一种串并联式多蒸发器环路热管.pdf

一种串并联式多蒸发器环路热管，它包括不少于两组蒸发器、不少于两根气液管路、不少于两组冷凝器及不少于一组工作液体补偿腔。多个蒸发器的布置是按照依次串并联的方式，即后一蒸发器进液口与前一蒸汽出口之间、最后一个蒸发器的蒸汽出口与第一个蒸发器的进液口之间由气液管路连接，气液管路上设有冷凝器；多组蒸发器共用不少于一组工作液体补偿腔，它们之间由液体补偿管路连接。本发明可满足多热源同时散热需求，主要适用于计算机芯片散热，也可用于发光二极管照明设备，通讯行业的芯片冷却及军用、医疗、航空航天设备内部高能发热部件的冷却。

1、  一种串并联式多蒸发器环路热管，其特征在于：它包括不少于两组蒸发器、不少于两根气液管路、不少于两组冷凝器及不少于一组工作液体补偿腔，所述的环路热管蒸发器和冷凝器之间通过气液管路进行串联连接；所述的工作液体补偿腔通过液体补偿管路把两组或多组蒸发器连接起来，形成蒸发器之间的并联结构.

2、  根据权利要求1所述的串并联式多蒸发器环路热管，其特征在于：在所述的不少于两根的气液管路中，根据需要选取其管路布置形状及管道截面形状。

3、  根据权利要求1所述的串并联式多蒸发器环路热管，其特征在于：所述的不少于两组蒸发器所共用的不少于一组的工作液体补偿腔，与蒸发器的液体补偿口之间由液体补偿管路连接；工作液体补偿腔上设有不少于一根充液抽真空用管路。

4、  根据权利要求1所述的串并联式多蒸发器环路热管，其特征在于：所述的蒸发器的外形包括但不限于矩形、圆形或其它不规则形状。

5、  根据权利要求1所述的串并联式多蒸发器环路热管，其特征在于：所述的工作液体补偿腔的外形包括但不限于矩形、圆形或其它不规则形状。

6、  根据权利要求1所述的串并联式多蒸发器环路热管，其特征在于：所述的气液管路上设有不少于一组冷凝器，该冷凝器由散热翅片组组成。

7、  根据权利要求1所述的串并联式多蒸发器环路热管，其特征在于：所述的环路热管蒸发器和冷凝器之间的串联连接为后一蒸发器进液口与前一蒸发器的蒸汽出口之间、最后一个蒸发器的蒸汽出口与第一个蒸发器的进液口之间由气液管路连接，并在气液管路上设有冷凝器。

一种串并联式多蒸发器环路热管
技术领域
本发明涉及散热产品制造领域，具体涉及一种串并联式多蒸发器环路热管的结构。
背景技术
大功率热源，特别是大功率电子芯片的冷却是电子、计算机、通讯和光电设备中非常重要的一个技术环节。目前市场上针对大功率电子器件散热常用的方法包括以下几种：(1)风扇+散热器；(2)风扇+热管+散热器；(3)风扇+液冷技术。它们在一定程度上可以解决大功率器件的散热问题，但是存在如下缺点：(1)风扇+散热器，为了增强散热装置的散热能力，只有通过增大散热翅片的面积以及提高风扇转速，导致的结果是噪音大，散热装置大而且厚重，不利于安装以及对电子器件会产生很大的压力；(2)风扇+热管+散热器，可以解决方法1中的缺点，但是其本身会增加机构复杂度，热管的设计以及安装常常受到实际结构的限制，并且在有限根热管作用下，其散热能力还是有限的；3)液冷技术，在性能上超越以上两种方式，并且液冷散热技术的潜力是非常高的，一款小型液冷散热装置，如果经过性能优化，在控制噪声前提下，散发1000瓦的热量已经能够实现(液冷散热器整体热阻可以低到0.12℃/W以下)。但是液冷技术存在机构极其复杂，其增加的驱动液体工质循环的泵以及目前还没有一种能够完全保证不泄漏的管道连接技术，都将影响到液冷散热装置的实际使用寿命，还有，液冷散热装置的造价最高，是普通热管散热器的3倍以上(同样散热能力下)。环路热管技术发明于1974年，目前广泛应用于航空航天领域，近5年来环路热管技术逐渐进入电子芯片散热领域，但是大规模商业应用还没有到来，不过可以预见，当全面提升了环路热管的性能以及有效地降低其加工成本以后，环路热管将在电子设备散热领域大展身手。环路热管是集合了热管以及液冷散热技术的优点同时抛弃了各自的缺点的一种散热方式，散热潜力同液冷技术一样，一款紧促型微小环路热管，可以轻松实现500瓦及以上的散热(环路热管整体热阻可以低到0.15℃/W以下)，同时其造价远低于液冷技术。环路热管散热器还具有以下优点：(1)性能受重力影响小于普通热管；(2)结构形状可以多样化，满足不同使用需求；(3)可以远距离传递热量等.由于环路热管制造工艺和普通热管类似，因此其可靠性和使用寿命和普通热管一样，可以广泛使用在一些要求比较苛刻的环境中.
一款现有的环路热管散热器的结构如图1所示，主要包括带有毛细结构的蒸发器10，提供工作介质循环的气液管路20，以及把热量释放到环境的冷凝器30.工作时，蒸发器10底面接收从发热器件(例如，电子芯片)传递过来的热量，工作液体蒸发，蒸汽离开蒸发器，通过弯曲的气液管路流到带有翅片的冷凝器30，蒸汽在冷凝器通过，把热量释放环境介质中(例如空气)，蒸汽经自然冷却或风扇强制冷却后转变为液体，液体在毛细力或重力的作用下经由气液管路返回蒸发器，完成一次热力学循环，据此循环往复，持续不断地把热量从发热器件释放到周围空气中。充液抽真空管60用来充填工作液和抽真空。
目前，现有环路热管为单蒸发器形式，在同时存在多个大功率热源的情况下只得同时使用多个单体环路热管，且相互之间独立工作，互不影响。由于环路热管自身的限制，单体环路热管的潜能不能充分发掘，尤其对于制作成本较高的环路热管，对于多点高热量热源的散热，如果使用单蒸发器结构，整体费用昂贵，并且无法协调热源之间散热需求的平衡。
发明内容
为了克服现有的环路热管在多点高热量热源的散热时只能使用多个单体环路热管，从而带来一系列缺陷的不足，本发明的目的是：提供一种串并联式多蒸发器环路热管，该环路热管采取多蒸发器串并联的方式使多个环路热管形成一个整体，同时为多个发热源散热，且各蒸发器之间相互促进，充分发掘环路热管的散热潜能。在多个热源单独发热情况下，本发明串并联式多蒸发器环路热管也能够正常工作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种串并联式多蒸发器环路热管，它包括不少于两组蒸发器、不少于两根气液管路、不少于两组冷凝器及不少于一组工作液体补偿腔。所述的环路热管蒸发器和冷凝器之间通过气液管路进行串联连接；所述的工作液体补偿腔通过液体补偿管路把两组或多组蒸发器连接起来，形成蒸发器之间的并联结构.
多个蒸发器和冷凝散热器的布置是按照依次串联的方式，即后一蒸发器进液口与前一蒸发器的蒸汽出口之间、最后一个蒸发器的蒸汽出口与第一个蒸发器的进液口之间由气液管路连接，并在气液管路上设有冷凝器；多组蒸发器共用不少于一组工作液体补偿腔，它们之间由液体补偿管路连接；工作液体补偿腔上设有不少于一根充液抽真空用管路。
以上所述各部件的材质为高导热材质，包括但不限于铜、铝、石墨、硅及其它复合材料。
由于采用上述技术方案，使本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、可满足多热源同时散热需求
本发明克服现有环路热管单蒸发器的缺点，可以将任意数量的蒸发器进行串并联连接，每个蒸发器分别对应于一个发热源，吸收相应热量，分别由冷凝器散出。
2、可充分发掘环路热管导热潜能
本发明中多个蒸发器串并联使用，相互促进使环路热管内部工作液体快速流动，有效提高导热效率。
3、整体性好，便于安装
本发明中的多蒸发器串并联成为一个整体，便于定位安装.
4、整组环路热管总造价降低.
5、本发明也可用于单个热源的散热
由于本发明中工作液体补偿腔把各个蒸发器并联，因此在单个热源发热时，此环路热管依然工作。
附图说明
下面通过附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有单蒸发器环路热管的结构示意图。
图2是本发明双蒸发器环路热管组合结构示意图。
图3是本发明双蒸发器环路热管分解结构示意图。
图4是本发明四个矩形蒸发器环路热管组合示意图。
图5是本发明四个圆形蒸发器环路热管组合示意图。
图中，
10、11、12、13、14、15、16为环路热管蒸发器；
20、21、22、23、24、25、26为环路热管气液管路；
30、31、32、33、34、35、36为环路热管冷凝器；
41、42、43、44、45、46为环路热管工作液体补偿管路；
51、52为环路热管工作液体补偿腔；
60、61、62为环路热管充液抽真空管路。
具体实施方式
本发明是一种串并联式多蒸发器环路热管，具体结构请参阅图2、图3所示的一个实施例，该串并联式多蒸发器环路热管的实施例主要包括两组环路热管蒸发器11、12、两根环路热管气液管路21、22、两组环路热管冷凝器31、32、一组环路热管工作液体补偿腔51、环路热管工作液体补偿管路41、42及环路热管充液抽真空管路61。
两组蒸发器11、12的进液口与蒸汽出口之间由两根气液管路21、22串联连接，即蒸发器11的蒸汽出口和蒸发器12的液体入口通过气液管路22连接；同时蒸发器11的液体入口和蒸发器12的蒸汽出口通过气液管路21连接。
两组蒸发器11、12共用一组工作液体补偿腔51，蒸发器11、12的液体补偿口分别与工作液体补偿腔51由工作液体补偿管路41、42连接，形成蒸发器之间的并联结构；工作液体补偿腔51上设有一根充液抽真空用管路61。
气液管路21、22上分别设有一组冷凝器31、32，冷凝器31、32由散热翅片组组成，起到散热的作用。环路热管蒸发器11、12通过气液管路21、22与冷凝器31、32分别连接，形成串联结构。
其中蒸发器11、12的外形包括但不限于矩形、圆形或其它不规则形状；其内部结构也可以根据需要进行相应布置；
工作液体补偿腔51的外形包括但不限于矩形、圆形或其它不规则形状；其内部结构可根据需要进行布置。
气液管路21、22的管路布置形状及管道截面形状可根据需要进行任意布置。
冷凝器31、32由散热翅片组组成，布置于气液管路21、22上。且散热翅片组的形状及结构不做限定，可根据需要进行布置。如可在其上安装风扇增强换热。
以上所述各部件的材质均为高导热材质，包括但不限于铜、铝、石墨、硅及其它复合材料。
本发明在工作时，蒸发器11底面接收从发热器件传递过来的热量，工作液体在蒸发器11内部蒸发，蒸汽离开蒸发器11，通过弯曲的气液管路22流到带有翅片的冷凝器32，通过管壁经自然对流换热或强制对流换热把热量释放到流过冷凝器32的环境介质中(例如空气)，蒸汽经冷却后转变为液体，液体在毛细力的作用下通过气液管路22流到蒸发器12；蒸发器12底面接收从另一个发热器件传递过来的热量，工作液体在蒸发器12内部蒸发，蒸汽离开蒸发器12，通过弯曲的气液管路21流到带有翅片的冷凝器31，通过管壁经自然对流换热或强制对流换热把热量释放到流过冷凝器31的环境介质中(例如空气)，蒸汽经冷却后转变为液体，液体在毛细力的作用下通过气液管路21再次流回蒸发器11，从而完成一次热力学循环，据此循环往复，持续不断地把热量从发热器件释放到周围空气中。
本实施例两组蒸发器11、12同时工作时，如各自对应的热量不相同或变化工程中，则需要不同的工作液循环流量。此时，本发明的多蒸发器环路热管可实现整体的自动平衡，充分发掘环路热管的传热效能。
另外，当只有一个发热器件发热时，蒸发器11底面接收从发热器件传递过来的热量，工作液体在蒸发器11内部蒸发，蒸汽离开蒸发器11，通过弯曲的气液管路22流到带有翅片的冷凝器32，通过管壁把热量释放到流过冷凝器32的环境介质中(例如空气)，蒸汽经自然或强制冷却后转变为液体，液体在毛细力的作用下经过工作液补偿管路41、42和工作液体补偿腔51直接流回蒸发器11，实现循环。
上述实例仅是本发明的双蒸发器应用实例，本发明的串并联式多蒸发器环路热管的蒸发器数量可以为任意个。如图4所示为四个矩形蒸发器串并联使用的情况。四个蒸发器13、14、15、16中，前一个蒸发器的蒸汽出口和下一个蒸发器的液体入口依次通过气液管路23、24、25、26相连接，最后一个蒸发器的蒸汽出口与第一个蒸发器的液体入口通过气液管路相连接。四个冷凝器33、34、35、36分别布置在气液管路23、24、25、26上面，四个蒸发器共用工作液体补偿腔52，四个蒸发器与工作液体补偿腔之间分别由工作液体补偿管路43、44、45、46连接。在工作液体补偿腔52上设有一根充液抽真空用管路62。本实施例的工作原理同上述。
本发明应用时蒸发器的形状及气液管路上的冷凝器数量布置形式等可进行适当调整，如图5所示为四个圆形蒸发器串并联使用，每根气液管路对应两个冷凝器，共8个冷凝器增强换热的情况，其具体结构及工作原理均与图4所示实施例相同，不再赘述，均应视为本发明范围之内。
本发明适用于计算机芯片散热，包括中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)，同时本发明也可以适用于发光二极管照明设备(LED)，无线通讯或者有线通讯行业的高能电子芯片或者光电芯片或者射频芯片的冷却，同时本发明可以适用到军用雷达，激光设备，医疗器械或者航空航天设备内部高能发热部件的冷却。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。