CN219064246U - 一种环路热管的蒸发端结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种环路热管的蒸发端结构，所述蒸发端结构自上而下依次包括上盖板、特斯拉阀、毛细层和下盖板；所述特斯拉阀自上盖板的下表面向内加工形成，所述特斯拉阀成串设置，各串平行排列，形成特斯拉阀腔体通道和特斯拉阀腔体侧壁交替排列的结构；所述毛细层填充于自下盖板上表面挖设的腔体中，位于特斯拉阀的下方。本实用新型将特斯拉阀作为蒸发端组件，利用特斯拉阀适合流体单向流通并加速的结构特性，工作流体形成蒸汽后，在特斯拉阀腔体中可控调节蒸汽方向，实现蒸汽的加速，将热源区域的热量快速带走，避免环路热管热量积累，保证环路热管连续稳定运行；所述蒸发端结构简单，操作简便，热量传递及散发效果好，适用范围广。

Description

一种环路热管的蒸发端结构

技术领域

本实用新型属于热量传递技术领域，涉及一种环路热管的蒸发端结构。

背景技术

在现代工业及日常生活中，换热技术在众多领域有着广泛应用，热管技术是其中的重要一种，传统热管利用工作流体的汽、液相变，通过在加热端吸热蒸发，蒸汽流动至冷端散热冷凝，冷凝液再依靠重力或毛细吸力返回到加热端，如此循环往复，将热量从热端引导至冷端，从而实现高强度传热能力。而随着社会及科技的进步，器件的精细化发展使得发热量也越发集中，例如半导体芯片工艺中，芯片的尺寸越来越小，对散热提出了更高的要求，传统热管有时会难以满足要求。

由传统热管发展而来的环路热管，是一种回路闭合环型热管，相比早期结构增加了储液器，即此时的蒸发器包括集液腔和蒸汽腔，集液腔与蒸汽腔之间连接有毛细芯，通过向集液腔供给液流，液流通过毛细芯渗入蒸汽腔，蒸汽腔吸收外界的热量，使液流汽化形成蒸汽并流出蒸汽腔，通过工质相变的方式将蒸发器周围的热量带走，实现热量的快速传递，具有传热能力大、散热效率高等优点，但此时的蒸汽腔为集中腔体，也流汇集在蒸汽腔底面，得不到有效引导，容易造成冷却不均匀，甚至出现局部烧干或过度冷却的现象，造成热循环失效，因此需要对环路热管的蒸发端结构均进行改进。

CN 209459477U公开了一种环路热管用蒸发器，该蒸发器包括第一主体、毛细芯和第二主体，第一主体为板状体，第一主体的一侧主面上开设有槽道，第二主体上设有集液腔；槽道与集液腔相对，毛细芯挤压于第一主体与第二主体之间，第二主体与第一主体密封连接，毛细芯隔开槽道与集液腔。该蒸发器通过槽道的设置引导液流的流动，以此减缓热量传递不均匀的问题，但该蒸发器主要是针对发热不均匀的发热体，对于精细化器件的散热，槽道的设置一定程度上限制了热量的散发，且对于蒸汽的流动没有进行调节，容易造成热量集中。

CN 212692603U公开了一种换热器及其内部结构，包括底座，所述底座上方安装有管架组，所述管架组设置有两个，所述管架组上方设置有防护板，所述换热器还包括进液口、出液口；所述换热器还包括若干个散热管，所述散热管表面钎焊有若干翅片；所述换热器还包括连接器；所述底座包括支撑架，所述支撑架下方设置有底架，所述底架下方设置有减震装置；所述散热管的内部形状为特斯拉阀管道形状。该换热器的散热管设置为特斯拉阀管道形状，增大接触面积，提高换热效果，但只是在简单换热器中的应用，并未涉及到在热管中的应用，现有技术也未提及特斯拉阀应用于热管蒸发端及其结构组合形式。

综上所述，对于环路热管换热效率的提高，需要针对环路热管的结构，尤其是对蒸发端结构进行改进，以提高蒸发端吸收带走热量的速率，避免因热量积累造成循环失效。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种环路热管的蒸发端结构，所述蒸发端结构将特斯拉阀作为蒸发端组件，利用特斯拉阀适合流体单向流通且加速的特性，在特斯拉阀中实现工作流体蒸发后蒸汽的加速，使得热源区域的热量能够快速带走，避免环路热管因热量积累而造成循环失效。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种环路热管的蒸发端结构，所述蒸发端结构自上而下依次包括上盖板、特斯拉阀、毛细层和下盖板；所述特斯拉阀自上盖板的下表面向内加工形成，所述特斯拉阀成串设置，各串平行排列，形成特斯拉阀腔体通道和特斯拉阀腔体侧壁交替排列的结构；所述毛细层填充于自下盖板上表面挖设的腔体中，位于特斯拉阀的下方。

本实用新型中，根据现有的环路热管中蒸发端的结构，越来越难以满足精细化、小尺寸器件的散热，本实用新型将特斯拉阀结合到蒸发端结构中，利用特斯拉阀适合流体单向流通并加速的结构特性，毛细层提供液体流动的驱动力，工作流体进入与热源接触的蒸发端区域及其上方的毛细层中，吸收热源热量进行蒸发，形成的蒸汽进入上方特斯拉阀腔体，可控调节蒸汽方向，实现蒸汽的加速，将热源区域的热量快速带走，避免环路热管因热量积累而造成循环失效，保证环路热管连续稳定运行；所述蒸发端结构简单，操作简便，热量传递及散发效果好，便于热源余热的利用，适用范围广。

以下作为本实用新型优选的技术方案，但不作为本实用新型提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本实用新型的技术目的和有益效果。

作为本实用新型优选的技术方案，所述蒸发端结构中的下盖板与热源接触。

所述上盖板和下盖板的材质独立地包括铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金或钢中任意一种。

本实用新型中，所述上盖板和下盖板可选择相同材质，也可选择不同材质，选择后者时形成复合结构层，例如铜钢复合、铜铝复合、钛铜复合或钛不锈钢复合等。

作为本实用新型优选的技术方案，每串所述特斯拉阀包括至少3个阀体结构，例如3个、4个、5个或6个等，阀体结构的数量与蒸发端结构的尺寸有关，相当于从蒸发端的入口端到出口端；同时，根据蒸发端的结构，多串特斯拉阀并排排列，形成蒸汽流动的多个通道。

作为本实用新型优选的技术方案，所述特斯拉阀腔体通道的尺寸包括两类，其中一类为特斯拉阀腔体通道的宽度为0.2～1.5mm，例如0.2mm、0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm或1.5mm等，深度不小于0.07mm，例如0.07mm、0.08mm、0.1mm、0.12mm、0.15mm或0.16mm等；但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。

另一类为特斯拉阀腔体通道的宽度不小于1.0mm，例如1.0mm、1.0mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm或2.5mm等，深度不小于0.15mm，例如0.15mm、0.16mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm或0.25mm等；但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本实用新型中，所述特斯拉阀腔体通道的尺寸根据热源发热的功率来选择，当热源功率不大于100W时，腔体通道选择前者数值较小的尺寸，当热源功率大于100W时，所需工作流体及蒸汽的量会相对较多，腔体通道的尺寸选择后者。

本实用新型中，所述特斯拉阀加工于上盖板的下表面，采用蚀刻或机加工的方式加工得到，根据需要加工为不同的特斯拉阀腔体通道的尺寸。

作为本实用新型优选的技术方案，所述毛细层为编织网、粉末烧结体或蚀刻通道中任意一种。

本实用新型中，所述毛细层能够为工作流体在蒸发端结构中的流动提供驱动力，其中毛细层可选择编织网，或者在下盖体中埋设编织绳，所述编织网或编织绳的材质通常为铜及铜合金、不锈钢或钛等，也可选择粉末烧结体，呈多孔结构，例如烧结的铜粉层、泡沫铜等。

作为本实用新型优选的技术方案，所述毛细层为编织网或粉末烧结体时，其厚度不小于0.03mm，，例如0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.08mm或0.1mm等；所述毛细层为蚀刻通道时，其厚度不小于0.01mm，例如0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.06mm或0.08mm等；但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本实用新型优选的技术方案，所述毛细层中间隔设置支撑柱，所述支撑柱的上端与特斯拉阀固定，下端与下盖板固定。

本实用新型中，所述支撑柱设置与否与蒸发端结构的应用环境有关，例如与蒸发端接触的热源温度有关，当热源温度小于100℃，毛细层中可不开孔，无需设置支撑柱，若热源温度大于100℃，则需要在毛细层中开孔设置支撑柱，其上下端分别与特斯拉阀腔体侧壁和下盖板焊接固定，避免此时蒸汽压强较大造成上、下盖板分离，难以保证环路热管的密闭及运行的稳定性。

其中，支撑柱设置与否所选择的温度与工作流体的种类有关，一般是指工作流体的沸点，例如上述选择的100℃时使用的是水，另外还可选择丙酮、甲醇、乙醇、制冷剂等种类，此时支撑柱设置与否的划分温度也会不同。

作为本实用新型优选的技术方案，所述支撑住的材质与上盖板或下盖板相同；当然，支撑住材质也可在上述盖板材质种类中选择其他类别。

作为本实用新型优选的技术方案，所述蒸发端结构在环路热管中，其进口段一侧为储液区，出口端一侧为蒸汽通道。

作为本实用新型优选的技术方案，所述蒸发端结构、储液区和蒸汽通道呈水平放置或呈夹角放置。

本实用新型中，所述环路热管中与蒸发端相连的结构分别是储液区和蒸汽通道，经过过冷凝端冷凝后的工作流体汇集在储液区，储液区的液体从底部毛细层进入蒸发端区域，储液区的底部也设有毛细层，其和蒸发区的毛细层串联在一起，工作流体进入蒸发端吸热发生相变，形成蒸汽进入蒸汽通道；当储液区、蒸发端和蒸汽通道位于同一方向水平放置时，特斯拉阀中的顶端阀体不开口，即靠近储液区一侧的阀体不开口，形成蒸汽的封闭墙，防止热蒸汽倒流；而当储液区、蒸发端和蒸汽通道呈夹角设置时，与储液区相邻的特斯拉阀中的阀体的边缘与储液区隔开。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型所述蒸发端结构将特斯拉阀作为蒸发端组件，利用特斯拉阀适合流体单向流通并加速的结构特性，工作流体进入蒸发端结构形成蒸汽后，在特斯拉阀腔体中可控调节蒸汽方向，实现蒸汽的加速，将热源区域的热量快速带走，避免环路热管因热量积累而造成循环失效，保证环路热管连续稳定运行，相比未使用特斯拉阀的蒸发端结构，本实用新型中的蒸发端结构不易发生干烧，可有效延长连续良性稳定运行的时间；

(2)本实用新型所述蒸发端结构简单，操作简便，热量传递及散发效果好，便于热源余热的利用，适用范围广。

附图说明

图1是本实用新型实施例1提供的环路热管的蒸发端结构的截面结构示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的蒸发端、储液区和蒸汽通道的放置方式的示意图；

图3是本实用新型实施例3提供的环路热管的蒸发端结构的截面结构示意图；

图4是本实用新型实施例3提供的蒸发端、储液区和蒸汽通道的放置方式的示意图；

其中，1-上盖板，2-特斯拉阀，21-特斯拉阀腔体通道，22-特斯拉阀腔体侧壁，3-毛细层，4-下盖板，5-支撑柱，6-蒸发端，7-储液区，8-蒸汽通道。

具体实施方式

为更好地说明本实用新型，便于理解本实用新型的技术方案，下面对本实用新型进一步详细说明，但下述的实施例仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型保护范围以权利要求书为准。

本实用新型具体实施方式部分提供了一种环路热管的蒸发端结构，所述蒸发端结构自上而下依次包括上盖板1、特斯拉阀2、毛细层3和下盖板4；所述特斯拉阀2自上盖板1的下表面向内加工形成，所述特斯拉阀2成串设置，各串平行排列，形成特斯拉阀腔体通道21和特斯拉阀腔体侧壁22交替排列的结构；所述毛细层3填充于自下盖板4上表面挖设的腔体中，位于特斯拉阀2的下方。

以下为本实用新型典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种环路热管的蒸发端结构，所述蒸发端结构的截面结构示意图如图1所示，自上而下依次包括上盖板1、特斯拉阀2、毛细层3和下盖板4；所述特斯拉阀2自上盖板1的下表面向内加工形成，所述特斯拉阀2成串设置，各串平行排列，形成特斯拉阀腔体通道21和特斯拉阀腔体侧壁22交替排列的结构；所述毛细层3填充于自下盖板4上表面挖设的腔体中，位于特斯拉阀2的下方。

所述蒸发端6结构中的下盖板4与热源接触。

所述上盖板1和下盖板4的材质均为铜合金。

每串所述特斯拉阀2包括6个阀体结构。

所述特斯拉阀腔体通道21的宽度为1.0mm，深度为0.15mm。

所述毛细层3为编织网，所述毛细层3的厚度为0.06mm。

所述蒸发端6结构在环路热管中，其进口段一侧为储液区7，出口端一侧为蒸汽通道8。

所述蒸发端6、储液区7和蒸汽通道8的放置方式的示意图如图2所示，三者呈水平放置。

实施例2：

本实施例提供了一种环路热管的蒸发端结构，所述蒸发端结构自上而下依次包括上盖板1、特斯拉阀2、毛细层3和下盖板4；所述特斯拉阀2自上盖板1的下表面向内加工形成，所述特斯拉阀2成串设置，各串平行排列，形成特斯拉阀腔体通道21和特斯拉阀腔体侧壁22交替排列的结构；所述毛细层3填充于自下盖板4上表面挖设的腔体中，位于特斯拉阀2的下方。

所述蒸发端6结构中的下盖板4与热源接触。

所述上盖板1和下盖板4的材质为钛。

每串所述特斯拉阀2包括6个阀体结构。

所述特斯拉阀腔体通道21的宽度为0.3mm，深度为0.3mm。

所述毛细层3为蚀刻通道，所述毛细层3的厚度为0.02mm。

所述毛细层3中间隔设置支撑柱5，所述支撑柱5的上端与特斯拉阀2固定，下端与下盖板4固定。

所述支撑住5的材质与上盖板1和下盖板4相同。

所述蒸发端6结构在环路热管中，其进口段一侧为储液区7，出口端一侧为蒸汽通道8。

所述蒸发端6、储液区7和蒸汽通道8呈135度夹角放置。

实施例3：

本实施例提供了一种环路热管的蒸发端结构，所述蒸发端结构的截面结构示意图如图3所示，自上而下依次包括上盖板1、特斯拉阀2、毛细层3和下盖板4；所述特斯拉阀2自上盖板1的下表面向内加工形成，所述特斯拉阀2成串设置，各串平行排列，形成特斯拉阀腔体通道21和特斯拉阀腔体侧壁22交替排列的结构；所述毛细层3填充于自下盖板4上表面挖设的腔体中，位于特斯拉阀2的下方。

所述蒸发端6结构中的下盖板4与热源接触。

所述上盖板1的材质为钢铜复合，在不锈钢表面覆盖一层铜，下盖板4的材质为铜。

每串所述特斯拉阀2包括4个阀体结构。

所述特斯拉阀腔体通道21的宽度为1.5mm，深度为0.08mm。

所述毛细层3为粉末烧结体，所述粉末烧结体由铜粉和氧化铜粉混合烧结而成，所述毛细层3的厚度为0.08mm。

所述毛细层3中间隔设置支撑柱5，所述支撑柱5的上端与特斯拉阀2固定，下端与下盖板4固定。

所述支撑住5的材质与上盖板1相同。

所述蒸发端6结构在环路热管中，其进口段一侧为储液区7，出口端一侧为蒸汽通道8。

所述蒸发端6、储液区7和蒸汽通道8的放置方式的示意图如图4所示，三者呈90度夹角放置。

采用上述实施例中的蒸发端结构进行器件的散热，器件作为热源，所述蒸发端6位于热源上方，器件在运行过程中发热，而环路热管中工作流体循环流动，在储液区7汇集后，进入蒸发端6结构中的毛细层3，并在毛细作用下流动，通过吸收器件运行放出的热量发生相变生成蒸汽，进入特斯拉阀2，在特斯拉阀腔体通道21中加速流动，离开后进入蒸汽通道8，将热源放出的热量快速带走，避免了热量的积累，环路热管可长时间连续稳定运行。

综合上述实施例可以看出，本实用新型所述蒸发端结构将特斯拉阀作为蒸发端组件，利用特斯拉阀适合流体单向流通并加速的结构特性，工作流体进入蒸发端结构形成蒸汽后，在特斯拉阀腔体中可控调节蒸汽方向，实现蒸汽的加速，将热源区域的热量快速带走，避免环路热管因热量积累而造成循环失效，无烧干现象，保证环路热管连续稳定运行；所述蒸发端结构简单，操作简便，热量传递及散发效果好，便于热源余热的利用，适用范围广。

本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构，但本实用新型并不局限于上述详细结构，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型结构的等效替换及辅助组件的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种环路热管的蒸发端结构，其特征在于，所述蒸发端结构自上而下依次包括上盖板、特斯拉阀、毛细层和下盖板；所述特斯拉阀自上盖板的下表面向内加工形成，所述特斯拉阀成串设置，各串平行排列，形成特斯拉阀腔体通道和特斯拉阀腔体侧壁交替排列的结构；所述毛细层填充于自下盖板上表面挖设的腔体中，位于特斯拉阀的下方。

2.根据权利要求1所述的环路热管的蒸发端结构，其特征在于，所述蒸发端结构中的下盖板与热源接触；

所述上盖板和下盖板的材质独立地包括铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金或钢中任意一种。

3.根据权利要求1所述的环路热管的蒸发端结构，其特征在于，每串所述特斯拉阀包括至少3个阀体结构。

4.根据权利要求1所述的环路热管的蒸发端结构，其特征在于，所述特斯拉阀腔体通道的尺寸包括两类，其中一类为特斯拉阀腔体通道的宽度为0.2～1.5mm，深度不小于0.07mm；另一类为特斯拉阀腔体通道的宽度不小于1.0mm，深度不小于0.15mm。

5.根据权利要求1所述的环路热管的蒸发端结构，其特征在于，所述毛细层为编织网、粉末烧结体或蚀刻通道中任意一种。

6.根据权利要求5所述的环路热管的蒸发端结构，其特征在于，所述毛细层为编织网或粉末烧结体时，其厚度不小于0.03mm；

所述毛细层为蚀刻通道时，其厚度不小于0.01mm。

7.根据权利要求1所述的环路热管的蒸发端结构，其特征在于，所述毛细层中间隔设置支撑柱，所述支撑柱的上端与特斯拉阀固定，下端与下盖板固定。

8.根据权利要求7所述的环路热管的蒸发端结构，其特征在于，所述支撑柱的材质与上盖板或下盖板相同。

9.根据权利要求1所述的环路热管的蒸发端结构，其特征在于，所述蒸发端结构在环路热管中，其进口段一侧为储液区，出口端一侧为蒸汽通道。

10.根据权利要求9所述的环路热管的蒸发端结构，其特征在于，所述蒸发端结构、储液区和蒸汽通道呈水平放置或呈夹角放置。

Images