CN107036474B - 一种旋转式环路热管蒸发散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋转式环路热管蒸发散热装置，包括下壳体与上壳体组成的封闭工作腔体，工作腔体内通过一上定位座与两下定位座对接形成的圆形空间限制安装有在内圆周内侧形成独立的补偿腔的可周向旋转的环状吸液芯，下壳体的外底部为受热面，下壳体与两下定位座及环状吸液芯所包围的空间形成有蒸发腔，环状吸液芯的内圆周上安装有吸液芯旋转轮毂，吸液芯旋转轮毂与根据受热面的温度以控制吸液芯转动的电机的旋转轴相连接。本发明通过封闭工作腔体安装可旋转变更位置的环状吸液芯，通过控制电机根据受热面上的温度反馈而控制环状吸液芯转动以变更位置，可主动有效地抑制或缓解恒定热流以及非恒定热流工况下环路热管的背向导热和漏热等现象。

Description

一种旋转式环路热管蒸发散热装置

技术领域

本发明涉及热能工程领域，更具体的说是涉及一种旋转式环路热管蒸发散热装置。

背景技术

近年来，电子产品设备、航空航天、能源化工等领域高热流密度器件技术得到了飞速发展，相关器件与设备的集成程度越来越高，导致单一设备和整机的散热量急剧增加。高负荷、大功率设备的散热问题成为了制约相关领域技术飞跃的最大障碍。环路热管被认为同时具备较佳应用潜力和散热效果的新型散热装置，但由于环路热管蒸发器自身存在背向导热和漏热等不利因素，在运行过程中容易导致吸液芯出现非正常断流和蒸发腔干涸现象，使得被冷却散热设备产生热量无法及时有效被带走即失效现象，危及被冷却散热设备的安全。目前，环路热管尚无法有效被应用于较高恒定热流密度以及非恒定热流散热领域，当前本领域的科研工作者主要从环路热管系统优化、材料选择与加工、吸液芯、充灌工质等方面探索解决之道，但实际应用效果并不理想，且依然无法有效、主动地应对较高恒定热流及非恒定热流作用下的热负荷和热冲击，系统运行温度高且稳定性较差，限制了相关产业的进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于环状吸液芯的高效稳定、结构简单、容易实现的旋转式环路热管用蒸发散热装置，适用于较高恒定热流与非恒定热流条件下被冷却散热设备的不同散热需求。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种旋转式环路热管蒸发散热装置，包括下壳体与上壳体组成的封闭工作腔体，所述工作腔体内通过一上定位座与两下定位座对接形成的圆形空间限制安装有通过所述上壳体与下壳体的配合而在内圆周内侧形成独立的补偿腔的可周向旋转的环状吸液芯，所述下壳体的外底部为受热面，所述下壳体与两下定位座以及环状吸液芯所包围的空间形成有独立的蒸发腔，所述环状吸液芯的内圆周上安装有吸液芯旋转轮毂，所述吸液芯旋转轮毂与根据所述受热面的温度以控制所述吸液芯转动的电机的旋转轴相连接。

所述环状吸液芯为圆环吸液芯或偏心圆环吸液芯，所述偏心圆环吸液芯的外圆周与上定位座、下定位座的圆弧面所对应的圆心位置重合，且所述偏心圆环形吸液芯的内外圆周对应圆心位置不重合。

所述环状吸液芯的孔隙率为45％、55％、65％和75％中的一种。

所述上定位座与下定位座的内侧弧形面上分别具有与所述环状吸液芯的外圆周面上的吸液芯环状槽道相啮合定位连接的配合槽道。

所述受热面上安装温度检测反馈装置，与所述电机连接。

所述环状吸液芯的内圆周面上有吸液芯旋转轮毂安装定位孔，所述吸液芯旋转轮毂的按120度间隔分布的辐条通过所述吸液芯旋转轮毂安装定位孔与所述环状吸液芯固定。

所述上定位座与下定位座分别通过定位柱及定位孔对应安装在所上壳体与下壳体内，所述上定位座与下定位座通过定位肋柱及对应的定位孔相连接。

所述下壳体的内侧设有旋转轴支撑孔，一端安装在所述旋转轴支撑孔中的所述旋转轴与所述吸液芯旋转轮毂连接后另一端自所述下壳体的另一侧伸出而与设在所述下壳体外部的所述电机相连接。

所述蒸发腔通过设在下壳体上的蒸汽出口与外接冷凝装置的入口连接；所述补偿腔通过设在下壳体上的液体补偿管与外接冷凝装置的出口连接。

所述上壳体为一个下端敞口的矩形状壳体，所述下壳体包括两个侧板以及与与所述侧板连接的围板，所述围板具有形成受热面的底部、对称布置在底部两端的向上向外倾斜而形成的斜面部以及与所述斜面部连接的垂直部。

本发明通过在下壳体与上壳体组成的封闭工作腔体安装可旋转变更位置的环状吸液芯，通过控制电机根据受热面上的温度反馈而控制环状吸液芯转动以变更位置，从而可主动、有效地抑制或缓解恒定热流以及非恒定热流工况下环路热管的背向导热和漏热等不利现象，相比传统环路热管不仅提升了环路热管抗高热负荷和热冲击的能力，降低了热管启动所需时间和运行温度，同时也进一步提升了环路热管蒸发散热系统的稳定性、安全性和高效性。

附图说明

图1所示为采用圆环吸液芯的旋转式环路热管蒸发散热装置的外观示意图；

图2所示为图1的侧视图；

图3所示为图2的A向剖视图；

图4所示为图3的B向剖视图；

图5所示为图1的一分解图；

图6所示为图1另一分解图；

图7所示为采用偏心圆环吸液芯的旋转式环路热管蒸发散热装置的外观示意图；

图8所示为图7的后视图；

图9所示为图7的侧视图；

图10所示为图9的A向剖视图；

图11所示为图7的一分解图；

图12所示为图7另一分解图。

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。

实施例1

如图1-6所示，一种采用圆环吸液芯的旋转式环路热管蒸发散热装置，包括下壳体1、上壳体2，所述下壳体1与上壳体2固定连接后在内部形成封闭工作腔体，所述下壳体1的底面为受热面14，所述受热面14的侧面设有温度检测反馈装置26，所述封闭工作腔体内设置的圆环吸液芯7通过一上定位座15以及两个相对的下定位座10而安装在封闭工作腔体中，吸液芯旋转轮毂9安装在圆环吸液芯7的内圆周面上并通过旋转轴8与驱动该圆环吸液芯7旋转以变换位置的电机20连接，所述电机20连接温度检测反馈装置26，由电机20根据该温度检测反馈装置反馈的温度来控制所述圆环吸液芯7旋转，所述圆环吸液芯7的内表面、下壳体1以及上壳体2的内表面之间共同形成补偿腔5，所述下壳体1、下定位座10、圆环吸液芯7的外表面之间共同形成蒸发腔6。

其中，所述圆环吸液芯的孔隙率为45％、55％、65％和75％中的一种。所述圆环吸液芯与上定位座15、下定位座10的圆弧面三者所对应的圆心位置重合。

进一步的，每个所述下定位座10的内圆弧面加工有下定位座槽道13；所述上定位座15的圆弧表面加工有上定位座槽道16，所述上定位座槽道16分别位于上定位座15的内圆周面的两端，所述圆环吸液芯7的圆弧外表面加工与下定位座10和上定位座15的圆弧面上槽道相互啮合的圆环吸液芯槽道19，所述圆环吸液芯7通过圆环吸液芯槽道19与下定位座10、上定位座15、下壳体1以及上壳体2的相互配合得到限位。

其中，所述补偿腔5连接液体补偿管3，所述液体补偿管3位于下壳体1的侧面，并深入补偿腔5的内部；所述蒸发腔6连接蒸汽出口4，蒸汽出口4位于下壳体1的一侧并与蒸发腔6连通。

为方便组装及维护，本发明中，所述上壳体为一个下端敞口的矩形状壳体，所述下壳体包括两个侧板以及与与所述侧板连接的围板，所述围板具有形成受热面的底部、对称布置在底部两端的向上向外倾斜而形成的斜面部以及与所述斜面部连接的垂直部。

为了实现旋转轴8的安装，在所述下壳体1的内侧加工有旋转轴支撑孔23并在一侧设有旋转轴孔27，所述旋转轴的一端安装在所述旋转轴支撑孔中，所述旋转轴与所述吸液芯旋转轮毂连接后，另一端自所述下壳体的另一侧上的旋转轴孔27伸出而与设在所述下壳体1外部的所述电机20相连接。

具体的，为了实现下定位座与下壳体的定位安装，在所述下壳体1内部与受热面14相邻的两侧的倾斜表面上分别加工有三个按三角形排布的下壳体定位柱12，并通过与下壳体1内表面以及下定位座定位孔11的共同限位以固定下定位座10。

具体的，为了实现下定位座10与上定位座15的连接，在所述下定位座10的上表面加工有四个按照矩阵排布的定位肋柱22，且上定位座15的下表面分别加工有四个按照矩阵排布的定位孔24分别与定位肋柱22对应，在所述上壳体2的内表面、下定位座10的上表面以及定位肋柱22共同限位和配合下，所述上定位座15与下定位座10连接并安装固定在封闭的工作腔体中。

为了实现吸液芯旋转轮毂安装定位在环状的吸液芯内圆周面上，所述圆环吸液芯7的圆弧内表面加工有三个按照120度分布的矩形吸液芯旋转轮毂安装定位孔18；所述吸液芯旋转轮毂9自身具有三个长短相同且按照120度相互间隔设置的辐条29，辐条29的末端分别与吸液芯旋转轮毂安装定位孔18配合固定；实现将吸液芯旋转轮毂安装定位在圆环吸液芯的内圆周面上。

其中，所述吸液芯旋转轮毂9的中心加工有吸液芯旋转轮毂轴孔28与键槽17，所述吸液芯旋转轮毂9通过键槽17与位于旋转轴8上的键21配合固定。

其中，所述旋转轴8上加工有键21，旋转轴8的一端与电机20相连，另一端穿过位于下壳体1一侧的旋转轴孔27并与位于下壳体1内表面另一侧的旋转轴支撑孔23相连。

具体实现上，所述下定位座10与上定位座15均由耐磨、耐高温、低导热系数的特氟龙材料加工得到。

具体实现上，所述下壳体与上壳体可以是通过焊接或螺栓连接，在受热面上的侧面上加工有温度检测反馈装置孔25，温度检测反馈装置孔25内安装温度检测反馈装置26，所述温度检测反馈装置26可以采用相应的温度传感器，通过数据线与所述电机连接，将检测的受热面的温度检测反馈给电机，由所述电机根据该温度值控制所述环状吸液芯周向旋转以变换位置。

为应对实际散热需求，本发明通过渗流至蒸发腔6内液体的相变蒸发带走受热面14的热量，所形成的蒸汽在驱动压头的作用下通过蒸汽出口4离开环路热管蒸发散热装置，经外部冷凝器冷凝后再次转变为液态工质，并经液体补偿管3回流至补偿腔5，完成内部散热循环过程；所述圆环吸液芯7不完全与蒸发腔上部直接接触，对应蒸发腔上部的吸液芯温度一般要高于其它位置处吸液芯，即形成“高温区间”，而其他位置处吸液芯较少受到背向导热及漏热的影响且在补偿腔5液体的持续流动浸泡下自身温度较低，即形成“低温区间”；在所述旋转轴8、吸液芯旋转轮毂9以及电机20共同作用下，可根据温度传感器26的所测温度值，自动启动圆环吸液芯7旋转动作。

具体地，当受热面14受到热流加热时，若温度检测反馈装置26所测温度值处于正常范围内，则说明蒸发腔6上方高温区间所对应吸液芯的漏热现象不明显，能够满足受热面14散热需求，则电机20处于断电状态，圆环吸液芯7位置固定不变。若所述温度检测反馈装置26所测温度值处于较高范围内且不断上升，则说明蒸发腔6上方高温区间所对应吸液芯漏热现象较为明显，不能够满足受热面14散热需求，则电机20开始通电运作，并通过带动旋转轴8以及吸液芯旋转轮毂9转动，最终转化成圆环吸液芯7的转动。随着所述圆环吸液芯7位置变更，原处于蒸发腔6上方高温区间处的吸液芯将被旋转移动至低温区间处，而原本低温区间处的吸液芯将随之被旋转移动至蒸发腔6上方高温区间处，因此蒸发腔6上方高温区间处吸液芯的局部温度将会下降，以此达到抑制漏热和背向导热。所述圆环吸液芯7每旋转15度，电机20将暂停工作1-5分钟，并通过检测温度传感器26的温度是否继续上升以判断当前蒸发腔6上方高温区间处局部温降是否满足受热面14的散热要求，若受热面温度不再增加，则电机20断电，若受热面温度继续增加，则在电机20将继续运转带动圆环吸液芯7旋转移动，降低局部温度，直至在安全设计范围内满足受热面14的散热要求。

实施例2

参见图7-12所示，一种采用偏心圆环吸液芯的旋转式环路热管蒸发散热装置，该采用偏心圆环吸液芯的旋转式环路热管蒸发散热装置与实施例1的环路热管蒸发散热装置的结构相似，不同在于吸液芯为偏心圆环吸液外，本实施例未作说明的部分与实施例1相同，具体参见实施例1的说明；包括下壳体1、上壳体2、液体补偿管3、蒸汽出口4、偏心圆环吸液芯71、蒸发腔6、补偿腔5、电机20、吸液芯旋转轮毂9以及旋转轴8，所述下壳体1与上壳体2通过焊接或螺栓固定连接形成封闭空间，所述下壳体1的底面为受热面14，所述受热面14侧面加工有温度检测反馈装置安装孔25，温度检测反馈装置安装孔25内设有温度检测反馈装置26(采用相应的温度传感器)，所述下壳体1的内侧加工有所述旋转轴支撑孔23，所述下壳体1内部与受热面14相邻的两侧倾斜表面上分别加工有三个按照三角形排布的下壳体定位柱12，并通过与下壳体1内表面以及下定位座定位孔11的共同限位以固定下定位座10；所述下定位座10的上表面加工有四个按照矩阵排布的定位肋柱22，且上定位座15的下表面分别加工有四个按照矩阵排布的定位孔24分别与定位肋柱22对应，在所述上壳体2的内表面、下定位座10的上表面以及定位肋柱22共同限位和配合下，所述上定位座15得到安装固定；下定位座10的圆弧面加工有下定位座槽道13；所述上定位座15的圆弧表面加工有上定位座槽道16，所述上定位座槽道16分别位于上定位座15的两端，所述偏心圆环吸液芯7的圆弧外表面加工有与下定位座10和上定位座15圆弧面上的槽道相互啮合的偏心圆环吸液芯槽道19，且所述偏心圆环吸液芯7的圆弧内表面加工有三个按照120度分布的矩形的吸液芯旋转轮毂安装定位孔18；所述偏心圆环吸液芯7通过偏心圆环吸液芯槽道25与下定位座12、上定位座13、下壳体1以及上壳体2的相互配合得到限位；所述旋转轴8上加工有键21，旋转轴8的一端与电机20相连，另一端穿过位于下壳体1一侧的轴孔27并与位于下壳体1内表面另一侧的旋转轴支撑孔23相连；所述吸液芯旋转轮毂9自身具有三个长短不同且按照120度相互间隔的辐条29，辐条29的末端分别与吸液芯旋转轮毂安装定位孔18配合固定；所述吸液芯旋转轮毂9的中心加工有旋转轮毂轴孔28与键槽17，吸液芯旋转轮毂9通过键槽17与位于所述旋转轴8上的键21配合固定；所述偏心圆环吸液芯71的内表面、下壳体1以及上壳体2的内表面之间共同形成补偿腔5，所述液体补偿管3位于下壳体1的侧面，并深入补偿腔5的内部；所述下壳体1、下定位座12、偏心圆环吸液芯71的外表面之间共同形成蒸发腔6，所述蒸汽出口4位于下壳体1的一侧，并与蒸发腔6连通；所述下定位座10与上定位座15均由耐磨、耐高温、低导热系数的特氟龙材料加工得到；所述偏心圆环吸液芯71可为整体单一孔隙率。

其中，所述偏心圆环吸液芯的孔隙率为45％、55％、65％和75％中的一种。所述偏心圆环形吸液芯的外圆周与上定位座15、下定位座10的圆弧面所对应的圆心位置重合，且所述偏心圆环形吸液芯的内外圆周对应圆心位置不重合，向内偏移尺寸可为外圆周半径的1/14、1/16、1/18或1/20。

为应对实际散热需求，本发明通过渗流至蒸发腔6内液体的相变蒸发带走受热面14的热量，蒸发所形成的蒸汽在驱动压头的作用下通过蒸汽出口4离开环路热管蒸发散热装置，经外部冷凝器冷凝后再次转变为液态工质，并经液体补偿管3回流至补偿腔5，完成内部散热循环过程；所述偏心圆环吸液芯71不完全与蒸发腔上部直接接触，因此蒸发腔上部对应吸液芯温度一般要高于其它位置处吸液芯，即形成“高温区间”，而其他位置处吸液芯较少受到背向导热及漏热的影响且在补偿腔5液体的持续流动浸泡下自身温度较低，即形成“低温区间”；在所述旋转轴8、吸液芯旋转轮毂9以及电机20共同作用下，可根据温度检测反馈装置26所测温度值，判断是否启动偏心圆环吸液芯71的旋转动作。

具体地，当受热面14受到热流加热时，若温度检测反馈装置26所测温度值处于正常范围内，则说明蒸发腔6上方高温区间所对应吸液芯的漏热现象不明显，能够满足受热面14散热需求，则电机20处于断电状态，偏心圆环吸液芯71位置固定不变。若所述温度检测反馈装置26所测温度值处于较高范围内且不断上升，则说明蒸发腔6上方高温区间所对应吸液芯漏热现象较为明显，不能够满足受热面14散热需求，则电机20开始通电运作，并通过带动旋转轴8以及吸液芯旋转轮毂9的转动，最终转化成偏心圆环吸液芯71的位置变更。一方面，随着偏心圆环吸液芯71位置变更，原处于蒸发腔6上方高温区间处的吸液芯将被旋转移动至低温区间处，而原本低温区间处的吸液芯将随之被旋转移动至蒸发腔6上方高温区间处，因此蒸发腔6上方高温区间处吸液芯的局部温度将会下降，以此达到抑制漏热和背向导热；另一方面，随着偏心圆环吸液芯71位置变更，原处于蒸发腔6上方高温区间处的吸液芯厚度将减小，蒸发腔6上方高温区间处吸液芯的局部渗透阻力也将随之将下降，以此达到增加补偿腔5向蒸发腔6供液量的目的。所述偏心圆环吸液芯71每旋转15度，电机20将暂停工作1-5分钟，并通过检测温度检测反馈装置26的温度是否继续上升，以判断当前蒸发腔6上方高温区间处局部温降和供液量增加是否满足受热面14的散热要求，若受热面温度不再增加，则电机20断电，若受热面温度继续增加，则在电机20将继续运转带动偏心圆环吸液芯71旋转移动，降低局部温度及渗透阻力，直至在安全设计范围内满足受热面14的散热要求。

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 (8)

1.一种旋转式环路热管蒸发散热装置，其特征在于，包括下壳体与上壳体组成的封闭工作腔体，所述工作腔体内通过一上定位座与两下定位座对接形成的圆形空间限制安装有通过所述上壳体与下壳体的配合而在内圆周内侧形成独立的补偿腔的可周向旋转的环状吸液芯，所述下壳体的外底部为受热面，所述下壳体与两下定位座以及环状吸液芯所包围的空间形成有独立的蒸发腔，所述环状吸液芯的内圆周上安装有吸液芯旋转轮毂，所述吸液芯旋转轮毂与根据所述受热面的温度以控制所述吸液芯转动的电机的旋转轴相连接；

所述上定位座与下定位座的内侧弧形面上分别具有与所述环状吸液芯的外圆周面上的吸液芯环状槽道相啮合定位连接的配合槽道；

所述受热面上安装温度检测反馈装置，所述温度检测反馈装置与所述电机连接。

2.根据权利要求1所述旋转式环路热管蒸发散热装置，其特征在于，所述环状吸液芯为非偏心圆环吸液芯或偏心圆环吸液芯，所述偏心圆环吸液芯的外圆周与上定位座、下定位座的圆弧面所对应的圆心位置重合，且所述偏心圆环形吸液芯的内外圆周对应圆心位置不重合。

3.根据权利要求1所述旋转式环路热管蒸发散热装置，其特征在于，所述环状吸液芯的孔隙率为45％、55％、65％和75％中的一种。

4.根据权利要求1所述旋转式环路热管蒸发散热装置，其特征在于，所述环状吸液芯的内圆周面上有吸液芯旋转轮毂安装定位孔，所述吸液芯旋转轮毂的按120度间隔分布的辐条通过所述吸液芯旋转轮毂安装定位孔与所述环状吸液芯固定。

5.根据权利要求1所述旋转式环路热管蒸发散热装置，其特征在于，所述上定位座与下定位座分别通过定位柱及定位孔对应安装在所上壳体与下壳体内。

6.根据权利要求1所述旋转式环路热管蒸发散热装置，其特征在于，所述下壳体的内侧设有旋转轴支撑孔，一端安装在所述旋转轴支撑孔中的所述旋转轴与所述吸液芯旋转轮毂连接后另一端自所述下壳体的另一侧伸出而与设在所述下壳体外部的所述电机相连接。

7.根据权利要求1所述旋转式环路热管蒸发散热装置，其特征在于，所述蒸发腔通过设在下壳体上的蒸汽出口与外接冷凝装置的入口连接；所述补偿腔通过设在下壳体上的液体补偿管与外接冷凝装置的出口连接。

8.根据权利要求1所述旋转式环路热管蒸发散热装置，其特征在于，所述上壳体为一个下端敞口的矩形状壳体，所述下壳体包括两个侧板以及与所述侧板连接的围板，所述围板具有形成受热面的底部、对称布置在底部两端的向上向外倾斜而形成的斜面部以及与所述斜面部连接的垂直部。