CN1703142A - 一种高效平板式回路热管装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于传热和电子元器件冷却领域，具体地说是涉及一种平板式高效回路热管装置。主要特征是提出了一种平板式回路热管中一体式蒸发器和补偿室结构。第一吸液芯主要起到使工质蒸发的作用，第二吸液芯起到增大系统毛细吸引力的作用，其多孔的结构形式可使工质容易到达第一吸液芯，并且起到减小系统热泄漏的作用。第一吸液芯中包含了横向槽道和纵向槽道，由于采用了纵横交错的蒸汽槽道，更利于蒸汽的蒸发，使回路热管更容易在低瓦数下启动。启动后蒸汽可以根据局部阻力选择阻力最小、压降最小的槽道进行流动，使回路热管的整体压降大大降低，且不会因为局部蒸汽存在使蒸发器局部温度过高，从而使回路热管的最大传热能力得到增强。

Description

一种高效平板式回路热管装置

技术领域

本发明属于传热和电子元器件冷却领域，具体地说是涉及一种高效平板式回路热管装置。

背景技术

回路热管(loop heat pipe，LHP)是一种新型的两相的高效传热装置，它利用蒸发器内的毛细芯产生的毛细力驱动回路运行，利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，因此能够在小温差、长距离的情况下传递大量的热量。

回路热管的蒸发器与热源相接触，蒸发器内部装有高性能的毛细芯(称为第一吸液芯)。补偿室与蒸发器相连，两者内部通过另外一个毛细芯(称为第二吸液芯)相连。冷凝段与冷源直接接触。蒸发管道将蒸发器与冷凝段相连，回流管道将冷凝段和补偿室相连。当蒸发器受热时，其内部的第一吸液芯表面的液体将吸收潜热产生蒸汽，蒸汽通过蒸汽管道到达冷凝段，放出潜热，变成液体，并通过液体回流管回到补偿室。补偿室的液体再回到蒸发器，从而构成一个循环。

一般回路热管存在当工质在蒸发器的蒸发速率大于其液体回流管的回流速率，而第二吸液芯难以将工质从补偿室吸到蒸发器而造成干涸现象。另外由于吸液芯的热传导过大使补偿室温度过高，常常使整个回路热管的运行温度过高，这常常被称为热泄漏问题。此外回路热管在低瓦数下难以启动，而且由于槽道压降过大导致最大传热量不高，以及启动后由于局部蒸汽流动阻力过大造成蒸发器内局部压力过大，温度过高。这些特点尤其在平板式回路热管中非常明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增大回路热管系统毛细吸引力、减小热泄漏、使回路热管在低瓦数下也容易启动、使蒸发器中局部蒸汽流动阻力减小、使系统最大传热量提高的平板式高效回路热管装置。

本发明的技术路线是将蒸发器和补偿室置在同一容器中，蒸发器由第一吸液芯和第二吸液芯组成，第二吸液芯的另一侧(可以是上方或侧面等)与外壳间的空隙为补偿室。第一吸液芯主要起到使工质蒸发的作用，第二吸液芯不但起到增大系统毛细吸引力的作用，其多孔的结构形式可使工质容易到达第一吸液芯，并且起到减小系统热泄漏的作用。第一吸液芯上包含了横向槽道和纵向槽道。由于采用了纵横交错的蒸汽槽道，更利于蒸汽的蒸发，使回路热管更容易在低瓦数下启动。启动后蒸汽可以根据局部阻力选择阻力最小、压降最小的槽道进行流动，使回路热管的整体压降大大降低，且不会因为局部蒸汽存在使蒸发器局部温度过高，从而使回路热管的最大传热能力得到增强。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)结构简单，蒸发器和补偿室为一体化结构。蒸汽槽道的位置设计在第一吸液芯上，可以与第一吸液芯一次成型，制造工艺大大简化。

(2)由于第二吸液芯与第一吸液芯在同一空间，大大增加了回路热管的吸液能力和毛细力。由于采用了纵横交错的蒸汽槽道，更利于蒸汽的蒸发。从而使回路热管的传热性能提高，使系统更容易在低瓦数下启动。

(3)由于第二吸液芯设计了液体通道，使补偿室的液体比一般的回路热管更容易回流到蒸发器，使蒸发器不易干涸。由于第二吸液芯设计了液体通道，以及第二吸液芯可以使用低热导材料制得，从而大大减小补偿室内液体因蒸发器传热引起的热泄漏现象，使回路热管的运行性能更佳。

(4)由于采用了纵横交错的蒸汽槽道，不会因为某个槽道堵塞而使局部压力过高，也不会因为蒸发器接触的热源局部温度过高而造成蒸发器局部蒸汽来不及带走，使得局部温度过高。蒸汽可以根据实际情况选择阻力最小、压降最小的槽道进行流动，使回路的整体压降比一般回路热管得到很好的改善，可以使回路热管在一个更佳的状态下运行，并且可以使回路热管的最大传热能力得到增强。

(5)第一吸液芯的主横向槽道可以起到一个汇集从纵向槽道过来的蒸汽的作用，它的尺寸比其它槽道要大一些，可以在汇集的时候很明显地减小流动阻力。第一吸液芯的主纵向槽道可以起到一个汇集从横向槽道过来的蒸汽的作用。它的尺寸比其它槽道要大一些，可以在汇集的时候很明显地减小流动阻力。

(6)用辅助管道将第一吸液芯的主纵向槽道与第一吸液芯上的横向槽道相连，可以进一步减少蒸汽的流动阻力。

附图说明

图1为一种平板式高效回路热管的蒸发器和补偿室结构示意图。

图2为第二吸液芯结构示意图。

图3为有辅助管道的第一吸液芯蒸汽槽道结构示意图。

具体实施方式

实施例1用高效回路热管装置对电脑CPU进行散热

图1中，蒸发器和补偿室2为一体式结构。蒸发器底部与热负荷端Q即电脑的CPU接触，第一吸液芯5和第二吸液芯3都位于蒸发器内部，其中第一吸液芯紧贴蒸发器底部，第二吸液芯则紧贴第一吸液芯。在第二吸液芯的另一侧，蒸发器内部有一定的空间，这部分空间为补偿室2。液体回流管1通过补偿室2终止于第二吸液芯3，该管道主要是连接冷凝段使液体可以回流到第一吸液芯。第一吸液芯靠热负荷的一侧有许多蒸汽槽道6，在蒸发器与工作的CPU连接而受热时，第一吸液芯的工质将吸收潜热，在蒸汽槽道产生蒸汽，该蒸汽最后汇集到蒸汽管道7，沿着蒸汽管道到达冷凝段8冷却成液体，释放出潜热，达到将CPU端的热量带走的目的。为了提高冷却效果，可以在冷凝段加上翅片9。冷凝后的液体再通过液体回流管1回到补偿室。第二吸液芯分布着许多液体通道4。该液体通道贯穿整个第二吸液芯，使补偿室的液体很容易到达第一吸液芯。图2更清晰地表达了第二吸液芯的结构。

图3中，第一吸液芯5靠蒸发器受热的一面上开有许多槽道，其中有纵向槽道10和横向槽道11。在靠蒸汽管道一侧，第一吸液芯还开有一个主横向槽道12。此外，与主横向槽道12垂直的方向开有主纵向槽道13。当CPU工作给予蒸发器热量Q时，紧贴蒸发器受热面的第一吸液芯5也将受热，其表面的液体由于吸收了潜热，将在横向槽道10和纵向槽道11中产生蒸汽。这些蒸汽将在横向槽道10和纵向槽道11中选择流动阻力最小的方向流动，最终到达主横向槽道12。到达主横向槽道12的蒸汽将通过与主横向槽道12相连的蒸汽管道带了冷凝段。

由于存在横向槽道10和纵向槽道11以及主纵向槽道13，第一吸液芯紧贴蒸发器的一面将更容易产生蒸汽。产生的蒸汽在横向槽道10和纵向槽道11和主纵向槽道13中流动的时候，由于槽道间互联互通，从而使蒸汽可以选择流动阻力最小的方向流动，导致蒸汽在槽道中的流动压降比普通的回路热管的槽道要低，结果是整个回路的压降都比普通的回路热管要小，使回路热管的总传热能力得到增强。此外，如果蒸发器局部受热过大的时候，受热过大处产生的大量蒸汽也因为有更多的流动方向，可以使该部分的大量蒸汽也能迅速流走，避免蒸发器的温度继续恶化，从而可以使回路热管在一个更优的性能下运行，达到使CPU的温度下降的目的。

第一吸液芯的主横向槽道12可以起到一个汇集从纵向槽道10过来的蒸汽的作用。它的尺寸比其它槽道要大一些，可以在汇集的时候很明显地减小流动阻力，且起一个缓冲的作用。用辅助管道14将第一吸液芯的主纵向槽道13与第一吸液芯上的主横向槽道12相连，则蒸发器槽道中蒸汽流动阻力下降的效果更明显，回路热管的运行性能更佳，CPU的温度下降更明显。

Claims (9)

1、一种平板式高效回路热管装置，其主要特征是蒸发器与补偿室为一体式结构。

2、如权利要求1所述的平板式高效回路热管装置，其特征在于同一容器中第一吸液芯和第二吸液芯叠加在一起。装置的外观及第一、二吸液芯可以根据实际需要设计成圆柱体、长方体或者其它形状。

3、如权利要求2所述的平板式高效回路热管装置，其特征在于第二吸液芯的结构中有液体通道，通道的开口形状可以为圆形，矩形，三角形，菱形，花形，六边形等。液体通道的特征是其水力直径比第一吸液芯有效孔径明显大，并且明显贯穿整个第二吸液芯。单个液体通道可以处处大小相等，也可以大小不等。所有的液体通道可以统一大小形状，也可不统一。液体通道可以是垂直贯穿第二吸液芯，也可以曲线状贯穿第二吸液芯。液体通道的排列可以是有规律的阵列，也可以是无规则的分布。

4、如权利要求2所述的平板式高效回路热管装置，其特征在于第二吸液芯使系统毛细吸引力增大而又不妨碍系统渗透率的作用。

5、如权利要求2所述的平板式高效回路热管装置，其特征在于第二吸液芯可以用金属颗粒、聚合物、纤维、网筛等材料，以烧结或其他方式制造而成。当吸液芯的厚度大时，热导率可以较大；当其厚度小时，热导率可以较小，以使蒸发器到补偿室的热泄漏最小为目的。

6、如权利要求2所述的平板式高效回路热管装置，其特征在于一种新的第一吸液芯结构，使蒸发器中蒸汽的流动阻力大为降低。蒸汽槽道的位置不在蒸发器内壁面上，而是在第一吸液芯上，第一吸液芯包含了横向槽道和纵向槽道。这些槽道的最主要特征是纵横交错，横向槽道和纵向槽道可以垂直，但也可以成其它角度。槽道的开口形状可以为圆形，矩形，梯形，三角形，菱形，花形，六边形等。单个槽道的大小可以处处大小相等，也可以大小不等。槽道的起始位置和终止位置可以在第一吸液芯的边缘，也可以在第一吸液芯的内部。所有的槽道可以统一大小形状，也可不统一。槽道的排列可以是有规律的阵列，也可以是无规则的分布。

7、如权利要求6所述的第一吸液芯，其特征在于包含了一个或多个主纵向槽道和主横向槽道。它的主要特点是起一个汇集和缓冲从横向槽道和纵向槽道过来的蒸汽，连接回路热管的蒸汽管道。它的开口形状可以为圆形，矩形，梯形，三角形，菱形，花形，六边形等。它的起始位置和终止位置可以在第一吸液芯的边缘，也可以在第一吸液芯的内部。

8、如权利要求6所述的第一吸液芯，其特征在于包含一个或多个将第一吸液芯的主纵向槽道与第一吸液芯上的纵向槽道相连的辅助管道。该辅助管道可以是或不是与第一吸液芯的其它结构同时存在。该辅助管道可以是额外的管道，也可以是在蒸发器壁开出的沟槽。其横截面可以为圆形，矩形，梯形，三角形，菱形，花形，六边形等。其长度方向的形状无固定形状。

9、如权利要求6所述的第一吸液芯，其特征在于使回路热管在低瓦数下容易启动、不会因为局部蒸汽存在使蒸发器局部温度过高、使回路热管的最大传热量提高。

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