CN211451990U - 一种新型无补偿腔环路热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型无补偿腔环路热管，该环路热管包括：蒸发器，蒸发器两端分别设有蒸汽管接口和液体管接口；冷凝器，冷凝器中部设有贯穿其两侧的若干空腔；环路管，环路管包括蒸汽管路和液体管路，且蒸汽管路与所述液体管路一体式连通，蒸汽管路与蒸发器的蒸汽管接口连通，液体管路与蒸发器的液体管接口连通，且液体管路内设有毛细丝网烧结芯，蒸汽管路与液体管路的中间连接部分绕设于所述冷凝器的空腔内。本实用新型的有益效果是：蒸发器结构简化，安装空间更小，有利于微型化；减少蒸发器热泄露，改善启动性能；在逆重力条件下仍能使工作介质稳定回流，使热源温度保持稳定。

Description

一种新型无补偿腔环路热管

技术领域

本实用新型涉及一种电子产品散热装置技术领域，更具体的说是涉及一种新型无补偿腔环路热管。

背景技术

随着技术发展，电子器件系统微型化，结构复杂化和高热流密度成为其发展趋势。大功率电子设备在工作时会产生一定热量，如果没有合理的方式对其进行散热，电子元件将长期处于高于工作温度的运行状态，大大缩短其使用寿命，甚至导致电子元件烧毁。5G时代的到来，意味着电子设备功耗增加，发热量上升，对散热技术是更加严峻的考验。因此，合理高效的散热方式对于电子芯片在计算机、光电和通讯等领域的应用十分重要。

目前市场上针对大功率电子设备，主要有风扇与散热器组合、风扇与热管及散热器组合、风扇与液冷技术结合等三种散热方式。这三种方式各有优缺点：

1、风扇与散热器组合：结构简单，成本低，可靠性高，但面向大功率电子设备时，需要增大翅片面积并提高风扇转速才能满足散热需求，这会产生很大的噪声，且与电子设备微型化的趋势不符，散热器体积过大难以安装，因此只适用于功率小，空间大的条件下散热；

2、风扇与热管及散热器组合：可以解决上述困难，但会带来结构复杂，热管结构受实际安装结构限制及热管数量有限时，散热能力也有限；

3、风扇与液冷技术结合：由于液体的导热系数和热容比空气大得多，因此，当上述方式相比，液冷技术具有换热热阻小、冷却效率高等特点，水强迫对流换热系数可达15000W/(m2℃)，是气体强迫对流换热系数的百倍以上，水沸腾换热系数更高，可以达到25000W/(m2℃)。但液冷系统的结构极其复杂，体积和重量较大，设备成本很高，维修较困难。

为了能够综合液冷和热管散热的优点，同时又能解决上述方法的缺陷， 1974年，环路热管技术诞生。作为一种高效的两相传热装置，环路热管起初被广泛应用于航空航天领域，近十五年来，环路热管因其优良的远距离传热、逆重力性能及安装结构灵活等特点，在电子设备散热领域不断发展，成为一种十分具有潜力的散热方式。

目前公开的环路热管技术，基本上都设计有补偿腔，用于储存工作流体。补偿腔及毛细结构使得蒸发器的体积很大，不利于电子器件微型化时代，用于小型电子芯片的散热；通常补偿腔设计在蒸发器毛细结构上方，或设置于蒸发器外，通过管路与蒸发器连接，当加热蒸发器时，热量很容易通过毛细芯及除底板外的其他壁面通过热传导的方式加热补偿腔及其内部的工作介质，造成严重热泄露，使得环路热管启动功率增大，启动变得困难，产生较高总热阻，散热性能变差；尤其是在逆重力条件下，重力的影响使得环路热管内工作介质的回流负担大大增加，工作介质回流不稳定，导致热源温度波动，使得环路热管的传热能力大大下降。传统的环路热管在使用时，要么令补偿腔位于蒸发器上方，要么令冷凝器位于蒸发器上方，否则环路热管运行要么不稳定，要么失效！

由此可见，传统环路热管仍存在不足，如何设计出一种环路热管，缩小蒸发器尺寸和体积，使其微型化；同时减少蒸发器热泄露，改善其启动性能，并且有足够强毛细力；尤其重要的是，在逆重力条件下，无论让环路热管处于任何工作方向，仍能使工作介质稳定回流，使热源温度保持稳定，仍是重要的、有挑战性的研究课题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种新型无补偿腔环路热管，该环路热管克服了传统热管散热器结构复杂，散热性能差，在逆重力条件下，工作介质回流不稳定，热传递效率低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种新型无补偿腔环路热管，包括：蒸发器，所述蒸发器两端分别设有蒸汽管接口和液体管接口；冷凝器，所述冷凝器中部设有贯穿其两侧的若干空腔；环路管，所述环路管包括蒸汽管路和液体管路，且所述蒸汽管路与所述液体管路一体式连通，所述蒸汽管路与所述蒸发器的蒸汽管接口连通，所述液体管路与所述蒸发器的液体管接口连通，且所述液体管路内设有毛细丝网烧结芯，所述蒸汽管路与所述液体管路的中间连接部分绕设于所述冷凝器的空腔内。

本实用新型的有益效果是：蒸发器结构简化，安装空间更小，有利于微型化；减少蒸发器热泄露，改善启动性能；在逆重力条件下仍能使工作介质稳定回流，使热源温度保持稳定。

进一步地，所述蒸发器具有抽真空和充液的外接管。

进一步地，所述蒸发器还包括底板、毛细芯和上盖，所述底板和所述上盖扣合，所述毛细芯置于所述底板和所述上盖之间，所述毛细芯与所述毛细丝网烧结芯烧结固定。

进一步地，所述底板与所述毛细芯的连接面上设置有镍粉层，所述镍粉的目数为2000～20000，在底板内侧与毛细芯之间烧结一层很薄的高数目镍粉，减少了蒸发器的热泄露，同时提高毛细力，改善蒸发器的启动性能。

进一步地，所述毛细芯为梳齿状结构且在背离齿口的一侧设有凹槽，所述毛细丝网烧结芯插入于所述毛细芯的凹槽并与所述毛细芯烧结固定。

进一步地，所述毛细芯为梳齿状结构形成蒸汽排泄通道，截面形状为拱形、圆形、类圆形或多边形，各通道间距相等。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本实用新型环路热管为紫铜扁管的结构示意图；

图2是本实用新型蒸发器的结构示意图；

图3是本实用新型毛细芯的结构示意图；

图4是本实用新型液体管路与蒸汽管路的结构示意图；

图5是本实用新型蒸发器底板、毛细芯、外接管与蒸汽管路和液体管路结合的结构示意图；

图6是本实用新型环路热管分解的结构示意图；

图7是本实用新型环路热管为紫铜圆管的结构示意图。

图中：1为蒸发器；2为蒸汽管路；3为液体管路；4为冷凝器；5为外接管；6为支架；7为风扇；11为底板；12为毛细芯；13为上盖；121为凹槽； 31为毛细丝网烧结芯。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种新型无补偿腔环路热管，包括：

蒸发器1，蒸发器1两端分别设有蒸汽管接口和液体管接口，蒸发器1为平板型结构，蒸发器1内除蒸汽排泄通道外，毛细芯12要填满整个蒸发器1 的内腔，此外，蒸发器1的两端设计成逐渐收缩的结构。

冷凝器4，冷凝器4中部设有贯穿其两侧的若干空腔，在本实施例中，冷凝器的上方安装有支架6，支架6的上方安装有使蒸汽快速冷凝的风扇7；

环路管，环路管包括蒸汽管路2和液体管路3，且蒸汽管路2与液体管路 3一体式连通，蒸汽管路2与蒸发器1的蒸汽管接口连通，液体管路3与蒸发器1的液体管接口连通，且液体管路2内设有毛细丝网烧结芯31，蒸汽管路 2与液体管路3的中间连接部分绕设于冷凝器4的空腔内，整个环路热管不设置补偿腔。

在本实施例中，蒸发器1具有抽真空和充液的外接管5，外接管5焊接至蒸发器1侧面。

具体地，蒸发器1还包括底板11、毛细芯12和上盖13，底板11和上盖 13扣合，毛细芯12置于所述底板11和所述上盖13之间，毛细芯12与毛细丝网烧结芯31烧结固定，蒸发器1的底板11和上盖12焊接固定，蒸发器1、冷凝器4与蒸汽管路2、液体管路3焊接连通。在本实施例中，毛细芯12下部为多边形板状结构，长度为8～10mm，上部为条状结构，长度约为40mm。

具体地，底板11与毛细芯12的连接面上烧结一层镍粉。

具体地，镍粉的目数为2000～20000。本实施例中镍粉的目数优选为 11000。

具体地，毛细芯12为梳齿状结构且在背离齿口的一侧设有凹槽121，毛细丝网烧结芯31插入于毛细芯12的凹槽121并与毛细芯12烧结固定，在本实施例中凹槽121的长度为3～4mm.

具体地，毛细芯12的截面形状可以是拱形、圆形、类圆形或多边形，各通道间距相等。

由图1可知，本实用新型提出的环路热管包括蒸发器1、蒸汽管路2、液体管路3和冷凝器4，在风扇7关闭时为自然对流冷却，在风扇7开始为强迫对流冷却。

参见附图2，蒸发器1的制作过程，蒸发器1厚度为4～5mm，保证了蒸发器1的高度足够小，便于在微型化的空间中与电子芯片安装贴合。底板11 和上盖13的材质为紫铜，通过线切割和铣等工艺制作而成。在底板11内侧与毛细芯12之间烧结一层很薄的高目数镍粉，减少了蒸发器1的热泄露，将毛细芯12设置在底板11上，通过高温真空烧结的方式固定在一起，再将底板11与上盖13和外接管5通过焊接的方式固定在一起。

参见附图3，毛细芯12结构的制作过程为先将铜丝网真空烧结，再利用线切割技术切割成如图3的形状。

由图4可以看到，蒸汽管路2和液体管路3为同一根管的两端，这根管中间弯曲为蛇形管，优选的，冷凝器由上下均设有半圆柱形凹槽的两个分体扣合在一起形成冷凝器4的内部空腔，蛇形管绕设在冷凝器4的内部的空腔内，实现蒸汽的冷凝。管道制作过程为先将紫铜圆管用打扁机压扁为扁管，再折弯成想要的形状，在另一些实施例中，蒸汽管路2和液体管路3为紫铜圆管，参见附图7。

如图5所示，底板11、毛细芯12、外接管5与蒸汽管路2和液体管路3 结构的结合方法，毛细芯12设置在底板11，蒸汽管路2、液体管路3和外接管5分别插入蒸发器1的蒸汽管接口、液体管接口和外接管5接口并焊接固定，在本实施例中，毛细丝网烧结芯31分为毛细丝网烧结芯主部和毛细丝网烧结芯余部，具体的，液体管路3中的毛细丝网烧结芯31为毛细丝网烧结芯主部，长度约为550mm，液体管路3延伸部的毛细丝网烧结芯31为毛细丝网烧结芯余部，长度约为5～6mm，毛细丝网烧结芯余部插入毛细芯12的凹槽 121中并烧结结合。

由图6可以看到，本实用新型环路热管各部件的分解结构。

如图7所示，实施例2使用了紫铜圆管作为液体管路和蒸汽管路。

上述一种新型无补偿腔环路热管的使用方法如下：

步骤1：将蒸发器安装在待冷却的电子元器件表面，蒸发器通过工作流体；

步骤2：工作流体经蒸发器蒸发形成蒸汽，蒸汽由蒸汽管路进入冷凝器并在冷凝器中液化；

步骤3：液化后的工作流体由液体管路中的毛细芯进入到蒸发器中。

本实用新型公开的一种新型无补偿腔环路热管，其有益效果如下：

1.结构简单：环路热管仅包含蒸发器、冷凝器、蒸汽管路与液体管路，没有补偿腔，蒸发器内仅有毛细芯和用来抽真空和灌装工质的通路。厚度很薄的平板蒸发器可直接安装在电子器件表面，有效减少电子器件和蒸发器间的接触热阻，提高散热效率。

2.热泄露降低：蒸发器直接与热源接触，它的壳体通常选用铜等导热系数高的材料，由于本实用新型采用两端收缩的蒸发器结构，且本环路热管蒸发器底板与毛细芯之间烧结高目数镍粉，利用镍的导热系数小的特点，双管齐下减少了蒸发器的热泄露，降低了环路热管的启动功率，改善了启动性能。

3.逆重力条件下性能改善：毛细芯靠近液体接口的板状结构及液体管路内的毛细丝网烧结芯提供更大的毛细力，使液体更容易流回蒸发器，改善了环路热管在逆重力条件下的传热性能和工作稳定性，减小了温度波动。可应用于航空航天、电工电子、动力工程等散热要求复杂严苛的领域。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种新型无补偿腔环路热管，其特征在于，包括：

蒸发器(1)，所述蒸发器(1)两端分别设有蒸汽管接口和液体管接口；

冷凝器(4)，所述冷凝器(4)中部设有贯穿其两侧的若干空腔；

环路管，所述环路管包括蒸汽管路(2)和液体管路(3)，且所述蒸汽管路(2)与所述液体管路(3)一体式连通，所述蒸汽管路(2)与所述蒸发器(1)的蒸汽管接口连通，所述液体管路(3)与所述蒸发器(1)的液体管接口连通，且所述液体管路(3)内设有毛细丝网烧结芯(31)，所述蒸汽管路(2)与所述液体管路(3)的中间连接部分绕设于所述冷凝器(4)的空腔内。

2.根据权利要求1所述的一种新型无补偿腔环路热管，其特征在于，所述蒸发器(1)具有抽真空和充液的外接管(5)。

3.根据权利要求1所述的一种新型无补偿腔环路热管，其特征在于，所述蒸发器(1)还包括底板(11)、毛细芯(12)和上盖(13)，所述底板(11)和所述上盖(13)扣合，所述毛细芯(12)置于所述底板(11)和所述上盖(13)之间，所述毛细芯(12)与所述毛细丝网烧结芯(31)烧结固定。

4.根据权利要求3所述的一种新型无补偿腔环路热管，其特征在于，所述底板(11)与所述毛细芯(12)的连接面上设置有镍粉层。

5.根据权利要求3所述的一种新型无补偿腔环路热管，其特征在于，所述毛细芯(12)为梳齿状结构且在背离齿口的一侧设有凹槽(121)，所述毛细丝网烧结芯(31)插入于所述毛细芯(12)的凹槽(121)并与所述毛细芯(12)烧结固定。

6.根据权利要求5所述的一种新型无补偿腔环路热管，其特征在于，所述毛细芯(12)的齿状截面形状为拱形、圆形、类圆形或多边形。

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