CN115235275A - 一种环路热管结构及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环路热管结构及电子设备，环路热管结构包括冷凝单元、液体管路、蒸发单元和蒸汽管路；蒸发单元包括内设有沸腾蒸发结构的密封壳，沸腾蒸发结构将其内腔分为沸腾室和毛细室；毛细室内设有将其分为补液腔和蒸汽腔的毛细芯，密封壳上设有与补液腔和液体管路连通的第一液体口，沸腾室和蒸汽腔均与蒸汽管路连通。密封壳上与沸腾室连通的第二液体口与液体管路之间设有部分管段为柔性管的液体旁路，柔性管上设有液体驱动单元；或者，沸腾室内设有用于推动液体借助沸腾蒸发结构上的连通口由补液腔进入沸腾室的液体驱动单元。电子设备包括环路热管结构。本发明可针对不同使用情况进行有效散热，确保了散热效果。
Description
技术领域
本发明属于散热技术领域，尤其涉及一种环路热管结构及电子设备。
背景技术
目前，传统环路热管结构中的蒸发端一般采用毛细蒸发单元，环路中液体的循环流动仅靠毛细蒸发单元内毛细芯提供的毛细力来驱动；当待散热部件产生的热量较多、温度较高时，仅靠传统毛细蒸发单元和毛细力来驱动液体流动的方式无法进行有效散热，导致散热效果不佳。
发明内容
旨在克服上述现有技术中存在的至少之一处不足，本发明提供了一种环路热管结构及电子设备，可针对不同使用情况进行有效散热，确保了散热效果。
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种环路热管结构，包括冷凝单元、液体管路、蒸发单元和蒸汽管路；所述蒸发单元包括密封壳，所述密封壳内设有沸腾蒸发结构，所述沸腾蒸发结构将所述密封壳的内腔分隔为相互独立的沸腾室和毛细室；所述毛细室内设有毛细芯，所述毛细芯将所述毛细室分隔为补液腔和蒸汽腔；所述密封壳上设有与所述沸腾室连通的第一蒸汽口、与所述蒸汽腔连通的第二蒸汽口和与所述补液腔连通的第一液体口，所述第一蒸汽口和所述第二蒸汽口均与所述蒸汽管路连通，所述第一液体口与所述液体管路连通；
所述密封壳上设有与所述沸腾室连通的第二液体口，所述第二液体口与所述液体管路之间还设有液体旁路，所述液体旁路的部分管段为柔性管，所述柔性管上设有用于对其挤压、以驱动管内液体进入所述沸腾室内的第一液体驱动单元；或者，所述沸腾蒸发结构上设有连通口，所述沸腾室内设有用于推动液体借助所述连通口由所述补液腔进入所述沸腾室的第二液体驱动单元。
进一步，所述沸腾蒸发结构包括沸腾换热底板和间隔设置于所述沸腾换热底板上的多个柱形凸起。
进一步，所述密封壳包括上壳体和下壳体，所述沸腾换热底板与所述下壳体为一体成型结构。
进一步，所述第一液体驱动单元下游的所述液体旁路上设有第一单向阀结构；或者，所述第二液体口处设有第一单向阀结构；所述第一单向阀结构仅允许液体由所述液体旁路进入所述沸腾室。
进一步，所述第一液体驱动单元包括外壳，所述外壳的相对两端设有供所述柔性管通过的开口部，所述外壳内至少设有一个位于所述柔性管外侧的压电振子结构；所述压电振子结构发生变形时，挤压所述柔性管、以驱动管内介质加速流动。
进一步，所述第一液体驱动单元还包括布设于所述压电振子结构与所述柔性管之间的挤压块。
进一步，所述第一液体驱动单元包括卡座，所述卡座上设有凹槽，所述凹槽的槽底转动安装有转盘，所述转盘背离槽底的一面沿周向间隔设有多个固定轴，所述固定轴上转动安装有柱形压头；所述卡座上设有用于驱动所述转盘转动的动力件；
所述柔性管夹设在所述柱形压头的外周面与所述凹槽的槽侧壁之间；所述动力件带动所述转盘转动时，所述柱形压头的外周面挤压所述柔性管的侧壁、以驱动管内介质加速流动。
进一步，所述凹槽呈U型结构，包括第一竖直槽侧壁、与所述转盘同心设置的圆弧形槽侧壁和第二竖直槽侧壁；所述柔性管包括与所述第一竖直槽侧壁相适配的第一竖直段、与所述圆弧形槽侧壁相适配的弧形段和与所述第二竖直槽侧壁相适配的第二竖直段。
进一步，所述沸腾换热底板上设有所述连通口；所述第二液体驱动单元包括设置于所述沸腾室内的隔板，所述隔板将所述沸腾室分隔为相互独立的安装腔和沸腾换热腔，所述隔板上设有液体入口，所述安装腔与所述连通口连通；
所述隔板朝向所述安装腔的一侧设有罩壳，所述安装腔内设有水平伸缩压电体和用于与所述罩壳的内壁滑动且密封配合的挡片，所述水平伸缩压电体用于驱动所述挡片脱离所述罩壳以使液体进入所述罩壳与所述隔板围成的液体驱动腔内、还用于驱动所述挡片在所述罩壳内滑动、将所述液体驱动腔内的液体推至所述沸腾换热腔。
进一步，所述液体入口处设置有仅允许液体由所述液体驱动腔进入所述沸腾换热腔的第二单向阀结构。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括设备主体和设置于所述设备主体内的发热器件；还包括上述的环路热管结构；所述环路热管结构设置于所述设备主体内，所述蒸发单元中、所述蒸汽腔背离所述毛细芯一侧的所述密封壳与所述发热器件对应。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果如下：
本发明中的环路热管结构，包括冷凝单元、液体管路、蒸发单元和蒸汽管路；蒸发单元包括内设有沸腾蒸发结构的密封壳，沸腾蒸发结构将密封壳的内腔分隔为相互独立的沸腾室和毛细室；毛细室内设有毛细芯，毛细芯将毛细室分隔为补液腔和蒸汽腔；密封壳上设有与沸腾室连通的第一蒸汽口、与蒸汽腔连通的第二蒸汽口和与补液腔连通的第一液体口，第一蒸汽口和第二蒸汽口均与蒸汽管路连通，第一液体口与液体管路连通；密封壳上设有与沸腾室连通的第二液体口，第二液体口与液体管路之间设有液体旁路，液体旁路的部分管段为柔性管，柔性管上设有用于对其挤压、以驱动管内液体进入沸腾室内的第一液体驱动单元；或者，沸腾蒸发结构上设有连通口，沸腾室内设有用于推动液体借助连通口由补液腔进入沸腾室的第二液体驱动单元；电子设备包括上述环路热管结构。
待散热部件的热量或温度低于预设值时，第一、第二液体驱动单元不工作，在毛细芯的毛细力作用下，补液腔内的液体进入毛细芯，密封壳的热源接触端受热后，热量传到毛细芯，毛细芯上的液体受热产生蒸汽，蒸汽经蒸汽腔进入蒸汽管路、随后进入冷凝单元放热后变成液体，液体经液体管路进入补液腔，完成一个散热循环。待散热部件的热量或温度高于预设值时，第一、第二液体驱动单元工作，补液腔内的部分液体进入毛细芯，毛细芯上的液体受热产生蒸汽；液体管路中的液体或补液腔中另一部分液体被推入沸腾蒸发结构内，在沸腾蒸发结构上直接完成沸腾换热产生蒸汽；蒸汽进入蒸汽管路，随后进入冷凝单元放热后变成液体，液体进入液体管路，完成一个散热循环。
综上所述，本发明可针对不同使用情况进行有效散热，确保了散热效果。
附图说明
图1是本发明环路热管结构第一种实施例的结构示意图；
图2是图1中蒸发单元的结构放大图；
图3是图1中压电变形驱动结构的结构示意图；
图4是压电变形驱动结构的另一种实施例的结构示意图；
图5是压电变形驱动结构的另一种实施例的结构示意图；
图6是蠕动泵结构的结构示意图；
图7是图6的剖视图；
图8是本发明环路热管结构第二种实施例的结构示意图；
图9是图8中蒸发单元的结构放大图；
图中：1-冷凝单元，2-液体管路，3-蒸发单元，31-密封壳，311-第一蒸汽口，312-第二蒸汽口，313-第一液体口，314-第二液体口，315-第一单向阀结构，32-沸腾换热底板，321-柱形凸起，322-连通口，33-毛细芯，34-补液腔，35-蒸汽腔，36-沸腾室，361-安装腔，362-沸腾换热腔，4-蒸汽管路，5-压电变形驱动结构，51-外壳，52-压电振子结构，53-挤压块，6-蠕动泵结构，61-卡座，611-凹槽，62-转盘，63-柱形压头，64-动力件，7-第二液体驱动单元，71-隔板，72-液体入口，73-罩壳，74-水平伸缩压电体，75-挡片，76-液体驱动腔，8-液体旁路，9-第二单向阀结构，a-柔性管，a1-第一竖直段，a2-弧形段，a3-第二竖直段。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
由图1至图3共同所示，本实施例公开了一种环路热管结构，包括冷凝单元1(包括封壳和蛇形冷却管)、液体管路2、蒸发单元3和蒸汽管路4；蒸发单元3包括优选由高导热材料(石墨片或金属)制成的密封壳31，密封壳31内设有沸腾蒸发结构，沸腾蒸发结构将密封壳31的内腔分隔为相互独立的沸腾室36和毛细室；毛细室内设有毛细芯33，毛细芯33将毛细室分隔为补液腔34和蒸汽腔35；密封壳31上设有与沸腾室36连通的第一蒸汽口311、与蒸汽腔35连通的第二蒸汽口312和与补液腔34连通的第一液体口313，第一蒸汽口311和第二蒸汽口312均与蒸汽管路4连通，第一液体口313与液体管路2连通。本实施例中，密封壳31上还设有与沸腾室36连通的第二液体口314，第二液体口314与液体管路2之间还设有液体旁路8，液体旁路8的一部分管段为柔性管a，柔性管a上设有用于对其挤压、以驱动管内液体进入沸腾室36内的第一液体驱动单元。
还有一些实施例中，液体旁路8的全部管段均为柔性管a，柔性管a优选为橡胶软管和塑胶软管。还有一些实施例中，液体旁路8的多处管段为柔性管a，第一液体驱动单元可选择设置多个；多个第一液体驱动单元按照设定的次序进行工作。
本实施例中，优选柔性管a为扁形管结构，便于第一液体驱动单元的挤压。
本实施例中，沸腾蒸发结构包括沸腾换热底板32和间隔设置于沸腾换热底板32上的多个用于加快沸腾换热的柱形凸起321；其中，柱形凸起321可以增加汽化核心数，沸腾换热底板32表面可制作的足够粗糙，以进一步促进液体发生沸腾换热。
本实施例中，毛细芯33优选为烧结镍芯、烧结铜芯或烧结铜镍复合芯。毛细芯33包括本体，本体的底部设有若干延伸部，延伸部与密封壳31的热源接触端抵接，延伸部将蒸汽腔35分隔成多个蒸汽槽道。
本实施例中，密封壳31包括上壳体和下壳体，沸腾换热底板32与下壳体为一体成型结构，下壳体的底端与热源接触时，可快速将热量传递到沸腾换热底板32，有利于沸腾换热的进行。
本实施例中，第一液体驱动单元为压电变形驱动结构5，包括外壳51，外壳51的相对两端设有供柔性管a通过的开口部，外壳51内至少设有一个位于柔性管a外侧的压电振子结构52；压电振子结构52按照一定频率变形时，挤压柔性管a、以驱动管内介质加速流动。本实施例中，压电振子结构52包括边沿部与外壳51固定的振膜，振膜朝向柔性管a的一侧设有压电振子。还有一些实施例中，压电振子结构52仅包括边沿部与外壳51固定的压电振子。其中，压电振子由压电材料制成，压电材料分为无机压电材料(如压电陶瓷或压电晶体)、有机压电材料(如聚偏氟乙烯PVDF)；复合压电材料等，其工作原理与现有技术相同，在此不做赘述。
为了防止液体倒流，本实施例对上述结构作了进一步优化，在第二液体口314处设有仅允许液体由液体旁路8进入沸腾室36的第一单向阀结构315。本实施例中，第一单向阀结构315为阀板，阀板设置于密封壳31的内壁上、其角部或端部与密封壳31固定连接。柔性管a被挤压时，管内流体使阀板将第二液体口314打开，液体旁路8中的液体进入沸腾室36进行沸腾换热。还有一些实施例中，第一单向阀结构315为弹簧阀、隔膜阀、伞阀、悬臂梁阀等，只要能在压差作用下，可实现流体单向控制即可。
还有一些实施例中，第一单向阀结构315设置在压电变形驱动结构5下游的液体旁路8上(图中未示出)。
由图4所示，为了更好的驱动管内介质的流动，本实施例对上述结构作了优化；优化后的压电变形驱动结构5还包括布设于压电振子结构52与柔性管a之间的挤压块53。挤压块53的形状不唯一，可以是平板状结构、楔形结构、波浪线结构或圆弧形结构。
还有一些实施例中，由图5所示，外壳51内设有两个对称排布在柔性管a外侧的压电振子结构52；每个压电振子结构52与柔性管a之间均设有挤压块53。还有一些实施例中，外壳51内设有两个以上排布在柔性管a外侧的压电振子结构52；在此不一一列举。
由图6和图7共同所示，还有一些实施例中，第一液体驱动单元为蠕动泵结构6，包括卡座61，卡座61上设有凹槽611，凹槽611的槽底转动安装有转盘62，转盘62背离槽底的一面沿周向间隔设有多个固定轴，固定轴上转动安装有柱形压头63；卡座61上设有用于驱动转盘62转动的动力件64；柔性管a夹设在柱形压头63的外周面与凹槽611的槽侧壁之间；动力件64带动转盘62转动时，柱形压头63的外周面挤压柔性管a的侧壁、以驱动管内介质加速流动。
其中，凹槽611呈U型结构，包括第一竖直槽侧壁、与转盘62同心设置的圆弧形槽侧壁和第二竖直槽侧壁；柔性管a包括与第一竖直槽侧壁相适配的第一竖直段a1、与圆弧形槽侧壁相适配的弧形段a2和与第二竖直槽侧壁相适配的第二竖直段a3。
实施例二：
本实施例公开了与实施例一的构思基本相同的另一种环路热管结构，主要不同之处在于液体驱动单元集成于蒸发单元3内，没有增加液体旁路8(参见图1)；下面仅针对不同之处进行详细阐述。
由图8和图9共同所示，本实施例的沸腾换热底板32上设有连通口322，沸腾室36内设有用于推动液体借助连通口322由补液腔34进入沸腾室36的第二液体驱动单元7。其中，第二液体驱动单元7包括设置于沸腾室36内的隔板71，隔板71将沸腾室36分隔为相互独立的安装腔361和沸腾换热腔362，隔板71上设有用于连通安装腔361和沸腾换热腔362的液体入口72，安装腔361与连通口322连通；隔板71朝向安装腔361的一侧设有罩壳73(可理解为罩壳73与隔板71构成一个活塞套筒结构)，安装腔361内设有水平伸缩压电体74(陶瓷材料制成，变形原理与现有技术相同，在此不做赘述)和用于与罩壳73的内壁滑动且密封配合的挡片75(相当于活塞结构)，水平伸缩压电体74用于驱动挡片75脱离罩壳73以使安装腔361内的液体进入罩壳73与隔板71围成的液体驱动腔76内、还用于驱动挡片75在罩壳73内滑动、将液体驱动腔76内的液体推至沸腾换热腔362内，液体在沸腾换热底板32进行沸腾换热产生蒸汽。
为了防止液体在水平伸缩压电体74驱动挡片75脱离罩壳73时，发生倒流；本实施例对上述结构作了进一步优化，优化后的隔板71的液体入口72处设有仅允许液体由液体驱动腔76进入沸腾换热腔362的第二单向阀结构9。本实施例中，第二单向阀结构9为阀板，阀板设置于隔板71朝向沸腾换热腔362的一侧、其角部或端部与隔板71固定连接。水平伸缩压电体74伸长、驱动挡片75在罩壳73内滑动时，加压后的液体迫使阀板将液体入口72打开。还有一些实施例中，第二单向阀结构9为弹簧阀、隔膜阀、伞阀、悬臂梁阀等，只要能在压差作用下，可实现流体单向控制即可。
实施例三：
本实施例公开了一种电子设备，包括设备主体和设置于设备主体内的发热器件(主板、芯片等)；还包括实施例一或实施例二所公开的环路热管结构；环路热管结构设置于设备主体内，蒸发单元3中、蒸汽腔背离毛细芯33一侧的密封壳31(即图1中，毛细芯33下方的密封壳31为热源接触端)与发热器件对应。通常冷凝单元1与远离发热器件的设备主体的内壁贴合，也可根据需要布置其位置，在此不做赘述。其中，电子设备为头戴设备。
下面基于上述结构对其工作原理进行阐述：
待散热部件的热量或温度低于预设值时，液体驱动单元不工作，在毛细芯33的毛细力作用下，补液腔34内的液体进入毛细芯33，密封壳31的热源接触端受热后，热量传到毛细芯33，毛细芯33上的液体受热发生相变产生蒸汽，蒸汽经蒸汽腔35进入蒸汽管路4、随后进入冷凝单元1放热后变成液体，液体经液体管路2进入补液腔34，完成一个散热循环。
待散热部件的热量或温度高于预设值时，液体驱动单元工作，补液腔34内的部分液体进入毛细芯33，毛细芯33上的液体受热发生相变产生蒸汽；同时，液体管路2中的液体或补液腔34中另一部分液体被推入沸腾蒸发结构(密封壳31的热源接触端受热后，将热量传递给了沸腾换热底板32)内，可在沸腾换热底板32上直接完成沸腾换热产生蒸汽；蒸汽进入蒸汽管路4，随后进入冷凝单元1放热后变成液体，液体进入液体管路2，完成一个散热循环。
综上所述，本发明可针对不同使用情况进行有效散热，确保了散热效果。
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 (11)
1.一种环路热管结构，包括冷凝单元、液体管路、蒸发单元和蒸汽管路；其特征在于，所述蒸发单元包括密封壳，所述密封壳内设有沸腾蒸发结构，所述沸腾蒸发结构将所述密封壳的内腔分隔为相互独立的沸腾室和毛细室；所述毛细室内设有毛细芯，所述毛细芯将所述毛细室分隔为补液腔和蒸汽腔；所述密封壳上设有与所述沸腾室连通的第一蒸汽口、与所述蒸汽腔连通的第二蒸汽口和与所述补液腔连通的第一液体口，所述第一蒸汽口和所述第二蒸汽口均与所述蒸汽管路连通，所述第一液体口与所述液体管路连通；
所述密封壳上设有与所述沸腾室连通的第二液体口，所述第二液体口与所述液体管路之间还设有液体旁路，所述液体旁路的部分管段为柔性管，所述柔性管上设有用于对其挤压、以驱动管内液体进入所述沸腾室内的第一液体驱动单元；或者，所述沸腾蒸发结构上设有连通口，所述沸腾室内设有用于推动液体借助所述连通口由所述补液腔进入所述沸腾室的第二液体驱动单元。
2.根据权利要求1所述的环路热管结构，其特征在于，所述沸腾蒸发结构包括沸腾换热底板和间隔设置于所述沸腾换热底板上的多个柱形凸起。
3.根据权利要求2所述的环路热管结构，其特征在于，所述密封壳包括上壳体和下壳体，所述沸腾换热底板与所述下壳体为一体成型结构。
4.根据权利要求1所述的环路热管结构，其特征在于，所述第一液体驱动单元下游的所述液体旁路上设有第一单向阀结构；或者，所述第二液体口处设有第一单向阀结构；所述第一单向阀结构仅允许液体由所述液体旁路进入所述沸腾室。
5.根据权利要求1至4任一项所述的环路热管结构，其特征在于，所述第一液体驱动单元包括外壳，所述外壳的相对两端设有供所述柔性管通过的开口部，所述外壳内至少设有一个位于所述柔性管外侧的压电振子结构；所述压电振子结构发生变形时，挤压所述柔性管、以驱动管内介质加速流动。
6.根据权利要求5所述的环路热管结构，其特征在于，所述第一液体驱动单元还包括布设于所述压电振子结构与所述柔性管之间的挤压块。
7.根据权利要求1至4任一项所述的环路热管结构，其特征在于，所述第一液体驱动单元包括卡座，所述卡座上设有凹槽，所述凹槽的槽底转动安装有转盘，所述转盘背离槽底的一面沿周向间隔设有多个固定轴，所述固定轴上转动安装有柱形压头；所述卡座上设有用于驱动所述转盘转动的动力件；
所述柔性管夹设在所述柱形压头的外周面与所述凹槽的槽侧壁之间；所述动力件带动所述转盘转动时，所述柱形压头的外周面挤压所述柔性管的侧壁、以驱动管内介质加速流动。
8.根据权利要求7所述的环路热管结构，其特征在于，所述凹槽呈U型结构，包括第一竖直槽侧壁、与所述转盘同心设置的圆弧形槽侧壁和第二竖直槽侧壁；所述柔性管包括与所述第一竖直槽侧壁相适配的第一竖直段、与所述圆弧形槽侧壁相适配的弧形段和与所述第二竖直槽侧壁相适配的第二竖直段。
9.根据权利要求1至3任一项所述的环路热管结构，其特征在于，所述沸腾换热底板上设有所述连通口；所述第二液体驱动单元包括设置于所述沸腾室内的隔板，所述隔板将所述沸腾室分隔为相互独立的安装腔和沸腾换热腔，所述隔板上设有液体入口，所述安装腔与所述连通口连通；
所述隔板朝向所述安装腔的一侧设有罩壳，所述安装腔内设有水平伸缩压电体和用于与所述罩壳的内壁滑动且密封配合的挡片，所述水平伸缩压电体用于驱动所述挡片脱离所述罩壳以使液体进入所述罩壳与所述隔板围成的液体驱动腔内、还用于驱动所述挡片在所述罩壳内滑动、将所述液体驱动腔内的液体推至所述沸腾换热腔。
10.根据权利要求9所述的环路热管结构，其特征在于，所述液体入口处设置有仅允许液体由所述液体驱动腔进入所述沸腾换热腔的第二单向阀结构。
11.一种电子设备，包括设备主体和设置于所述设备主体内的发热器件；其特征在于，还包括权利要求1-10任一项所述的环路热管结构；所述环路热管结构设置于所述设备主体内，所述蒸发单元中、所述蒸汽腔背离所述毛细芯一侧的所述密封壳与所述发热器件对应。
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