CN113566628B - 一种采用包围式储液腔的环路热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用包围式储液腔的环路热管，包括蒸发器、气体管线、冷凝器、液体管线、毛细芯传热结构、分液器和多个液体支管，所述毛细芯传热结构设于蒸发器内腔，所述气体管线的一端与蒸发器内腔相通，气体管线的另一端与冷凝器相联通，所述冷凝器的出水口通过气体管线与分液器相联通，所述分液器与蒸发器之间设有多个液体支管。该热管中的毛细芯传热结构的大小可依据实际情况定制，网孔大小及密度不限，高度可根据散热空间限制进行调节。结构紧凑合理，实现了大功率、高流速的传热需求，降低成本，提高散热效率。

Description

一种采用包围式储液腔的环路热管

技术领域

本发明涉及服务器散热领域，具体的说是一种采用包围式储液腔的环路热管。

背景技术

国内服务器散热技术路线主要集中在风冷和液冷两种。而这两种散热技术都是单相工质换热，换热量取决于工质的流速和物理性质。且随着电子芯片技术的发展，风冷已经无法满足高端电子芯片的散热需求。而液冷系统因为工质种类特殊，循环管路复杂，后期维护要求条件严苛等原因导致成本过高。具有高效率，低成本，安全可靠，简单易维护的散热系统设计方案十分有必要。

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，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。随着计算机技术的迅猛发展，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；有时为了减少了体积，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。储液室的液体工质被毛细芯的毛细力吸收进入蒸发室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的另外一侧的管道进入储液室，从而完成一个循环。当功率逐渐增加到毛细芯吸收液体速率的极限时，传统环路热管构型就出现了明显的缺陷。大功率、低温差要求环路热管内部工质的循环速率必须足够快，毛细芯的毛细力无法以理想的速率去吸收工质形成循环。这就导致工质蒸发后的蒸汽温度偏高，芯片温度无法压制。

现有环路热管的在设计时没有考虑到服务器内狭小的空间分布及快速插拔的更换需求，冷凝器往往设计在服务器外部，尺寸偏大，冷凝器设计在外部无法支持热插拔。在应对服务器内多热源的工况往往采用并联设计，而未考虑到服务器内芯片发热功率不同的实际情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用包围式储液腔的环路热管，该热管装置结构紧凑合理，实现了大功率、高流速的传热需求，降低成本，提高散热效率。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种采用包围式储液腔的环路热管，包括蒸发器、气体管线、冷凝器、液体管线、毛细芯传热结构、分液器和多个液体支管，所述毛细芯传热结构设于蒸发器内腔，所述气体管线的一端与蒸发器内腔相通，气体管线的另一端与冷凝器相联通，所述冷凝器的出水口通过气体管线与分液器相联通，所述分液器与蒸发器之间设有多个液体支管。

进一步，所述毛细芯传热结构与蒸发器内腔侧壁紧密接触，毛细芯传热结构包括环形密封结构、吸热部分和蒸发腔，所述环形密封结构与蒸发器内侧壁连接，环形密封结构外周与蒸发器内腔四周之间构成储液腔，环形密封结构内设有吸收高功率芯片产生热量的网格状吸热部分，所述网格状的吸热部分设有多个蒸发腔。

进一步，所述毛细芯传热结构与蒸发器盖板接触的一面设有防止蒸汽泄漏的密封圈。

进一步，所述毛细芯传热结构包括环形密封结构和吸热部分，所述环形密封结构与蒸发器内侧壁连接，环形密封结构外周与蒸发器内腔四周之间构成储液腔，所述吸热部分包括横向设置的吸热段和与吸热段垂直连接的多个蒸发腔。

进一步，所述液体支管包括液体支管一、液体支管二、液体支管三和液体支管四，所述液体支管一的进液端与分液器相联通，液体支管一的出液端与蒸发器右侧上端连接且与蒸发器内的储液腔相通；所述液体支管二的进液端与分液器相联通，液体支管二的出液端与蒸发器右侧下端连接且与蒸发器内的储液腔相通；所述液体支管三的进液端与分液器相联通，液体支管三的出液端与蒸发器左侧下端连接且与蒸发器内的储液腔相通；所述液体支管四的进液端与分液器相联通，液体支管四的出液端与蒸发器左侧上端连接且与蒸发器内的储液腔相通。

进一步，所述蒸发器为一侧面开口其余面封闭的腔体，蒸发器开口侧设有盖板，所述盖板与蒸发器连接侧设有密封圈，盖板上还设有蒸汽出口，所述气体管线的进汽端穿过盖板上的蒸汽出口与毛细芯传热结构对应。

进一步，冷凝器与分液器之间的液体管线上还设有次级热源导热结构，所述次级热源导热结构为卡扣状，液体管线与次级热源导热结构卡接。

进一步，所述毛细芯传热结构为多孔吸水材质。

本发明的有益效果：

1、本发明的热管装置中的毛细芯传热结构的大小可依据实际情况定制，网孔大小及密度不限，高度可根据散热空间限制进行调节。冷凝器内通入普通冷却水即可，管线内的气体经过冷却后受到重力和蒸汽压力的驱动下沿液体管线流入分液器，分液器出水口安排在靠上位置，可以实现对四个液体支路的均匀配液；工质液体分为四个口进入蒸发器内的环形储液腔，从四个方向被毛细芯吸收进入蒸发腔形成一个循环。

2、由于毛细芯传热结构为多孔吸水材质，增加了工质循环速率和传输阀值，提高了环路热管的传热性能，免去了传统板冷需使用电动泵机，降低了成本及故障概率，提高了工作效率。

3、本发明中的管线具有任意弯曲排布特性和加装导热片功能，在液体工质流动时即可实现对沿路次级热源实现散热。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为图1中盖板断面蒸发器内部结构图；

图3为毛细芯传热结构与蒸发器安装结构图；

图4为蒸发器的后视图；

图5为第一种形式的毛细芯传热结构的主视图；

图6为第二种形式的毛细芯传热结构的主视图；

图中：

1蒸发器、101蒸发器主体、102储液腔、2盖板、3气体管线、4冷凝器、5次级热源导热结构、6液体管线、7分液器、8液体支管一、9液体支管二、10液体支管三、11液体支管四、12毛细芯传热结构、121环形密封结构、122吸热部分、123蒸发腔

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的一种采用包围式储液腔的环路热管作以下详细说明。

如图1至图4所示，本发明的一种采用包围式储液腔的环路热管，包括蒸发器1、气体管线、冷凝器4、液体管线、毛细芯传热结构、分液器和多个液体支管，所述毛细芯传热结构设于蒸发器内腔，毛细芯传热结构12的底部紧贴高功率芯片的一侧，毛细芯传热结构12将芯片的热量吸收，由所述气体管线的一端与蒸发器1内腔相通，气体管线3的另一端与冷凝器4相联通，所述冷凝器4的出水口通过液体管线6与分液器7相联通，所述分液器7与蒸发器1之间设有多个液体支管，液体支管的具体数量可根据补液量设置不同数量。毛细芯传热结构12为多孔吸水材质，可把蒸发器1内储液腔102内的液体吸收后通过吸收芯片的热量蒸发，蒸发产生的蒸汽通过气体管线排出，排出的蒸汽通过冷凝后输送至蒸发器储液腔内进行循环使用。

所述蒸发器1为一侧面开口其余面封闭的腔体，蒸发器开口侧设有盖板2，所述盖板2与蒸发器1连接侧设有密封圈，盖板2上还设有蒸汽出口，所述气体管线3的进汽端穿过盖板2上的蒸汽出口与毛细芯传热结构12对应，毛细芯传热结构吸热产生的蒸汽通过气体管线排出。

所述液体支管包括液体支管一8、液体支管二9、液体支管三10和液体支管四11，所述液体支管一8的进液端与分液器7相联通，液体支管一8的出液端与蒸发器1右侧上端连接且与蒸发器内的储液腔102相通；所述液体支管二9的进液端与分液器7相联通，液体支管二的出液端与蒸发器右侧下端连接且与蒸发器内的储液腔102相通；所述液体支管三10的进液端与分液器相联通，液体支管三的出液端与蒸发器1左侧下端连接且与蒸发器内的储液腔102相通；所述液体支管四11的进液端与分液器相联通，液体支管四的出液端与蒸发器左侧上端连接且与蒸发器内的储液腔相通。

其中毛细芯传热结构12可为网格状、梳状、波纹状等，只要能达到吸水目的均的结构变形为该保护范围。毛细芯传热结构的材质为碳纤维、烧结金属粉末、和天然毛毡等多孔吸水介质。

实施例一

如图3、图5所示，所述毛细芯传热结构12为网格状，网格状的毛细芯传热结构与蒸发器内腔侧壁紧密接触，毛细芯传热结构包括环形密封结构121、吸热部分122和蒸发腔123，所述环形密封结构与蒸发器内侧壁连接，环形密封结构外周与蒸发器内腔四周之间构成储液腔，环形密封结构内设有吸收高功率芯片产生热量的网格状吸热部分，通过吸热部分将高功率芯片的热量吸收，所述网格状的吸热部分设有多个蒸发腔。所述毛细芯传热结构与蒸发器盖板接触的一面设有防止蒸汽泄漏的密封圈。网格状的毛细芯传热结构网孔的大小及密度可依据散热空间和效率的限制进行调节，多孔设计能使液体在经过热量加热后产生较多的蒸汽并便于排出，排出的蒸汽冷凝后再循环利用，实现大功率、高流速的传热需求。

毛细芯传热结构12经过蒸发器1一侧与大功率的芯片接触，并将芯片产生的热时吸收，由于毛细芯传热结构为多孔吸水结构，所以毛细芯传热结构12吸收的热量对吸收的液体进行加热，液体加热产生蒸汽，蒸汽通过气体管线3进入冷凝器4内进行冷却，冷却后的液体再经过液体管线6进入分液器7内，分液器7内的液体再通过液体支管一8、液体支管二9、液体支管三10和液体支管四11分别从蒸发器1不同位置进行储液腔102内，实现了液体工质循环使用。毛细芯传热结构可为碳纤维、烧结金属粉末、和天然毛毡等多孔吸水介质，毛细芯传热结构内的液体蒸发的同时吸收储液腔内的液体，实现环路传热需求。

实施例二

如图6所示，所述毛细芯传热结构12包括环形密封结构和吸热部分122，所述环形密封结构121与蒸发器1内侧壁连接，环形密封结构外周与蒸发器内腔四周之间构成储液腔，所述吸热部分包括横向设置的吸热段和与吸热段垂直连接的多个蒸发腔123。横向设置的吸热段可增大与横向安装的芯片接触面积，提高吸热效率，多个蒸发腔提高了液体的蒸发效率以及蒸汽的顺畅排出。

冷凝器与分液器之间的气体管线上还设有次级热源导热结构，所述次级热源导热结构为卡扣状，气体管线二与次级热源导热结构卡接。通过次级热源导热结构将小功率芯片产生的热量进行吸收并传递至气体管线二，通过气体管线二内的冷却液进行热量交换。设置次级热源导热结构不仅能起到将小功率芯片的热量传入液体工质内，还能起到固定气体管线的作用。

毛细芯传热结构的大小可依据实际情况定制，网孔大小及密度不限，高度可根据散热空间限制进行调节。冷凝器内通入普通冷却水即可，管线内的气体经过冷却后受到重力和蒸汽压力的驱动下沿液体管线流入分液器，分液器出水口安排在靠上位置，可以实现对四个液体支路的均匀配液；工质液体分为四个口进入蒸发器内的环形储液腔，从四个方向被毛细芯吸收进入蒸发腔形成一个循环。

在面对服务器这种功率不一的多热源工况下可以任意设计液体管线的走线方式，在液体管线上增加次级热源导热结构将小功率芯片的热量传入液体工质内。将冷凝器设计得尽可能小并作为系统整体放置在刀片级服务器内，整个系统的对外接口只有冷凝器的通水管，可以实现快速插拔。整体采用焊接工艺，形成一个稳固的整体结构。工质可以采用无腐蚀，无毒性的四氟乙烷、六氟乙烷、空调制冷剂或消防灭火剂等。寿命长度取决于金属结构自身的耐氧化程度，可以实现全寿命周期免维护。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。

Claims (8)

1.一种采用包围式储液腔的环路热管，其特征是，包括蒸发器、气体管线、冷凝器、液体管线、毛细芯传热结构、分液器和多个液体支管，所述毛细芯传热结构设于蒸发器内腔，所述气体管线的一端与蒸发器内腔相通，气体管线的另一端与冷凝器相联通，所述冷凝器的出水口通过液体管线与分液器相联通，所述分液器与蒸发器之间设有多个液体支管。

2.根据权利要求1所述的一种采用包围式储液腔的环路热管，其特征是，所述毛细芯传热结构与蒸发器内腔侧壁紧密接触，毛细芯传热结构包括环形密封结构、吸热部分和蒸发腔，所述环形密封结构与蒸发器内侧壁连接，环形密封结构外周与蒸发器内腔四周之间构成储液腔，环形密封结构内设有吸收高功率芯片产生热量的网格状吸热部分，所述网格状的吸热部分设有多个蒸发腔。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用包围式储液腔的环路热管，其特征是，所述毛细芯传热结构与蒸发器盖板接触的一面设有防止蒸汽泄漏的密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种采用包围式储液腔的环路热管，其特征是，所述毛细芯传热结构包括环形密封结构和吸热部分，所述环形密封结构与蒸发器内侧壁连接，环形密封结构外周与蒸发器内腔四周之间构成储液腔，所述吸热部分包括横向设置的吸热段和与吸热段垂直连接的多个蒸发腔。

5.根据权利要求1所述的一种采用包围式储液腔的环路热管，其特征是，所述液体支管包括液体支管一、液体支管二、液体支管三和液体支管四，所述液体支管一的进液端与分液器相联通，液体支管一的出液端与蒸发器右侧上端连接且与蒸发器内的储液腔相通；所述液体支管二的进液端与分液器相联通，液体支管二的出液端与蒸发器右侧下端连接且与蒸发器内的储液腔相通；所述液体支管三的进液端与分液器相联通，液体支管三的出液端与蒸发器左侧下端连接且与蒸发器内的储液腔相通；所述液体支管四的进液端与分液器相联通，液体支管四的出液端与蒸发器左侧上端连接且与蒸发器内的储液腔相通。

6.根据权利要求1或2所述的一种采用包围式储液腔的环路热管，其特征是，所述蒸发器为一侧面开口其余面封闭的腔体，蒸发器开口侧设有盖板，所述盖板与蒸发器连接侧设有密封圈，盖板上还设有蒸汽出口，所述气体管线的进汽端穿过盖板上的蒸汽出口与毛细芯传热结构对应。

7.根据权利要求1所述的一种采用包围式储液腔的环路热管，其特征是，冷凝器与分液器之间的液体管线上还设有次级热源导热结构，所述次级热源导热结构为卡扣状，液体管线与次级热源导热结构卡接。

8.根据权利要求1或2所述的一种采用包围式储液腔的环路热管，其特征是，所述毛细芯传热结构为多孔吸水材质。

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