CN201123203Y - 一种应用于毛细泵回路的蒸发室 - Google Patents

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万珍平
吴磊
陆龙生
汤勇
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Abstract

本实用新型公开了一种应用于毛细泵回路的蒸发室。该蒸发室由被涂有隔热材料的隔热板分割为沸腾腔和吸液腔两个腔室，隔板底部设有未覆盖的通道，用于工质从吸液腔流到沸腾腔；沸腾腔外侧与外界热量相接触，沸腾腔内的多片铜板竖直平行地焊接在蒸发室内壁面上，铜板上开有多条微槽，微槽两侧间隔布有微刺，沸腾腔开有蒸汽出口；吸液腔内布满金属纤维烧结毡，吸液腔开有液体回流口。该蒸发室具有尺寸小、结构紧凑的特点，无需机械动力，可以实现大热量的传递，特别适合在小面积区域高热流密度的场合。该蒸发室在吸液腔应用金属纤维烧结毡提高了液体工质的回流速度，从而提高毛细泵回路的传热功率。

Description

一种应用于毛细泵回路的蒸发室
技术领域
本实用新型涉及一种用于微电子设备散热的毛细泵回路，具体涉及应用于毛细泵回路的新型蒸发室。
背景技术
微电子的迅猛发展不可避免地带来了极高的热流密度，如Pentium 4E 3.6GHz(Prescott CPU)热流密度达到106W/m2，如此高的热流如不及时散出去，轻则导致芯片不能正常工作，重则导致芯片烧毁。对于微电子的散热问题人们最初想依靠提高风扇的功率来实现，但事实证明风扇排热已经达到了极限，并且提高风扇的功率必然会增大其噪音，这是不符合微电子发展趋势的。之后有人提出通过液体(比如水)的循环来实现换热的水冷法，其换热效果有所提高，但由于水冷结构复杂，且需要电机来驱动液体循环，不适合推广。随着热管的出现，依靠液体相变传热展现出巨大的前景。热管换热效率要大大高于前两者，且体积小，符合微型化的要求。但单根热管的传热仍然有限，一个高性能的CPU甚至需要16根热管，并且热管一般都为直线形，弯曲后传热性能会大打折扣，这使得热管在散热问题里又受形状和空间的限制。
毛细泵回路(CPL)也是一种依靠相变原理工作的散热器，尽管现阶段CPL的结构多种多样，但一般都包括蒸发器、冷凝器、储液室、蒸汽管、回流管五个组成部分。CPL的传热原理与热管相似，液体在蒸发器中受热蒸发，蒸汽通过蒸汽管道后在冷凝器中液化，液化的液体流回储液室并渗透到蒸发器以补偿蒸发掉的液体。由于CPL分别通过蒸汽管和回流管来实现蒸汽流通和冷凝液流通，突破了限制热管传热的瓶颈，传导的热流密度可以比热管高1-2个数量级，并且CPL通过采用柔性管做蒸气管和回流管克服了热管不便弯曲的问题。加上同热管一样无需外加动力来驱动，CPL已受到微电子界和传热界的高度关注。
如何实现CPL内工质的定向稳定循环是CPL面临的一个问题。一种方案是采用单向阀门来确保工质的单向稳定循环，但是安装阀门引起结构复杂化与发展CPL的初衷不一致。还有一种方案是寻找一种亲水性好但是能有效阻断蒸汽反向流动的薄膜，这种方法目前难以实现，于是提供一种既能实现CPL内部工质单向循环又能满足微型化要求的简易结构是CPL发展的捷径。更大限度地提高CPL传导的热流密度是CPL发展面临的另一个问题。提高CPL的传热效率可以从强化蒸发器蒸发和强化冷凝液回流两个方面着手。提供核态沸腾所需的核化点可以很好地促进液体沸腾蒸发，但是通过线切割、激光切割或化学刻蚀等微加工方法加工出的具有亚微结构的核化点不仅难度大而且成本高。另外寻求一种亲水性好、流通阻力低的毛细材料也是强化冷凝液回流急需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型目的在于针对毛细泵回路(CPL)克服现有的传热功率较低的现状优化设计了一个将蒸发器和储液室二合一的蒸发室机构。针对限制毛细泵传热能力的瓶颈，本实用新型提出的蒸发室一方面能够强化液体工质蒸发气化，另一方面能够强化液体工质回流。该腔室结构简单、制造方便，采用该蒸发室的毛细泵无需机械传动、传热性能好。
本发明通过如下技术方案来实现：
一种应用于毛细泵回路的蒸发室：被涂有隔热材料的隔热板分割为沸腾腔和吸液腔两个腔室，隔板底部设有未覆盖的通道，用于工质从吸液腔流到沸腾腔；沸腾腔外侧与外界热量相接触，沸腾腔内的多片铜板竖直平行地焊接在蒸发室内壁面上，铜板上开有多条微槽，微槽两侧间隔布有微刺，沸腾腔开有蒸汽出口；吸液腔内布满金属纤维烧结毡，吸液腔开有液体回流口。
为进一步是实现本实用新型的目的，所述微槽的深度为0.5-1mm，宽度为0.3-0.7mm。
所述微刺生长方向与铜板垂直，高度为0.2-0.5mm，间距为1-3mm。
所述金属纤维烧结毡由当量直径为50-100um、长度为150-250mm的金属纤维经高温烧结后形成。
所述金属纤维烧结毡的制作材料为铜纤维、铝纤维或钢纤维。
所述隔板底部未覆盖的通道高度为蒸发室内高度的30％-60％。
所述涂有隔热层的隔板厚度不超过沸腾腔厚度的1/5。
所述吸液腔上的液体回流口开设在吸液腔外侧上端。
相对于现有技术，本实用新型具有以下优点和有益效果：
1、本实用新型的蒸发室体积小、结构紧凑，无需机械动力，可以实现大热量的传递，特别适合在小面积区域高热流密度的场合。
2、本实用新型提出在吸液腔应用金属纤维烧结毡提高了液体工质的回流速度，从而提高毛细泵回路的传热功率。
3、本实用新型蒸发室的各个组成部分加工制作工艺简单，整个腔室结构安装拆卸方便，易于维护保养。
附图说明
图1本实用新型蒸发室剖视图；
图2是本实用新型沸腾腔内带微刺薄板排列示意图；
图3是本工作时工质在蒸发室内部的流向示意图；
图4是用于沸腾腔的带微刺铜板结构示意图；
具体实施方式
以下通过实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但本实用新型不仅限。于此实施例。
如图1所示，蒸发室被涂有隔热材料KF520(氧化铝Al2O3)的隔热板6分割为左右两个腔室，隔板底部设有未覆盖的通道，用于工质从左腔室流到右腔室，隔板底部未覆盖的通道高度为蒸发室内高度的30％-60％。右腔室为沸腾腔，将多片带有微刺的铜板4竖直平行地焊接在蒸发室3内壁面上，外界热量通过该壁面传到沸腾腔。左腔室为吸液腔，腔内布满铜纤维烧结毡5，烧结毡通过蒸发室盖板7压紧。沸腾腔顶部开有蒸汽出口，安装有蒸汽接头2，与蒸汽管道1连接。吸液腔侧边开液体回流口，焊接有回流接头8，与液体工质回流管9连接。其中蒸汽管道1材质为软橡胶，管内径取Φ10，管道用保温棉包裹，用来预防蒸汽在该管道流通过程中遇冷液化引起管内回流。液体工质回流管9的材质也采用软橡胶管，管内径取Φ6，该管无保温棉包裹。
在吸液腔中应用的铜纤维烧结毡5也可以是其他金属纤维烧结毡，如铜纤维、铝纤维或钢纤维，可由当量直径为50-100um长度为150-250mm的金属纤维经高温烧结后形成。通过调整金属纤维的当量直径、烧结压力以及烧结温度和烧结时间可以制备出不同孔隙率的金属烧结毡。在本实用新型中，金属纤维烧结毡的作用有二：一为其具有良好的亲水性，可以强化液体回流；二为其具有一定的流通阻力，可以防止蒸汽顺着回流管溢出而出现反循环现象。
图2为沸腾腔内带微刺薄板排列俯视图，薄板上有许多槽结构。薄板之间间隙为薄板本身厚度的1-3倍。
图3为工作时工质循环路线图，液体工质经回流口，在铜纤维烧结毡的毛细力作用下迅速渗透到吸液腔的底部，通过隔板底部未覆盖的通道流到沸腾腔。在沸腾腔内，液体工质受壁面传来热量的作用沸腾蒸发为气体后由蒸汽出口3流出。
如图4所示，采用刨削方法在铜板4上加工出微槽4-2，其中槽的深度为0.5-1mm，宽度为0.3-0.7mm。锥形微刺4-1位于微槽4-2的两侧边，微刺高度为0.2-0.5mm、间距为1-3mm。在沸腾腔中应用带微刺薄金属板一方面可以提供促进工质沸腾的沸腾核化点，另一方面它相当于稽结构，能够增大传热面积。这种带微刺的薄金属板可以采用导热性能好的金属材料经过刨削加工制成，刨削时加工进给量要比刀具宽度略大，刨削深度约为宽度的1/2，调整好后通过刨削的挤压变形便能产生用作沸腾核化点的微刺。
工作时，热量通过沸腾腔侧壁面和焊接在该壁面上带微刺薄板传到沸腾腔内，腔内液体工质受热气化为蒸汽并顺着蒸汽出口流到冷凝器。蒸汽在冷凝器中液化放热后通过回流管道流到吸液腔侧边的液体回流口，在金属纤维烧结毡的毛细力的作用下，液体工质被吸入并迅速充满整个吸液腔。通过沸腾腔和吸液腔之间隔热板未覆盖的底部通道，液体工质渗透到沸腾腔用来补偿受热蒸发掉的工质。如此循环，通过工质的相变实现蒸发室日和冷凝器之间的热量传递。

Claims (8)

1、一种应用于毛细泵回路的蒸发室，其特征在于：该蒸发室由被涂有隔热材料的隔热板分割为沸腾腔和吸液腔两个腔室，隔板底部设有未覆盖的通道，用于工质从吸液腔流到沸腾腔；沸腾腔外侧与外界热量相接触，沸腾腔内的多片铜板竖直平行地焊接在蒸发室内壁面上，铜板上开有多条微槽，微槽两侧间隔布有微刺，沸腾腔开有蒸汽出口；吸液腔内布满金属纤维烧结毡，吸液腔开有液体回流口。
2、根据权利要求1所述应用于毛细泵回路的蒸发室，其特征在于，所述微槽的深度为0.5-1mm，宽度为0.3-0.7mm。
3、根据权利要求1或2所述应用于毛细泵回路的蒸发室，其特征在于，所述微刺生长方向与铜板垂直，高度为0.2-0.5mm，间距为1-3mm。
4、根据权利要求1所述应用于毛细泵回路的蒸发室，其特征在于，所述金属纤维烧结毡由当量直径为50-100um、长度为150-250mm的金属纤维经高温烧结后形成。
5、根据权利要求4所述应用于毛细泵回路的蒸发室，其特征在于，所述金属纤维烧结毡的制作材料为铜纤维、铝纤维或钢纤维。
6、根据权利要求1所述应用于毛细泵回路的蒸发室，其特征在于，所述隔板底部未覆盖的通道高度为蒸发室内高度的30％-60％。
7、根据权利要求1所述应用于毛细泵回路的蒸发室，其特征在于，所述涂有隔热层的隔板厚度不超过沸腾腔厚度的1/5。
8、根据权利要求1所述应用于毛细泵回路的蒸发室，其特征在于，所述吸液腔上的液体回流口开设在吸液腔外侧上端。
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