CN111912271A - 一种蒸发器及环路热管 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种蒸发器，包括：底板(1)、设置于所述底板(1)上的毛细芯(3)、盖合于所述底板(1)上的盖板(2)，所述毛细芯(3)内包括第一蒸汽腔(4)，所述毛细芯(3)上开设有通孔(5)，所述第一蒸汽腔(4)通过所述通孔(5)与盖板(2)上的蒸汽管路接口(6)相连通。本申请提供的蒸发器蒸汽的流道结构简单，蒸汽腔内形成的蒸汽在向蒸汽管路接口的流动过程中流速较快，蒸汽被加热的时间短，从而降低了蒸汽的过热度，降低了蒸发器的整体热阻，提高了整个环路热管的散热效率。
Description
技术领域
本申请涉及散热技术领域，特别涉及一种蒸发器及环路热管。
背景技术
环路热管(loop heat pipe,LHP)是一种依靠毛细力驱动工质循环，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。与传统热管相比，具有传热能力强、传输距离远、抗重力能力强等优点，是解决应用于路由器、服务器等设备中的250瓦(watt,W)以上高功耗芯片散热的潜在解决方案。
相关技术中，蒸发器通常包括盖板、毛细芯和底板三个部分，毛细芯设置于底板上，盖板盖合于底板上。通过毛细芯将盖板和底板限定的密闭空间分隔成液体补偿腔和蒸汽腔，该液体补偿腔和与设置在盖板上的液体管路接口相连通，该蒸汽腔与设置于盖板上的蒸汽管路接口相连通。
设计人发现相关技术至少存在以下问题：由于蒸汽腔内流道结构复杂，蒸汽腔内形成的蒸汽在向蒸汽管路接口的流动过程中流速较小，导致蒸汽受底板加热效应显著，蒸汽过热度高，蒸发器的整体热阻上升，降低了整个环路热管的散热效率。
发明内容
本申请提供一种蒸发器及环路热管，能够提升蒸发器的整体换热性能。
第一方面，提供了一种蒸发器，包括：底板、设置于所述底板上的毛细芯、盖合于底板上的盖板，该毛细芯内包括第一蒸汽腔，该毛细芯上开设有通孔，第一蒸汽腔通过该通孔与盖板上的蒸汽管路接口相连通。
本申请提供的蒸发器蒸汽的流道结构更加简单，蒸汽腔内形成的蒸汽在向蒸汽管路接口的流动过程中流速较快，蒸汽被加热的时间短，从而降低了蒸汽的过热度，降低了蒸发器的整体热阻，提高了整个环路热管的散热效率。
在一种可能的设计中，盖板与所述毛细芯的侧壁之间形成有第二蒸汽腔，通孔通过第二蒸汽腔与蒸汽管路接口相连通。
可选地，可以通过盖板、毛细芯的侧壁以及底板共同限定出该第二蒸汽腔，第一蒸汽腔内的蒸汽可以通过通孔引导入第二蒸汽腔内，并且通过第二蒸汽腔引导入蒸汽管路接口中。本申请通过设置第二蒸汽腔，能够更好的对蒸汽进行引导，对蒸汽的流通起到缓冲、稳压、稳流的作用，有利于将蒸汽更加平稳顺畅的引导入蒸汽管路接口中，减少蒸汽被加热的时间，降低蒸汽的过热度，从而进一步降低了蒸发器的整体热阻，提高了整个环路热管的散热效率。
在一种可能的设计中，所述第二蒸汽腔环设于所述毛细芯的外侧。
在一种可能的设计中，所述通孔包括一个或多个，并且分布于所述毛细芯的侧壁上，至少一个通孔靠近蒸气管路接口设置。
在一种可能的设计中，底板呈平板状。平板状的底板能够整面与毛细芯接触，进而均匀的将热量传输至毛细芯，能够减少热量的积聚，从而能够避免在毛细芯内产生“气液界面回退”的问题，能够降低蒸发器的整体热阻。此外，将底板设置成平板状，也有利于底板和毛细芯的整个面的紧密贴合，能够避免二者因为接触不良而产生接触热阻的问题。
在一种可能的设计中，毛细芯固定于底板之上，并且形成一体结构。例如，毛细芯可以采用烧结或者其他工艺方式与底板的内侧结合形成一个整体，从而能够避免二者之间产生间隙，继而避免二者之间产生接触热阻。
在一种可能的设计中，毛细芯与盖板之间设置有中空的刚性密封件，毛细芯通过所述刚性密封件与盖板密封连接。中空的刚性密封件的设置，一方面是为了提高蒸汽腔和液体补偿腔的密封性能，另一方面也能够提高毛细芯的整体刚度。刚性密封件可以由金属材料制成，并且可以通过烧结等工艺方式实现与毛细芯的固定连接。
在一种可能的设计中，盖板的内壁上和/或所述刚性密封件上开设有凹槽，凹槽用于放置焊料，以实现对刚性密封件与盖板的内壁的密封连接。
例如，可以在该凹槽内放置钎料，通过钎焊实现对刚性密封件与盖板的密封连接。相对于机械压紧、O型圈密封等传统的密封方式，本申请提供的蒸发器的蒸汽腔和液体补偿腔之间的隔绝效果更好，蒸汽腔内的蒸汽不会经过盖板和毛细芯的接触面进入到液体补偿腔中，能够实现环路热管的极限传热能力的显著提升。
在一种可能的设计中，刚性密封件包括打孔板或者条环。
在一种可能的设计中，第一蒸汽腔内设置有支撑结构。该支撑结构设置于第一蒸汽腔内，用于支撑毛细芯的上壁，能够有效提高整个毛细芯的强度。
在一种可能的设计中，支撑结构为金属柱。
第二方面，提供了一种环路热管，该环路热管包括第一方面所涉及的任意一种蒸发器。
在一种可能的设计中，该环路热管还包括冷凝器、蒸汽管线、液体管线，蒸发器的出口通过蒸汽管线与冷凝器的入口相连通，冷凝器的出口通过液体管线与蒸发器的入口相连通，从而构成封闭的环路。
在一种可能的设计中，该蒸发器包括一个或者多个。
在一种可能的设计中，该冷凝器包括一个或者多个。
附图说明
图1是本申请提供的蒸发器的一例的主视图。
图2是沿图1中AA截面的剖面图。
图3是本申请提供的毛细芯的一例的结构示意图。
图4是本申请提供的蒸发器的另一例的主视图。
图5是沿图4中AA截面的剖面图。
图6是本申请提供的环路热管的一例的系统图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于安装的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，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个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本申请实施例提供一种蒸发器，图1是本申请实施例提供的蒸发器的主视图，图2是沿图1中AA截面的剖面图，图3是本申请实施例提供的毛细芯的结构示意图，如图1、图2所示，本实施例提供的蒸发器包括：底板1、盖板2、毛细芯3，其中，盖板2盖合于底板1上，与底板1配合形成蒸发器的内部空间，毛细芯3设置于该内部空间内，并且固定设置于底板1上。
如图3所示，毛细芯3包括上壁31、侧壁32和底壁33，上壁31通过侧壁32与底壁33相连。毛细芯3内包括第一蒸汽腔4，具体地，该第一蒸汽腔4可以由上壁31、侧壁32和底壁33限定出，毛细芯3的侧壁32上开设有通孔5。
毛细芯3的上壁31和盖板2之间形成有液体补偿腔9，液体补偿腔9与设置于盖板2上的液体管路接口12相连通，毛细芯3内的第一蒸汽腔4通过通孔5与盖板2上的蒸汽管路接口6相连通。
应用时，底板1的外壁可以与热源(例如芯片)直接接触，热源的热量通过底板1传导至蒸发器内部。来自于液体管路接口12的液态的传热介质首先进入液体补偿腔9内，之后进入毛细芯3内，在毛细芯3的毛细作用下，传热介质被向下引导，并且受热相变形成蒸汽，蒸汽汇聚于第一蒸汽腔4内，并且通过通孔5将蒸汽引导入蒸汽管路接口6中，最终由蒸汽管路接口6将蒸汽输出。
本实施例提供的蒸发器，第一蒸汽腔4设置于毛细芯3的内部，并且通过在毛细芯3上开设的通孔5将蒸汽引导入蒸汽管路接口6中，相对于传统的由多个槽道组成的蒸汽腔，本实施例提供的蒸发器蒸汽的流道结构更加简单，蒸汽腔内形成的蒸汽在向蒸汽管路接口的流动过程中流速较快，蒸汽被加热的时间短，从而降低了蒸汽的过热度，降低了蒸发器的整体热阻，提高了整个环路热管的散热效率。
此外，本实施例提供的蒸发器，液态的传热介质通过毛细芯3的侧壁32引导至毛细芯3的底壁33上，而无需在毛细芯3的上壁31和底壁33之间(即第一蒸汽腔内)额外设置导流柱等引流结构，从而进一步简化了蒸汽的流道结构，增加了蒸汽的流速，进一步降低了蒸发器的整体热阻，提高了整个环路热管的散热效率。
在本实施例中，底板1和盖板2可以通过多种方式实现密封封装，例如粘合、螺丝固定、铆接、焊接等，本申请对此并不限定。
可选地，为了提高传热效率，底板1可以采用高导热材料制成，例如纯铜等，方便热量迅速传导至毛细芯3上。而为了减少向液体补偿腔9的漏热，盖板2可以采用低导热材料制成，例如不锈钢等。
毛细芯3可以为采用烧结或者其他工艺制作完成，烧结材料可以包括铜粉、镍粉或不锈钢粉等。毛细芯3的总厚度和内部的第一蒸汽腔4的高度可以根据蒸发器的总厚度确定。例如，可以取毛细芯3的总厚度为6-8毫米，第一蒸汽腔4的高度为2-4毫米。毛细芯3可以由多个部分拼接而成。
毛细芯3可以通过模具制作实现内部中空，从而形成内部的第一蒸汽腔，在毛细芯3的侧壁32上可以开设一定数量的通孔5，通孔5的大小可以根据第一蒸汽腔4的高度给定。
在其他实施例中，第一蒸汽腔4也可以由毛细芯3内的多个腔室共同组成，该多个腔室可以分别通过通孔5与蒸汽管路接口6相连通，也可以彼此之间连通后在通过通孔5与蒸汽管路接口6相连通，本申请对此并不限定。
在本实施例中，底板1可以为平板状，平板状的底板1能整面与毛细芯接触，能够均匀的将热量传输至毛细芯3，能够降低传统带齿底板结构通过齿向毛细芯的传热热流，减少毛细芯热量的积聚，从而能够避免在毛细芯3内产生“气液界面回退”的问题，能够降低蒸发器的整体热阻。此外，将底板1设置成平板状，也有利于底板1和毛细芯3的整个面的紧密贴合，能够避免二者因为接触不良而产生接触热阻的问题。
作为一种实现方式，毛细芯3可以固定于底板1上并且使二者形成一体结构。例如，毛细芯3可以采用烧结或者其他工艺方式与底板1的内侧结合形成一个整体，从而能够避免二者之间产生间隙，继而避免二者之间产生接触热阻。
如图1和图2所示，进一步地，在本实施例中，盖板2与所述毛细芯3的侧壁32之间形成有第二蒸汽腔7，通孔5通过第二蒸汽腔7与蒸汽管路接口6相连通。
具体地，可以通过盖板2、毛细芯的侧壁32以及底板1共同限定出所述第二蒸汽腔7，第一蒸汽腔4内的蒸汽可以通过通孔5引导入第二蒸汽腔7内，并且通过第二蒸汽腔7引导入蒸汽管路接口6中。本实施例通过设置第二蒸汽腔7，能够更好的对蒸汽进行引导，对蒸汽的流通起到缓冲、稳压、稳流的作用，有利于将蒸汽更加平稳顺畅的引导入蒸汽管路接口6中，减少蒸汽被加热的时间，降低蒸汽的过热度，从而进一步降低了蒸发器的整体热阻，提高了整个环路热管的散热效率。
进一步地，第二蒸汽腔7可以环设于毛细芯3的外侧。如图3所示，本实施例提供的蒸发器的形状为圆形，并且毛细芯3的形状也相应的设置成圆形，毛细芯3以及底板1的中心相重合，并且毛细芯3的直径小于底板1的直径，底板1上未被所述毛细芯3贴合的圆环区域构成了第二蒸汽腔7的底面，因此第二蒸汽腔7环设于毛细芯3的外部，通过通孔5可以更加平稳的将蒸汽导入第二蒸汽腔7内。
在其他实施例中，蒸发器的形状还可以为矩形、梯形、椭圆形等其他形状，本申请对此并不限定，毛细芯3的形状也可以相应的设置成矩形、梯形、椭圆形等其他形状。此外，蒸发器的形状和毛细芯3的形状也可以不相同，例如，在蒸发器设置为圆形的基础上，毛细芯3可以设置为矩形、梯形等其他形状，可以通过以上任意一种设置方式使底板1的面积大于毛细芯3的面积，并且形成第二蒸汽腔7，本申请对此并不限定。
进一步地，通孔5可以设置为一个或者多个，并且可以按照一定的排布方式布置于所述毛细芯3的侧壁32上。例如，其中至少一个通孔5可以靠近蒸汽管路出口6设置，从而有利于蒸汽的快速流出。
通孔5可以设置为多个，通过不同部位的通孔5向第二蒸汽腔7输送蒸汽，可以使第二蒸汽腔7内不同部位之间产生一定梯度的压力差，有利于加快第二蒸汽腔7内的蒸汽的流动速度，并且顺畅的将蒸汽导入蒸汽管路接口6中。通过以上设置，能够减少第二蒸汽腔7内的蒸汽被加热的时间，有利于降低蒸汽的过热度，提高整个蒸发器的换热效率。
在其他实施例中，多个通孔5可以均匀分布于毛细芯3的侧壁32上。
在其他实施例中，也可以通过其他方式设置第二蒸汽腔7，例如，第二蒸汽腔7不环设于毛细芯3的外侧，盖板2仅与毛细芯3的一部分侧壁32之间形成有第二蒸汽腔7，本申请对此并不限定。
此外，在其他实施例中，还可以通过改变盖板2、毛细芯3的形状以及改变毛细芯3的安装方式等来重新限定出第二蒸汽腔7，本申请对此不做限定，对于上述各种可能的变形方式，都应当被囊括在本申请的保护范围内。
如图1所示，在本实施例中，毛细芯3的上壁31与盖板2之间设置有中空的刚性密封件10，毛细芯3通过刚性密封件10与盖板2密封连接。
刚性密封件10的设置，一方面是为了提高蒸汽腔和液体补偿腔9的密封性能，另一方面也能够提高毛细芯3的整体刚度。刚性密封件10可以由金属材料制成，并且可以通过烧结等工艺方式实现与毛细芯3的固定连接。此外，将刚性密封件10设置为中空状，并不会隔绝液体补偿腔9内的液态的传热介质向毛细芯3的引导。
为了保证蒸汽腔和液体补偿腔9的密封隔绝，可以在盖板2正对刚性密封件10的内壁上开设凹槽11，并且在凹槽11内放置焊料，通过焊接实现对刚性密封件10与盖板2的密封连接，从而将蒸汽腔和液体补偿腔9相互隔绝。例如，可以在该凹槽11内放置钎料，通过钎焊实现对刚性密封件10与盖板2的密封连接。相对于机械压紧、O型圈密封等传统的密封方式，本实施例提供的蒸发器的蒸汽腔和液体补偿腔9之间的隔绝效果更好，蒸汽腔内的蒸汽不会经过盖板2和毛细芯3的接触面进入到补偿腔中，能够实现环路热管的极限传热能力的显著提升。
在其他实施例中，也可以在刚性密封件10的外表面(即正对盖板2的一面)开设放置焊料的凹槽11，本申请对此并不限定。
在本实施例中，刚性密封件10为打孔板结构，该打孔板结构可以通过烧结等工艺方式与毛细芯3结合形成一个整体。打孔板结构上开设有多个过流孔，打孔板结构的开孔率可以较大，从而可以保证液体补偿腔9内的液态的传热介质可以顺利到达毛细芯3的内部。
图4是本申请另一实施例提供的蒸发器的主视图，图5是沿图4中AA截面的剖面图，如图4、图5所示，本实施例提供的蒸发器还包括支撑结构8，该支撑结构8设置于第一蒸汽腔4内，用于支撑毛细芯3的上壁31，能够有效提高整个毛细芯3的强度。
如图4和图5所示，在本实施例中，支撑结构8为支撑柱，该支撑柱的数量为一个，并且设置于毛细芯3的中心处。该支撑柱可以为金属柱(例如钢柱、铜柱等)，也可以为非金属(例如陶瓷、塑料等)柱，本申请对此并不限定。该支撑柱的高度和第一蒸汽腔4的高度相适配，例如，支撑柱的高度可以与第一蒸汽腔4的高度相同，即此时支撑柱上下两端分别抵接于第一蒸汽腔4的上下壁面。此外，支撑柱的高度也可以小于第一蒸汽腔4的高度，例如支撑柱的一端固定于第一蒸汽腔4的一个壁面上，另一端和第一蒸汽腔4的另一个壁面留有一定的间隙，此时可以允许毛细芯3的上壁31具有一定的形变量。
在其他实施例中，根据毛细芯3面积的大小，支撑结构8还可以设置多个，并且支撑结构8还可以设置为其他形状，例如三角支架等形状，本申请对此并不限定。此外，本申请的支撑结构8仅仅为了起到支撑并且提高毛细芯3的强度的作用，并不需要设置太多，因此支撑结构8的设置并不会对第一蒸汽腔4内蒸汽的流速造成影响。
如图4所示，在本实施例中，刚性密封件10为条环，条环可以通过烧结等工艺方式与毛细芯3结合形成一个整体。条环的外形尺寸与毛细芯3保持一致，条环的宽度可以小于、等于或者大于毛细芯3与盖体2的接触面的宽度。类似的，凹槽111可以开设于盖体2的内壁上，也可以在条环正对盖体2的一面上开设凹槽11，本申请对此并不限定。
本申请实施例还提供了一种环路热管，该环路热管包括上文描述的任意一种可能的实现方式中的蒸发器。该环路热管可以应用于中央处理器(central processing unit,CPU)等各种高热流芯片散热的场景中。
图6是本申请实施例提供的环路热管的系统图。如图6所示，本实施例提供的一种环路热管包括蒸发器100和冷凝器200，其中，蒸发器100为上文描述的任意一种可能的实现方式中的蒸发器，具有较低的整体热阻以及较高的传热效率，蒸发器100的出口通过蒸汽管线110与冷凝器200的入口相连通，冷凝器200的出口通过液体管线210与蒸发器100的入口相连通，从而构成封闭环路。
应用时，蒸发器100放置于热源上，进入其内的液态的传热介质吸热蒸发成蒸汽，蒸汽经蒸汽管线110进入冷凝器200并冷凝成液态的传热介质，该液态的传热介质经过液体管线210再次返回至蒸发器100内，完成一个循环。
示例地，该蒸发器100可以设置有一个或者多个。当蒸发器100设置成为多个时，它们并联设置，以使来自液体管线210的液态的传热介质均匀地分流至多个蒸发器100内，在蒸发器100内蒸发成蒸汽后，使蒸汽汇集后进入冷凝器200进行冷凝，如此可显著提高散热效率。
示例地，该冷凝器200设置有一个或者多个。当该冷凝器200设置为多个时，它们分别与蒸发器100并联设置，以使来自蒸发器100的蒸汽均匀分流至不同冷凝器200中进行冷凝，并且由多个冷凝器200冷凝得到的液态的传热介质汇集至蒸发器100内进行蒸发，如此可显著提高冷凝效率。
除非另有说明，本申请实施例所使用的所有技术和科学术语与本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请的范围。应理解，上述为举例说明，上文的例子仅仅是为了帮助本领域技术人员理解本申请实施例，而非要将申请实施例限制于所示例的具体数值或具体场景。
Claims (15)
1.一种蒸发器，其特征在于，包括：底板(1)、设置于所述底板(1)上的毛细芯(3)、盖合于所述底板(1)上的盖板(2)，所述毛细芯(3)内包括第一蒸汽腔(4)，所述毛细芯(3)上开设有通孔(5)，所述第一蒸汽腔(4)通过所述通孔(5)与盖板(2)上的蒸汽管路接口(6)相连通。
2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述盖板(2)与所述毛细芯(3)的侧壁之间形成有第二蒸汽腔(7)，所述通孔(5)通过所述第二蒸汽腔(7)与所述蒸汽管路接口(6)相连通。
3.根据权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述第二蒸汽腔(7)环设于所述毛细芯(3)的外侧。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述通孔(5)包括一个或多个，并且分布于所述毛细芯(3)的侧壁上，至少一个所述通孔(5)靠近蒸气管路接口(6)设置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述底板(1)呈平板状。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述毛细芯(3)固定于所述底板(1)之上，并且形成一体结构。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述毛细芯(3)与盖板(2)之间设置有中空的刚性密封件(10)，所述毛细芯(3)通过所述刚性密封件(10)与盖板(2)密封连接。
8.根据权利要求7所述的蒸发器，其特征在于，所述盖板(2)的内壁上和/或所述刚性密封件(10)上开设有凹槽(11)，所述凹槽(11)用于放置焊料，以实现对所述刚性密封件(10)与盖板(2)的内壁的密封连接。
9.根据权利要求7所述的蒸发器，其特征在于，所述刚性密封件(10)包括打孔板或者条环。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的蒸发器，其特征在于，所述第一蒸汽腔(4)内设置有支撑结构(8)。
11.根据权利要求10所述的蒸发器，其特征在于，所述支撑结构(8)为金属柱。
12.一种环路热管，其特征在于，所述环路热管包括如权利要求1-11中任一项所述的蒸发器(100)。
13.根据权利要求12所述的环路热管，其特征在于，所述环路热管还包括冷凝器(200)、蒸汽管线(110)、液体管线(210)，所述蒸发器(100)的出口通过所述蒸汽管线(110)与所述冷凝器(200)的入口相连通，所述冷凝器(200)的出口通过所述液体管线(210)与所述蒸发器(100)的入口相连通，从而构成封闭的环路。
14.根据权利要求13所述的环路热管，其特征在于，所述蒸发器(100)包括一个或者多个。
15.根据权利要求13所述的环路热管，其特征在于，所述冷凝器(200)包括一个或者多个。
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2019
- 2019-05-08 CN CN201910380925.6A patent/CN111912271A/zh active Pending
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