CN111442670A - 一种用于热管散热器的蒸发盒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于热管散热器的蒸发盒，所述蒸发盒由蒸发盒上盖和蒸发盒主体组成；其中所述蒸发盒主体的外侧设置有安装座，所述蒸发盒上盖包括蒸汽出口、回流管口和工艺管口；其中所述蒸汽出口用于连接热管散热器的蒸汽上升管，所述回流管口用于连接热管散热器的回流管，所述工艺管口用于连接热管散热器的充液工艺管；其特征在于，所述蒸发盒主体的内部设置有钉翅，该钉翅在其外周表面具有多个凸起和多个凹陷，以在钉翅外周表面形成多个微型槽道结构。根据本发明的蒸发盒能够减小热阻，从而提高热管散热器的效率。

Description

一种用于热管散热器的蒸发盒
技术领域
本发明涉及热管散热器技术领域，具体而言，涉及一种用于热管散热器的蒸发盒。
背景技术
热管散热器以其高效、简单、可迅速的将能量释放到环境中、可有效节约能源等特点，从而特别适合用于半导体电子制冷片散热；此外，热管散热器还可以应用在化学工程中，太阳能热水器，空调器上，计算机芯片散热。因此，申请人在之前申请的专利中提出了一种螺旋翅片热管散热器，其蒸发端由一金属蒸发盒组成，冷凝管为邦迪管缠绕螺旋翅片的结构。在半导体电子制冷片工作时，该半导体电子制冷片的发热面抵接热管散热器的蒸发端，即蒸发盒，该蒸发盒从半导体电子制冷片吸收热量，并将吸收的热量传递给蒸发盒中的液体工质，该液体工质受热蒸发为气体工质，该气体工质通过蒸汽上升管进入管翅区域，在管翅区域通过传热管将热量传递给上面的螺旋翅片，该螺旋翅片将热量散发到空气中，在冷凝过程中气体工质逐渐冷凝成液体工质，该液体工质沿着管路流动再次回流到金属蒸发盒，完成一个蒸发-冷凝循环。因此，热管散热器所散出的热量取决于蒸发盒所得到的热量，所以蒸发盒在热管散热器中起到至关重要的作用，根据热量传递的传热学公式，在传热温差相同的情况下，传热热阻越小，传递热量越多，而现有的蒸发盒由于结构的问题使其传热热阻受到限制。
另一方面，在热管散热器中应用现有的蒸发盒时，蒸汽出气管从该蒸发盒侧面(即，蒸汽出口)接出并且具有一段水平方向的管道，由于管口靠近液面，这使得气体工质在进入出气管时将携带未蒸发的液滴，从而导致液体工质的有效利用率降低；此外，如果充液量过多甚至还会导致液体堵塞出气管，从而影响气体工质进入冷凝端，而如果减少充液量使蒸发盒的液面降低，这将导致蒸发盒的蒸发面不能完全浸没在液体中，使实际有效蒸发面积减小。此外，蒸汽在进入冷凝端时，气体工质向上的动力除了蒸汽压力之外，还具有一个向上的浮力，然而在流经水平方向的管道时，浮力方向与气体工质的流动方向垂直，因此气体工质在流经水平管道时，浮力并未对于蒸汽的上升起到相应的作用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本发明提出一种用于热管散热器的新的蒸发盒结构，根据本发明的第一方面的蒸发盒结构，该结构使蒸发盒的热阻更少以增加热管散热器蒸发端的受热量；根据本发明的第二方面的蒸发盒结构，该结构解决了蒸发盒出气管在充液量较多的情况下被液体工质堵塞和蒸汽携带液滴的问题，从而提高热管散热器的效率。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面提出一种用于热管散热器的蒸发盒，所述蒸发盒由蒸发盒上盖和蒸发盒主体组成；其中所述蒸发盒主体的外侧设置有安装座，所述蒸发盒上盖包括蒸汽出口、回流管口和工艺管口；其中所述蒸汽出口用于连接热管散热器的蒸汽上升管，所述回流管口用于连接热管散热器的回流管，所述工艺管口用于连接热管散热器的充液工艺管；其特征在于，所述蒸发盒主体的内部设置有钉翅，该钉翅在其外周表面具有多个凸起和多个凹陷，以在钉翅外周表面形成多个微型槽道结构。
根据本发明第一方面的蒸发盒在其主体内部具有能够在其外周表面形成多个微型槽道结构的钉翅，该钉翅能够增加蒸发盒与内部液体工质的接触面积以减小蒸发盒热阻，并且还增加了液体工质的沸腾汽化核，从而提高了热管散热器从制冷片表面的吸热负荷，以提高热管散热器的散热效率。
另外，根据本发明的新的蒸发盒还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个方面，所述蒸发盒上盖的内壁设置有所述钉翅，该钉翅在其外周表面具有多个凸起和多个凹陷，以在钉翅外周表面形成多个微型槽道结构。
根据本发明的一个方面，所述钉翅为花瓣形钉翅。
根据本发明的一个方面，所述蒸发盒主体的内部的钉翅之间优选地进一步设置有六边形钉翅和/或网状条形翅，以形成多个微型棱角结构。
根据本发明的一个方面，所述蒸发盒主体的内部的侧壁上更优选地进一步设置有锯齿形翅条的结构，以在侧壁上形成多个微型槽道结构。
根据本发明的第一方面的具有如上所述的六边形钉翅和/或网状条形翅，和/或锯齿形翅条结构的蒸发盒，由于上述附加结构，能够进一步增加蒸发盒与内部液体工质的接触面积以及液体工质的沸腾汽化核，从而最大限度的提高了热管散热器从制冷片表面的吸热负荷，以进一步提高热管散热器的散热效率。
根据本发明的第二方面，根据以上所述的蒸发盒可以进一步具有位于其上部的集气室，具体地，所述蒸发盒上盖的外壁上部设置有集气室主体，当所述蒸发盒上盖和所述蒸发盒主体装配形成所述蒸发盒时，所述蒸发盒主体的上部和所述蒸发盒上盖的集气室主体一起形成用于所述蒸发盒的集气室，其中所述蒸发盒主体的上部形成所述集气室的壁。
根据本发明第二方面所述的蒸发盒在其上部具有集气室，该集气室能够使得蒸发盒中的气体工质积聚在液体工质的液面上方，以减小液体携带，从而提高工质利用效率并提高热管散热器的散热性能。
根据本发明的一个方面，所述集气室基本上呈L形。
根据本发明的一个方面，所述蒸发盒上盖的蒸汽出口设置在所述蒸发盒的集气室的顶部。
根据本发明的第二方面的蒸发盒具有设置在其顶部的出气口，这能够允许较大的热管充液量，进而提高蒸发盒的有效蒸发面积，以提高热管散热器的散热效率。
根据本发明的一个方面，所述蒸发盒主体和所述蒸发盒上盖均是一体成型的。
根据本发明的一个方面，所述蒸发盒是铝质的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明做进一步说明，附图中：
附图1A是根据本发明第一方面的蒸发盒的蒸发盒主体的内部结构示意图；
附图1B是根据本发明第一方面的蒸发盒的蒸发盒主体的内部翅形的局部放大结构示意图；
附图1C是根据本发明第一方面的蒸发盒的蒸发盒主体的侧视结构示意图；
附图2A是根据本发明第二方面的蒸发盒的蒸发盒上盖的外壁结构示意图；
附图2B是根据本发明第二方面的蒸发盒的蒸发盒上盖的内壁结构示意图；
附图3是根据本发明第一方面和第二方面的蒸发盒的立体结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明的蒸发盒1；该蒸发盒1由蒸发盒主体10和蒸发盒上盖16组成。
如附图1A和1B所示，根据本发明第一方面的蒸发盒主体10内部采用了在其外周表面具有多个凸起和多个凹陷的钉翅结构，其中优选地采用了花瓣形钉翅，例如梅花形钉翅30；以及如附图1A和1C所示，在所述蒸发盒主体10的侧壁外侧设置有安装座12。当具有内部设置有梅花形钉翅30结构的蒸发盒的热管散热器工作时，所述安装座12将蒸发盒外部与半导体制冷片的螺丝固定使得所述蒸发盒外部与制冷片紧密接触，蒸发盒外部吸收来自半导体制冷片产生的热量，通过设置在所述蒸发盒主体10内部的梅花形钉翅30将热量传递给蒸发盒1内的液体工质，液体工质受热沸腾蒸发将大量的汽化潜热通过蒸汽带走，该蒸汽通过蒸汽出口15热管散热器的蒸汽上升管，蒸汽在热管散热器的管路中通过空气的冷凝作用逐渐冷凝成液体，液体沿着管路往下流动，最后经回流管流入蒸发盒，从而完成工质的蒸发-冷凝循环。根据本发明第一方面的蒸发盒内部优选采用了梅花形钉翅30，该梅花形钉翅30相较于现有技术中常规使用的圆柱形钉翅典型地具有两个优点：梅花形钉翅相比于圆柱形钉翅具有更大的表面积，这增加了蒸发盒与液体工质的传热面积，使得蒸发盒从半导体制冷片吸收的热量能够更迅速地向液体工质传递；以及梅花形钉翅相比于圆柱形钉翅能够在钉翅外周表面形成多个微型槽道结构(例如能够在钉翅外周表面的多个凸起和凹陷之间形成)，该微型槽道结构在工质沸腾时能够形成沸腾汽化核，液体工质将围绕沸腾汽化核剧烈汽化，产生大量蒸汽以带走汽化潜热，其中沸腾汽化核越多沸腾越剧烈，蒸汽带走的汽化潜热就越多。因此，根据本发明第一方面的蒸发盒内部采用的梅花形钉翅30增加了传热面积和沸腾汽化核以减小蒸发盒与其内的液体工质的传热热阻，使得来自于半导体制冷片的热量能够更多的传向蒸发盒中的液体工质，从而保证了后续冷凝端散热的热量来源，提高了整个热管散热器的散热效率。
如附图1A和1B进一步所示，优选地，在蒸发盒主体10的内部的钉翅之间能够附加地设置有网状条形翅31；可替换地或此外，在蒸发盒主体10的内部的侧壁上能够进一步附加地设置有锯齿形翅条32的结构。当具有内部设置有上述更优选结构的蒸发盒的热管散热器工作时，所述安装座12将蒸发盒外部与半导体制冷片的螺丝固定使得所述蒸发盒外部与制冷片紧密接触，蒸发盒外部吸收来自半导体制冷片产生的热量，通过设置在所述蒸发盒主体10内部的钉翅(例如梅花形钉翅30)、设置在钉翅之间的网状条形翅31、设置在所述蒸发盒主体10的侧壁上的锯齿形翅条32将热量传递给蒸发盒1内的液体工质，液体工质受热沸腾蒸发将大量的汽化潜热通过蒸汽带走，该蒸汽通过蒸汽出口15进入热管散热器的蒸汽上升管，蒸汽在热管散热器的管路中通过空气的冷凝作用逐渐冷凝成液体，液体沿着管路往下流动，最后经回流管流入蒸发盒，从而完成工质的蒸发-冷凝循环。根据本发明第一方面的蒸发盒内部进一步采用了优选地设置在钉翅之间的网状条形翅31、更优选地设置在所述蒸发盒主体10的侧壁上的锯齿形翅条32，该钉翅(例如梅花形钉翅30)、网状条形翅31、锯齿形翅条32的结构能够特别有利于进一步增加蒸发盒与其内液体工质的传热面积，根据申请人的实验证明，特别有利地，该结构能够使得蒸发盒与其内液体工质的接触面积比现有蒸发盒的接触面积增加了90％；以及除了梅花形钉翅30之外，所述锯齿形翅条32同样能够在其相邻的锯齿形状之间形成多个微型槽道结构，而网状条形翅31能够进一步优选形成多个微型棱角结构，上述更优选的结构不仅提供了更多的微型槽道结构，还进一步提供了附加的微型棱角结构，从而在工质沸腾时能够形成更多的沸腾汽化核，液体工质将围绕沸腾汽化核剧烈汽化，产生更大量蒸汽以带走更多的汽化潜热。因此，根据本发明第一方面的蒸发盒内部采用的更优选的结构有利地进一步增加了传热面积和沸腾汽化核以最大程度地减小蒸发盒与其内的液体工质的传热热阻，使得来自于半导体制冷片的热量能够更多的传向蒸发盒中的液体工质，从而保证了后续冷凝端散热的热量来源，进一步提高了整个热管散热器的散热效率。
如附图2A所示，根据本发明第二方面的蒸发盒上盖16包括蒸汽出口15、回流管口17和工艺管口18以及集气室主体14；其中所述回流管口17设置在所述蒸发盒上盖16下部的一侧，其用于与热管散热器的回流管连接，所述工艺管口18设置在所述蒸发盒上盖16下部的另一侧，其用于与热管散热器的工艺管连接，所述工艺管是在制作热管散热器的充液工序时，用于与充液设备相连接的管道，通常为了保证蒸发盒充液的精度，工艺管优选采用较细的管道；其中所述集气室主体14设置在所述蒸发盒上盖16的外壁上部，所述集气室主体14优选呈L形，所述蒸汽出口15在所述蒸发盒上盖16具有集气室主体14时设置在所述蒸发盒上盖16的顶部。当所述蒸发盒主体10与所述蒸发盒上盖16装配在一起形成蒸发盒1时，所述蒸发盒主体10的顶部形成集气室壁13(其形成集气室19的蒸汽进口的侧壁)从而与所述集气室主体14一起形成根据本发明的集气室19。当具有上部设置有集气室19的蒸发盒的热管散热器工作时，所述安装座12将蒸发盒外部与半导体制冷片的螺丝固定使得所述蒸发盒外部与制冷片紧密接触，蒸发盒外部吸收来自半导体制冷片产生的热量，所述蒸发盒内部的液体工质受热发生沸腾汽化而产生蒸汽，蒸汽在浮力的作用下会流向蒸发盒1上部的集气室19，并从优选设置在集气室19顶部的蒸汽出口15进入热管散热器的蒸汽上升管，蒸汽在热管散热器管路中通过空气的冷凝作用，逐渐变成液体，液体沿着管路往下流动，最后经回流管流入蒸发盒1，完成工质的蒸发-冷凝循环。根据本发明第二方面的蒸发盒在其上部设置有集气室19，该集气室19能够将蒸发盒的气体工质积聚在蒸发盒的上方，从而有利于获得高纯度的气体工质以减小液滴携带的问题，从而有效地提高了工质的利用效率，并提高了热管散热器的散热性能；优选地，蒸汽出口15设置在所述集气室19的顶部，这能够允许蒸发盒1中较多的充液量，来确保蒸发盒能够完全浸没在液体工质下，以提高蒸发盒1的有效蒸发面积，使得蒸发盒1能够带走更多的热量，同时解决了液体工质堵塞出气管的问题；由于蒸汽出口15设置在所述集气室19的顶部，因此蒸汽在进入蒸汽出口15之前首先进入垂直通道，从而压力和浮力能够共同作用于蒸汽使其能够加速进入冷凝端，以提高热管散热器的散热效率。优选地，如附图2B所示，所述蒸发盒上盖16的内壁可以进一步设置有附加的梅花形钉翅30，以进一步增加传热面积和沸腾汽化核以减小蒸发盒与其内的液体工质的传热热阻，使得来自于半导体制冷片的热量能够更多的传向蒸发盒中的液体工质，从而提高了整个热管散热器的散热效率。
更优选地，附图3示出了根据本发明第一方面和第二方面的蒸发盒1，该蒸发盒1由根据本发明的蒸发盒主体10和根据本发明的蒸发盒上盖16优选通过焊接形成。当具有根据本发明第一方面和第二方面的蒸发盒的热管散热器工作时，所述安装座12将蒸发盒外部与半导体制冷片的螺丝固定使得所述蒸发盒外部与制冷片紧密接触，蒸发盒外部吸收来自半导体制冷片产生的热量，通过设置在所述蒸发盒主体10内部的钉翅(例如梅花形钉翅30)、设置在钉翅之间的网状条形翅31、设置在所述蒸发盒主体10的侧壁上的锯齿形翅条32将热量传递给蒸发盒1内的液体工质，液体工质受热沸腾蒸发将大量的汽化潜热通过蒸汽带走，该蒸汽在浮力的作用下会流向蒸发盒1上部的集气室19，并从优选设置在集气室19顶部的蒸汽出口15进入热管散热器的蒸汽上升管，蒸汽在热管散热器管路中通过空气的冷凝作用，逐渐变成液体，液体沿着管路往下流动，最后经回流管流入蒸发盒1，完成工质的蒸发-冷凝循环。根据本发明第一方面和第二方面的蒸发盒1更优选地采用了上述钉翅结构(例如梅花形钉翅30)、网状条形翅31、锯齿形翅条32以及集气室19结构，从而能够最大程度的提高整个热管散热器的散热效率。
虽然优选地通过以上附图中示出的花瓣形钉翅，例如梅花形钉翅(其中示出了五个花瓣形状)，对于根据本发明的蒸发盒1进行了详细描述，但是该花瓣形钉翅也可以可替换地采用其他花形钉翅结构或者具有三个、四个或五个以上花瓣形状的结构；可替换地，除了以上优选的花瓣形结构，根据本发明的钉翅还可以采用其他能够在其外圆周表面形成多个凸起和多个凹陷的结构，例如星形钉翅、波浪形钉翅、锯齿形钉翅或者以上的组合等。此外，附图1A中示例性地示出了蒸发盒1内部采用了25个钉翅，但是其不能理解为对本发明的限制，根据本发明的蒸发盒1在其内部还可以可替换地采用其他任意数量的钉翅，例如30个、32个、35个、36个以及更多数量的钉翅，也可以采用15个或20个等更少数量的钉翅。
可替换地或此外，附图2B中示出了所述蒸发盒上盖16的内壁上也可以优选地采用根据本发明的在其外周表面上具有多个凸起和多个凹陷的钉翅，除了优选描述的花瓣形钉翅(例如梅花形钉翅)，该钉翅同样可以可替换地采用上述任何一种能够在其外圆周表面形成多个凸起和多个凹陷的钉翅结构，例如星形钉翅、波浪形钉翅、锯齿形钉翅或者以上的组合等。可替换地或此外，所述蒸发盒上盖16的内壁上所采用的钉翅结构可以与所述蒸发盒主体10内部的钉翅结构或钉翅结构组合相同，也可以不同于所述蒸发盒主体10内部的钉翅结构或钉翅结构组合。此外，附图2B中示例性地示出了所述蒸发盒上盖16的内壁上采用了10个钉翅，但是其不能理解为对本发明的限制，根据本发明的蒸发盒上盖16在其内壁上还可以可替换地采用其他任意数量的钉翅；此外或可替换地，还可以在所述蒸发盒上盖16的内壁上采用网状条形翅31的结构。
可替换地或此外，附图1A和1B示出了附加地设置在根据本发明的钉翅结构之间的网状条形翅31；而根据本发明的一个变型例(未示出)可以可替换地在根据本发明的钉翅结构之间布置有六边形钉翅；此外，除了分别单独布置有六边形钉翅或网状条形翅31，根据本发明的另一个变型例(未示出)，六边形钉翅可以与网状条形翅31一起布置在所述钉翅结构之间，例如六边形钉翅和网状条形翅31交替布置。可替换地或此外，附图1A和1B还示出了在蒸发盒主体10的内部的侧壁上能够进一步附加地设置有锯齿形翅条32的结构；其中所述锯齿形翅条32可以独立于所述六边形钉翅和/或网状条形翅31布置，也可以与所述六边形钉翅和/或网状条形翅31相结合布置在所述蒸发盒主体10的内部。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于热管散热器的蒸发盒，所述蒸发盒由蒸发盒上盖和蒸发盒主体组成；其中所述蒸发盒主体的外侧设置有安装座，所述蒸发盒上盖包括蒸汽出口、回流管口和工艺管口；其中所述蒸汽出口用于连接热管散热器的蒸汽上升管，所述回流管口用于连接热管散热器的回流管，所述工艺管口用于连接热管散热器的充液工艺管；其特征在于，所述蒸发盒主体的内部设置有钉翅，该钉翅在其外周表面具有多个凸起和多个凹陷，以在钉翅外周表面形成多个微型槽道结构。
2.根据权利要求1所述的蒸发盒，其特征在于，所述蒸发盒上盖的内壁设置有所述钉翅，该钉翅在其外周表面具有多个凸起和多个凹陷，以在钉翅外周表面形成多个微型槽道结构。
3.根据权利要求1或2所述的蒸发盒，其特征在于，所述钉翅为花瓣形钉翅。
4.根据权利要求1或2所述的蒸发盒，其特征在于，所述蒸发盒主体的内部的钉翅之间进一步设置有六边形钉翅和/或网状条形翅，以形成多个微型棱角结构。
5.根据权利要求1或2所述的蒸发盒，其特征在于，所述蒸发盒主体的内部的侧壁上进一步设置有锯齿形翅条，以在侧壁上形成多个微型槽道结构。
6.根据权利要求1或2所述的蒸发盒，其特征在于，所述蒸发盒上盖的外壁上部设置有集气室主体，当所述蒸发盒上盖和所述蒸发盒主体装配形成所述蒸发盒时，所述蒸发盒主体的上部和所述蒸发盒上盖的集气室主体一起形成用于所述蒸发盒的集气室，其中所述蒸发盒主体的上部形成所述集气室的壁。
7.根据权利要求5所述的蒸发盒，其特征在于，所述集气室基本上呈L形。
8.根据权利要求5所述的蒸发盒，其特征在于，所述蒸发盒上盖的蒸汽出口设置在所述蒸发盒的集气室的顶部。
9.根据权利要求1所述的蒸发盒，其特征在于，所述蒸发盒主体和所述蒸发盒上盖均是一体成型的。
10.根据权利要求1所述的蒸发盒，其特征在于，所述蒸发盒是铝质的。
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