总之，本发明能够有效地避免由于其蒸发器的液体补偿腔内发生液体工质相变而导致的环路热管启动失效。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视放大图；

图3为图1的B-B剖视放大图；

图中，1-蒸发器(其中：1.1-受热壁面、1.2-壳体、1.3-毛细芯、1.4-液体补偿腔、1.5-O型圈、1.6-相变材料层)，2-蒸汽管路，3-冷凝器，4-液体管路，5-冷却风扇，6-工质充灌口。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的平板式环路热管作进一步的详细描述：

如图1至图3所示，本发明的平板式环路热管包括蒸发器1和冷凝器3。蒸发器1的工质出口与冷凝器3的工质入口通过蒸汽管路2连通，冷凝器3的工质出口与蒸发器1的工质入口通过液体管路4连通，从而构成了“蒸发器1——蒸汽管路2——冷凝器3——液体管路4——蒸发器1”的工质循环系统。此外，在液体管路4上还设有工质充灌口6。其中：

蒸发器1包括平板式的受热壁面1.1、壳体1.2和毛细芯1.3，受热壁面1.1上设有导热肋片，导热肋片之间为蒸汽槽道，毛细芯1.3即设置在受热壁面1.1的导热肋片上。壳体1.2设置于受热壁面1.1的上方并与受热壁面1.1固定连接，且壳体1.2罩住毛细芯1.3并在毛细芯1.3上方留有一个空腔，形成了液体补偿腔1.4。液体补偿腔1.4用于容纳液体工质并通过工质入口与液体管路4相连。壳体1.2与受热面1.1之间通过O型圈1.5密封。在壳体1.2的壁内还设有相变材料层1.6，该相变材料层1.6的面积与液体补偿腔1.4的底面面积相当、厚度在3～5mm，其所选相变材料的固液相变温度要略低于工质在工作压力下的沸点，该温度差一般在2～5℃是可行的，优选在2～3℃。表一给出了几组不同的工质及相应的相变材料层所选材料。

表一

表一给出的是几种工质的标况下沸点温度，在工作情况下，氨是在正压状态下运行，其沸点要比标况下沸点高；丙酮、甲醇在负压状态下运行，其沸点要比标况下沸点低。所以，实际中仍满足相变材料的固液相变温度比相应工质在实际工作压力下的沸点低2～3℃。表一的几组实施例中，均选用了石蜡类相变材料，其原因在于石蜡类相变材料的相变潜热大、且在环路热管工作温度范围内物理、化学性能稳定。实际中，选用的相变材料并不限于上述实施例，只要相变材料的固液相变温度比相应工质在工作压力下的沸点略低即可。

本实施例中的冷凝器3为管翅式的冷凝器3，其外部还设有冷却风扇5，便于更有效的冷却冷凝器3中的工质。

本发明的工作原理如下：

将蒸发器1的受热壁面1.1贴在待散热的元器件上，元器件工作时放出热量，放出的热量通过受热壁面1.1传导至毛细芯1.3，受热壁面1.1与毛细芯1.3之间的工质将首先受热相变为气体。同时，热量顺着壳体1.2的边壁和毛细芯1.3导入液体补偿腔1.4，壳体1.2上壁内的相变材料层1.6吸收传导至液体补偿腔1.4的热量，保证液体补偿腔1.4内不发生相变；当吸收的热量使毛细芯1.3产生足够的毛细力时，毛细芯1.3驱动整个环路开始运行，即：气体工质通过蒸汽管路2进入冷凝器3，并在冷凝器3中冷凝成液体，冷凝器3中的工质液体在毛细芯1.3的毛细力驱动下，回流至蒸发器1的液体补偿腔1.4。回流的冷凝工质将更加抑制液体补偿腔1.4内的气泡生成、生长，同时，回流的冷凝工质能够使相变材料层1.6中的相变材料由液相变为固相，以利于完成环路热管的顺利启动和循环工作。另一方面，增加了相变材料层1.6后，环路热管可以在更低的热负荷条件下启动，降低了环路热管的“启动阈值”，拓宽了环路热管适用的热负荷范围。

当元器件的散热量突然升高时，蒸发器1的背向漏热和边壁导热也会突升。此时相变材料层1.6也将吸收热量从而保持液体补偿腔1.4内的工质不发生相变。保证液体补偿腔1.4内的工质稳定是环路热管正常运行的关键，所以，设有相变材料层1.6的蒸发器1能够有效增强平板式环路热管运行的稳定性。

Claims (7)

1.一种平板式环路热管，包括蒸发器（1）和冷凝器（3），所述蒸发器（1）的工质出口与冷凝器（3）的工质入口通过蒸汽管路（2）连通，所述冷凝器（3）的工质出口与蒸发器（1）的工质入口通过液体管路（4）连通，其特征在于：所述蒸发器（1）包括平板式的受热壁面（1.1）和壳体（1.2），所述受热壁面（1.1）上设有毛细芯（1.3），所述壳体（1.2）罩住毛细芯（1.3）并在毛细芯（1.3）上方设有液体补偿腔（1.4），液体补偿腔（1.4）用于容纳工质并通过工质入口与所述液体管路（4）相连；所述壳体（1.2）的壁内设有相变材料层（1.6）；

所述相变材料层（1.6）中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低2~5℃。

2.根据权利要求1所述的平板式环路热管，其特征在于：所述相变材料层（1.6）中相变材料的固液相变温度比工质在工作压力下的沸点低2~3℃。

3.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的平板式环路热管，其特征在于：所述相变材料层（1.6）的面积与所述液体补偿腔（1.4）的底面面积相当。

4.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的平板式环路热管，其特征在于：所述相变材料层（1.6）的厚度为3~5mm。

5.根据权利要求1所述的平板式环路热管，其特征在于：所述壳体（1.2）与受热壁面（1.1）之间通过O型圈（1.5）密封或者焊接密封。

6.根据权利要求1所述的平板式环路热管，其特征在于：所述冷凝器（3）为管翅式的冷凝器（3）。

7.根据权利要求1或6所述的平板式环路热管，其特征在于：所述冷凝器（3）的外部还设有冷却风扇（5），用于冷却冷凝器（3）中的工质。

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