CN1220028C - 环路型热管热交换组件 - Google Patents

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Abstract

一种环路型热管热交换组件。为提供一种热传性佳、均温性好、制造成本低、使用寿命长的热交换器部件，提出本发明，它包括两端为蒸发部及冷凝部的回路；回路为依序串联蒸发部、蒸气信道、冷凝部、流体返回信道的封闭回路；回路中充填有液体；流体返回信道与蒸气信道为各自独立的管路；流体于流体返回信道内的流阻大于流体于蒸气信道内的流阻。

Description

环路型热管热交换组件
技术领域
本发明属于散热器部件，特别是一种环路型热管热交换组件。
背景技术
习知的热管热交换组件，由于具有相当好的热传递性，已被广泛地应用于电子组件的散热组件。热管式散热组件包括热管1及与热管1连接并设于电子组件端的导热块11。热管1的另一端经另一导热块与散热器相接。亦可如图1所示，热管1的另一端直接夹设有数散鳍片12的散热鳍片式热管。
热管制造过程中，有相当高的一部分成本是用于管路的清洁及除气步骤，也就是管路的洁净及抽真空的制造步骤中，洁净度与真空度越高，所能达到的热传运作效果越好，越能确保热传导的稳定性。但是管路中仍存在微量的非凝结性气体(non-condensing gas)，非凝结性气体在热管回路中会产生积聚，其积聚的区域与受热端的蒸发部温差很大，便影响到回路运作的顺畅性。其中非凝结性气体易于累积在冷凝器管路处末端，从而使其均温性及热传功能大幅下降。
由于热管1的直径不大，其于导热块11的热区蒸发端提供蒸汽流产生，使蒸汽流顺着管路朝另一端的冷区冷凝端流动，然后在冷区的管路处使蒸汽流冷凝形成冷凝液体流，再藉设于管路内的毛细组织13快速地将冷凝液体流由冷区朝热区导引流动，用以补充蒸发端液体蒸发成气体的部分，以构成循环流动。
当热管1一端受热而使热管内的液体蒸发，蒸汽朝冷凝端流动，并冷凝成液体，经毛细组织使液体回流至蒸发部。由于此热管热交换组件的回路为设置在同一管路内，会使蒸汽流与液体的流动方向在管路中相互冲突，从而使热传量降低，且管路中残存的非凝结性气体积存于冷凝端，形成温差大的区域，从而降低了均温性，热传性因而也大幅降低，故传统上对热管的制造条件及保存皆严格要求，因此使成本大幅提高，售价上升，极不符合经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种热传性佳、均温性好、制造成本低、使用寿命长的环路型热管热交换组件。
本发明包括两端为蒸发部及冷凝部的回路；回路为依序串联蒸发部、蒸汽通道、冷凝部、流体返回通道的封闭回路；回路中充填有液体；流体返回通道与蒸汽通道为各自独立的管路；流体于流体返回通道内的流阻大于流体于蒸汽通道内的流阻，其中，所述的冷凝部组接设有连接通道的连接块，所述连接块以连接通道接通蒸汽通道及流体返回通道。
其中：
蒸发部及/或冷凝部为管路。
蒸发部组接设有通道的热传块；热传块以连接通道接通蒸汽通道及流体返回通道。
蒸发部与欲散热的热交换装置相接，欲散热的热交换装置可为热源的传热块、受热鳍片组、受热水套或另一组回路的冷凝部。
蒸汽通道为两管路以上形成并联的蒸汽通道。
冷凝部与热交换装置相接，热交换装置为散热鳍片组、散热器、冷却水塔或另一组回路的蒸发部。
流体返回通道以液体形成液封。
流体返回通道为两管路以上形成并联的流体返回通道。
流体返回通道的流阻大于蒸汽通道的流阻是流体返回通道截面积小于或长度大于蒸汽通道截面积或长度；亦可为流体返回通道截面积小于及长度大于蒸汽通道截面积及长度。
流体返回通道内设有形成较大流阻及导引冷凝液体返回蒸发部的毛细组织。
液体充填量范围为填满毛细组织的量至填满回路体积90％的量。
毛细组织单独扩及蒸发部或单独扩及冷凝部或同时扩及蒸发部及冷凝部；
毛细组织为陶瓷、烧结粉末、发泡金属、编织网、烧结网、沟槽状板、纤维束或螺旋线。
由于本发明包括两端为蒸发部及冷凝部的回路；回路为依序串联蒸发部、蒸汽通道、冷凝部、流体返回通道的封闭回路；回路中充填有液体；流体返回通道与蒸汽通道为各自独立的管路；流体于流体返回通道内的流阻大于流体于蒸汽通道内的流阻。本发明运用构成蒸汽通道与流体返回通道间流阻不相等的分管式结构，形成回路内流动的不对称结构，所以能产生压力差现象，使蒸发部形成的蒸汽很容易且自然稳定地单方向朝冷凝部流动，并在冷凝部冷凝形成冷凝液体流，令冷凝的液体流、非凝结性气体连同未冷凝的蒸汽流，于回路压差及导引结构作用下，一齐朝向流体返回通道稳定地单方向流动，且经流体返回通道回流至蒸发部，构成快速地单方向循环流动。使回路内所有的流体皆朝向同一方向流动，不相冲突，且所有流体任何时间都能通过系统内任何管路，故热传性佳，热传量大，且温差小，于制作过程中，即使不经过除气程序，亦能操作传热，使其制程简单、成本低，即不仅热传性佳、均温性好，而且制造成本低、使用寿命长，从而达到本发明的目的。
附图说明
图1为习知热管结构示意剖视图；
图2为本发明结构示意剖视图；
图3为图2中A部局部放大图；
图4为本发明结构示意侧视剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细阐述。
如图2、图3、图4所示，本发明包括封闭回路2、依序串联于封闭回路2上的蒸发部21、蒸汽通道22、冷凝部23、流体返回通道24、热传块3及连接块4。
封闭回路2中充填有适量的液体，液体充填量系指由填满毛细组织至填满回路90％的体积。
流体返回通道24与蒸汽通道22为不相共享的管路，即蒸汽通道22及流体返回通道24为各自独立的管路。
流体于流体返回通道24内的流阻大于流体于蒸汽通道22内的流阻，造成回路2内热流的不平衡，以形成回路内流动的不对称结构，所以能产生压力差现象，使蒸发部21形成的蒸汽很容易且自然稳定地单方向朝冷凝部23流动，并在冷凝部23冷凝形成冷凝液体流，令冷凝的液体流、非凝结性气体连同未冷凝的蒸汽流，于回路压差及导引结构作用下，一齐朝向流体返回通道24稳定地单方向流动，且经流体返回通道24回流至蒸发部21。
本发明的蒸发部21为回路2受热位置部分的管路。为了有更好的热传递性，除了直接将流出流体的蒸汽通道22的管路与流回流体的流体返回通道24的管路间形成直接以管路连接的方式外，亦能以热传块3相接。在热传块(heat spreader)3中设有连接通道31，以连接通道31接通蒸汽通道22及流体返回通道24；并以蒸发部21的管路与传热件相接，或热传块3与传热件相接，从而经传热件与热源相接。热源系指电子组件如中央处理器的易发热表面。所以蒸发部21与欲散热的热交换装置相接，欲散热的热交换装置可为热源的传热块、受热鳍片组、受热水套或另一组回路的冷凝部，其中另一组回路系指本发明两回路的串接型式。
本发明的冷凝部23为回路2的散热位置的管路，此部分为主要散热区域，当然回路2的管路本身也是良好的散热结构，冷凝部23设有连接块4，在连接块4中设有连接通道41，以连接通道41接通蒸汽通道22及流体返回通道24；亦可使冷凝部23的管路或经连接块4以与一体式散热器或散热片组25相接，最好为散热片组25，于是连接块4系以管路型式展现，但设有转角式的连接件。也就是冷凝部23与作为散热的热交换装置相接，热交换装置为散热鳍片组、散热器、冷却水塔或另一组回路的蒸发部。
如图2所示，蒸汽通道22为一对管路，也就是说可设有单一管路或两管路以上形成并联的蒸汽通道22，并使各蒸汽通道22的流阻总和小于流体返回通道24。亦即流体返回通道24截面积小于或长度大于蒸汽通道22截面积或长度；亦可为流体返回通道24截面积小于及长度大于蒸汽通道22截面积及长度。蒸汽通道22内形成流阻小、流速大的状态，而流体返回通道24内形成流阻大、流速小的状态，以产生回路2中刻意形成的热流不对称，促使形成确定的流动方向。流体返回通道24在图中为仅设单一管路，其也可设两条上以形成并联的流体返回通道24，只要符合前述的具有流阻大于蒸汽通道22流阻的条件，并且使冷凝液体只能经过流体返回通道24返回蒸发区21，自然产生回路2的导引流动，此种流动现象为稳定的单方向流动，且被刻意限制仅能朝设计的方向流动，不会发生违反设计的随意流动。或让流体返回通道24中充满液体以形成液封，其能于流体返回通道24中完全置满毛细组织以形成液封，亦能缩小气体通过空间以形成液封，以增加流阻的不对称性从而使流体循环更稳定朝设计方向流动，但此时因液体返回通道24会影响非凝结气体的通过性，使其均温性较差。故可通过对回路2的除气程序，以消除非凝结气体，提高均温性。
由于回路2已被设置成串联式，且形成有顺序的单方向循环流动，使存在于回路2中的非凝结性气体没有积聚停留的空间与时间，只能顺着蒸汽流流动或冷凝液体流在回路2中的流动，所以，本发明在回路2内可形成蒸汽通道22内含有大部分蒸汽流的气体、少部分冷凝后液体流的液体及非凝结性气体；流体返回通道24空间内含有大部分为冷凝液体流、少部分蒸汽流的气体及非凝结性气体，构成快速地单方向循环流动。使回路2内所有的流体皆朝向同一方向流动，不相冲突，且所有流体任何时间都能通过系统内任何管路，故热传性佳，热传量大，且温差小。
本发明制作时，若采用相同外径的管路，则需形成不同的内径。其中形成不同内径的方法为于流体返回通道24上设有形成较大流阻及导引冷凝液体返回蒸发部21的毛细组织26，使其内径的通路变小，流阻变大，其长度仅及于冷凝液体流所在流体返回通道24的长度，或单独扩及蒸发部21，或单独扩及冷凝部23，或同时扩及蒸发部21及冷凝部23。亦可在蒸汽通道22内设置毛细组织，但必须符合蒸汽通道22的流阻小于流体返回通道23流阻的条件。
毛细组织26为陶瓷、烧结粉末、发泡金属、编织网、烧结网、沟槽状板、纤维束或螺旋线。
其中流体返回通道24需设有允许蒸汽及非凝结性气体通过的空间。
综上所述，本发明运用构成蒸汽通道22与流体返回通道24间流阻不相等的分管式结构，配合所产生的压差、热流不平衡、毛细现象等原理，形成串联式顺序单方向流体循环结构，而且蒸汽通道22与流体返回通道24也能各自形成并联式管路结构，只要在流体返回通道24内的流阻大于蒸汽通道22内流阻的前题下，配合热传块3及连接块4的设置，便能产生连通环状回路2。如此，本发明管路于制作过程中，即使不经过除气程序，亦能操作传热。若经除气程序后，则热传导性更佳，且操作温度范围更广。如此，使回路2更容易组成，在实际使用上与习知热管相比较，其热传导流动速度快于习知热管的热传导流动速度、热均温性高、热传递性佳，热传量更大更快。故本发明无需除气制程，且对清洗的洁净制程亦不重要，从而使其制程简单、成本低、售价亦能降低，具有更好的经济性、功能性更佳、使用性良好。
本发明形成多管式结构，其将蒸发部21、蒸汽通道22、冷凝部23、流体返回通道24依序串联于封闭回路2上，蒸汽通道22为一对管路，也就是说可设有单一管路或两管路以上形成并联的蒸汽通道；流体返回通道24为仅设单一管路，但也可设两条上以形成并联的流体返回通道，以形成串并联架构，能适用于产生更有效率的热传交换装置，利用回路2流阻的导引作用，从而使本发明回路2几乎不会有烧干现象发生，故以产生很好的热传递性，在有限空间下可有极大的热传量；运用回路2内热流不对称的现象及导引回路2，使本发明成为循环状管路，即能使本发明中所存在的非凝结性气体顺着回路2不断地循环流动，大幅提高本发明的均温性，故回路2内即使有非凝结性气体，对本发明的功能特性均影响不大，并能延长本发明的使用寿命。

Claims (12)

1、一种环路型热管热交换组件，它包括两端为蒸发部及冷凝部的回路；所述的回路为依序串联蒸发部、蒸汽通道、冷凝部、流体返回通道的封闭回路；回路中充填有液体；流体返回通道与蒸汽通道为各自独立的管路；流体于流体返回通道内的流阻大于流体于蒸汽通道内的流阻，其特征在于，所述的冷凝部设置有具有连接通道的连接块，所述连接块以连接通道接通蒸汽通道及流体返回通道。
2、根据权利要求1所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的蒸发部及/或冷凝部为管路。
3、根据权利要求1所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的蒸发部组接设有通道的热传块；热传块以连接通道接通蒸汽通道及流体返回通道。
4、根据权利要求1所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的蒸发部与欲散热的热交换装置相接，欲散热的热交换装置为热源的传热块、受热鳍片组、受热水套或另一组回路的冷凝部。
5、根据权利要求1所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的蒸汽通道为两管路以上形成并联的蒸汽通道。
6、根据权利要求1所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的冷凝部与热交换装置相接，热交换装置为散热鳍片组、散热器、冷却水塔或另一组回路的蒸发部。
7、根据权利要求1所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的流体返回通道以液体形成液封。
8、根据权利要求1所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的流体返回通道为两管路以上形成并联的流体返回通道。
9、根据权利要求1所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的流体返回通道的流阻大于蒸汽通道的流阻是流体返回通道截面积小于或长度大于蒸汽通道截面积或长度；或为流体返回通道截面积小于及长度大于蒸汽通道截面积及长度。
10、根据权利要求1所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的流体返回通道内设有形成较大流阻及导引冷凝液体返回蒸发部的毛细组织。
11、根据权利要求10所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的液体充填量的范围为填满毛细组织的量至填满回路体积90％的量。
12、根据权利要求10所述的环路型热管热交换组件，其特征在于所述的毛细组织单独扩及蒸发部或单独扩及冷凝部或同时扩及蒸发部及冷凝部；毛细组织为陶瓷、烧结粉末、发泡金属、编织网、烧结网、沟槽状板、纤维束或螺旋线。
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