CN203534297U - 一种强化传热结构及使用其的重力热管、以及应用该重力热管的散热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种重力热管底部强化传热结构，包括设置于重力热管内腔的集液杯，集液杯上对应重力热管底部热源的位置设有排液口，集液杯上设有供汽态工质穿过的通汽通道以及供液态工质从集液杯外围流向排液口的集液流道。本实用新型所述的重力热管底部强化传热结构其结构简单、造价低廉，解决了重力热管底部所形成的温度梯度导致的不利于热源散热降温的问题，达到提升重力热管的传热效率与性能，进而降低材料和能源的消耗，本实用新型还公开了一种具有上述强化传热结构的重力热管以及应用该重力热管的散热器。
Description
技术领域
本实用新型涉及重力热管技术领域，尤其是涉及一种重力热管底部强化传热结构。
背景技术
热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷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。
目前热管被广泛应用于散热器制造行业，例如市场上新兴的大功率LED相变散热器的芯柱就采用重力热管技术，重力热管外壁结合辐射状翅片，俗称“太阳花散热器”，可参见公告号为CN103196116A的发明专利申请公开“用于大功率LED的改进型重力热管散热器”。
普通重力热管主要由管壳、端盖和工质三部分组成，热源位于下端端盖处，工质受热产生相变变成汽态工质蒸发，并将热源的热量带至上端端盖，工质遇冷凝结成液态工质，并在重力作用下低落或沿管壳内壁流至下端端盖。为了提升重力热管的传热性能，通常在位于下端的端盖内侧制作毛细结构，如金属网丝、微群槽，泡沫金属材料等，这些毛细结构的作用是通过毛细力将工质输送至下端端盖的热源处，并吸热将热源的热量带走，同时毛细结构也有增大热交换面积的作用。
由于热量本是从高温向低温，因此低温的冷凝后的液态工质由低温区域 流向高温区域时要靠重力和毛细力辅助才能实现。又由于工质存在表面张力，毛细结构与工质之间的毛细力又是有限的，而且工质在热源加热作用下温度升高，逐步沸腾并蒸发，沸腾现象所产生的气泡会影响液态工质的回流速度，因此回流至热源中心位置的液态工质温度最高，数量最少。使得整个重力热管在工作过程中，下端端盖的热源位置和边缘位置形成较大的温度梯度，而且热源温度越高，下端端盖面积越大，温度梯度越大，不利于热源散热降温。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的目的之一是依据重力热管的运行规律，提供一种结构简单、造价低廉的重力热管底部强化传热结构以解决重力热管底部的温度梯度导致的不利于热源散热降温的问题，达到提升重力热管的传热效率与性能，进而降低材料和能源的消耗。
本实用新型的目的之二是提供一种更好的传热效率与性能的重力热管，其结构简单，加工容易，成本低廉。
本实用新型的目的之三是提供一种大功率LED重力热管散热器，重力热管底部采用强化传热结构，其传热效率更高、传热性能更好。
本实用新型的目的之四是提供一种计算机CPU重力热管散热器，重力热管底部采用强化传热结构，其传热效率更高、传热性能更好。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种重力热管底部强化传热结构，包括设置于重力热管内腔的集液杯，集液杯上对应重力热管底部热源的位置设有排液口，集液杯上设有供汽态工质穿过的通汽通道以及供液态工质从集液杯外围流向排液口的集液流道。
其中，所述集液杯成锥形，所述排液口设于锥形集液杯的顶角位置，锥形集液杯的锥面上布设有若干所述通汽通道。所述集液杯的杯口设有与重力 热管管壁相适应的固定圈，所述通汽通道的边缘设有挡液边，分别位于两相邻通汽通道上的两所述挡液边与锥形集液杯的锥面配合形成所述集液流道。优选的，所述集液杯为圆锥形集液杯，若干所述通汽通道以排液口为中心均匀地布设于圆锥形集液杯的锥面上。
一种重力热管，包括管壳、热管顶盖及热管底盖，热管顶盖位于管壳的上端，热管底盖位于管壳的下端，管壳内设有可进行相变传热的工质，所述管壳内设有集液杯，集液杯上对应重力热管底部热源的位置设有排液口，集液杯上设有供汽态工质穿过的通汽通道以及供液态工质从集液杯外围流向排液口的集液流道。
其中，所述集液杯的杯口与所述管壳内壁过渡或过盈配合。优选的，所述管壳内壁设有用于固定所述集液杯的凸起或卡槽。
一种大功率LED重力热管散热器，包括由管壳、热管顶盖及热管底盖构成的重力热管，管壳的外侧壁上布设有若干翅片，热管顶盖位于管壳的上端，热管底盖位于管壳的下端，管壳内设有可进行相变传热的工质，所述管壳内设有集液杯，集液杯上对应重力热管底部热源的位置设有排液口，集液杯上设有供汽态工质穿过的通汽通道以及供液态工质从集液杯外围流向排液口的集液流道。
其中，所述集液杯的杯口与所述管壳内壁过渡或过盈配合。
一种计算机CPU重力热管散热器，包括由管壳、热管顶盖及热管底盖构成的重力热管，管壳的外侧壁上布设有若干翅片，热管顶盖位于管壳的上端，热管底盖位于管壳的下端，管壳内设有可进行相变传热的工质，所述管壳内设有集液杯，集液杯上对应重力热管底部热源的位置设有排液口，集液杯上设有供汽态工质穿过的通汽通道以及供液态工质从集液杯外围流向排液口的 集液流道。
采用上述技术方案后，本实用新型和现有技术相比所具有的优点是：
本重力热管底部强化传热结构与重力热管配合使用，采用本重力热底部强化传热结构的重力热管的传热工作原理与普通重力热管相同，但重力热管底部的液态工质回流方向不同，其散热效率与性能得以大幅提升。具体地，采用本重力热管底部强化传热结构的重力热管，将集液杯固定安装于重力热管内腔的下部，集液杯的杯口与重力热管内管壁相匹配，集液杯的排液口置于重力热管下端安装的热源上方，通常热源安装在重力热管下端的中心位置，热源的热量使位于重力热管下端的热管底盖温度升高，当达到工质的相变温度时，工质的局部会产生相变，即工质由液态转为汽态，汽态工质蒸发并携带热量通过通汽通道向低压区域扩散，当汽态工质到达温度较低的重力热管管壁时，汽态工质遇冷凝结成液态工质，液态工质在重力作用下沿重力热管管壁向下流动，流至集液杯的杯口的杯口边缘时，液态工质通过集液流道从集液杯外围流向排液口，再通过排液口流至重力热管底部对应热源的位置，上述运行过程循环进行。
集液杯为锥形体，排液口位于锥形集液杯的顶角上，排液口可以为单独封闭的孔，也可以为与若干通汽通道连通的开放的口，若干所述通汽通道以排液口为中心均匀地布设于圆锥形集液杯的锥面上，锥面上便于设置具有斜度的集液流道，可使得液态工质能在重力作用下从集液杯杯口流向排液口。集液杯的杯口设有与重力热管管壁相适应的固定圈，作用在于便于将集液杯固定安装于重力热管内。通汽通道的边缘设有挡液边，作用在于对液态工质起到限位导流作用，分别位于两相邻通汽通道上的两挡液边与锥形集液杯的锥面配合形成集液流道，结构简单，便于加工制造。集液杯上的集液流道的 面积应尽量小，通汽通道的面积尽量大，这样集液流道对汽态工质上升的阻挡影响较小。
本重力热管底部强化传热结构，可以将低温液态工质“走捷径”直接回流到热源中心位置，将温度最高且最难以散热的位置用最低温度的液态工质冷却，解决了现有技术中存在的重力热管底部温度梯度较大的问题，同时也加快了重力热管中工质的相变循环速度，提升了重力热管的传热能力和效率。
综上，本实用新型所述的重力热管底部强化传热结构的优点体现在：
1、本实用新型所述的重力热管底部强化传热结构为冷凝后的液态工质回流提供了一个回流通道，液态工质可直接回流到达结构所限定的位置，通常是蒸发段的中心位置，这一位置通常也是温度最高的部位，同时不影响气态工质的扩散；
2、回流的液态工质对局部位置形成了类似“射流”冷却的强化传热效果；
3、提升传热效率，更有效降低蒸发段的核心温度，降低了点热源的局部温度梯度。
4、结构简单，易于采用冲压加工实现这一结构，成本低廉。
本实用新型所述的重力热管的优点体现在：传热效率更高，传热性能更好，可广泛应用于各种散热器领域，推动散热器领域的技术革新。
本实用新型所述的大功率LED重力热管散热器的优点体现在：提高传热效率和性能，延长大功率LED的使用寿命。
本实用新型所述的计算机CPU重力热管散热器的优点体现在：提高传热效率和性能，使得计算机CPU运行温度更低，运行更稳定。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：
图1：本实用新型所述的集液杯的立体结构示意图。
图2：本实用新型所述的集液杯的另一结构的立体结构示意图。
图3：本实用新型与重力热管配合使用时的剖视结构示意图。
图中，1：管壳；2：液态工质；3：集液杯；4：固定圈；5：通汽通道；6：挡液边；7：集液流道；8：汽态工质；9：排液口；10：工质；11：热管底盖；12：热源。
具体实施方式
以下所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不因此而限定本实用新型的保护范围。
见图1至图3所示。
实施例1，一种重力热管底部强化传热结构，包括设置于重力热管内腔的集液杯3，集液杯3呈圆锥体形，集液杯3的杯口设有与重力热管内管壁相匹配的固定圈4，集液杯3通过固定圈4固定安装于重力热管的下部。
圆锥形集液杯3的顶角位置设有排液口9，该排液口9为开设于集液杯上3的通孔。通常热源12位于重力热管下端的中心位置，该位置的温度最高，热量最难以散去，排液口9位于热源12的正上方，使得液态工质2回流时可直接达到热源12位置。
圆锥形集液杯3的锥面上以排液口9为中心均匀地分布有若干通汽通道5，供汽态工质8穿过，通汽通道5的边缘设有挡液边6，分别位于两相邻通汽通道5的两挡液边6与圆锥形集液杯3的锥面配合形成集液流道7，供液态工质2在重力作用下从集液杯3杯口流向排液口9。
图2所示的集液杯作为本实施例的另一等效变换方案，集液流道7的末端为自由端，其集液流道7的长度和斜度可自由调整，若干集液流道7的末端围 覆形成开放式的所述排液口9。
实施例2，一种重力热管，包括管壳1、热管顶盖及热管底盖11，热管顶盖位于管壳1的上端，热管底盖11位于管壳1的下端，管壳1内设有可进行相变传热的工质10，热管底盖11与热源12接触，管壳1内装设有如实施例1所述的重力热管底部强化传热结构。集液杯3的杯口与管壳1内壁过渡或过盈配合，利于液态工质2沿管壳1的内管壁流进集液杯3内。实施例1所述的重力热管底部强化传热结构其结构简单，装配简便，这里不再详细赘述。
实施例3，一种大功率LED重力热管散热器，其采用了如实施例2所述的重力热管，管壳1的外侧壁上布设有若干翅片。本大功率LED重力热管散热器其余部分的结构与常规大功率LED重力热管散热器相同，这里不再详细赘述。
实施例4，一种计算机CPU重力热管散热器，其采用了如实施例2所述的重力热管，管壳1的外侧壁上布设有若干翅片。本实施例所述的计算机CPU重力热管散热器作为实施例2所述的重力热管的拓展应用，并不依此而限定实施例2所述的重力热管的应用领域及产品实施范围。
Claims (7)
1.一种重力热管底部强化传热结构，其特征在于：包括设置于重力热管内腔的集液杯（3），集液杯（3）上对应重力热管底部热源（12）的位置设有排液口（9），集液杯（3）上设有供汽态工质（8）穿过的通汽通道（5）以及供液态工质（2）从集液杯（3）外围流向排液口（9）的集液流道（7）。
2.根据权利要求1所述的重力热管底部强化传热结构，其特征在于：所述集液杯（3）成锥形，所述排液口（9）设于锥形集液杯（3）的顶角位置，锥形集液杯（3）的锥面上布设有若干所述通汽通道（5）。
3.根据权利要求2所述的重力热管底部强化传热结构，其特征在于：所述集液杯（3）的杯口设有与重力热管管壁相适应的固定圈（4），所述通汽通道（5）的边缘设有挡液边（6），分别位于两相邻通汽通道（5）上的两所述挡液边（6）与锥形集液杯（3）的锥面配合形成所述集液流道（7）。
4.一种重力热管，其特征在于：包括管壳（1）、热管顶盖及热管底盖（11），热管顶盖位于管壳（1）的上端，热管底盖（11）位于管壳（1）的下端，管壳（1）内设有可进行相变传热的工质（10），所述管壳（1）内设有如权利要求1至3任意一项所述的重力热管底部强化传热结构。
5.根据权利要求4所述的重力热管，其特征在于：所述集液杯（3）的杯口与所述管壳（1）内壁过渡或过盈配合。
6.一种采用如权利要求4所述的重力热管的大功率LED重力热管散热器，其特征在于：所述重力热管的管壳（1）的外侧壁上布设有若干翅片。
7.一种采用如权利要求4所述的重力热管的计算机CPU重力热管散热器，其特征在于：所述重力热管的管壳（1）的外侧壁上布设有若干翅片。
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