CN114370780A - 环路热管及冷却系统 - Google Patents

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李雪强
刘圣春
王雅博
张钟垚
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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Abstract

本发明提供一种环路热管及冷却系统，涉及换热设备技术领域，环路热管包括蒸发器、冷凝器和吸液芯；所述蒸发器包括蒸气出口和液体入口；所述冷凝器包括蒸气入口和液体出口；所述蒸气出口与所述蒸气入口通过气体管路连通；所述液体出口与所述液体入口通过液体管路连通；所述吸液芯设置在所述液体管路内，所述吸液芯的外壁与所述液体管路的内壁贴合设置。将吸液芯安装在进入蒸发器前的液体管路中，可以简化蒸发器结构，使蒸发器体积缩小，并且吸液芯设置在液体管路中，能够利用液体管路内的空间设置吸液芯，不会额外占用空间，能够使整个环路热管的安装空间更小，有利于环路热管的微型化。

Description

环路热管及冷却系统
技术领域
本发明涉及换热设备技术领域，尤其是涉及一种环路热管及冷却系统。
背景技术
环路热管最早由俄罗斯科学家Gerasimov和Maydani在1972年的乌拉尔工业研究所首次提出并测试成功。世界上第一个环路热管长度为1.2米，冷却能力可达到1KW，采用水作为循环工质。环路热管是由蒸发器、冷凝器、补偿腔、气体管路和液体管路组成的闭合回路。
环路热管的特殊之处在于蒸发器和冷凝器相对分离，气体工质和液体回流工质在各自管道内运行，避免了携带现象的发生，因此其结构可相对灵活的布置。它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
现有技术中的环路热管，吸液芯设置在蒸发器的加热面上，蒸发器体积较大，导致环路热管需要的安装空间较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环路热管，以解决现有技术中的环路热管需要的安装空间较大的技术问题。
本发明提供的环路热管，包括蒸发器、冷凝器和吸液芯；
所述蒸发器包括蒸气出口和液体入口；所述冷凝器包括蒸气入口和液体出口；所述蒸气出口与所述蒸气入口通过气体管路连通；所述液体出口与所述液体入口通过液体管路连通；
所述吸液芯设置在所述液体管路内，所述吸液芯的外壁与所述液体管路的内壁贴合设置。
进一步地，所述蒸发器还包括壳体；
所述蒸气出口和所述液体入口分别与所述壳体贯穿设置；
所述壳体内部形成蒸发腔，所述蒸发腔的底面为加热面，所述加热面上设有肋结构。
进一步地，所述肋结构为多个，多个所述肋结构间隔设置。
进一步地，所述冷凝器设置在所述蒸发器上方。
进一步地，所述液体入口设置在所述蒸发器的顶面上。
进一步地，所述液体出口设置在所述冷凝器的侧壁上；
所述液体管路包括第一管体和第二管体，所述第一管体与所述第二管体连通，且所述第一管体的轴线与所述第二管体的轴线垂直；
所述第一管体的一端与所述液体出口连通，所述第二管体的一端与所述液体入口连通，所述第二管体的轴线与所述蒸发器的顶面垂直，所述吸液芯设置在所述第二管体内，所述吸液芯的外壁与所述第二管体的内壁贴合设置。
进一步地，所述吸液芯设置在所述液体管路靠近所述液体入口的一端。
进一步地，所述蒸发器为平板型蒸发器。
进一步地，所述吸液芯由多孔介质制成。
本发明的目的还在于提供一种冷却系统，包括本发明提供的环路热管。
本发明提供的环路热管，包括蒸发器、冷凝器和吸液芯；所述蒸发器包括蒸气出口和液体入口；所述冷凝器包括蒸气入口和液体出口；所述蒸气出口与所述蒸气入口通过气体管路连通；所述液体出口与所述液体入口通过液体管路连通；所述吸液芯设置在所述液体管路内，所述吸液芯的外壁与所述液体管路的内壁贴合设置。将吸液芯安装在进入蒸发器前的液体管路中，可以简化蒸发器结构，使蒸发器体积缩小，并且吸液芯设置在液体管路中，能够利用液体管路内的空间设置吸液芯，不会额外占用空间，能够使整个环路热管的安装空间更小，有利于环路热管的微型化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的环路热管的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的环路热管中的吸液芯的剖面图；
图3是本发明实施例提供的环路热管中的吸液芯的剖视图；
图4是本发明实施例提供的环路热管中的蒸发器的剖面图。
图标：1-蒸发器；2-吸液芯；3-蒸发腔；4-气体管路；5-冷凝器；6-液体管路；7-肋结构。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种环路热管及冷却系统，下面给出多个实施例对本发明提供的环路热管及冷却系统进行详细描述。
实施例1
本实施例提供的环路热管，包括蒸发器1、冷凝器5和吸液芯2；蒸发器1包括蒸气出口和液体入口；冷凝器5包括蒸气入口和液体出口；蒸气出口与蒸气入口通过气体管路4连通；液体出口与液体入口通过液体管路6连通；吸液芯2设置在液体管路6内，吸液芯2的外壁与液体管路6的内壁贴合设置。
将吸液芯2安装在进入蒸发器1前的液体管路6中，可以简化蒸发器1结构，使蒸发器1体积缩小，并且吸液芯2设置在液体管路6中，能够利用液体管路6内的空间设置吸液芯2，不会额外占用空间，能够使整个环路热管的安装空间更小，有利于环路热管的微型化。
由于环路热管经常用于电子器件中，电子器件的体积较小且布置环路热管的空间受限，本实施例提供的环路热管的体积较小，能够便于环路热管布置在电子器件中。
需要说明的是，现有技术中的环路热管，吸液芯2设置在蒸发器1的加热面上，工质的相变发生在吸液芯2中，该环路热管由毛细抽力驱动运行。
本实施例提供的环路热管，吸液芯2设置在液体管路6内，液体工质在蒸发器1的蒸发腔3内沸腾相变，产生的气体工质在相变压力差的驱动下进入气体管路4，进而进入冷凝器5内冷凝变成液体工质。液体工质在相变压力差的驱动下进入液体管路6，通过液体管路6内的吸液芯2滴落至蒸发器1内，从而使工质在环路热管内循环。
更具体地，环路热管运行时，蒸发器1的加热面被加热，蒸发腔3内的液体工质吸热蒸发，在蒸发腔3内的气液分离面的蒸汽侧形成饱和蒸汽。饱和蒸气在蒸发腔3内持续受热达到过热状态，同时随着蒸气的增多，蒸发腔3内压力逐渐增大，过热蒸气在压差的驱动下进入气体管路4。在此过程中，与现有技术中的环路热管(毛细抽力驱动)不同之处在于，吸液芯2内不发生相变，工质靠相变引起的压力差进行流动，同时吸液芯2的导热系数设置为相对较小的数值(可以为2、3、4或5W/m·K等任意适合的数值)，能够较大程度上减小了“漏热”现象。并且，过热蒸气从蒸发腔3进入气体管路4时会引起局部的压降，造成该过程的压力降低。类似的过热气体在气体管路4及冷凝器5的蒸气入口中的压力会由于沿程阻力和局部阻力的影响逐渐降低。
过热气体在冷凝器5内发生了冷凝和过冷的过程，蒸汽在冷凝器5中冷凝为过冷液体。液体工质在液体管路6的传输过程中压力降低，到达吸液芯2时，液体工质在渗透作用和重力作用的相互影响下滴落至蒸发器1内的蒸发腔3中。蒸发腔3中液体工质吸热升温，重复液体工质的蒸发过程，当工质成为饱和蒸汽时代表蒸发过程的完成，而蒸发过程也将增大蒸发腔3内的压力，进而驱动环路热管的运行。此时为环路热管的一个循环过程。
吸液芯2不与加热面接触，并且将吸液芯2设置为较低导热系数材料制成，能够减少蒸发器1的热泄露，提高环路热管的启动性能和运行效果。
与现有技术中的环路热管相比，本实施例提供的环路热管，由于其漏热较小，环路热管可以承受的热流密度更大，环路热管适用的温度范围更大；相变并非发生在吸液芯2中，能够降低运行热阻。
吸液芯2设置在液体管路6中，在冷凝器5中冷凝后的液体工质流入液体管路6内，液体管路6发挥了容纳液体工质的作用，随后液体再不断通过吸液芯2流入蒸发器1内，不需要额外设置容纳液体工质的结构，降低环路热管的复杂度和体积。
进一步地，蒸发器1还包括壳体；蒸气出口和液体入口分别与壳体贯穿设置；壳体内部形成蒸发腔3，蒸发腔3的底面为加热面，加热面上设有肋结构7。
液体工质与加热面和肋结构7接触后，加热面和肋结构7加热液体工质，肋结构7能够强化液体工质沸腾，从而增强蒸发器1的吸热相变的换热能力，使工质在蒸发器1内更快地发生相变。
吸液芯2设置在液体管路6内，蒸发器1内能有具有更多的空间容纳肋结构7，从而设置更多的肋结构7，使热管的运行效果更好。
肋结构7的数量可以为一个，也可以为多个。在肋结构7为多个时，多个肋结构7的结构可以相同，也可以不同。肋结构7可以为直肋结构7，也可以为弯曲状肋结构7。
进一步地，肋结构7为多个，多个肋结构7间隔设置。
多个肋结构7能够进一步强化液体工质沸腾，从而增强蒸发器1的吸热相变的换热能力。
本实施例中，肋结构7为多个，多个肋结构7呈矩阵状排列。且多个肋结构7的结构相同，多个肋结构7的纵向截面的形状和尺寸均相同，能够便于制造。
冷凝器5可以与蒸发器1设置在同一水平面内，冷凝器5也可以设置在蒸发器1上方。
本实施例中，冷凝器5设置在蒸发器1上方，冷凝器5流出的液体可在重力的作用辅助下，流入蒸发器1中，能够帮助液体更为顺利地流入蒸发器1中。
液体入口可以设置在蒸发器1的顶面上，也可以设置在蒸发器1的侧壁上。
本实施例中，液体入口设置在蒸发器1的顶面上。具体地，冷凝器5设置在蒸发器1上方，加热面位于蒸发器1的底面上，液体入口设置在蒸发器1的顶面上，能够帮助液体更为顺利地流入蒸发腔3内，
具体地，如图1所示，液体出口设置在冷凝器5的侧壁上；液体管路6包括第一管体和第二管体，第一管体与第二管体连通，且第一管体的轴线与第二管体的轴线垂直；第一管体的一端与液体出口连通，第二管体的一端与液体入口连通，第二管体的轴线与蒸发器1的顶面垂直，吸液芯2设置在第二管体内，吸液芯2的外壁与第二管体的内壁贴合设置。
冷凝器5流出的液体工质流入第一管体后，流入第二管体，由于第二管体的轴线与蒸发器1的顶面垂直，第二管体内的液体工质能够较为顺畅地流入蒸发器1内。
吸液芯2可以设置在液体管路6的中部，也可以设置在液体管路6的端部。并且吸液芯2填充在部分液体管路6中，以使吸液芯2的外壁与液体管路6的内壁贴合。液体管路6的内壁为立方体状时，吸液芯2的外轮廓为立方体，液体管路6的内壁为圆柱状时，吸液芯2的外轮廓为圆柱状。吸液芯2固定在液体管路6内，可采用烧结工艺将吸液芯2固定在液体管路6内部，也可以采用卡接等任意适合的方式将吸液芯2固定在液体管路6内部。
本实施例中，吸液芯2设置在液体管路6靠近液体入口的一端。吸液芯2紧邻液体入口设置，使气体工质几乎都存在在蒸发腔3内，能够便于液体工质流过吸液芯2后流入蒸发器1。
蒸发器1可以为平板型环路热管，也可以为圆柱型环路热管。
本实施例中，蒸发器1为平板型环路热管，可以应用在电子器件散热中，例如为CPU散热。
需要说明的是，CPU是中央处理器的英文缩写，英文全称为Central ProcessingUnit。
进一步地，吸液芯2由多孔介质制成。本实施例中，多孔介质是烧结的不锈钢粉末或者烧结的不锈钢和镍粉末做成的。吸液芯2的等效导热系数为2-5W/m·K，可以为2、3、4或5W/m·K等任意适合的数值。
本实施例提供的环路热管，将吸液芯2安装在进入蒸发器1前的液体管路6中，可以简化蒸发器1结构，使蒸发器1体积缩小，并且吸液芯2设置在液体管路6中，能够利用液体管路6内的空间设置吸液芯2，不会额外占用空间，能够使整个环路热管的安装空间更小，有利于环路热管的微型化。
实施例2
本实施例提供的冷却系统，包括实施例1提供的环路热管。将吸液芯2安装在进入蒸发器1前的液体管路6中，可以简化蒸发器1结构，使蒸发器1体积缩小，并且吸液芯2设置在液体管路6中，能够利用液体管路6内的空间设置吸液芯2，不会额外占用空间，能够使整个环路热管的安装空间更小，有利于环路热管的微型化。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种环路热管，其特征在于，包括蒸发器、冷凝器和吸液芯；
所述蒸发器包括蒸气出口和液体入口；所述冷凝器包括蒸气入口和液体出口；所述蒸气出口与所述蒸气入口通过气体管路连通；所述液体出口与所述液体入口通过液体管路连通；
所述吸液芯设置在所述液体管路内，所述吸液芯的外壁与所述液体管路的内壁贴合设置。
2.根据权利要求1所述的环路热管，其特征在于，所述蒸发器还包括壳体；
所述蒸气出口和所述液体入口分别与所述壳体贯穿设置；
所述壳体内部形成蒸发腔，所述蒸发腔的底面为加热面，所述加热面上设有肋结构。
3.根据权利要求2所述的环路热管，其特征在于，所述肋结构为多个，多个所述肋结构间隔设置。
4.根据权利要求1所述的环路热管，其特征在于，所述冷凝器设置在所述蒸发器上方。
5.根据权利要求4所述的环路热管，其特征在于，所述液体入口设置在所述蒸发器的顶面上。
6.根据权利要求5所述的环路热管，其特征在于，所述液体出口设置在所述冷凝器的侧壁上；
所述液体管路包括第一管体和第二管体，所述第一管体与所述第二管体连通，且所述第一管体的轴线与所述第二管体的轴线垂直；
所述第一管体的一端与所述液体出口连通，所述第二管体的一端与所述液体入口连通，所述第二管体的轴线与所述蒸发器的顶面垂直，所述吸液芯设置在所述第二管体内，所述吸液芯的外壁与所述第二管体的内壁贴合设置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的环路热管，其特征在于，所述吸液芯设置在所述液体管路靠近所述液体入口的一端。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的环路热管，其特征在于，所述蒸发器为平板型蒸发器。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的环路热管，其特征在于，所述吸液芯由多孔介质制成。
10.一种冷却系统，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的环路热管。
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