CN110243217B - 一种带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有包围式储液室的平板式环路热管蒸发器，包括一个壳体和毛细芯，壳体内部被分成了相互独立的蒸发室和储液室，在蒸发室侧壁上设有蒸汽出口，在储液室侧壁上设有液体进口和抽气口；储液室包围在所述蒸发室三个侧面，毛细芯安装在所述的壳体内，毛细芯具有四个支路，其中三个支路的边缘延伸到三个不同方向的储液室内，第四个支路的边缘延伸到蒸发室内，将蒸发室和储液室连通；且毛细芯将蒸发室分隔成了两个独立的蒸发空间，在每个蒸发空间中，与毛细芯轴线平行的蒸发室侧壁内侧设有蒸汽槽道，外侧形成加热面。

Description

一种带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器

技术领域

本发明属于强化换热相关技术领域，具体的说，是涉及一种带有包围式储液室的平板式环路热管蒸发器。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

环路热管是一种通过蒸发器内的毛细芯产生的毛细力来驱动工作介质流动,利用工作介质的相变过程来传递热量的高效传热装置。经过多年的发展，其技术日趋成熟并逐步应用于空间飞行器、电子设备等领域的热控***中。

环路热管主要由蒸发器、毛细芯、储液室、液体管线、蒸汽管线和冷凝段组成。平板式环路热管的蒸发器为平板式，其受热面积大，所占空间高度小，且有利于与发热元件贴合，尤其适用于内部空间有限、发热量大、热流密度高的电子器件的散热。随着电子、计算机和I T行业的迅猛发展，电子元器件的体积越来越小，集成度越来越高，从而导致了电子元器件上热流密度也越来越大；有时为了减少体积，电子元器件在布置上甚至会采用叠加结构，这为电子元器件内部的散热提出了更高的要求。常规的平板型环路热管的蒸发器通常为一平板状空腔结构，其中一面作为蒸发器的加热面，另外一面安装有储液室，中间采用毛细芯相隔，如专利ZL201720035225X所公布的结构。储液室的液体工质进入毛细芯被来自加热面的热量加热蒸发，产生的蒸汽经加热面上的蒸汽槽道进入位于一侧的蒸汽管道，并在冷凝器中冷却成液态工质；液态工质经液体管道通过位于蒸发室另外一侧的管道进入储液室，从而完成一个循环。发明人发现受结构限制，常规的平板型环路热管蒸发室内的毛细芯难以做到很薄(如3mm以下)，否则会产生严重的逆向导热效应，影响环路热管的工作性能；同时对于小型环路热管而言，当电子元器件的热流密度较高时，位于环路热管蒸发器内的毛细芯对液态工质的抽吸能力受到了严峻的考验，严重地制约了环路热管的散热能力。另外，常规的平板型环路热管蒸发室只能单面加热，这使得其在应用于具有叠加结构的电子元器件内部散热时，受到了一定的限制，为此需要采用多个环路热管，这无疑增加了散热部件所占据的空间，不利于设备的小型化。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种具有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，该蒸发器三面布置有储液室，蒸发器内的毛细芯可以从三面抽吸液态工质，提高了毛细芯抽吸液态工质的能力；另外该蒸发器可以同时为两个上下相邻的发热电子元器件进行散热，有效地提高了环路热管的传热能力，占据空间小，有利于设备的小型化。该结构延长了蒸汽从蒸发室进入储液室的距离，同时由于绝热涂层和隔热嵌条的存在，增加了热量从蒸发室传递到储液室的传热热阻，降低了蒸发器内热量从蒸发室向储液室传递的逆向导热效应，有利于环路热管的稳定运行。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种具有包围式储液室平板型环路热管蒸发器，包括一个壳体和毛细芯，所述的壳体内部被分成了相互独立的蒸发室和储液室，在所述的蒸发室侧壁上设有蒸汽出口，在所述的储液室侧壁上设有液体进口和抽气口；

所述的储液室包围在所述蒸发室三个侧面，所述的毛细芯安装在所述的壳体内，毛细芯具有四个支路，其中三个支路的边缘延伸到三个不同方向的储液室内，第四个支路的边缘延伸到蒸发室内，将蒸发室和储液室连通；且毛细芯将蒸发室分隔成了两个独立的蒸发空间，在每个蒸发空间中，与毛细芯轴线平行的蒸发室侧壁内侧设有蒸汽槽道，外侧形成加热面。

作为进一步的技术方案，采用蒸发室三侧布置储液室的结构，可以增加毛细芯的吸液面积和吸液能力，从而为蒸发室内毛细芯内部的水的蒸发提供了更充分的补充，有利于提高蒸发室的吸热能力。

作为进一步的技术方案，所述的蒸汽出口位于蒸发室中与加热面垂直的面上，蒸汽出口与蒸汽管线相连。

作为进一步的技术方案，所述的蒸发室和储液室之间有分隔梁，所述的毛细芯沿水平方向设置经过分隔梁延伸到储液室内，将蒸发室和储液室通过毛细芯连通；蒸发室和储液室之间分隔梁的存在，延长了蒸汽从蒸发室进入储液室的距离，增加了热量从蒸发室传递到储液室内工作介质过程中的传热热阻，降低了蒸发器的逆向导热效应。

作为进一步的技术方案，分隔梁可以与储液室和蒸发室采用同一种材料，通过机加工的方式，使其与蒸发器成为一体，也可以是采用不同的绝热材料，通过焊接或者其他密封连接方式镶嵌在蒸发室和储液室之间。

作为进一步的技术方案，所述储液室的液体入口与液体管道相连，蒸汽经冷凝器冷凝后，通过液体管线经储液室液体入口进入储液室，并经毛细芯再次进入蒸发室。

作为进一步的技术方案，所述蒸发室和储液室之间的分隔梁宽度为5mm以上。

作为进一步的技术方案，所述的蒸发室、分隔梁以及储液室可以采用机械加工的方式形成一体。

作为进一步的技术方案，所述的壳体包括下壳体、上壳体，所述的上壳体安装在下壳体的上部，中间通过分隔梁和密封条密封后分成了蒸发室和储液室。

作为进一步的技术方案，在蒸发室对应的下壳体顶部设有蒸汽槽道，在上左壳体的底部设有蒸汽槽道。

作为进一步的技术方案，分隔梁上安装有隔热嵌条，以减少热量从蒸发室加热面向储液室传输的热量，进一步降低蒸发器的逆向导热效应。

作为进一步的技术方案，当采用焊接或者其他密封连接方式将分隔梁镶嵌在蒸发室和储液室之间时，分隔梁可采用导热系数低的绝热材料，以进一步降低蒸发器的逆向导热效应。

作为进一步的技术方案，储液室内壁面涂有绝热涂层。

本发明的有益技术效果为：

蒸发室具有包围式储液室，储液室位于蒸发室的三个侧面，通过毛细芯将蒸发室和储液室连通，蒸发器内的毛细芯可以从三面抽吸液态工质，在不增加毛细芯厚度的情况下，提高了毛细芯抽吸液态工质的能力，从而为毛细芯的小型化提供了更有力的条件，同时该蒸发室具有两个加热面，分别位于蒸发室的上下两面，双面加热面的存在可以同时为多个发热电子元器件进行散热，提高热量的传热效率，可以更有效地减低被冷却元器件的温度。比传统的平板式环路热管多了一个加热面，从而能够吸收更多的热量，同时，为叠加结构的电子元器件内部散热提供了方便，可以同时为上下相邻的两个发热元器件进行散热，占据空间小，有利于设备的小型化。蒸发室与储液室的距离决定于分隔条的宽度，而与毛细芯的厚度无关；通过加大分隔梁的宽度，可以延长蒸汽从蒸发室进入储液室的距离，增加热量从蒸发室传递到储液室内工作介质过程中的传热热阻，降低了蒸发器内的逆向导热效应，有利于环路热管的稳定运行。

分隔梁上安装有隔热嵌条，减少了热量从蒸发室加热面向储液室传输的热量，进一步降低了蒸发器的逆向导热效应。

储液室内壁面涂有绝热涂层。绝热涂层增加了热量从储液室壁面传递到储液室内工作介质过程中的传热热阻，降低了通过储液室壁面向储液室中工作介质的漏热，降低了蒸发器的逆向导热效应。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的蒸发器平面图；

图2是本发明的蒸发器的正剖面图；

图3是本发明的蒸发器的侧剖面图。

图中，1、蒸汽出口，2、蒸汽槽道，3、蒸发室，4、密封条，5、分隔梁，6、储液室，7、液体进口，8、抽气口，9、毛细芯，10、蒸发器上壳体，11、绝热涂层，12、蒸发器下壳体，13、隔热嵌条。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，常规的平板型环路热管的蒸发器通常为一平板状空腔结构，其中一面作为蒸发器的加热面，另外一面安装有储液室，中间采用毛细芯相隔，如专利ZL201720035225X所公布的结构；储液室的液体工质进入毛细芯被来自加热面的热量加热蒸发，产生的蒸汽经加热面上的蒸汽槽道进入位于一侧的蒸汽管道，并在冷凝器中冷却成液态工质；液态工质经液体管道通过位于蒸发室另外一侧的管道进入储液室，从而完成一个循环。发明人发现受结构限制，常规的平板型环路热管蒸发室的漏热，即蒸发室向储液室的逆向导热效应，决定于毛细芯的厚度和毛细芯材料的导热系数以及蒸发器壁面的导热系数。为了实现平板环路热管的小型化，毛细芯的厚度应尽可能的薄，而这将会导致蒸发室向储液室的逆向导热效应增加，不利于环路热管运行；同时常规的平板型环路热管只能单面加热，这使得其在应用于具有叠加结构的电子元器件内部散热时，受到了一定的限制，为此需要采用多个环路热管，这无疑增加了散热部件所占据的空间，不利于设备的小型化，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种带有包围式储液室的平板型环路热管，其结构如图1、图2和图3所示，平板式环路热管蒸发器，包括一个壳体和毛细芯，壳体内部被分成了相互独立的蒸发室和储液室，在所述的蒸发室侧壁上设有蒸汽出口，蒸汽出口位于蒸发室中与加热面垂直的面上，对应附图中的左侧面，蒸汽出口与蒸汽管线相连；在储液室侧壁上设有液体进口和抽气口；液体进口和抽气口位于壳体的同一面上，对应附图1中的右侧面；毛细芯安装在所述的壳体内，其具有四个支路，其中三个支路的边缘延伸到储液室内，第四个支路的边缘延伸到蒸发室内，将蒸发室和储液室连通；且毛细芯将蒸发室分隔成了两个独立的蒸发空间，在每个蒸发空间中，与毛细芯轴线平行的蒸发室侧壁内侧设有蒸汽槽道，外侧形成加热面。

作为进一步的技术方案，蒸发室和储液室之间有分隔梁，毛细芯沿水平方向设置经过分隔梁延伸到储液室内，将蒸发室和储液室通过毛细芯连通；蒸发室和储液室之间分隔梁的存在，延长了蒸汽从蒸发室进入储液室的距离，增加了热量从蒸发室传递到储液室内工作介质过程中的传热热阻，降低了蒸发器的逆向导热效应。

作为进一步的技术方案，分隔梁上安装有隔热嵌条，以减少热量从蒸发室加热面向储液室传输的热量，进一步降低蒸发器的逆向导热效应。

作为进一步的技术方案，分隔梁可以与储液室和蒸发室采用同一种材料，通过机加工的方式，使其与蒸发器成为一体，也可以是采用不同的绝热材料，通过焊接或者其他密封连接方式镶嵌在蒸发室和储液室之间；当采用焊接或者其他密封连接方式将分隔梁镶嵌在蒸发室和储液室之间时，分隔梁可采用导热系数低的绝热材料，以进一步降低蒸发器的逆向导热效应。优选的，所述蒸发室和储液室之间的分隔梁宽度为5mm以上。

作为进一步的技术方案，储液室的液体入口与液体管道相连，蒸汽经冷凝器冷凝后，通过液体管线经储液室液体入口进入储液室，并经毛细芯再次进入蒸发室。

作为进一步的技术方案，蒸发室、分隔梁以及储液室可以采用机械加工的方式形成一体。

作为进一步的技术方案，壳体包括下壳体12和上壳体10；所述的上壳体安装在下壳体的上部，中间通过分隔梁和密封条分隔密封后形成储液室与蒸发室；如图1所示，蒸发室类似于一个矩形结构；储液室类似于向左偏倒的凹型结构，其包围在储液室的前、后、右三个侧面上；蒸发室的顶面和底面作为加热面。

作为进一步的技术方案，在蒸发室对应的下壳体顶部设有蒸汽槽道，在上左壳体的底部设有蒸汽槽道，对应的壳体的外表面为加热面，蒸发室具有两个加热面，分别位于蒸发室的上、下两面，比传统的平板式环路热管多了一个加热面，从而能够吸收更多的热量，同时，为叠加结构的电子元器件内部散热提供了方便，可以同时为上下相邻的两个发热元器件进行散热，占据空间小，有利于设备的小型化。储液室位于蒸发室的三个侧面，通过毛细芯将蒸发室和储液室连通。包围式储液室的结构使得蒸发器内的毛细芯可以从三面抽吸液态工质，在不增加毛细芯厚度的情况下，提高了毛细芯抽吸液态工质的能力，从而为毛细芯的小型化提供了更有力的条件；蒸发室与储液室的距离决定于分隔条的宽度，而与毛细芯的厚度无关；通过加大分隔梁的宽度，可以延长蒸汽从蒸发室进入储液室的距离，增加热量从蒸发室传递到储液室内工作介质过程中的传热热阻，降低了蒸发器内的逆向导热效应，有利于环路热管的稳定运行。

储液室内壁面涂有绝热涂层，绝热涂层增加了热量从储液室壁面传递到储液室内工作介质过程中的传热热阻，降低了通过储液室壁面向储液室中工作介质的漏热，降低了蒸发器的逆向导热效应。

具体的，本发明中蒸发器上壳体10和蒸发器下壳体12扣在一起形成蒸发器壳体，蒸发器上壳体和下壳体上刻有蒸汽槽道2，具体见附图3，在图3中的蒸汽槽道为类似于矩形槽道；蒸发器上壳体10和蒸发器下壳体12之间有毛细芯9，毛细芯经过分隔梁5从蒸发室3伸入储液室6，储液室内壁上喷涂有绝热涂层11，以增加热量从储液室壁面传递到储液室内工作介质过程中的传热热阻，降低通过壁面向储液室中工作介质的漏热。蒸发室侧壁上开有抽气口8，用于环路热管组装时进行抽真空和充装液体工质。在环路热管工作过程中，热量通过蒸发器上下壳体两个受热面传递到蒸发室3内，毛细芯9内的液态工质受热汽化，形成的蒸汽经蒸汽槽道2汇聚后从蒸汽出口1流出蒸发室3，并经蒸汽管线(未画出)进入冷凝器(未画出)重新冷凝成液体，然后经液体管线从液体进口7返回到储液室6。位于储液室内的部分毛细芯吸收储液室内的液态工质，并将液态工质经毛细芯抽吸到蒸发室完成一个循环。为了避免蒸发室内形成的蒸汽进入储液室影响两边的压差，给环路热管工作性能带来负面影响，在分隔梁的两端加工有密封条4。为了减少了热量从蒸发室加热面向储液室传输的热量，进一步降低蒸发器的逆向导热效应，在分隔梁上安装有隔热嵌条。

采用本发明的环路热管可在40～90度的环境中顺利启动并长时间稳定工作。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，包括一个壳体和毛细芯，所述的壳体内部被分成了相互独立的蒸发室和储液室，在所述的蒸发室侧壁上设有蒸汽出口，在所述的储液室侧壁上设有液体进口和抽气口；其特征在于，所述的储液室包围在所述蒸发室三个侧面，所述的毛细芯安装在所述的壳体内，毛细芯具有四个支路，其中三个支路的边缘延伸到包围在蒸发室三个侧面的储液室内，第四个支路的边缘延伸到蒸发室内，将蒸发室和储液室连通；且毛细芯将蒸发室分隔成了两个独立的蒸发空间，在每个蒸发空间中，与毛细芯轴线平行的蒸发室侧壁内侧设有蒸汽槽道，外侧形成加热面。

2.如权利要求1所述的带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，其特征在于，所述的蒸汽出口位于蒸发室中与加热面垂直的面上，蒸汽出口与蒸汽管线相连。

3.如权利要求1所述的带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，其特征在于，所述的蒸发室和储液室之间有分隔梁，所述的毛细芯沿水平方向设置经过分隔梁延伸到储液室内，将蒸发室和储液室连通。

4.如权利要求3所述的带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，其特征在于，所述分隔梁上安装有隔热嵌条。

5.如权利要求3所述的带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，其特征在于，所述的分隔梁与壳体均采用同一种材料，通过机加工的方式，使其与蒸发器成为一体；或是分隔梁采用与壳体不同的绝热材料，通过焊接密封连接方式镶嵌在蒸发室和储液室之间。

6.如权利要求4所述的带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，其特征在于，当采用焊接密封连接方式将分隔梁镶嵌在蒸发室和储液室之间时，所述分隔梁采用导热系数低的绝热材料。

7.如权利要求5所述的带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，其特征在于，所述蒸发室和储液室之间的分隔梁宽度为5mm以上。

8.如权利要求1所述的带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，其特征在于，所述储液室的液体入口与液体管道相连，蒸汽经冷凝器冷凝后，通过液体管道经储液室液体入口进入储液室，并经毛细芯再次进入蒸发室。

9.如权利要求1所述的带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，其特征在于，所述的壳体包括下壳体、上壳体，所述的上壳体安装在下壳体的上部，中间通过分隔梁和密封条分成了蒸发室和储液室。

10.如权利要求1所述的带有包围式储液室的平板型环路热管蒸发器，其特征在于，在所述的储液室内壁面涂有绝热涂层。

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