CN110024500B - 利用蒸汽和隔离腔室的热学控制 - Google Patents

利用蒸汽和隔离腔室的热学控制 Download PDF

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Abstract

在一些示例中，一种热学控制装置包括蒸汽腔室，其包括流体以将热量从蒸汽腔室的第一部分输送至蒸汽腔室的第二部分，以及隔离腔室，其邻近蒸汽腔室并且从蒸汽腔室流体隔离，隔离腔室被疏解到小于大气压力的压力以热学隔离蒸汽腔室的至少一部分。

Description

利用蒸汽和隔离腔室的热学控制
背景技术
电子装置可以包括在电子组件的操作期间产生热量的电子组件。可以在电子装置中包括热学耗散装置以将由电子组件产生的热量从电子组件耗散开。
附图说明
关于以下各图来描述本公开的一些实现方式。
图1是根据一些示例的热学控制装置的示意性截面视图。
图2是根据另外的示例的热学控制装置的示意性截面视图。
图3是根据一些示例的包括热学控制装置的电子装置的示意性截面视图。
图4是根据一些示例的制作热学控制装置的过程的流程图。
图5图示了根据一些示例的用于制作热学控制装置的制造阶段。
具体实施方式
在本公开中，术语“一”、“一个”或“所述”的使用意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另行指示。而且，当使用在本公开中时，术语“包含”、“包含着”、“包括”、“包括着”、“具有”或“有着”指定所陈述的元件的存在，但是不排除其它元件的存在或添加。
在使用期间，电子装置可以与人类用户接触。例如，手持电子装置可以被握持在用户的手(或双手)中。手持电子装置的示例包括以下中的任何一个或其某种组合：智能电话、平板计算机、游戏器具、或在使用期间由用户的(双)手握持的任何其它装置。在使用期间可以与用户的一部分接触的电子装置的其它示例可以包括：可穿戴装置(诸如智能手表、智能眼镜、头部安装的装置等等)、笔记本计算机等等。尽管以上列举了电子装置的具体示例，但是要指出的是，在另外的示例中，可以存在用户在使用期间与其接触的电子装置的其它示例。
电子装置的表皮温度可以是指电子装置的外部壳体的外表面的温度。如果电子装置的表皮温度在电子装置的操作期间上升得过高，则如果用户接触具有升高的表皮温度的外部壳体的部分，用户可能体验到不舒服或承受损伤。
依照本公开的一些实现方式，提供了一种热学控制装置，其能够执行：(1)热量耗散以便将热量从电子组件移除开(以保护电子组件以防过热)，以及(2)热学隔离以防止或减少去往电子装置的外部壳体的外表面的热量传递。
图1是热学控制装置100的示意性侧视图，其包括蒸汽腔室102和邻近蒸汽腔室102的隔离腔室104。如果隔离腔室104定位成靠近蒸汽腔室102，隔离腔室104“邻近”蒸汽腔室102。在一些示例中，隔离腔室104和蒸汽腔室102被一体地形成为热学控制装置100的部分。在其它示例中，隔离腔室104和蒸汽腔室102可以是附接在一起的分离组件。在再另外的示例中，隔离腔室104和蒸汽腔室102是可以在被组装到电子装置中时与彼此接触的分离组件。
在蒸汽腔室102与隔离腔室104之间提供屏障106以将隔离腔室104从蒸汽腔室102流体隔离。如果蒸汽腔室112中的流体，包括工作流体108，不能行进到隔离腔室104，则隔离腔室104从蒸汽腔室102流体隔离。屏障106可以由金属形成，诸如钛、铜，或对包括气体和/或液体的流体而言不可渗透的任何其它材料。
蒸汽腔室102中的工作流体108用于将热量从蒸汽腔室102的第一部分110输送至蒸汽腔室的第二部分112。工作流体108的示例可以包括以下中的任何一个或其某种组合：水、氨、丙酮、氮、甲醇，或在被加热时汽化并且在被冷却时凝结的任何其它流体。屏障106的存在防止工作流体108进入隔离腔室104。
隔离腔室104被疏解到小于大气压力的压力，该大气压力是热学控制装置100位于其中的大气的压力。更具体地，隔离腔室104可以被疏解到真空。如果，在热学控制装置100的制造期间，隔离腔室104中的流体(气体和/或液体)被疏解，这使得隔离腔室104的压力下降至大气压力以下，则隔离腔室104被视为包含真空。要指出的是，在隔离腔室104的疏解之后，某个小量的流体(例如气体)可能保持在隔离腔室104中。然而，在一些示例中，隔离腔室104可以不含任何液体。
然而蒸汽腔室102填充有充足量的工作流体108以允许蒸汽腔室102执行不同位置之间的热量传递(以用于从热学接触到蒸汽腔室102的热量产生组件耗散热量的目的)，从隔离腔室104疏解流体以防止或减少通过隔离腔室104的热量传递。
隔离腔室104热学隔离蒸汽腔室102的至少一部分，使得蒸汽腔室102的该部分中的热量通过隔离腔室104从另一区域热学隔离。例如，隔离腔室104提供蒸汽腔室102与表面之间的热学隔离，该表面与隔离腔室104热学传导接触。该表面可以是其中提供热学控制装置100的电子装置的外部表面，或者该表面可以是不同的表面。
图2是根据另外的示例的热学控制装置200的示意性截面视图。热学控制装置200包括附接在一起以形成热学控制装置200的壳体的壳体部分202和壳体部分204。
热学控制装置200包括蒸汽腔室102和隔离腔室104。此外，热学控制装置200包括热学接触到靠近蒸汽腔室102的第二部分112的壳体部分204的外表面的热学接口206，以及热学接触到靠近蒸汽腔室102的第一部分110的壳体部分204的外表面的热学接口208。热学接口206或208可以由热学传导材料形成，诸如热学胶、热学粘合剂，或可以通过其传导热量的任何其它层。
热学控制装置200还包括热学接触到热学接口206的热量交换器210。热量交换器210可以包括热量扩散器以将热量从蒸汽腔室102扩散开。例如，热量扩散器可以包括具有散热片或其它类型的热量耗散表面的热沉。在一些示例中，热量交换器210还可以包括气流生成器，诸如风扇，以产生气流以将热量带离蒸汽腔室102。传递到蒸汽腔室102的第二部分112的热量通过热学接口206被传送至热量交换器210，热量交换器210将热量从蒸汽腔室102耗散开。蒸汽腔室102与热量交换器210热学传导接触，因为热量传递在蒸汽腔室102与热量交换器210之间通过热学接口206是可能的。
热学接口208热学接触到在电子组件212的操作期间可以产生热量的电子组件212。来自电子组件212的热量穿过热学接口208到蒸汽腔室102。例如，电子组件212可以包括处理器，诸如微处理器、微控制器、可编程集成电路装置、可编程门阵列等等。可替换地，电子组件212可以包括存储器装置、输入/输出(I/O)装置，或在操作期间可以产生热量的任何其它类型的电子组件。蒸汽腔室102与电子组件212热学传导接触，因为热量传递在蒸汽腔室102与电子组件212之间通过热学接口208是可能的。
要指出的是，电子组件212不是热学控制装置200的部分，并且因而以虚线轮廓示出。
壳体部分202和204在附接点214处附接在一起。在一些示例中，壳体部分202和204可以通过焊接、通过压接、通过焊合、通过钎焊、通过粘合剂的使用、通过螺栓连接或通过任何其它附接机构附接在一起。要指出的是，屏障106也可以在附接点214处与壳体部分202和204附接在一起。将壳体部分202和204附接在一起密封蒸汽腔室102和隔离腔室104。
蒸汽腔室102包括汽化流体216可以通过其从蒸汽腔室102的第一部分110流动到蒸汽腔室102的第二部分112的路径。当来自电子组件212的热量使位于蒸汽腔室102的第一部分110处的液体汽化时生成汽化流体216。汽化流体216通过其可以流动的路径可以包括通道(或多个通道)。
由于热量交换器210所导致的冷却，汽化流体216在蒸汽腔室102的第二部分112处凝结。凝结流体218(其以液体形式)沿着划标蒸汽腔室102的内表面的内芯(wick)结构220由毛细管作用承载。在根据图2的示例中，内芯结构220可以附接到屏障106的表面和壳体部分204的内表面。在其它示例中，内芯结构220可以附接到仅壳体部分204的内表面，并且不附接到屏障106的表面。
内芯结构220包括允许凝结流体218沿着小流体路径由毛细管作用输送的小流体路径。当凝结流体218到达蒸汽腔室102的第一部分110时，凝结流体218响应于来自电子组件212的热量而汽化以成为汽化流体216。
隔离腔室104的存在服务于提供腔室102与最远离蒸汽腔室102的壳体部分104的外部表面222之间的热学隔离。在一些示例中，壳体部分202的外部表面222可以形成热学控制装置200位于其中的电子装置的外部表面。可替换地，壳体部分202的外部表面222可以与电子装置的外部壳体接触。由隔离腔室104提供的热学隔离允许壳体部分204的外部表面222保持在低于蒸汽腔室102的温度处，这降低可以导致对电子装置的用户的不舒适或损伤的电子装置的升高的表皮温度的可能性。
图3是电子装置300的示意性截面视图，其包括热学控制装置200和其它组件，包括电子组件212和电子组件212安装在其上的电路板302。还可以在电路板302上安装附加的电子组件(未示出)，其中这样的附加的电子组件还可以热学接触到蒸汽腔室102(或未示出的另一热学控制装置)。
图3中所示的与图2的组件相同的组件被分配相同的参考标记。电子装置300包括外部壳体304，其限定热学控制装置200、电子组件212和电路板302位于其中的内腔室306。在根据图3的示例中，热学控制装置200的壳体部分202的外部表面222形成电子装置300的外部表面的一部分。在其它示例中，热学控制装置200的壳体部分202未暴露在电子装置壳体304外部，而是，热学控制装置200的壳体部分202的外部表面222可以接触到电子装置300的外部壳体304。
图4是根据一些示例的制作热学控制装置(例如图1或2中的100或200)的过程的流程图。图4的过程包括疏解(在402处)隔离腔室(例如隔离腔室104)以便从隔离腔室移除流体。
图4的过程还包括利用工作流体填充(在404处)蒸汽腔室(例如蒸汽腔室102)以用于从蒸汽腔室的第一部分向蒸汽腔室的第二部分输送热量。过程还包括在蒸汽腔室与隔离腔室之间提供(在406处)层(例如屏障106)，该层将隔离腔室从蒸汽腔室流体隔离。
此外，尽管在图4中未示出，该过程可以进一步疏解蒸汽腔室以便在利用工作流体填充(在404处)蒸汽腔室之前从蒸汽腔室移除流体。隔离腔室的疏解(在402处)和蒸汽腔室的疏解可以一起执行。
另外，该过程将壳体部分附接在一起以形成限定蒸汽腔室和隔离腔室的壳体，其中在壳体内提供该层。在一些示例中，该层可以附接到壳体部分。壳体部分附接在一起密封蒸汽腔室和隔离腔室。
图5是示出根据一些示例的用于制作热学控制装置100的各种制造阶段的示意图。制造阶段包括制造设备，诸如疏解设备502和填充设备506。存在图5中未示出的用于制作热学控制装置的其它制造阶段(及其相应的制造设备)。
疏解设备502用于疏解热学控制装置的蒸汽腔室102和隔离腔室104。例如，疏解设备502可以通过流体路径504连接到蒸汽腔室102和隔离腔室104的入口。疏解设备502可以被激活以便沿着流体路径504疏解蒸汽腔室102和隔离腔室104内部的任何流体。例如，疏解设备502可以包括泵以下拉压力，其使得蒸汽腔室102和隔离腔室104内部的流体流出腔室并且沿着路径504到流体出口(未示出)。在一些示例中，疏解设备502能够将蒸汽腔室102和隔离腔室104疏解到真空。
依照一些示例，作为由疏解设备502执行的相同疏解操作的部分，可以一起疏解蒸汽腔室102和隔离腔室104。这通过避免使用分离操作以疏解蒸汽和隔离腔室来简化热学控制装置100的制造过程。通过简化制造过程，可以降低与制作热学控制装置100相关联的成本。
一旦隔离腔室104已经被疏解到真空，可以塞住去到隔离腔室104的入口以密封隔离腔室104。接着，填充设备506用于沿着流体路径508通过蒸汽腔室102的入口注入工作流体，以利用工作流体部分地填充蒸汽腔室102。一旦蒸汽腔室102已经填充有工作流体，可以塞住去到蒸汽腔室102的入口以密封蒸汽腔室102。
尽管图5仅示出疏解设备502和填充设备506，但是要指出的是，制作热学控制装置100的制造过程可以牵涉其它制造设备，包括形成热学控制装置100的壳体部分并且添加屏障106的设备、将壳体部分和屏障附接在一起的设备等等。
除了制作起来相对成本有效，热学控制装置100还不向其中包括热学控制装置100的电子装置添加大重量。隔离腔室104实际上是具有非常小量的流体(例如痕量流体)的空容器，并且因而与省略隔离腔室104但是包括热学控制装置的其它组件(诸如蒸汽腔室102、热量交换器210等)的热学控制装置相比，将基本上不增加热学控制装置的总体重量。
在前述描述中，阐述了众多细节以提供本文所公开的主题的理解。然而，可以在没有这些细节中的一些的情况下实践各实现方式。其它实现方式可以包括从以上讨论的细节的修改和变型。意图在于，随附权利要求覆盖这样的修改和变型。

Claims (15)

1.一种热学控制装置，包括：
蒸汽腔室，其包括流体以将热量从所述蒸汽腔室的第一部分输送至所述蒸汽腔室的第二部分；
邻近所述蒸汽腔室并且从所述蒸汽腔室流体隔离的隔离腔室，所述隔离腔室被疏解到小于大气压力的压力以热学隔离所述蒸汽腔室的至少一部分；以及
在所述蒸汽腔室与所述隔离腔室之间的层，所述层对流体是不可渗透的。
2.权利要求1所述的热学控制装置，还包括包含所述蒸汽腔室和所述隔离腔室的壳体。
3.权利要求2所述的热学控制装置，其中所述层包括金属。
4.权利要求1所述的热学控制装置，其中所述隔离腔室不含液体。
5.权利要求1所述的热学控制装置，其中所述蒸汽腔室中的所述流体响应于由热量产生组件产生的热量而汽化，所述热量产生组件与所述蒸汽腔室的所述第一部分热学传导接触，并且汽化流体在所述蒸汽腔室的所述第二部分处凝结，并且其中凝结流体通过毛细管作用从所述第二部分被输送至所述第一部分。
6.权利要求1所述的热学控制装置，其中所述隔离腔室提供所述蒸汽腔室与表面之间的热学隔离，所述表面与所述隔离腔室热学传导接触。
7.权利要求1所述的热学控制装置，还包括：
与所述蒸汽腔室的所述第二部分热学传导接触的热量交换器。
8.一种制作热学控制装置的方法，包括：
疏解隔离腔室以便从所述隔离腔室移除流体；
利用工作流体填充蒸汽腔室以用于将热量从所述蒸汽腔室的第一部分输送至所述蒸汽腔室的第二部分；以及
提供所述蒸汽腔室与所述隔离腔室之间的层，所述层将所述隔离腔室从所述蒸汽腔室流体隔离。
9.权利要求8所述的方法，还包括：
疏解所述蒸汽腔室以便从所述蒸汽腔室移除流体；以及
在所述蒸汽腔室的疏解之后，执行利用所述工作流体填充所述蒸汽腔室。
10.权利要求9所述的方法，其中所述隔离腔室的疏解和所述蒸汽腔室的疏解一起执行。
11.权利要求8所述的方法，还包括：
将壳体部分附接在一起以形成限定所述蒸汽腔室和所述隔离腔室的壳体，所述层被提供在所述壳体内。
12.权利要求11所述的方法，还包括：
将所述层附接到所述壳体部分。
13.权利要求11所述的方法，其中将所述壳体部分附接在一起密封所述蒸汽腔室和所述隔离腔室。
14.一种电子装置，包括：
电子组件；以及
与所述电子组件热学传导接触的热学控制装置，所述热学控制装置包括：
蒸汽腔室，其包括流体以将热量从所述蒸汽腔室的第一部分输送至所述蒸汽腔室的第二部分；
邻近所述蒸汽腔室并且从所述蒸汽腔室流体隔离的隔离腔室，所述隔离腔室包含真空并且热学隔离所述蒸汽腔室的至少一部分；以及
在所述蒸汽腔室与所述隔离腔室之间的层，所述层对流体是不可渗透的；以及
与所述热学控制装置热学接触的热量交换器。
15.权利要求14所述的电子装置，其中所述热学控制装置的表面形成所述电子装置的外壳体表面。
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