CN110996627A - 一种热虹吸翅片板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热虹吸翅片板，包括对接在一起的两个薄板以及两个所述薄板之间形成的热虹吸管；热虹吸管包括：蒸发器/升流管的通道，气液分配器通道，冷凝器/降液管的通道，带有狭缝的通道；蒸发器/升流管的通道设置在热虹吸翅片板的根部的边缘；所述气液分配器通道设置在所述蒸发器/升流管的通道的顶部，所述蒸发器/升流管的通道的顶端与所述冷凝器/回流管的通道顶端连接；所述液体收集器通道位于所述冷凝器/回流管的通道的底部，并通过所述带有狭缝的通道与所述蒸发器/升流管的通道连接。使热虹吸翅片成为非常高电导率的材料，热虹吸翅片的效率比等效的固态翅片的效率高25％或更高，以使其更接近理想翅片的效率。
Description
技术领域
本发明涉及热虹吸技术领域，尤其涉及一种热虹吸翅片板。
背景技术
现有技术中，带有大量待冷却电子元件的电子平面冷却板基本上是风冷装置，或者由热管装置辅助的风冷装置。为了提高冷却速度，这些平面冷却板有时会附有延伸的表面，以增加其与冷却气流接触的传热表面积，这通常称为散热片或翅片。通过将大部分热量传导到翅片，然后将这些热量散发到气流中，从而除去平面冷却板上的热量。由于翅片上的热量传导仅通过热传导，因此，热量仅向较低温度的方向流动，因此翅片上离根部的距离越远的表面作用越差，离根部的距离越近的表面作用越好。通常，翅片的热性能由散热片效率定义，在翅片中，将从实际翅片中去除的热量与理想的理论翅片进行比较，理想的理论翅片的整个表面与根部温度相同，散热片效率为100％。对于长的翅片，翅片的效率显著下降到100％以下(例如降至20-40％)，从而使翅片的效率相当低，并且不具有成本效益。当翅片非常长时，即使对于高导电率的金属(如铝)，也会发生这种情况。
现有技术中，翅片的散热效率低。
发明内容
本发明为了解决现有的问题，提供一种热虹吸翅片板。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：
一种热虹吸翅片板，包括对接在一起的两个薄板以及两个所述薄板之间形成的热虹吸管；所述热虹吸管包括：蒸发器/升流管的通道，气液分配器通道，液体收集器通道，冷凝器/降液管的通道，带有狭缝的通道；所述蒸发器/升流管的通道设置在热虹吸翅片板的根部的边缘；所述气液分配器通道设置在所述蒸发器/升流管的通道的顶部，所述蒸发器/升流管的通道的顶端与所述冷凝器/回流管的通道顶端连接；所述液体收集器通道位于所述冷凝器/回流管的通道的底部，并通过所述带有狭缝的通道与所述蒸发器/升流管的通道连接。
优选地，两个所述薄板之间的热虹吸管的横截面积是圆形、具有弯角的矩形或椭圆形。
优选地，所述蒸发器/升流管的通道和所述冷凝器/回流管中的通道深度为0.5mm-3mm，宽度为0.5mm-3mm。
优选地，所述气液分配器通道和所述液体收集器通道的深度和宽度相同或不同，深度范围为0.5mm至3mm，宽度范围为3mm至15mm。
优选地，所述蒸发器/升流管的通道是至少一条，所述冷凝器/降液管的通道的数量是所述蒸发器/升流管的通道的数量的至少5倍。
优选地，所述带有狭缝的通道的截面积明显小于所述液体收集器通道、所述蒸发器/升流管的通道的截面积。
优选地，所述蒸发器/升流管的通道的宽度、直径或横截面积沿其向上的方向是均匀的；或，所述横截面积的大小从所述热虹吸翅片板的底部到顶部增大。
优选地，所述横截面积的大小从所述热虹吸翅片板的底部到顶部增大了1.5-3倍。
优选地，所述气液分配器通道的横截面积是所述蒸发器/升流管的通道或所述冷凝器/回流管的通道的横截面积的2-10倍；所述液体收集器通道的横截面积是所述蒸发器/升流管的通道或所述冷凝器/回流管的通道的横截面积的2-10倍。
优选地，所述带有狭缝的通道的横截面积为所述蒸发器/升流管通道的横截面积的1/2-1/10。
本发明的有益效果为：提供一种热虹吸翅片板，通过两个薄板对接在一起，并通过两个薄板之间的蒸发器/升流管的通道、气液分配器通道、冷凝器/回流管的通道、液体收集通道和带有狭缝的通道形成一个新颖的热虹吸流回路，用于将热量从热虹吸翅片板的根部传走，并将这些热量散布到翅片的尖部，并且延伸到翅片的其余部分。通过以相对于翅片的根部的温度很小的温度梯度将热量传递到翅片的尖部，从而使热虹吸翅片成为非常高电导率的材料，热虹吸翅片的效率比等效的固态翅片的效率高25％或更高，以使其更接近理想翅片的效率。
附图说明
图1是本发明实施例中现有技术的环路热虹吸管的结构示意图。
图2是本发明实施例中附接在平面冷却板上的矩形热虹吸翅片板的结构示意图。
图3(a)是本发明实施例中一种热虹吸翅片板的热虹吸流回路的示意图。
图3(b)是本发明实施例中又一种热虹吸翅片板的热虹吸流回路的示意图。
图4是本发明实施例中气液分配器的结构示意图。
图5是本发明实施例中带有狭缝的通道的结构示意图。
图6(a)是本发明实施例中两个薄板拼接在一起的结构示意图。
图6(b)是本发明实施例中两个薄板拼接在一起的局部放大示意图。
图7(a)是本发明实施例中狭缝的通道示意图。
图7(b)是本发明实施例中狭缝的圆形通道示意图。
图7(c)是本发明实施例中狭缝的矩形通道示意图。
其中，1-蒸发器/升流管，2-气液分配器，3-冷凝器/回流管，4-液体收集通道，5-带有狭缝的通道，6-翅片的根部，7-翅片的尖部，8-热虹吸翅片板，9-冷却板。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，可用于冷却电子组件的环路热虹吸管(或简称为热虹吸管)的结构示意图。热虹吸管由位于底部的蒸发器组成，内部的液态工作流体被部分蒸发成蒸汽以带走电子设备的热量，蒸发器的出口连接到立管，立管是吸收两相流的管，液体和蒸气向上流到冷凝器的入口。冷凝器通过将蒸气冷凝回到液相而从两相流中除去热量，冷凝器的出口连接到回流管的顶部，回流管是将液体向下输送回冷凝器入口的管。图中的流动环流是逆时针方向，重力方向是向下的。与回流管中液体流的密度相比，升流管中液体和蒸汽两相流的密度较低，这是由于热虹吸管内的重力影响导致压力不平衡，从而导致两相工作流体流动。升流管中的浮力使流体被动地向上流动，而在回流管中的液体则被动地向下流动，从而在热虹吸管内部形成连续的流动循环。
如图2所示，附接在平面冷却板上的矩形热虹吸翅片板的结构示意图。热虹吸翅片板8是比较长的翅片，翅片的效率显著下降到，从而使翅片的效率相当低，并且不具有成本效益。当即使对于高导电率的金属(如铝)，也会发生这种情况。
如图3(a)和图3(b)所示，热虹吸管的回路首先沿翅片的根部区域垂直向上或呈一定倾斜角度向上穿过蒸发器/升流管1的通道(可以是一个或多个通道)，吸收传导的热量从冷却板9进入翅片的根部6。工作流体在蒸发器/升流管1的通道中部分蒸发，并由于流动中的气泡而具有浮力，将蒸汽中的潜热向上传输到热虹吸翅片板8的上部区域，进入气液分配器通道2进行分配，然后进入冷凝器/回流管3的通道，工作流体在重力作用下向下流动，可以垂直向下或呈一定倾斜角度。热虹吸管的蒸发器/升流管1在此处合并为一个单独的段称为蒸发器/升流管1,而不是通常的热虹吸管中的两个单独的段。所有的蒸气都在冷凝器/回流管3的通道内凝结成液体，将热量散布到热虹吸翅片板8的外部表面(即热虹吸翅片板8的两个表面)，并通过气流将热量带走。因此，冷凝器/回流管3也成为热虹吸回路的单个部分，在此称为冷凝器/回流管3。在冷凝器/回流管3的通道的底部，将液体收集器通道4添加到热虹吸回路中，液体收集器通道4接收所有液体并将其输送到蒸发器/升流管1的通道的底部，在此处继续流动热虹吸回路。在液体收集器通道4的出口和蒸发器/升流管1的通道的入口之间，引入了一个带有狭缝的通道5，带有狭缝的通道5的截面积明显小于液体收集器通道4、蒸发器/升流管1的通道中的任何一个(通常至少缩小50％)。带有狭缝的通道5用于防止蒸气从蒸发器/升流管1的通道回流到液体收集器通道4，并且还用于稳定热虹吸流以防止流动振荡。
如图7(a)-图7(c)所示，带有狭缝的通道5可以是小直径通道、锥形通道，也可以是通过将通道卷曲而形成的矩形或圆形。蒸发器/升流管1的通道的宽度、直径或横截面积沿其向上的长度可以是均匀的，或者横截面积的大小可以从热虹吸翅片板8的底部到顶部增大，从而促进和增强向上的流动运动。
本发明提供一种热虹吸翅片，其内部具有蒸发和冷凝的工作流体。在热虹吸翅片的蒸发器/升流管1的通道、气液分配器通道2、冷凝器/回流管3的通道、液体收集通道4、带有狭缝的通道5，形成一个新颖的热虹吸流回路，用于将热量从翅片的根部6传走，并将这些热量散布到翅片的尖部7，并且延伸到翅片的其余部分。通过以相对于翅片的根部6的温度很小的温度梯度将热量传递到翅片的尖部7，从而使热虹吸翅片成为非常高电导率的材料，热虹吸翅片的效率比等效的固态翅片的效率高25％或更高，以使其更接近理想翅片的效率。
本发明的目的是使热虹吸翅片板8的外表面温度接近均匀，并尽可能接近蒸发器/升流管1区域中翅片的根部6温度，从而大大提高热虹吸翅片板8的表面温度。与等效的固态金属板相比，该热虹吸翅片板8的效率更高，因此从热虹吸翅片板8到外部空气的热传递大大增加了约40％或更多。外部气流可以是由于自然对流或由风扇驱动。
如图6(a)和图6(b)所示，热虹吸翅片板8由两个薄板形成，两个薄板与形成在两个薄板之间的内部回路热虹吸管结合在一起。首先将两个薄板冲压成在其中形成半圆形样的凹口，使得当两个薄板结合在一起成为单个热虹吸翅片时，形成内部回路热焊缝的通道。热虹吸翅片板8的回路热虹吸管由以下组件组成：(i)蒸发器/升流管1的通道，(ii)气液分配器通道2，(iii)冷凝器/降液管3的通道，其中包括一个或多个通道，(iv)液体收集器通道4，(v)带有狭缝的通道5。热虹吸翅片板8的边界沿其根部连接至待冷却的热底板并向上流动，而热虹吸沿翅片板8的其余部分则起冷凝器的作用，将热量传递到热虹吸翅片板8的整个表面并通过与空气对流将热量释放。
为了制造热虹吸翅片板8，将两个薄板冲压以产生匹配的压纹，每个压纹具有形成的通道的横截面的一半。当将两个薄板放置在一起并通过钎焊或焊接在一起时，它们各自具有上述五个部件的一半，在热虹吸翅片板8的内部形成热虹吸回路。
蒸发器/升流管1的通道是1个或多个组成，每个通道的宽度和深度保持不变，或者从热虹吸翅片板8的底部到顶部的增加了1.5到3倍的横截面积。通过使通道的横截面从底部到顶部逐渐变宽，或者使压花从底部到顶部越来越深，或者通过两者的结合来实现从底部到顶部的尺寸增加。一个或多个蒸发器/升流管1的通道的横截面积的增加有助于稳定热虹吸管中的两相流，从而防止回流并降低流阻，进而增加了热虹吸管中的循环流量反过来又提高了可传输热量。在本发明的一种实施例中，可传输热量可以增加30％或更多。
蒸发器/升流管1的通道设置在热虹吸翅片板8的根部6的边缘，以吸收从电子器件传输来的沿根部6的边缘的热量，从而在冷却板9上进行冷却，并通过冷却剂的蒸发使得两相流向上输送。蒸发器/升流管1的通道的尺寸设置成使得几乎所有进入的传导热量都被蒸发器/升流管1的通道中的蒸发流体吸收，并且热量不向前传导至冷凝器/回流管3的通道。蒸发器/升流管1的通道内冷却从热虹吸翅片板8的根部6的边缘的一个持续热源的热量，或沿着根部6的边缘的垂直方向分布的多个热源的热量，或热源组合的热量。
冷凝器/回流管3的通道由多个平行的通道组成，以将热量带到热虹吸翅片板8的表面并由外部空气流动将热量带走。多个通道减少了热虹吸翅片板8中循环流体的流动阻力，其中冷凝器/回流管3中使用的通道数比蒸发器/升流管1中的通道多5倍或更多。因此，与仅使用一个通道的情况相比，冷凝器/回流管3的流动阻力降低了80％以上，这使热虹吸翅片8的散热能力提高了30％或更多。
如图4所示，气液分配器通道2位于冷凝器/回流管3的通道的顶部，其将蒸发器/升流管1的通道顶端与冷凝器/回流管3的通道顶端连接。气液分配器通道2的横截面积是蒸发器/升流管1的通道、冷凝器/回流管3的通道的横截面积的2倍至10倍，以减小流动阻力，确保更好的将流体分配到多个冷凝器/回流3的通道。
液体收集器通道4位于冷凝器/回流管3的底部，液体收集器通道4连接至冷凝器/回流管3的通道的底端，并且通过带有狭缝的通道5与蒸发器/升流管1的通道连接。液体收集器通道4是是蒸发器/升流管1的通道、冷凝器/回流管3的通道的截面积的2倍至10倍，以减小其流动阻力，确保从多个冷凝器/回流管3的通道流出的流体分配良好。
如图5所示，带有狭缝的通道5用于限制热虹吸流体的流动，带有狭缝的通道5的横截面积为蒸发器/升流管1通道的横截面积的1/2至1/10，位于液体收集器通道4和蒸发器/升流管1的通道之间。带有狭缝的通道5起到节流进入蒸发器/升流管1的通道的液体的作用，以促进稳定的流动，确保液体的正确流动方向，并防止蒸汽从蒸发器/升流管1回流到液体收集器通道4中。其截面积的大小取决于工作流体的选择，但始终小于或等于蒸发器/升流管1截面积的50％。
蒸发器/升流管1、冷凝器/回流管3、气液分配器通道2、液体收集器通道4和带有狭缝的通道5的横截面形状是圆形、具有弯角的矩形或椭圆形，具体取决于冲压过程。蒸发器/升流管1的通道和冷凝器/回流管3中的通道深度为0.5mm-3mm，宽度为0.5mm-3mm。气液分配器通道2和液体收集器通道4的尺寸可以相同或不同，并且深度范围为0.5mm至3mm，宽度范围为3mm至15mm。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种热虹吸翅片板，其特征在于，包括对接在一起的两个薄板以及两个所述薄板之间形成的热虹吸管；
所述热虹吸管包括：蒸发器/升流管的通道，气液分配器通道，液体收集器通道，冷凝器/降液管的通道，带有狭缝的通道；
所述蒸发器/升流管的通道设置在热虹吸翅片板的根部的边缘；所述气液分配器通道设置在所述蒸发器/升流管的通道的顶部，所述蒸发器/升流管的通道的顶端与所述冷凝器/回流管的通道顶端连接；所述液体收集器通道位于所述冷凝器/回流管的通道的底部，并通过所述带有狭缝的通道与所述蒸发器/升流管的通道连接。
2.如权利要求1所述的热虹吸翅片板，其特征在于，两个所述薄板之间的热虹吸管的横截面积是圆形、具有弯角的矩形或椭圆形。
3.如权利要求1所述的热虹吸翅片板，其特征在于，所述蒸发器/升流管的通道和所述冷凝器/回流管中的通道深度为0.5mm-3mm，宽度为0.5mm-3mm。
4.如权利要求1所述的热虹吸翅片板，其特征在于，所述气液分配器通道和所述液体收集器通道的深度和宽度相同或不同，深度范围为0.5mm至3mm，宽度范围为3mm至15mm。
5.如权利要求1所述的热虹吸翅片板，其特征在于，所述蒸发器/升流管的通道是至少一条，所述冷凝器/降液管的通道的数量是所述蒸发器/升流管的通道的数量的至少5倍。
6.如权利要求1所述的热虹吸翅片板，其特征在于，所述带有狭缝的通道的截面积明显小于所述液体收集器通道、所述蒸发器/升流管的通道的截面积。
7.如权利要求1所述的热虹吸翅片板，其特征在于，所述蒸发器/升流管的通道的宽度、直径或横截面积沿其向上的方向是均匀的；或，所述横截面积的大小从所述热虹吸翅片板的底部到顶部增大。
8.如权利要求7所述的热虹吸翅片板，其特征在于，所述横截面积的大小从所述热虹吸翅片板的底部到顶部增大了1.5-3倍。
9.如权利要求1所述的热虹吸翅片板，其特征在于，所述气液分配器通道的横截面积是所述蒸发器/升流管的通道或所述冷凝器/回流管的通道的横截面积的2-10倍；所述液体收集器通道的横截面积是所述蒸发器/升流管的通道或所述冷凝器/回流管的通道的横截面积的2-10倍。
10.如权利要求1所述的热虹吸翅片板，其特征在于，所述带有狭缝的通道的横截面积为所述蒸发器/升流管通道的横截面积的1/2-1/10。
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Legal Events
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