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CN201104143Y - 一种多通道自调节回路热管装置 - Google Patents

一种多通道自调节回路热管装置 Download PDF

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CN201104143Y
CN201104143Y CNU2007200482495U CN200720048249U CN201104143Y CN 201104143 Y CN201104143 Y CN 201104143Y CN U2007200482495 U CNU2007200482495 U CN U2007200482495U CN 200720048249 U CN200720048249 U CN 200720048249U CN 201104143 Y CN201104143 Y CN 201104143Y
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CNU2007200482495U
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吕树申
莫冬传
金积德
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Sun Yat Sen University
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Sun Yat Sen University
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers

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Abstract

本实用新型公开了一种多通道自调节回路热管装置，它包括蒸发器、冷凝器、补偿器和至少两条环路管道；蒸发器内设有吸液芯，吸液芯与蒸发器内壁之间形成蒸发腔；环路管道的蒸气入口端与蒸发腔连通，环路管道穿过冷凝器，环路管道的回流出口端与蒸发器连通，环路管道的回流段还与补偿器连通，补偿器内填充有工质液体。本实用新型的多通道自调节回路热管装置散热热流密度大，能精确和灵活的控制温度，并具有自调节能力。

Description

一种多通道自调节回路热管装置
技术领域
本实用新型涉及传热和电子元器件冷却领域，具体地说，涉及一种多通道自调节回路热管装置。
背景技术
回路热管是一种新型的两相的高效传热装置，它利用蒸发器内的毛细芯产生的毛细力驱动回路运行，利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，因此能够在小温差、长距离的情况下传递大量的热量。
回路热管的蒸发器与热源相接触，蒸发器内部装有高性能的毛细芯(称为第一吸液芯)。补偿室与蒸发器相连，两者内部通过另外一个毛细芯(称为第二吸液芯)相连。冷凝段与冷源直接接触。蒸发管道将蒸发器与冷凝段相连，回流管道将冷凝段和补偿室相连。当蒸发器受热时，其内部的第一吸液芯表面的液体将吸收潜热产生蒸汽，蒸汽通过蒸汽管道到达冷凝段，放出潜热，变成液体，并通过液体回流管回到补偿室。补偿室的液体再回到蒸发器，从而构成一个循环。
一般回路热管存在当工质在蒸发器的蒸发速率大于其液体回流管的回流速率，而第二吸液芯难以将工质从补偿室吸到蒸发器而造成干涸现象。另外由于吸液芯的热传导过大使补偿室温度过高，常常使整个回路热管的运行温度过高，这常常被称为热泄漏问题。此外回路热管在低瓦数下难以启动，而且由于槽道压降过大导致最大传热量不高，以及启动后由于局部蒸汽流动阻力过大造成蒸发器内局部压力过大，温度过高。这些缺点尤其在平板式回路热管中非常明显。
专利号为ZL01131198.3，名称为平板式环路型热管(一)的中国发明专利，公开了一种具有蒸气通道，冷凝区和回路通道的沟槽式热管。沟槽式热管的指向性非常强，在弯曲传导时，导热性能便大大下降；另外，该环路型热管没有补偿室结构，容易出现热泄漏问题。
专利申请号为200510035406.4，名称为一种高效平板式回路热管装置的中国发明专利，公开了蒸发器和补偿室为一体式的高效平板式回路热管装置。该热管装置引进了补充室，虽然能够起到减小系统热泄漏的作用，但是其补充室的单通道构造不能精确和灵活的控制温度，不能很好地自我调节。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有热管存在的不足，提供一种散热热流密度大，能精确和灵活的控制温度的多通道有自调节能力的回路热管装置。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种多通道自调节回路热管装置，包括蒸发器、冷凝器、补偿器和至少两条环路管道；蒸发器内设有吸液芯，吸液芯与蒸发器内壁之间形成蒸发腔；环路管道的蒸气入口端与蒸发腔连通，环路管道穿过冷凝器，环路管道的回流出口端与蒸发器连通，环路管道的回流段还与补偿器连通，补偿器内填充有工质液体。
作为优选，在上述多通道自调节回路热管装置中，可将吸液芯设计为凸台结构，从而形成蒸气腔，吸液芯内有相互导通的槽道，最好设计为正“米字形”或“反米字形”槽道，这样就不会因为某个槽道堵塞而使局部压力过高，也不会因为蒸发器接触的热源局部温度过高而造成蒸发器局部蒸汽来不及带走，使得局部温度过高。蒸汽可以根据实际情况选择阻力最小、压降最小的槽道进行流动，使回路的整体压降比一般回路热管得到很好的改善，可以使回路热管在一个更佳的状态下运行，并且可以使回路热管的最大传热能力得到增强。
作为优选，在上述多通道自调节回路热管装置中，可在蒸发器内装入工质液体，用于补充吸液芯的工质液体，吸液芯将工质液体与蒸发腔分隔开来，工质液体不会直接流入蒸发腔。
作为优选，在上述多通道自调节回路热管装置中，环路管道的回流出口端可与吸液芯或蒸发器内的工质液体连通。
作为优选，在上述多通道自调节回路热管装置中，补偿器上设有加热或冷却器，可用于控制补偿器内液体对蒸发器的回流补充。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)温度控制效果明显：本实用新型设有补偿器，补偿器上设有加热或冷却器，系统通过补偿器对蒸发温度进行精确控制形成精确温度控制和自调节的工作机制。
(2)系统由多通道组成，系统自调节能力明显。由于多通道的工质液体回流段都与工质补偿器相接，这样根据系统的热源分布、通道的局部流动阻力分布形成一个自调节和自补偿的工作机制。
(3)由于吸液芯上与热源连接的界面包含了米字形纵横交错的蒸汽槽道，不会因为某个槽道堵塞而使局部压力过高，也不会因为蒸发器接触的热源局部温度过高而造成蒸发器局部蒸汽来不及带走，使得局部温度过高。蒸汽可以根据实际情况选择阻力最小、压降最小的槽道进行流动，使回路的整体压降比一般回路热管得到很好的改善，可以使回路热管在一个更佳的状态下运行，并且可以使回路热管的最大传热能力得到增强。
(4)吸液芯的主横向槽道可以起到一个汇集从纵向槽道过来的蒸汽的作用，它的尺寸比其它槽道要大一些，可以在汇集的时候很明显地减小流动阻力。吸液芯的主纵向槽道可以起到一个汇集从横向槽道过来的蒸汽的作用，它的尺寸比其它槽道要大一些，可以在汇集的时候很明显地减小流动阻力。
(5)蒸发器的结构可适于热源在上部、下部、左侧或右侧的分布形式，即此高效传热装置的总散热效果不因重力而受到影响。
附图说明
图1为多通道自调节回路热管装置结构示意图；
图2为“正米字形”吸液芯立体结构示意图；
图3为“正米字形”吸液芯正面结构示意图；
图4为“正米字形”吸液芯侧面结构示意图；
图5为“反米字形”吸液芯立体结构示意图；
图6为“反米字形”吸液芯正面结构示意图；
图7为“反米字形”吸液芯侧面结构示意图；
图8为重力方向蒸发器结构示意图；
图9为反重力方向蒸发器结构示意图。
具体实施方式
实施例1用平板式多通道自调节回路热管装置对电脑CPU进行散热
如图1所示，一种多通道自调节回路热管装置，包括蒸发器1、冷凝器2、补偿器3和至少两条环路管道4；蒸发器1内设有吸液芯5，吸液芯5与蒸发器1内壁之间形成蒸发腔6；环路管道4的蒸气入口端41与蒸发腔6连通，环路管道4穿过冷凝器2，环路管道4的回流出口端42与蒸发器1内的吸液芯5连通，环路管道4的回流段43还与补偿器3连通，补偿器3内填充有工质液体。
作为优选，吸液芯5设计为凸台结构，内有相互导通的正“米字形”或“反米字形”槽道51。
作为优选，蒸发器1内还装有工质液体7，用于补偿吸液芯的工质液体，吸液芯5将工质液体7与蒸发腔6分隔开。
蒸发器1底部与热负荷端Q1即电脑的CPU接触，在蒸发器1与工作的CPU连接而受热时，吸液芯5的工质将吸收潜热，在槽道51产生蒸汽，该蒸汽最后汇集到蒸发腔6，分别根据各自阻力分布沿着环路管道4到达冷凝器2冷却成液体，释放出潜热，达到将CPU端的热量带走的目的。为了提高冷却效果，可以在冷凝器2加上翅片以增加空气强制对流的效果，或采用水冷或其它液体冷却的方式。冷凝后的液体再分别通过环路管道4的回流段42回到蒸发器1。环路管道4的回流段43分别和补偿器3相连接，在系统蒸发器1中的工质吸热相变时，多余的工质回流至补偿器3中；由于系统压力的平衡关系，补偿器3的饱和压力和温度决定着蒸发器1中吸液芯5中工质的蒸发相变温度。这一温度可以由温控热源(或冷源)Q2进行精确控制。
图2～7更清晰地表达了蒸发器1中吸液芯5的结构。图2～7中，吸液芯5开有许多导通的米字形槽道51。当CPU工作给予蒸发器1热量Q1时，紧贴蒸发器1受热面的吸液芯5也将受热，其表面的液体由于吸收了潜热，将在横向、纵向的槽道51中产生蒸汽，这些蒸汽将在槽道51中选择流动阻力最小的方向流动，最终到达环路管道4。
实施例2平板式多通道自调节回路热管装置反重力散热效果
图8中，当需要散热的热源位于蒸发器1的下部时，蒸发器1的底部与热负荷端Q相接触，吸液芯5中的工质将吸收潜热，在槽道51产生蒸汽，该蒸汽最后汇集到下部的蒸发腔6，分别根据各自阻力分布沿着环路管道4到达冷凝器2冷却成液体，释放出潜热，液体回流至蒸发器1，从而达到将热量带走的目的。液体回流的吸液力来源于吸液芯5的吸液能力和液体本身的重力作用。
图9中，当需要散热的热源位于蒸发器1的上部时，蒸发器1的顶部与热负荷端Q相接触，吸液芯5中的工质将吸收潜热，在槽道51产生蒸汽，该蒸汽最后汇集到下部的蒸发腔6，分别根据各自阻力分布沿着环路管道4到达冷凝段冷却成液体，释放出潜热；液体回流至蒸发器1，从而达到将热量带走的目的。液体回流的吸液力主要来源于吸液芯5的吸液能力，在这种情况下由于蒸汽的密度小，所以重力作用有助于蒸汽聚集并通过环路管道产生回流效果，因此系统阻力减小，传热能力增强。
同样的工作原理适用于热源位于蒸发器1的左侧或右侧的情况。

Claims (6)

1. 一种多通道自调节回路热管装置，其特征在于包括蒸发器(1)、冷凝器(2)、补偿器(3)和至少两条环路管道(4)；蒸发器(1)内设有吸液芯(5)，吸液芯(5)与蒸发器(1)内壁之间形成蒸发腔(6)；环路管道(4)的蒸气入口端(41)与蒸发腔(6)连通，环路管道(4)穿过冷凝器(2)，环路管道(4)的回流出口端(42)与蒸发器(1)连通，环路管道(4)的回流段(43)还与补偿器(3)连通，补偿器(3)内填充有工质液体。
2. 如权利要求1所述的多通道自调节回路热管装置，其特征在于所述吸液芯(5)为凸台结构，内有相互导通的槽道(51)。
3. 如权利要求2所述的多通道自调节回路热管装置，其特征在于所述槽道(51)为“正米字形”或“反米字形”槽道。
4. 如权利要求1所述的多通道自调节回路热管装置，其特征在于所述蒸发器(1)内还装有工质液体(7)，吸液芯(5)将工质液体(7)与蒸发腔(6)分隔开。
5. 如权利要求1所述的多通道自调节回路热管装置，其特征在于环路管道(4)的回流出口端(42)与吸液芯(5)或蒸发器(1)内的工质液体(7)连通。
6. 如权利要求1所述的多通道自调节回路热管装置，其特征在于补偿器(3)上设有加热或冷却器。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102419123A (zh) * 2011-12-15 2012-04-18 华南理工大学 反重力鼓泡式环路热管
TWI645153B (zh) * 2018-04-26 2018-12-21 泰碩電子股份有限公司 同管分為汽流通道與液流通道的迴路熱管
CN111006529A (zh) * 2019-12-27 2020-04-14 华中科技大学 一种双蒸发器环路热管
CN111981882A (zh) * 2020-08-20 2020-11-24 华北电力大学 一种间断式相分离回路热管
CN114585217A (zh) * 2020-12-01 2022-06-03 百度（美国）有限责任公司 基于高功率密度的两相系统设计

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