CN111031750B - 一种用于大面积散热的矩形分区蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子器件散热及热管相关技术领域，其公开了一种适用于大面积散热的矩形分区蒸发器，矩形分区蒸发器包括壳体、上盖板、分区固定架及多个毛细芯，多个毛细芯间隔设置在分区固定架上，分区固定架设置在壳体内，上盖板连接于壳体，以将分区固定架封在壳体内；壳体一端开设有第一储液腔，另一端开设有第一凹槽，第一凹槽的底面远离第一储液腔的一端开设有集气腔，第一凹槽的底面位于第一储液腔腔与集气腔之间的区域开设有第二凹槽，第二凹槽与集气腔间隔设置；第二凹槽的底面开设有第二储液腔，第二收容腔与第一储液腔相连通以形成补偿腔。本发明降低了体积占比，提高了适用性。

Description

一种用于大面积散热的矩形分区蒸发器

技术领域

本发明属于电子器件散热及热管相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于大面积散热的矩形分区蒸发器。

背景技术

电子元件由于发热导致的自身温度升高会引起工作失效甚至模块、高功率电子设备的散热问题成为了制约电子信息技术以及航空航天领域发展的关键技术之一。传统的风冷、液冷和单相传热技术已经不能满足高功率电子器件的散热要求，相变传热技术成为散热领域的主要研究方向，环路热管作为一种被动传热装置，被广泛应用于军工、航天和电子散热领域，其依靠液体工质相变能够实现高效传热，并且同时还有以下优点：无运动部件、运行时无噪声、管路布置灵活、传输距离长、传热温差小。

目前，环路热管在微型化上已经取得了很大的进展，总的厚度可以实现在3mm以内，但是国内外在大型化环路热管蒸发器这方面的研究十分有限，其设计与研究依然存在很大的空间。由于电子器件功率的增加以及热源的组合，高功率热源散热成为今后重点关注的问题，大型环路热管由于其面积大的特征可以很好地降低热源密度范围，从而实现部件的安全性。但是环路热管大型化会引起：(1)结构强度降低，特别是充灌正压工质(如氮)的系统；(2)同时蒸发器壳体大型化容易实现，毛细芯却难以在保证良好性能情况下不断增大面积----直接烧结难以确保面平整，而模具压制烧结制作不了过大面积的毛细芯；(3)常规的补偿背置式蒸发器大型化过程中，会造成补偿腔体积占比急剧增加，影响环路热管性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于大面积散热的矩形分区蒸发器，其基于现有散热器的工作特点，研究及设计了一种性能较好的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器。所述蒸发器为了克服现有环路热管在大面积高功率热源散热时，大型化设计中的结构强度不足以及毛细芯匹配不足等问题，通过蒸发器盖板的分区和下壳体的焊接，在配合毛细芯尺寸和降低分压的基础上，理论上实现了蒸发器不断做大的需求；同时将补偿腔分为两部分，主体设置在蒸发器右侧，实现了补偿腔“供液”与“储液”的功能分离，解决了常规背置式补偿腔蒸发器在尺寸增大时带来的体积占比急剧增加问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于大面积散热的矩形分区蒸发器，所述矩型分区蒸发器包括壳体、上盖板、分区固定架及多个毛细芯，多个所述毛细芯间隔设置在所述分区固定架上，所述分区固定架设置在所述壳体内，所述上盖板连接于所述壳体，以将所述分区固定架封在所述壳体内；

所述壳体呈T型，其一端开设有第一储液腔，另一端开设有第一凹槽，所述第一凹槽的底面远离所述第一收容腔的一端开设有集气腔，所述第一凹槽的底面位于所述第一储液腔与所述集气腔之间的区域开设有第二凹槽，所述第二凹槽与所述集气腔间隔设置；所述第二凹槽的底面开设有第二储液腔，所述第二储液腔与所述第一储液腔相连通以形成补偿腔，所述补偿腔用于收容工作液体；

所述分区固定架开设有第三凹槽，所述第三凹槽的底面开设有多个间隔设置的第一通槽，所述毛细芯覆盖所述第一通槽，由此形成多个分区。

进一步地，所述第二储液腔的底面开设有四个条状的连接槽，四个所述连接槽呈“十”字设置；所述第三凹槽的底面还开设有多个第二通槽，所述第二通槽位于相邻两个所述第一通槽之间，且所述第二通槽的位置分别与所述连接槽的位置相对应。

进一步地，所述上盖板朝向所述毛细芯的表面上设置有连接肋条，所述连接肋条穿过所述第二通槽后伸入所述连接槽内，以使所述上盖板与所述壳体相连接。

进一步地，所述上盖板朝向所述毛细芯的表面上设置有多个间隔设置的直肋条，所述毛细芯位于所述上盖板与所述分区固定架之间，其与所述直肋条相接触而形成蒸汽槽道，所述蒸汽槽道与所述集气腔相连通。

进一步地，所述壳体远离所述第一储液腔的一侧开设有蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述集气腔相连通，其与气体管路相连接。

进一步地，所述分区固定架设置在所述第二凹槽的底面上，其与所述壳体之间为过盈配合。

进一步地，所述上盖板的材料为铜、铝及其复合材料中的任一种。

进一步地，所述毛细芯是采用金属丝网或者金属、非金属粉末制备而成的。

进一步地，所述上盖板与所述壳体焊接在一起。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器主要具有以下有益效果：

1.所述第三凹槽的底面开设有多个间隔设置的第一通槽，所述毛细芯覆盖所述第一通槽，由此形成多个分区，且所述上盖板与所述壳体焊接在一起，在配合毛细芯尺寸和降低分压的基础上，理论上实现了蒸发器不断做大的需求。

2.所述壳体呈T型，其一端开设有第一储液腔，所述第二凹槽的底面开设有第二储液腔，所述第二储液腔与所述第一储液腔相连通以形成补偿腔，所述补偿腔用于容纳工作液体，实现了补偿腔“供液”与“储液”的功能分离，解决了常规背置补偿腔蒸发器在尺寸增大时带来的体积占比急剧增加问题。

3.所述毛细芯位于所述上盖板与所述分区固定架之间，其与所述直肋条相接触而形成蒸汽槽道，所述蒸汽槽道与所述集气腔相连通，实现分区蒸汽的流动与连通。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器的结构示意图；

图2是图1中的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器的分解示意图；

图3是图1中的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器的剖视图；

图4是图1中的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器的蒸发区剖视图；

图5是本发明第一实施方式提供的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器的单个大面积热源安装示意图；

图6是本发明第一实施方式提供的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器的多热源安装示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-上盖板，2-毛细芯，3-分区固定架，4-壳体，5-补偿腔盖板，6-蒸汽出口，7-蒸汽槽道，8-集气腔，9-补偿腔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明较佳实施方式提供的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器，所述矩形分区蒸发器包括上盖板1、多个毛细芯2、分区固定架3、壳体4及补偿腔盖板5，多个所述毛细芯2间隔设置在所述分区固定架3上，所述分区固定架3设置在所述壳体4内。所述上盖板1连接于所述壳体4，且将多个所述毛细芯2封装在所述壳体4内。所述补偿腔盖板5连接于所述壳体4。

所述壳体4呈T型，其一端开设有第一储液腔，另一端开设有第一凹槽，所述第一凹槽的底面远离所述第一储液腔的一端开设有集气腔8，所述第一凹槽的底面位于所述第一收容腔与所述集气腔8之间的区域开设有第二凹槽，所述第二凹槽与所述集气腔8间隔设置。所述第二凹槽的底面开设有第二储液腔，所述第二储液腔与所述第一储液腔相连通以形成补偿腔9，所述补偿腔9用于收容工作液体。其中，所述第一凹槽贯穿所述壳体1朝向所述上盖板1的表面。

所述第二储液腔的底面开设有四个条状的连接槽，四个所述连接槽呈“十”字型设置。所述壳体4通过所述连接槽与所述上盖板1相连接。本实施方式中，所述第一储液腔贯穿所述壳体4远离所述集气腔8的表面，所述补偿腔盖板5连接于所述壳体4，以将所述第一储液腔封闭，所述补偿腔盖板5开设有液体入口，所述液体入口与所述第一收容腔相连通，其与液体管路相连接；所述壳体4远离所述第一储液腔的一侧开设有蒸汽出口6，所述蒸汽出口6与所述集气腔8相连通，其与气体管路相连接。

所述分区固定架3的形状与所述第二凹槽的形状相一致，其基本呈矩型。所述分区固定架3开设有第三凹槽，所述第三凹槽的底面开设有多个间隔设置的第一通槽；所述第三凹槽的底面还开设有多个第二通槽，所述第二通槽位于相邻两个所述第一通槽之间，且所述第二通槽的位置分别与所述连接槽的位置相对应。本实施方式中，所述分区固定架3的尺寸与所述第一凹槽的尺寸相对应；所述分区固定架3设置在所述第二凹槽的底面上，其与所述壳体4之间为过盈配合。

多个所述毛细芯2间隔设置在所述分区固定架3上，且所述毛细芯2覆盖所述第一通槽；所述第二通槽位于相邻的两个所述毛细芯2之间的间隔处。本实施方式中，所述毛细芯2的数量与所述第一通槽的数量相等。

所述上盖板1朝向所述毛细芯2的表面上设置有连接肋条及多个间隔设置的直肋条，所述连接肋条穿过所述第二通槽后伸入所述连接槽内，以使所述上盖板1与所述壳体4相连接。所述上盖板1设置在所述第一凹槽内，以将所述第一凹槽封闭。所述毛细芯2位于所述上盖板1与所述分区固定架3之间，其下表面与所述分区固定架3相接触，上表面与所述直肋条相接触而形成蒸汽槽道，所述蒸汽槽道与所述集气腔8相连通。

本实施方式中，所述上盖板1与所述壳体4焊接在一起；所述补偿腔盖板5与所述壳体4通过焊接连接在一起；所述上盖板1采用导热系数高的金属制成，减小导热热阻，包括但不限于铜、铝及其复合材料；所述壳体4选用导热系数较低的金属，以减少侧壁导热，但必须保证焊接可行性和足够强度；所述毛细芯2的导热系数低较优，应有较好的渗透率，小的有效孔径，包括但不限于铝粉和镍粉烧结而成的毛细芯、不锈钢丝网；所述连接肋条插入连接槽内，并实现焊接密封。

所述分区固定架3的第一通槽的数量，即所述矩型分区蒸发器的分区数量(N＝m*n)，由热源面积S以及毛细芯的面积S₀大小共同决定，作为优选地，S/S₀<m*n<1.2*S/S₀，m与n应越接近越合理，m和n分别为横向与纵向分区数目；所述毛细芯2还可以采用激光打印而成，硬度不易过大。

其中，所述矩形分区蒸发器的厚度可以根据所述毛细芯2的厚度和所述补偿腔9调整，内部结构可以根据需求进行相应地布置；所述毛细芯2的大小和厚度可以调整，但是要保证其厚度相同，从而减小与所述上盖板1的接触热阻；所述蒸汽出口6和所述液体入口可以根据管路布置调整，形状包括但不限于圆形、矩形和直槽口形状。

工作时，所述上盖板1远离所述壳体4的表面从热源吸收热量，通过导热的方式将热量传入所述毛细芯2的表面，实现工作液体在所述毛细芯2表面的蒸发，产生的蒸汽通过所述蒸汽槽道流向所述集气腔8，并通过所述蒸汽出口6进入蒸汽管路。所述补偿腔9内的液体在毛细力的作用下不断抽吸到蒸发气液界面以完成持续不断的相变，而冷凝后的液体又重新进入所述补偿腔9等待被蒸发。通过上述循环持续不断地将热量散走。

请参阅图5及图6，本发明第一实施方式提供的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器与本发明较佳实施方式提供的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器基本相同，不同点在于所述壳体的外形；本发明第一实施方式提供的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器的壳体基本呈L型。

所述矩型分区蒸发器主要针对大面积热源和多热源散热，安装的时候，应注意热源与所述上盖板1的接触，多热源的时候应尽量使热源在所述毛细芯2的覆盖区域，多热源可以通过均热板设置在所述上盖板1上。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于大面积散热的矩形分区蒸发器，其特征在于：

所述矩形分区蒸发器包括壳体(4)、上盖板(1)、分区固定架(3)及多个毛细芯(2)，多个所述毛细芯(2)间隔设置在所述分区固定架(3)上，所述分区固定架(3)设置在所述壳体(4)内，所述上盖板(1)连接于所述壳体(4)，以将所述分区固定架(3)封在所述壳体(4)内；

所述壳体(4)呈T型，其一端开设有第一储液腔，另一端开设有第一凹槽，所述第一凹槽的底面远离所述第一储液腔的一端开设有集气腔(8)，所述第一凹槽的底面位于所述第一储液腔与所述集气腔(8)之间的区域开设有第二凹槽，所述第二凹槽与所述集气腔(8)间隔设置；所述第二凹槽的底面开设有第二储液腔，所述第二储液腔与所述第一储液腔相连通以形成补偿腔(9)，所述补偿腔(9)用于容纳工作液体；

所述分区固定架(3)开设有第三凹槽，所述第三凹槽的底面开设有多个间隔设置的第一通槽，所述毛细芯(2)覆盖所述第一通槽，由此形成多个分区；所述第二储液腔的底面开设有四个条状的连接槽，四个所述连接槽呈“十”字设置；所述第三凹槽的底面还开设有多个第二通槽，所述第二通槽位于相邻两个所述第一通槽之间，且所述第二通槽的位置分别与所述连接槽的位置相对应；所述上盖板(1)朝向所述毛细芯(2)的表面上设置有连接肋条，所述连接肋条穿过所述第二通槽后伸入所述连接槽内，以使所述上盖板(1)与所述壳体(4)相连接；所述上盖板(1)朝向所述毛细芯(2)的表面上设置有多个间隔设置的直肋条，所述毛细芯(2)位于所述上盖板(1)与所述分区固定架(3)之间，其与所述直肋条相接触而形成蒸汽槽道(7)，所述蒸汽槽道(7)与所述集气腔(8)相连通；所述壳体(4)远离所述第一储液腔的一侧开设有蒸汽出口(6)，所述蒸汽出口(6)与所述集气腔(8)相连通，其与气体管路相连接。

2.如权利要求1所述的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器，其特征在于：所述分区固定架(3)设置在所述第二凹槽的底面上，其与所述壳体(4)之间为过盈配合。

3.如权利要求1所述的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器，其特征在于：所述毛细芯(2)是采用金属丝网或者金属、非金属粉末制备而成的。

4.如权利要求1所述的适用于大面积散热的矩形分区蒸发器，其特征在于：所述上盖板(1)与所述壳体(4)焊接在一起。

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