一种环路热管散热器

摘要

本发明公开了一种环路热管散热器，旨在提供一种能够避免产生工质干涸和不稳定波动，提升高热流密度器件运行的稳定性与安全性的环路热管散热器。蒸发器包括由外壳和底板组成的封闭腔体，底板上设置有多个蒸发槽道，多个蒸发槽道组成蒸发腔，封闭腔体的上部通过隔板分隔成膨胀腔和补偿腔，补偿腔的外周及补偿腔与蒸发槽道之间有吸液芯，补偿腔内有连通补偿腔与膨胀腔的补偿管，膨胀腔内有顶板，顶板通过弹簧与隔板固定连接，顶板的两侧分别通过波纹管与外壳固定，顶板上安装有膨胀调节机构；蒸发腔通过蒸汽连接管路与冷凝器的进口连接，冷凝器的出口通过液体连接管路与补偿腔连接。该装置提升了高热流密度器件运行的稳定性与安全。

权利要求

1.一种环路热管散热器，其特征在于，包括冷凝器和蒸发器，所述蒸发器包括由外壳和底板组成的封闭腔体，所述底板上设置有多个蒸发槽道，多个所述蒸发槽道组成蒸发腔，所述封闭腔体的上部通过隔板分隔成膨胀腔和补偿腔，所述补偿腔的外周及所述补偿腔与所述蒸发槽道之间设置有吸液芯，所述补偿腔内设置有连通所述补偿腔与膨胀腔的补偿管，所述膨胀腔内安装有顶板，所述顶板通过弹簧与所述隔板固定连接，所述顶板的两侧分别通过波纹管与所述外壳固定，所述顶板上安装有膨胀调节机构；所述蒸发腔通过蒸汽连接管路与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口通过液体连接管路与所述补偿腔连接，形成环路。

2.根据权利要求1所述的环路热管散热器，其特征在于，所述外壳的内侧设置有绝热腔。

3.根据权利要求1或2所述的环路热管散热器，其特征在于，所述膨胀调节机构包括与所述顶板固定连接的顶杆、电机、传动机构和丝杠，所述丝杠与所述顶杆螺纹连接，所述底板的受热面上安装有检测装置，所述检测装置的输出端与所述电机控制器连接，控制所述电机通过所述传动机构驱动所述顶杆带动所述顶板上下移动。

4.根据权利要求3所述的环路热管散热器，其特征在于，所述顶杆两侧设置有滑槽，所述外壳与所述滑槽滑动配合。

5.根据权利要求3所述的环路热管散热器，其特征在于，所述传动机构包括第一齿轮、第二齿轮，所述第一齿轮与所述电机的输出轴连接，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第二齿轮与所述丝杠固定连接，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径。

6.根据权利要求5所述的环路热管散热器，其特征在于，所述电机、第一齿轮、第二齿轮和丝杠安装于防水机壳内，所述顶杆穿过所述防水机壳与所述顶板固定连接。

7.根据权利要求3所述的环路热管散热器，其特征在于，所述检测装置为温度或压力传感器。

说明书

一种环路热管散热器

技术领域

[0001] 本发明涉及热能工程技术领域，特别涉及一种能有效应对热冲击和高负荷的环路热管散热器。

背景技术

[0002] 随着大功率LED照明、大型服务器以及航空航天领域中高热流密度器件技术的飞速发展，单一设备的热流密度从原先的0.1-10W/cm2的量级向着10-1000/cm2乃至更高的量级成倍增长。传统环路热管散热器属于被动式冷却装置，其蒸发器单纯依靠吸液芯中产生的毛细抽力维持着液态工质向相变界面传递的传递过程，在应对小功率散热时运行稳定性问题尚不严重，但在应对变负荷工况或高负荷工况时，由于热流密度急剧波动或急剧上升，蒸汽腔蒸汽压头随着热负荷增加而上升，当热负荷超过一定值时，传统环路热管散热器依靠单一的吸液芯产生的循环驱动压头往往不能应对突变的工况以及急剧上升的热流，吸液芯会由于突变工况和急剧上升的热流产生干涸—断流现象，对高热流密度器件的安全有效运行产生危害。此外，受热面热负荷与循环工质量始终无法得到匹配，系统的运行阻力较大且受热面向补偿腔的漏热现象也会较为严重，因此其散热效果和运行稳定性不甚理想，严重时，甚至危及高热流密度器件本身的运行安全。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够避免产生工质干涸和不稳定波动，提升高热流密度器件运行的稳定性与安全性的环路热管散热器。

[0004] 为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

[0005] 一种环路热管散热器，包括冷凝器和蒸发器，所述蒸发器包括由外壳和底板组成的封闭腔体，所述底板上设置有多个蒸发槽道，多个所述蒸发槽道组成蒸发腔，所述封闭腔体的上部通过隔板分隔成膨胀腔和补偿腔，所述补偿腔的外周及所述补偿腔与所述蒸发槽道之间设置有吸液芯，所述补偿腔内设置有连通所述补偿腔与膨胀腔的补偿管，所述膨胀腔内安装有顶板，所述顶板通过弹簧与所述隔板固定连接，所述顶板的两侧分别通过波纹管与所述外壳固定，所述顶板上安装有膨胀调节机构；所述蒸发腔通过蒸汽连接管路与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口通过液体连接管路与所述补偿腔连接，形成环路。

[0006] 所述外壳的内侧设置有绝热腔。

[0007] 所述膨胀调节机构包括与所述顶板固定连接的顶杆、电机、传动机构和丝杠，所述丝杠与所述顶杆螺纹连接，所述底板的受热面上安装有检测装置，所述检测装置的输出端与所述电机控制器连接，控制所述电机通过所述膨胀传动机构驱动所述顶杆带动所述顶板上下移动。

[0008] 所述顶杆两侧设置有滑槽，所述外壳与所述滑槽滑动配合。

[0009] 所述传动机构包括第一齿轮、第二齿轮，所述第一齿轮与所述电机的输出轴连接，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第二齿轮与所述丝杠固定连接，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径。

[0010] 所述电机、第一齿轮、第二齿轮和丝杠安装于防水机壳内，所述顶杆穿过所述防水机壳与所述顶板固定连接。

[0011] 所述检测装置为温度或压力传感器。

[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0013] 1、本发明的环路热管散热器通过膨胀腔、补偿腔及膨胀调节机构的设计，带动相连接的波纹管及顶板挤压或抽吸膨胀腔中贮存的工质，强制膨胀腔内贮存的工质进入补偿腔中或强制抽吸位于补偿腔内的工质回流至所述膨胀腔内，补充或排除循环系统中的循环工质量，使得循环系统内的工质循环量始终与施加于受热面的热负荷大小或热负荷的变化速率保持同步变化。以此，通过主动方式控制被动式冷却散热设备，克服传统热管在高负荷运行以及面对热冲击时，环路热管蒸发器易产生干涸和不稳定波动的技术难题，以提升高热流密度器件运行的稳定性与安全性，并能大幅拓展环路热管的应用范围和领域。

[0014] 2、本发明的环路热管散热器中的膨胀调节机构可以采用自动控制，通过设置于所述受热面的温度或压力测点，及时获取高热流密度器件运行过程中受热面的温度或运行压力分布信息，当热负荷产生变化或波动时，能够控制电机驱动设置于膨胀腔上的顶板，使用方便，可靠性高。

附图说明

[0015] 图1所示为本发明的环路热管散热器的结构示意图；

[0016] 图2所示为环路热管散热器的驱动部分原理图。

具体实施方式

[0017] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0018] 本发明环路热管散热器的示意图如图1所示，包括冷凝器10和蒸发器，所述蒸发器包括由外壳1和底板2组成的封闭腔体，所述底板2上设置有多个蒸发槽道8，多个所述蒸发槽道8组成蒸发腔9，所述封闭腔体的上部通过隔板20分隔成膨胀腔25和补偿腔11，所述补偿腔11的外周及所述补偿腔11与所述蒸发槽道8之间设置有吸液芯5，所述补偿腔11内设置有连通所述补偿腔11与膨胀腔25的补偿管12，所述膨胀腔25内安装有顶板14，所述顶板14通过弹簧15与所述隔板20固定连接，所述顶板14的两侧分别通过波纹管13与所述外壳1固定，所述顶板14上安装有膨胀调节机构。所述蒸发腔9的蒸汽出口4通过蒸汽连接管路3与所述冷凝器10的进口连接，所述冷凝器10的出口通过液体连接管路6与所述补偿腔11的液体进口7连接，形成环路。

[0019] 为了避免热量散失，所述外壳1的内侧设置有绝热腔16。

[0020] 本实施例中，所述膨胀调节机构包括与所述顶板14固定连接的顶杆23、电机18、传动机构和丝杠19，所述丝杠19与所述顶杆23螺纹连接，所述底板2的受热面上安装有检测装置26，所述检测装置26的输出端与所述电机18控制器连接，控制所述电机18通过所述膨胀传动机构驱动所述顶杆23带动所述顶板14上下移动。本实施例中，所述检测装置26为温度或压力传感器。

[0021] 为了提高上下运行的可靠性，所述顶杆23两侧设置有滑槽24，所述外壳1与所述滑槽24滑动配合。

[0022] 传动机构可以采用多种结构。本实施例中，其示意图如图2所示，所述传动机构包括第一齿轮21、第二齿轮22，所述第一齿轮21与所述电机18的输出轴连接，所述第一齿轮21与所述第二齿轮22啮合，所述第二齿轮22与所述丝杠19固定连接，所述第一齿轮21的直径大于所述第二齿轮22的直径，实现增速传动。

[0023] 所述电机18、第一齿轮21、第二齿轮22和丝杠19安装于防水机壳17内，所述顶杆23穿过所述防水机壳17与所述顶板14固定连接。

[0024] 当外界施加于所述底板2受热面的热负荷起作用后，本发明的环路热管散热器开始启动并逐渐开始建立稳定运行循环，加热量通过所述受热面上的所述槽道8传递至所述吸液芯5的下表面，热负荷的施加使得所述蒸汽腔9内工质产生相变蒸发，相变蒸发后产生的蒸汽沿所述槽道8进入所述蒸汽连接管路3，同时将施加于所述受热面的热负荷带走，相变产生的蒸汽进入所述冷凝器10并在其中完成冷凝，释放出所携带的热量并重新凝结为液态工质，凝结后的液态工质继续在所述液体连接管路6中向前传输，进入所述补偿腔11中。由于所述底板的受热面与所述吸液芯5附近的液态工质因相变蒸发而不断离开环路热管，在所述吸液芯5的毛细抽力的作用下，所述补偿腔11内的液态工质向着相变界面——所述槽道8与所述吸液芯5的交界面传输，补充因相变蒸发而离开所述蒸汽腔9的液态工质。

[0025] 当施加于所述受热面的热负荷逐渐增加时，所述蒸汽腔9内相变蒸发速率会因热负荷的增加而加快，而吸液芯的毛细抽力是有一定极限的。当热负荷增加到一定程度时，普通环路热管散热器会因蒸发速率大于吸液芯中的液态工质补充速率而导致所述蒸汽腔9及所述吸液芯5中产生干涸现象，这对于散热设备的正常运行是非常危险的。本发明通过设置膨胀腔25以及相应的控制机构,当所述压力或温度传感器26测得所述底板的受热面温升高较快时，将驱动所述电机18带动所述第一齿轮21旋转，带动所述第二齿轮22转动，由于所述顶杆23与所述丝杠19连接,而所述顶杆23受到所述滑槽24的限位，在所述第二齿轮的旋转带动下，所述顶板23被限定做向下直线运动，所述顶板23将随之做向下直线运动，在所述顶板23的带动下，所述波纹管13与所述顶板23一起对所述膨胀腔25内工质进行挤压，工质在受到挤压后沿所述补偿管12进入所述补偿腔11，补偿因温度上升较快造成的环路热管干涸现象，使循环系统始终保有与热负荷相适应的工质循环量。

[0026] 当施加于所述底板受热面的热负荷减少时，温度或压力传感器感受到相应信号后，驱动所述电机18反向转动，通过所述第一齿轮21带动第二齿轮22沿相反方向转动，带动所述顶板23做反向直线上升运动，所述膨胀腔25内随之产生负压并通过所述补偿管12从所述补偿腔11吸入液态工质，循环系统中有效工质循环量相应减少，使循环管路中始终保有与热负荷相匹配的工质循环量，减少了由于过盈工质造成的循环阻力较大的不利影响。

[0027] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。