CN219244387U - 蒸发器及环路热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种蒸发器及环路热管，包括外壳、隔离件和导热结构；所述外壳内部形成有空腔；所述隔离件用于将空腔分隔成蒸发腔与补偿腔，所述补偿腔用于填充工质；所述蒸发腔与热源接触的第一吸热壁上形成有第一毛细结构，蒸发腔内与所述第一吸热壁相对的第二吸热壁上形成有第二毛细结构，所述第一毛细结构和所述第二毛细结构能够从所述补偿腔中汲取工质，并在热源的加热下将工质蒸发到所述蒸发腔中；所述导热结构立设于所述蒸发腔中，所述导热结构的一端与所述第一吸热壁连接，另一端与所述第二吸热壁连接，用于将热源产生的热量由所述第一吸热壁传导至所述第二毛细结构。该蒸发器及环路热管能够降低蒸发器的启动温度，提升散热效率。

Description

蒸发器及环路热管

技术领域

本实用新型涉及环路热管技术领域，尤其涉及一种蒸发器及环路热管。

背景技术

环路热管是一种利用工质相变进行传热的装置，现已被广泛应用于各种高热流密度的发热元件的散热作业中。环路热管一般由蒸发器、与蒸发器连接的气体管线和液体管线，以及设置于气体管线和液体管线衔接处的冷凝器构成。

在蒸发器中设置有补偿腔与蒸发腔，补偿腔内填充有液态工质，毛细结构贴附于蒸发器吸热壁的内表面，毛细结构从补偿腔中吸取工质，从吸热壁传导而来的热量加热毛细结构内的工质，使工质蒸发形成气态而进入蒸发腔，蒸发腔内的蒸汽依靠自身的压力沿气体管线流动，至冷凝器后散热冷凝回归液态，并经由液体管线回流至补偿腔，从而形成散热循环。在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术中，蒸发器主要是利用单一吸热壁与热源接触，因此也仅是位于吸热壁的内表面的毛细结构能够产生蒸汽，蒸发效率较低，由此产生的蒸汽压也较小，从而导致循环较慢，散热效率较低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种蒸发器及环路热管，用于改善现有技术中的环路热管的蒸发器利用单一吸热壁进行吸热蒸发，故蒸发效率较低，进而导致散热效率较低的问题。

在本实用新型实施例中，该蒸发器包括：

外壳，所述外壳内部形成有空腔；

隔离件，设置于所述空腔中，用于将所述空腔分隔成蒸发腔与补偿腔，所述补偿腔用于填充工质；所述蒸发腔与热源接触的第一吸热壁上形成有第一毛细结构，所述蒸发腔内与所述第一吸热壁相对的第二吸热壁上形成有第二毛细结构，所述第一毛细结构和所述第二毛细结构能够从所述补偿腔中汲取工质，并在热源的加热下将工质蒸发到所述蒸发腔中；

导热结构，立设于所述蒸发腔中，所述导热结构的一端与所述第一吸热壁连接，另一端与所述第二吸热壁连接，用于将所述热源产生的热量由所述第一吸热壁传导至所述第二毛细结构。

作为所述蒸发器的进一步可选方案，所述导热结构内形成有真空腔，所述真空腔中填充有工质，所述真空腔的围壁上形成有第三毛细结构。

作为所述蒸发器的进一步可选方案，所述外壳上连接有第一除气管和第二除气管，所述第一除气管与所述真空腔连通，用作抽除所述真空腔内的空气并注入工质的通道；所述第二除气管与所述补偿腔连通，用作抽除所述补偿腔内的空气并注入工质的通道。

作为所述蒸发器的进一步可选方案，所述导热结构包括侧壁和两个端壁，所述侧壁环绕连接于两个所述端壁的外周缘，并位于两个所述端壁之间，使得所述导热结构形成完全封闭的结构；或

所述导热结构包括侧壁和一个端壁，所述侧壁环绕连接于所述端壁的外周缘，使得所述导热结构形成一端开口的结构，所述导热结构的开口的围壁与所述第一吸热壁密封连接且所述第三毛细结构与所述第一毛细结构连接，或所述导热结构的开口与所述第二吸热壁密封连接，且所述第三毛细结构与所述第二毛细结构连接；又或

所述导热结构仅包括侧壁，使得所述导热结构形成两端开口的结构，所述导热结构一端的开口与所述第一吸热壁密封连接，所述导热结构另一端的开口与所述第二吸热壁密封连接，所述第三毛细结构分别与所述第一毛细结构和所述第二毛细结构连接。

作为所述蒸发器的进一步可选方案，所述侧壁的外表面形成有第四毛细结构，所述第四毛细结构分别与所述第一毛细结构和所述第二毛细结构连接。

作为所述蒸发器的进一步可选方案，所述第四毛细结构所具有的毛细力分别大于所述第一毛细结构和所述第二毛细结构所具有的毛细力，以形成梯度毛细结构。

作为所述蒸发器的进一步可选方案，所述侧壁连同所述第四毛细结构向所述导热结构的外侧凸起形成若干个凸起部。

作为所述蒸发器的进一步可选方案，所述凸起部中的至少一个从所述蒸发腔延伸至穿过所述隔离件，到达所述补偿腔内。

作为所述蒸发器的进一步可选方案，所述隔离件与所述外壳同轴设置，使得所述蒸发腔形成于所述空腔的中部，所述补偿腔环绕于所述蒸发腔的外侧。

在本实用新型实施例中，该环路热管包括液体管线、气体管线、换热组件以及如前述任一项实施方案所涉及的蒸发器；所述液体管线的一端与所述补偿腔连通，另一端与所述换热组件连通；所述气体管线的一端与所述蒸发腔连通，另一端与所述换热组件连通，所述换热组件用于将所述气体管线中的气态工质转换成液态以流入所述液体管线。

实施本实用新型实施例，将至少具有如下有益效果：

依据以上实施例的蒸发器，通过在蒸发腔中设置导热结构，将热源产生的热量由第一吸热壁传导至第二吸热壁，扩展了热源的热流输入面积，加快了蒸发速率，增大了蒸汽压，从而提高了散热效果。

依据以上实施例的环路热管，由于扩展了热源的热流输入面积，也即扩大了蒸发面积，从而加快了蒸发速率，使得工质循环的效率得以提升，整体的散热效果增强。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本实用新型一实施例中环路热管的整体结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中蒸发器的内部结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例中蒸发器的内部结构示意图；

图4为本实用新型又一实施例中蒸发器的内部结构示意图；

主要元件符号说明：

10-蒸发器，11-外壳，111-第一吸热壁，1111-第一毛细结构，112-第二吸热壁，1121-第二毛细结构，113-蒸发腔，114-补偿腔，115-第一除气管，116-第二除气管，12-隔离件，13-导热结构，131-真空腔，132-第三毛细结构，133-侧壁，1331-凸起部，134-端壁，135-第四毛细结构；

20-液体管线；

30-气体管线；

40-换热组件。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施例提供了一种蒸发器及环路热管，用于解决现有技术中的环路热管的蒸发器利用单一吸热壁进行吸热蒸发，故蒸发效率较低，进而导致散热效率较低的问题。

在本实用新型实施例中，请参考图1，该环路热管包括蒸发器10、液体管线20、气体管线30和换热组件40。

对于蒸发器10，请参考图2，蒸发器10包括外壳11、隔离件12和导热结构13。具体而言，外壳11包括内部形成有空腔；隔离件12设置于外壳11的空腔中，用于将该空腔分隔成蒸发腔113与补偿腔114，补偿腔114用于填充工质；蒸发腔113与热源接触的第一吸热壁111上形成有第一毛细结构1111，蒸发腔113内与第一吸热壁111相对的第二吸热壁112上形成有第二毛细结构1121，第一毛细结构1111和第二毛细结构1121能够从补偿腔114中汲取工质，并在热源的加热下将工质蒸发到蒸发腔113中；导热结构13设于蒸发腔113中，导热结构13的一端与第一吸热壁111连接，另一端与第二吸热壁112连接，用于将热源产生的热量由第一吸热壁111传导至第二毛细结构1121。

上述内容所提及的“导热结构13的一端与第一吸热壁111连接，另一端与第二吸热壁112连接”，具体而言包含两种情况，一种为导热结构13的端部与吸热壁上的毛细结构连接，另一种情况为导热结构13的端部与吸热壁用于附着毛细结构的壁体连接，此时毛细结构与导热结构13的侧面接触以传导热量。在两种情况下，导热结构13均能起到将热量从第一吸热壁111传导至第二毛细结构1121的效果。由于第一吸热壁111用于附着第一毛细结构1111的壁体与热源直接接触，为了使导热结构13能够吸收更多热量，导热结构13用于与第一吸热壁111连接的一端优选为与第一吸热壁111的壁体连接，而为了增大第二毛细结构1121的吸热效率，导热结构13用于与第二吸热壁112连接的一端优选为与第二毛细结构1121连接，此优选方案在图2中示出。

本实用新型实施例中所提及的毛细结构，均可采用较为通常的设计，具体而言包括复合毛细结构和槽道毛细结构两个部分，复合毛细结构用于从补偿腔114中吸收液态工质，液态工质受热源加热后形成气态从槽道毛细结构蒸发进蒸发腔113中。

第一毛细结构1111和第二毛细结构1121从补偿腔中汲取工质的方式，具体包含两种情况。一种情况为，导热结构13上未形成有分别与第一毛细结构1111和第二毛细结构1121连接的毛细结构，则第一毛细结构1111和第二毛细结构1121均设置于蒸发腔113内，并穿过隔离件12而延伸至补偿腔114内，从而能够汲取工质；另一种情况为，导热结构13上形成有分别与第一毛细结构1111和第二毛细结构1121连接的毛细结构(即后续实施例所涉及的第三毛细结构132和第四毛细结构135)，此时第一毛细结构1111和第二毛细结构1121可设置为仅其中一个穿过隔离件12而延伸至补偿腔114内以汲取工质，另一个则仅形成于蒸发腔113内，此时工质通过导热结构13上的毛细结构传输至仅形成于蒸发腔113内的毛细结构上，而由于在蒸发器10的实际使用中应该尽量避免毛细结构湿润度不足而出现干烧的情况，因此在此种情形下，第一毛细结构1111和第二毛细结构1121均设置于蒸发腔113内，并穿过隔离件12而延伸至补偿腔114内的这一方案，仍为优选方案。

对于环路热管，液体管线20的一端与补偿腔114连通，另一端与换热组件40连通；气体管线30的一端与蒸发腔113连通，另一端与换热组件40连通，换热组件40用于将气体管线30中的气态工质转换成液态以流入液体管线20。对于液体管线20、气体管线30和换热组件40的设置方式，均可采用现有技术所提供的方案进行设计，此处不再赘述。

该环路热管的工作过程为：将蒸发器10的第一吸热壁111与热源(通常为电子设备或电子设备中的发热元件)接触，第一吸热壁111所吸收的热量通过导热结构13传导至第二吸热壁112上的第二毛细结构1121，第一毛细结构1111和第二毛细结构1121从补偿腔114中吸收的液态工质在热源所散发的热量的加热下，转换成气态，气态工质通过第一毛细结构1111和第二毛细结构1121蒸发，绝大部分气态工质蒸发进入蒸发腔113中，小部分进入补偿腔114中，蒸发腔内由于设置导热结构，使得蒸发面积增大，由此蒸发腔113中所形成的蒸汽压大于补偿腔114中的蒸汽压(此为蒸发器10的启动条件)，启动压力一定的情况下，当蒸发面积增大，启动所需的加热功率下降，也就是降低了启动温度。蒸发腔113中的蒸汽通过气体管线30向换热组件40移动，并在换热组件40处进行大量的热交换，从而转变回液态，随后经由液体管线20流回补偿腔114中，由此形成工质的循环。

对于蒸发器10而言，通过在蒸发腔113中设置导热结构13，将热源产生的热量迅速地由第一吸热壁111传导至第二吸热壁112，使得第一吸热壁111位于蒸发腔113内的壁体的温度降低，因此，相对于第一吸热壁111的位于补偿腔114内的壁体的温度，第一吸热壁111的位于蒸发腔113内的壁体的温度更低，热量将更多地向第一吸热壁111的位于蒸发腔113内的壁体传导，换言之，传导向第一毛细结构1111和第二毛细结构1121的位于蒸发腔113内的部分的热量就会增多，位于补偿腔114内的部分所分得的热量就会减少，蒸发腔113与补偿腔114的蒸汽压差更易于形成，因此降低了蒸发器10的启动温度，意味着相比于现有技术，该蒸发器10在热源温度较低时能够产生更好的散热效果。对于环路热管而言，扩展了热源的热流输入面积，也即扩大了蒸发面积，从而加快了蒸发速率，使得工质循环的效率得以提升，整体的散热效果增强。

对于导热结构13的实施方案，其最简单的设置方式为选择导热率较高的材料，如选择金、银、铜等金属材料连接于第一吸热壁111与第二吸热壁112之间。然而此种方案的均温效果以及传热效率还难以达到令人满意的程度。

在一种实施例中，导热结构13内形成有真空腔131，真空腔131中填充有工质，真空腔131的围壁上形成有第三毛细结构132。

在这一实施例中，导热结构13的一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当导热结构13的蒸发端受热时，第三毛细结构132中的液体迅速汽化，蒸汽在热扩散的动力下流向冷凝端，并在冷凝端释放出热量而冷凝，液体再沿第三毛细结构132靠毛细作用流回至蒸发端，如此循环不止，直到导热结构13两端温度相等。

在这一实施例中，导热结构13相当于现有技术中的“热管”，而热管的导热效率超过任何已知金属，从而能够在短时间内将第一吸热壁111的热量快速传导至第二吸热壁112。对于热管的外形，优选为圆柱或者棱柱。

在一种具体的实施例中，导热结构13包括侧壁133和两个端壁134，侧壁133环绕连接于两个端壁134的外周缘，并位于两个端壁134之间，使得导热结构13形成完全封闭的结构。

在另一种具体的实施例中，导热结构13包括侧壁133和一个端壁134，侧壁133环绕连接于端壁134的外周缘，使得导热结构13形成一端开口的结构，导热结构13的开口的围壁与第一吸热壁111密封连接且第三毛细结构132与第一毛细结构1111连接，或导热结构13的开口与第二吸热壁112密封连接，且第三毛细结构132与第二毛细结构1121连接。

在再一种具体的实施例中，请参考图3，导热结构13仅包括侧壁133，使得导热结构13形成两端开口的结构，导热结构13一端的开口与第一吸热壁111密封连接，另一端的开口与第二吸热壁112密封连接，第三毛细结构132分别与第一毛细结构1111和第二毛细结构1121连接。

对于上述三种具体的实施例而言，当导热结构13仅包括侧壁133时，侧壁133及其上的毛细结构承担主要的导热功能；当导热结构13还包括一个与第二毛细结构1121接触的端壁134时，侧壁133、端壁134以及两者上所附着的毛细结构承担主要的导热功能。

需要说明的是，在本实用新型说明书中所提及的两个不同毛细结构之间的连接所指的是，不同的毛细结构连接后形成功能上统一的整体，使得不同的毛细结构能够协同进行工质的输送及工质的蒸发。

在一种更加具体的实施例中，侧壁133的外表面形成有第四毛细结构135，第四毛细结构135分别与第一毛细结构1111和第二毛细结构1121连接。此时，第四毛细结构135与第一毛细结构1111和第二毛细结构1121一同参与工质的输送以及蒸发。

采用这一实施例的好处在于，导热结构13外表面的第四毛细结构135参与工质的输送以及蒸发，拓展了换热面积，减少了热密度集中带来的蒸发沸腾限制的影响，增强了传热性能；同时，第四毛细结构135连接起第一毛细结构1111和第二毛细结构1121，使得三者构成功能上统一的整体，工质能够在三者之间输送，提升了蒸发器10的运行性能，使得蒸发器10在逆重力(热源在上，蒸发器10在下)的应用场景中具有更好的抗重力性。

在一种更进一步具体的实施例中，第四毛细结构135所具有的毛细力分别大于第一毛细结构1111和第二毛细结构1121所具有的毛细力，以形成梯度毛细结构。

设置梯度毛细结构的目的在于，使得第四毛细结构135能够更好地从第一毛细结构1111和第二毛细结构1121汲取工质，从而提高蒸发效率。

在一种实施例中，请参考图4，在导热结构13的侧壁133的外表面上形成有第四毛细结构135的前提下，侧壁133连同第四毛细结构135向导热结构13的外侧凸起形成若干个凸起部1331。

设置凸起部1331的目的在于，进一步扩大换热面积，增强传热性能。

可以想见的是，为了提高散热效果，凸起部1331可以设置为多个并以均匀间隔设置。

在一种具体的实施例中，凸起部1331的内部形成有空腔，该空腔与导热结构13的真空腔131连通，使得热量能够更快地传导至凸起部1331上的第四毛细结构135。

在一种具体的实施例中，凸起部1331中的至少一个从蒸发腔113延伸至穿过隔离件12，到达补偿腔114内。

采用这一实施方案的好处在于，凸起部1331到达补偿腔114后，凸起部1331的第四毛细结构135能够直接吸取液态工质，减少了液体工质达到导热结构13的距离，提升了蒸发器10的运行性能，同时在逆重力应用下，使蒸发器10具有更好的抗重力性。

为了便于从蒸发器10中抽出气体并注入工质，在一种实施例中，外壳11上连接有第一除气管115和第二除气管116，第一除气管115与导热结构13的真空腔131连通，用作抽除真空腔131内的空气并注入工质的通道；第二除气管116与补偿腔114连通，用作抽除补偿腔114内的空气并注入工质的通道。

在一种实施例中，隔离件12与外壳11同轴设置，使得蒸发腔113形成于外壳11的空腔的中部，补偿腔114环绕于蒸发腔113的外侧。此时，气体管线30可以经由补偿腔114和隔离件12连通至蒸发腔113，例如从外壳11的一侧通入蒸发腔113；气体管线30也可以直接连通至蒸发腔113，例如从外壳11的上端或者下端通入蒸发腔113。

在一些实施例中，隔离件12采用低导热率的材料制成，包括但不限于不锈钢和陶瓷。毛细结构可由铜粉、铝粉、镍粉、铜编织网、不锈钢网、镍网、泡沫镍等烧结而成。液体管线20和气体管线30可由铜、铝、不锈钢等金属制成。工质可选择的材料包括但不限于纯水、丙酮和甲醇。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种蒸发器，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳内部形成有空腔；

隔离件，设置于所述空腔中，用于将所述空腔分隔成蒸发腔与补偿腔，所述补偿腔用于填充工质；

所述蒸发腔内与热源接触的第一吸热壁上形成有第一毛细结构，所述蒸发腔内与所述第一吸热壁相对的第二吸热壁上形成有第二毛细结构，所述第一毛细结构和所述第二毛细结构能够从所述补偿腔中汲取工质，并在热源的加热下将工质蒸发到所述蒸发腔中；

导热结构，设于所述蒸发腔中，所述导热结构的一端与所述第一吸热壁连接，另一端与所述第二吸热壁连接，用于将所述热源产生的热量由所述第一吸热壁传导至所述第二毛细结构。

2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述导热结构内形成有真空腔，所述真空腔中填充有工质，所述真空腔的围壁上形成有第三毛细结构。

3.根据权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述外壳上连接有第一除气管和第二除气管，所述第一除气管与所述真空腔连通，用作抽除所述真空腔内的空气并注入工质的通道；所述第二除气管与所述补偿腔连通，用作抽除所述补偿腔内的空气并注入工质的通道。

4.根据权利要求2或3所述的蒸发器，其特征在于，所述导热结构包括侧壁和两个端壁，所述侧壁环绕连接于两个所述端壁的外周缘，并位于两个所述端壁之间，使得所述导热结构形成完全封闭的结构；或

所述导热结构包括侧壁和一个端壁，所述侧壁环绕连接于所述端壁的外周缘，使得所述导热结构形成一端开口的结构，所述导热结构的开口与所述第一吸热壁密封连接且所述第三毛细结构与所述第一毛细结构连接，或所述导热结构的开口与所述第二吸热壁密封连接，且所述第三毛细结构与所述第二毛细结构连接；又或

所述导热结构仅包括侧壁，使得所述导热结构形成两端开口的结构，所述导热结构一端的开口与所述第一吸热壁密封连接，所述导热结构另一端的开口与所述第二吸热壁密封连接，所述第三毛细结构分别与所述第一毛细结构和所述第二毛细结构连接。

5.根据权利要求4所述的蒸发器，其特征在于，所述侧壁的外表面形成有第四毛细结构，所述第四毛细结构分别与所述第一毛细结构和所述第二毛细结构连接。

6.根据权利要求5所述的蒸发器，其特征在于，所述第四毛细结构所具有的毛细力分别大于所述第一毛细结构和所述第二毛细结构所具有的毛细力，以形成梯度毛细结构。

7.根据权利要求5或6所述的蒸发器，其特征在于，所述侧壁连同所述第四毛细结构向所述导热结构的外侧凸起形成若干个凸起部，所述凸起部的内部形成有空腔，所述空腔与所述导热结构的所述真空腔连通，使得热量能够更快地传导至所述第四毛细结构。

8.根据权利要求7所述的蒸发器，其特征在于，所述凸起部中的至少一个从所述蒸发腔延伸至穿过所述隔离件，到达所述补偿腔内。

9.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述隔离件与所述外壳同轴设置，使得所述蒸发腔形成于所述空腔的中部，所述补偿腔环绕于所述蒸发腔的外侧。

10.一种环路热管，其特征在于，包括液体管线、气体管线、换热组件以及如权利要求1-9中任一项所述的蒸发器；所述液体管线的一端与所述补偿腔连通，另一端与所述换热组件连通；所述气体管线的一端与所述蒸发腔连通，另一端与所述换热组件连通，所述换热组件用于将所述气体管线中的气态工质转换成液态以流入所述液体管线。

Images