CN108489312B - 高热流密度适应性的环路热管蒸发器及环路热管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高热流密度适应性的环路热管蒸发器及环路热管，包括外壳体，外壳体包括底板和顶板，底板上具有受热部，外壳体的侧面上设有出气口，壳体内并排设置有第一毛细芯层与第二毛细芯层，第一毛细芯层设置于受热部上，第二毛细芯层位于第一毛细芯层的上方，第一毛细芯层与第二毛细芯层之间形成有蒸汽腔，蒸汽腔内设有分别连接第一毛细芯层与第二毛细芯层的引流部，引流部用于将工质从第二毛细芯层引流至第一毛细芯层，出气口与蒸汽腔连通，顶板与第二毛细芯层之间形成有用于存放工质的补偿腔。本发明提供的高热流密度适应性的环路热管蒸发器及环路热管强化了径向上的热传导性能，能够将大热流密度、高功率的热源迅速均温化，降低热源结温。
Description
技术领域
本发明属于热能工程技术领域，主要涉及一种高热流密度适应性的环路热管蒸发器及环路热管。
背景技术
环路热管被广泛用于各种高热流密度器件领域发热元器件的冷却散热，其依靠蒸发器中的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互分离的，因此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，传输距离长等优点，是一种理想的散热布置。
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，普通的平板热管底部受热面上部常为槽道结构，实际使用中外热源并不是整个蒸发器的底部，常为局部区域，当外界输入热流时，在热流施加位置工质迅速发生相变，下壁面通过导热传递热量，使得非热源位置工质不能迅速响应发生相变作用，导致蒸发器壁面温度不均，当热流密度大时甚至出现热源位置液体工质局部烧干现象，同时由于槽道结构尺寸的限制，无法避免蒸发器出现沸腾现象产生气泡堵住出气口
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高热流密度适应性的环路热管蒸发器及环路热管。
本发明提供一种高热流密度适应性的环路热管蒸发器，外壳体包括底板和顶板，底板上具有受热部，外壳体的侧面上设有出气口，壳体内并排设置有第一毛细芯层与第二毛细芯层，第一毛细芯层设置于受热部上，第二毛细芯层位于第一毛细芯层的上方，第一毛细芯层与第二毛细芯层之间形成有蒸汽腔，蒸汽腔内设有分别连接第一毛细芯层与第二毛细芯层的引流部，引流部用于将工质从第二毛细芯层引流至第一毛细芯层，出气口与蒸汽腔连通，顶板与第二毛细芯层之间形成有用于存放工质的补偿腔。
优选地，引流部包括毛细结构，毛细结构的两端分别与第一毛细芯层与第二毛细芯层连接。
优选地，毛细结构为烧结圆柱。
优选地，引流部还包括刚性的金属圆环，金属圆环套设于烧结圆柱的外表面。
优选地，烧结圆柱的材质为铜、银或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，孔隙率为50～90％，平均孔径为10～55um。
优选地，金属圆环的材质为不锈钢或者铜。
优选地，第二毛细芯层包括厚芯以及和厚芯相连的薄芯，厚芯位于薄芯的上方，引流部与薄芯连接。
优选地，厚芯的材质为铜、银或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，孔隙率选择50～90％，平均孔径在10～55um，薄芯为200～400目的不锈钢丝网；第二毛细芯层的整体厚度在5～50mm。
优选地，第一毛细芯层的材质为铜、银或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，厚度为0.5～2mm，孔隙率为50～90％，平均孔径为10～55um范围。
本发明还提供一种环路热管，包括冷凝器，冷凝器具有进气口与出水口，还包括高热流密度适应性的环路热管蒸发器，环路热管蒸发器的出气口通过气管线与冷凝器连接，蒸发器的进液口通过液管线与冷凝器连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过将第一毛细芯层设置在受热部上，且第一毛细芯层与第二毛细芯层之间形成有蒸汽腔，进而促进内部工质在第一毛细芯层的毛细力作用下快速流动，以实现迅速减少热源附近的热量积聚。同时，由于蒸汽腔的径向面积大，环路热管蒸发器产生的蒸汽能快速沿径向由中心向四周扩散，强化了径向上的热传导性能，进而能够将大热流密度、高功率的热源迅速均温化，降低热源结温，也避免了蒸发器出现沸腾现象产生气泡堵住出气口情况的出现。
2、本发明通过第一毛细芯层设置于受热部上，引流部将第一毛细芯层与第二毛细芯层连通以形成工质流动的通路，进而将补偿腔中的工质和下方的蒸气腔连通，以整体构成平板式环路热管蒸发器。同时，平板式环路热管蒸发器能够迅速减少热源附近的热量积聚，且能够将大热流密度、高功率的热源迅速均温化，使其具有易启动、高热流适应性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的高热流密度适应性的环路热管蒸发器结构示意图。
图2为本发明实施例提供的环路热管结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
请参考附图1，本发明提供一种高热流密度适应性的环路热管蒸发器1，包括外壳体11，外壳体11包括底板111和顶板112，底板111上具有受热部，外壳体11的侧面上设有出气口，壳体内并排设置有第一毛细芯层12与第二毛细芯层13，第一毛细芯层12设置于受热部上，第二毛细芯层13位于第一毛细芯层12的上方，第一毛细芯层12与第二毛细芯层13之间形成有蒸汽腔14，蒸汽腔14内设有分别连接第一毛细芯层12与第二毛细芯层13的引流部16，引流部16用于将工质5从第二毛细芯层13引流至第一毛细芯层12，出气口与蒸汽腔14连通，顶板112与第二毛细芯层13之间形成有用于存放工质5的补偿腔15。
外壳体11包括顶板112与底板111，底板111上设有受热部，外部热量通过受热部传导至环路热管蒸发器1内。外壳体11内并排且间隔设置有第一毛细芯层12与第二毛细芯层13，第一毛细芯层12设置于受热部上，第二毛细芯层13位于第一毛细芯层12的上方，第一毛细芯层12与第二毛细芯层13之间形成有蒸汽腔14，环路热管蒸发器1中产生的蒸汽可在蒸汽腔14内扩散，并通过外壳体11侧面的出气口排出。环路热管蒸发器1中产生的蒸汽则是来源于工质5，工质5存放在第二毛细芯层13与外壳体11的顶板112之间形成的补偿腔15内。工质5依次通过第二毛细芯层13、引流部16，然后流至第一毛细芯层12，受热相变形成蒸汽。
优选地，引流部16包括毛细结构，毛细结构的两端分别与第一毛细芯层12与第二毛细芯层13连接。
引流部16具有毛细结构，本实施例对毛细结构的具体结构形状并无限制，只要能够通过毛细力将第二毛细芯层13中的工质5吸流至第一毛细芯层12中即可。
优选地，毛细结构为烧结圆柱162，烧结圆柱162上具有微观小孔，其具有较好的吸水通量，能够使得工质5在烧结圆柱162具有较高的流速，实现工质5在环路热管蒸发器1中的快速流动。进一步优选地，烧结圆柱162的材质为铜、银或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，孔隙率为50～90％，平均孔径为10～55um。
优选地，引流部16还包括刚性的金属圆环161，金属圆环161套设于烧结圆柱162的外表面。
金属圆环161套设在烧结圆柱162的外表面，可对烧结圆柱162的外表面进行保护，同时由于金属圆环161为刚性结构，其还能对第二毛细芯层13具有支撑的作用。其中，金属圆环161的材质例如但不局限于不锈钢或者铜等。金属圆环161的两端与第一毛细芯层12和第二毛细芯层13之间的连接关系优选但不限制为加压焊的方式。
进一步优选地，金属圆环161的材质为不锈钢。由于不锈钢的导热系数较低，当金属圆环161为不锈钢圆环时，可降低背向漏热。
优选地，第二毛细芯层13包括厚芯131以及和厚芯131相连的薄芯132，厚芯131位于薄芯132的上方，引流部16与薄芯132连接。
厚芯131位于补偿腔15的下方，且补偿腔15内的工质5在重力以及厚芯131的毛细力的作用下充满厚芯131中，且使得补偿腔15内的工质5不在重力的作用下流入薄芯132中。由于薄芯132的毛细力大于厚芯131的毛细力，使得薄芯132在毛细力的作用下将厚芯131中的工质5吸流至自身中。其中，厚芯131以及薄芯132之间的连接关系优选但不限制为熔融连接，例如两者之间还可以采用焊接。
优选地，厚芯131的材质为铜、银或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，孔隙率选择50～90％，平均孔径在10～55um，薄芯132为200～400目的不锈钢丝网；第二毛细芯层13的整体厚度在5～50mm。
优选地，第一毛细芯层12的材质为铜、银或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，厚度为0.5～2mm，孔隙率为50～90％，平均孔径为10～55um范围。
请参考附图2，本发明还提供一种环路热管，包括冷凝器2，冷凝器2具有进气口与出水口，还包括上述的高热流密度适应性的环路热管蒸发器1，环路热管蒸发器1的出气口通过气管线3与冷凝器2连接，蒸发器1的进液口通过液管线4与冷凝器2连接。
本申请中，环路热管蒸发器1产生的蒸汽由出气口通过气管线3输送至冷凝器2，冷凝器2将蒸汽进行散热冷却，形成液体的工质5，然后通过液管线4送回补偿腔15内。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (4)
1.一种高热流密度适应性的环路热管蒸发器，包括外壳体，所述外壳体包括底板和顶板，所述底板上具有受热部，所述外壳体的侧面上设有出气口，其特征在于，所述壳体内并排设置有第一毛细芯层与第二毛细芯层，所述第一毛细芯层设置于所述受热部上，所述第二毛细芯层位于所述第一毛细芯层的上方，所述第一毛细芯层与所述第二毛细芯层之间形成有蒸汽腔，所述蒸汽腔内设有分别连接所述第一毛细芯层与所述第二毛细芯层的引流部，所述引流部用于将工质从所述第二毛细芯层引流至所述第一毛细芯层，所述出气口与所述蒸汽腔连通，所述顶板与所述第二毛细芯层之间形成有用于存放工质的补偿腔；
所述引流部包括毛细结构，所述毛细结构的两端分别与所述第一毛细芯层与第二毛细芯层连接；
所述毛细结构为烧结圆柱；
所述引流部还包括刚性的金属圆环，所述金属圆环套设于所述烧结圆柱的外表面；
所述烧结圆柱的材质为铜、银或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，孔隙率为50～90％，平均孔径为10～55微米；
所述金属圆环的材质为不锈钢或者铜；
所述第二毛细芯层包括厚芯以及和所述厚芯相连的薄芯，所述厚芯位于所述薄芯的上方，所述引流部与所述薄芯连接。
2.根据权利要求1所述的高热流密度适应性的环路热管蒸发器，其特征在于，所述厚芯的材质为铜、银或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，孔隙率为50～90％，平均孔径为10～55微米，所述薄芯为200～400目的不锈钢丝网；所述第二毛细芯层的整体厚度在5～50mm。
3.根据权利要求1所述的高热流密度适应性的环路热管蒸发器，其特征在于，所述第一毛细芯层的材质为铜、银或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，厚度为0.5～2mm，孔隙率为50～90％，平均孔径为10～55微米。
4.一种环路热管，包括冷凝器，所述冷凝器具有进气口与出水口，其特征在于，还包括如权利要求1-3任意一项所述的高热流密度适应性的环路热管蒸发器，所述环路热管蒸发器的出气口通过气管线与冷凝器连接，所述蒸发器的进液口通过液管线与冷凝器连接。
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