CN105222630B - 一种平板式环路热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板式环路热管。本发明包括平板蒸发器、蒸汽连管、冷凝器和液体连管,水冷套进出口管路；所述平板式蒸发器由蒸发器壳体、蒸发器底板、密封垫圈及吸液芯构成；所述蒸发器壳体的下部端面加工有密封槽道，所述密封槽道内设置有所述密封垫圈；所述蒸发器壳体的下部与所述蒸发器底板接触，所述蒸发器壳体的顶部上表面加工有若干数量的水冷套侧槽道，所述水冷套侧槽道和水冷套外壳构成了所述水冷套侧流道，所述蒸发器底板的上表面和所述蒸发器壳体凸台的下方设置有所述吸液芯；所述均压腔通过蒸汽连管与冷凝器的预冷冷凝器部分连通，所述水冷套出口管路与冷凝器的再冷冷凝器的进口连接，所述液体连管出口与所述补偿腔连接。本发明通过主动二次冷却，及时准确的将环路热管的漏热带走，确保环路热管补偿腔及吸液芯内部无工质相变发生。

Description

一种平板式环路热管

技术领域

本发明涉及热能工程技术领域，更具体的说，是涉及一种平板式环路热管。

背景技术

环路热管被广泛应用于航空航天、大功率LED以及大型服务器等领域中高热流密度器件的冷却散热。环路热管是一种依靠毛细驱动，相变传热的闭式两相循环传热系统。环路热管的蒸发器和冷凝器是相对分离的两个部件，因而可根据实际应用布置蒸发器和冷凝器的位置，并通过蒸汽连管和液体连管形成回路。然而环路热管本身存在着许多不足，其中通过环路热管侧壁以及吸液芯的漏热严重危及环路热管的正常运转，不但会提高环路热管的最小启动热负荷，增大环路热管的热阻，严重时甚至将导致补偿腔和吸液芯内工质发生相变，使得环路热管启动失败，最终导致散热设备无法正常运转。传统环路热管主要通过提高回流冷凝液的过冷度来抵消蒸发器的漏热和背向导热，但过高的过冷度一方面对冷凝器提出了更高的要求，且在蒸发器的漏热比较严重时，通过提高过冷度的方法作用较小，无法满足实际需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平板式环路热管，通过不同形式的二次主动冷却，及时准确的将环路热管的漏热带走，确保环路热管补偿腔及吸液芯内部无工质相变发生；这样的设置使得回流液体的过冷度不用设置太高，且大幅降低了环路热管启动所需的最小启动热负荷大小，降低了环路热管的传热热阻，提高了环路热管运行稳定性，拓宽了环路热管的应用范围。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种平板式环路热管包括平板蒸发器1、蒸汽连管2、冷凝器3、水冷套进口管路4、水冷套5、水冷套出口管路6、液体连管7、半导体制冷片8；所述冷凝器3由预冷冷凝器24和再冷冷凝器24两部分构成；所述平板式蒸发器1由蒸发器壳体11、蒸发器底板12、密封垫圈13及吸液芯14构成；所述蒸发器壳体11下部设置有安装法兰，底部尺寸大于顶部尺寸，且与所述蒸汽连管2连接的一侧壁厚和宽度大于与所述液体连管7连接的一侧；所述蒸汽连管2这一侧的蒸发器壳体11加工有均压腔20，并且所述蒸汽连管2直接与所述均压腔20接通；所述蒸发器壳体11的下部端面加工有密封槽道22，所述密封槽道22内设置有所述密封垫圈13；所述蒸发器壳体11的下部与所述蒸发器底板12接触，两者之间设置有上述密封垫圈13，所述蒸发器壳体11的顶部上表面加工有若干数量的水冷套侧槽道15，所述水冷套侧槽道15和水冷套外壳10构成了所述水冷套侧流道16，所述蒸发器壳体11的顶部下表面加工有若干数量的导热肋柱17，所述蒸发器壳体11在水冷套侧槽道15与导热肋柱17之间的部分加工有所述半导体制冷片槽19，所述半导体制冷片槽19内放置有半导体制冷片8；所述蒸发器底板12的上表面和所述蒸发器壳体11凸台的下方设置有所述吸液芯14；所述导热肋柱17的下端面与所述吸液芯14的上表面紧密接触；所述蒸发器底板12上的微槽道一端与均压腔20连接，所述均压腔的出口与蒸汽连管2连接，所述均压腔20通过蒸汽连管2与冷凝器3的预冷冷凝器24部分连通，预冷冷凝器24的出口与设置在水冷套5上的水冷套进口管路4连接，所述水冷套出口管路6与冷凝器3的再冷冷凝器24的进口连接，所述再冷冷凝器24的出口通过液体管路7与平板蒸发器1的补偿腔18连通。

所述蒸发器壳体的下部通过若干数量的固定螺栓穿过所螺栓孔将所述平板蒸发器固定在被冷却物体的表面。

所述蒸发器底板的上表面加工有若干数量的微槽道，微槽道起传递热量以及对所述吸液芯起定位和限位作用。

所述蒸发器壳体的内侧加工有凸台，凸台同样是对所述吸液芯起定位和限位作用。

所述蒸发器壳体的下表面加工有若干数量的导热肋柱，所述导热肋柱对所述吸液芯起定位、限位以及传递漏热的作用。

所述吸液芯为分子筛、烧结金属粉末、高分子聚合物、金属丝网或其它形式的矩形金属或非金属多孔材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种平板式环路热管通过主动二次冷却，及时准确的将环路热管的漏热带走，确保环路热管补偿腔及吸液芯内部无工质相变发生。首先可以使得环路热管在更低的热负荷下顺利完成可靠启动，能够显著降低环路热管的最小启动热负荷；由于漏热是通过主动冷却被带走，补偿腔的回流工质过冷度可以大幅降低，提高了系统的经济性；同时能够抑制环路热管在高负荷和变负荷运行时的干涸现象产生，大幅拓宽了环路热管的运行范围，提高了环路热管的运行稳定性，提高环路热管的整体传热性能。

附图说明

图1所示为本发明一种平板式环路热管的系统原理图；

图2所示为图1中所述平板式环路热管蒸发器的俯视图；

图3所示为图2的平板式环路热管蒸发器的A向剖视图；

图4所示为图2的平板式环路热管蒸发器的B向剖视图；

图5所示为图2的平板式环路热管蒸发器的C向剖视图；

图6所示为图2的平板式环路热管蒸发器的结构分解图一；

图7所示为图2的平板式环路热管蒸发器的结构分解图二；

图中：1.平板蒸发器，2.蒸汽连管，3.冷凝器，4.水冷套进口管路，5.水冷套，6.水冷套出口管路，7.液体连管，8.半导体制冷片，9.固定螺栓，10.水冷套外壳，11.蒸发器壳体，12.蒸发器底板，13.密封垫圈，14.吸液芯，15.水冷套侧槽道，16.水冷套侧流道，17.肋柱，18.补偿腔，19.半导体制冷片槽，20.均压腔，21.蒸发腔，22.密封槽道，23.螺栓孔，24.预冷冷凝器，25.再冷冷凝器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1-图2，本发明一种平板式环路热管由平板蒸发器1、蒸汽连管2、冷凝器3、水冷套进口管路4、水冷套5、水冷套出口管路6、液体连管7、半导体制冷片8及固定螺栓9构成；所述冷凝器3由预冷冷凝器24和再冷冷凝器24两部分构成；如图3-7所示，所述平板式蒸发器1由蒸发器壳体11、蒸发器底板12、密封垫圈13及吸液芯14构成；所述蒸发器壳体11下部设置有安装法兰，底部尺寸大于顶部尺寸，且与所述蒸汽连管2连接的一侧壁厚和宽度大于与所述液体连管7连接的一侧；所述蒸汽连管2这一侧的蒸发器壳体11加工有均压腔20，并且所述蒸汽连管2直接与所述均压腔20接通；所述蒸发器壳体11的下部端面加工有密封槽道22，所述密封槽道22内设置有所述密封垫圈13；所述蒸发器壳体11的下部与所述蒸发器底板12接触，两者之间设置有上述密封垫圈13，并通过若干数量的固定螺栓9穿过所螺栓孔23将所述平板蒸发器1固定在被冷却物体的表面，并压紧密封以确保蒸发器的密封性能。所述蒸发器壳体11的顶部上表面加工有若干数量的水冷套侧槽道15，所述水冷套侧槽道15和水冷套外壳10构成了所述水冷套侧流道16，所述蒸发器壳体11的顶部下表面加工有若干数量的导热肋柱17，所述蒸发器壳体11在水冷套侧槽道15与导热肋柱17之间的部分加工有所述半导体制冷片槽19，所述半导体制冷片槽19内放置有半导体制冷片8；所述蒸发器底板12的上表面和所述蒸发器壳体11凸台的下方设置有所述吸液芯14；所述导热肋柱17的下端面与所述吸液芯14的上表面紧密接触；所述蒸发器底板12上的微槽道一端与均压腔20连接，所述均压腔的出口与蒸汽连管2连接，所述均压腔20通过蒸汽连管2与冷凝器3的预冷冷凝器24部分连通，预冷冷凝器24的出口与设置在水冷套5上的水冷套进口管路4连接，所述水冷套出口管路6与冷凝器3的再冷冷凝器24的进口连接，所述再冷冷凝器24的出口通过液体管路7与平板蒸发器1的补偿腔18连通。

所述蒸发器底板12的上表面加工有若干数量的微槽道，微槽道起传递热量以及对所述吸液芯14起定位和限位作用；所述蒸发器壳体11的内侧加工有凸台，凸台同样是对所述吸液芯14起定位和限位作用，所述蒸发器底板12的上表面和所述蒸发器壳体11凸台的下方设置有所述吸液芯14，所述吸液芯可为分子筛、烧结金属粉末、高分子聚合物、金属丝网及其它形式的矩形金属或非金属多孔材料。所述水冷套侧槽道15既起到传热的作用同时又起到构成工质循环流动空间的作用，根据需要可以通过加工不同形状和大小的所述水冷套侧槽道15以达到控制所述水冷套5内的流体流动换热形式。所述导热肋柱17可为直肋或其它异形肋，并按照线性矩阵或圆周矩阵排布在所述蒸发器壳体11的顶部的下表面。

本发明的工作原理如下：在平板式环路热管启动初期，高热流密度元器件发出的热量主要通过所述蒸发器底板12上的微槽道传递至所述吸液芯14，所述吸液芯14与槽道之间的液态工质将会受热蒸发产生相变。由于所述蒸发器1的壳体以及所述吸液芯14具有一定的导热能力，一部分热量将会通过所述蒸发器1的外壳以及所述吸液芯14传递至所述补偿腔18中，这部分漏热不仅提高了环路热管启动所需的最小热负荷同时也增大了环路热管的传热热阻，严重时甚至导致环路热管启动失败危及高热流密度器件的安全运行。根据漏热严重程度，本发明具有以下两种工作方式：

在漏热严重时，本发明一种环路热管通过在所述平板蒸发器1的壳体11上设置有所述半导体制冷片8，所述半导体制冷片8冷端产生的冷量通过所述肋柱17和壳体传递至所述补偿腔18和所述吸液芯14的上部，补偿启动过程中由于漏热对所述补偿腔18和所述吸液芯14造成的不利影响，使所述补偿腔18周围温度始终低于系统工作温度所对应的饱和温度2-3度，使补偿腔内工质温度不高于饱和温度而产生气态蒸汽，保证环路热管顺利启动。半导体制冷片热端产生的热量通过所述冷凝器3的分段冷凝带走，首先来自所述蒸发腔21和所述均压腔20的相变蒸汽在所述预冷冷凝器24中被冷凝，冷凝后温度降低的液态工质通过所述水冷套进口管路4进入所述水冷套5中，并带走所述半导体制冷片8热端所产生的热量，并经所述水冷套出口管路6进入所述再冷冷凝器24，并在所述再冷冷凝器24中将吸收来自所述平板蒸发器1的漏热，冷却后的液态工质通过所述液体连管7回流至所述补偿腔18内，并在所述吸液芯14和所述蒸发器底板12的微槽道接触处气液相变界面毛细抽力的作用下回流至蒸发相变界面，完成循环。

在漏热不严重时，所述半导体制冷片8不接通电源，漏热在所述蒸发器外壳11、所述肋柱17以及所述水冷套侧槽道15的传热作用下被传递至所述水冷套5中，循环流动的冷却工质流经所述水冷套5中，直接将热量带走并在所述再冷冷凝器24释放。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种平板式环路热管，其特征是，包括平板蒸发器(1)、蒸汽连管(2)、冷凝器(3)、水冷套进口管路(4)、水冷套(5)、水冷套出口管路(6)、液体连管(7)和半导体制冷片(8)；所述冷凝器(3)由预冷冷凝器(24)和再冷冷凝器(24)两部分构成；所述平板蒸发器(1)由蒸发器壳体(11)、蒸发器底板(12)、密封垫圈(13)及吸液芯(14)构成；所述蒸发器壳体(11)下部设置有安装法兰，底部尺寸大于顶部尺寸，蒸发器壳体与所述蒸汽连管(2)连接的一侧壁厚和宽度大于与所述液体连管(7)连接的一侧；所述蒸汽连管(2)这一侧的蒸发器壳体(11)加工有均压腔(20)，并且所述蒸汽连管(2)直接与所述均压腔(20)接通；所述蒸发器壳体(11)的下部端面加工有密封槽道(22)，所述密封槽道(22)内设置有所述密封垫圈(13)；所述蒸发器壳体(11)的下部与所述蒸发器底板(12)接触，两者之间设置有上述密封垫圈(13)；所述蒸发器壳体(11)的顶部上表面加工有若干数量的水冷套侧槽道(15)，所述水冷套侧槽道(15)和水冷套外壳(10)构成了所述水冷套侧流道(16)，所述蒸发器壳体(11)的顶部下表面加工有若干数量的导热肋柱(17)，所述蒸发器壳体(11)在水冷套侧槽道(15)与导热肋柱(17)之间的部分加工有所述半导体制冷片槽(19)，所述半导体制冷片槽(19)内放置有半导体制冷片(8)；所述蒸发器底板(12)的上表面和所述蒸发器壳体(11)凸台的下方设置有所述吸液芯(14)；所述导热肋柱(17)的下端面与所述吸液芯(14)的上表面紧密接触；所述蒸发器底板(12)上的微槽道一端与均压腔(20)连接，所述均压腔的出口与蒸汽连管(2)连接，所述均压腔(20)通过蒸汽连管(2)与冷凝器(3)的预冷冷凝器(24)部分连通，预冷冷凝器(24)的出口与设置在水冷套(5)上的水冷套进口管路(4)连接，所述水冷套出口管路(6)与冷凝器(3)的再冷冷凝器(24)的进口连接，所述再冷冷凝器(24)的出口通过液体连管(7)与平板蒸发器(1)的补偿腔(18)连通。

2.根据权利要求1所述的平板式环路热管，其特征是，所述蒸发器壳体的下部通过若干数量的固定螺栓穿过螺栓孔将所述平板蒸发器固定在被冷却物体的表面。

3.根据权利要求1所述的平板式环路热管，其特征是，所述蒸发器壳体的内侧加工有凸台，凸台同样是对所述吸液芯起定位和限位作用。

4.根据权利要求1所述的平板式环路热管，其特征是，所述蒸发器壳体的下表面加工有若干数量的导热肋柱，所述导热肋柱对所述吸液芯起定位、限位以及传递漏热的作用。