一种分体式热虹吸相变散热器及工业控制设备

摘要

本发明提供了一种分体式热虹吸相变散热器及工业控制设备。所述分体式热虹吸相变散热器包括冷凝器、蒸发器。本发明技术方案为了提高蒸发器的热量交换效果，在蒸发器内开设蒸发腔，蒸发腔具有相互连通的第一区、第二区以及第三区，第一区与出气口连通，第二区与回液口连通，形成闭环回路。当蒸发器紧贴发热器件后，通过第三区内的导热结构和/或导流结构，将发热器件的热量吸收，使蒸发腔内的相变介质物理状态发生变化，具体为，相变介质在第三区汽化形成高温气体，高温气体依次经由第一区以及出气口进入冷凝器，在冷凝器内液化形成液体，并经由排液口以及回液口回流至第二区，提高蒸发器的散热效果。

说明书

技术领域

本发明涉及散热设备技术领域，特别一种分体式热虹吸相变散热器及工业控制设备。

背景技术

芯片的功率和集成度越来越高，功率密度的也是成倍增加，在散热领域中，散热器主要是针对热损耗较大的器件进行散热，将器件的热量快速传递至热沉，保证器件能够正常稳定工作。

现有散热器中，散热主要依靠冷凝器，对于蒸发器而言，将液态相变介质转化为汽态的效果较差，导致蒸发器的散热效果有限。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种分体式热虹吸相变散热器及工业控制设备，旨在解决现有散热器中，散热主要依靠冷凝器，对于蒸发器而言，将液态相变介质转化为汽态的效果较差，导致蒸发器的散热效果有限的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种分体式热虹吸相变散热器，所述分体式热虹吸相变散热器包括：

冷凝器，所述冷凝器上具有至少一个进气口和至少一个排液口；

蒸发器，所述蒸发器上具有至少一个出气口和至少一个回液口，所述出气口与所述进气口连通，所述排液口与所述回液口连通；

所述蒸发器内设置有蒸发腔，所述蒸发腔包括第一区、第二区和第三区，所述第一区与所述出气口连通，所述第二区与所述回液口连通，所述第三区用于设置导热结构和/或导流结构；

其中，所述蒸发腔内具有相变介质，所述相变介质在第三区汽化形成高温气体，所述高温气体经由所述第一区进入所述冷凝器，在所述冷凝器内液化形成液体，并回流至所述第二区。

优选的，所述蒸发器还包括基板和盖板，所述基板的第一侧与所述盖板围合形成所述蒸发腔，所述基板的第二侧用于连接发热器件；

所述冷凝器在重力方向高于所述蒸发器。

优选地，所述出气口在重力方向高于所述回液口；

且沿重力方向，所述第一区、所述第三区和所述第二区依次分布。

优选地，所述导热结构包括若干翅片，若干所述翅片间隔固定于所述基板的第一侧；

所述导流结构包括毛细结构件，所述毛细结构件设置于所述基板的第一侧或所述翅片上。

优选地，相邻的两个所述翅片与所述基板之间形成独立的散热通道，每一所述散热通道的两端分别连通所述第一区、所述第三区。

优选地，所述翅片包括：

若干片状结构的翅片，若干所述片状结构的翅片平行间隔固定于所述基板的第一侧；或，

若干柱状结构的翅片，若干所述柱状结构的翅片呈矩阵式间隔固定于所述基板的第一侧。

优选地，所述毛细结构件为多孔状或者网状结构的发泡铝；

所述毛细结构件与所述基板或翅片一体成型；或，

所述毛细结构件与所述基板或翅片分体设置。

优选地，若干所述翅片的一侧与所述基板焊接固定，若干所述翅片的另一侧与所述盖板焊接固定。

优选地，所述分体式热虹吸相变散热器还包括至少一根排气管和至少一根回液管；

所述冷凝器包括：集气腔，所述集气腔具有所述进气口；集液腔，所述集液腔具有所述排液口；

所述排气管的两端分别连接所述进气口和所述出气口；

所述回液管的两端分别连接所述排液口和所述回液口。

优选地，所述出气口设置于所述蒸发器顶部，所述回液口设置于所述蒸发器底部；

所述集气腔在重力方向高于所述集气腔。

优选地，所述冷凝器包括：

多个散热管，多个所述散热管间隔设置，每个所述散热管的两端均连接所述集液腔、所述集气腔连通；

所述多个散热管沿重力方向倾斜设置。

优选地，所述集气腔轴线方向上的两端中至少有一端设置有第一预留扩容口，所述集液腔轴线方向上的两端中至少有一端设置有第二预留扩容口。

优选地，相邻的两个所述散热管之间设置有散热件，所述散热件呈折叠状，并沿所述散热管的长度方向延伸设置。

优选地，所述排气管的外周壁上包覆有隔热层。

本发明提出的一种工业控制设备，所述工业控制设备包括如上述所述的热虹吸相变散热器，以及

机架，所述蒸发器设置于所述机架上；

风扇，所述风扇设置于所述机架上，且所述风扇的出风口朝向所述冷凝器

本发明技术方案为了提高蒸发器的热量交换效果，在蒸发器内开设蒸发腔，蒸发腔具有相互连通的第一区、第二区以及第三区，第一区与出气口连通，第二区与回液口连通，形成闭环回路。当蒸发器紧贴发热器件后，通过第三区内的导热结构和/或导流结构，将发热器件的热量吸收，使蒸发腔内的相变介质物理状态发生变化，具体为，相变介质在第三区汽化形成高温气体，高温气体依次经由第一区以及出气口进入冷凝器，在冷凝器内液化形成液体，并经由排液口以及回液口回流至第二区，提高蒸发器的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明热虹吸相变散热器一实施例的结构示意图；

图2为本发明热虹吸相变散热器另一实施例的结构示意图；

图3为本发明热虹吸相变散热器再一实施例的结构示意图；

图4为本发明热虹吸相变散热器一实施例的内部结构示意图(一)；

图5为本发明热虹吸相变散热器一实施例的内部结构示意图(二)；

图6为本发明热虹吸相变散热器一实施例的内部结构示意图(三)；

图7为本发明热虹吸相变散热器又一实施例的结构示意图；

图8为本发明热虹吸相变散热器一实施例的第一变形结构示意图；

图9为本发明热虹吸相变散热器一实施例的第二变形结构示意图；

图10为本发明热虹吸相变散热器一实施例的第三变形结构示意图；

图11为本发明热虹吸相变散热器一实施例的变形结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图3所示，一种分体式热虹吸相变散热器100，所述分体式热虹吸相变散热器100包括：冷凝器10，所述冷凝器10上具有至少一个进气口A和至少一个排液口B；蒸发器20，所述蒸发器20上具有至少一个出气口C和至少一个回液口D，所述出气口C与所述进气口A连通，所述排液口B与所述回液口D连通；所述蒸发器20内设置有蒸发腔E，所述蒸发腔E包括第一区E1、第二区E2和第三区E3，所述第一区E1与所述出气口C连通，所述第二区E2与所述回液口D连通，所述第三区E3用于设置导热结构30和/或导流结构40；其中，所述蒸发腔E内具有相变介质，所述相变介质在第三区E3汽化形成高温气体，所述高温气体经由所述第一区E1进入所述冷凝器10，在所述冷凝器10内液化形成液体，并回流至所述第二区E2。

本实施例中，蒸发器20主要用于连接外部发热器件，例如，蒸发器20的表面与外部发热器紧密贴合，将发热器的热量传导至蒸发器20上，为了便于热量交换，在蒸发器20上设置至少一个出气口C和至少一个回液口D，并增设冷凝器10作为换热的关键部件，其中，冷凝器10上相应开设至少一个进气口A和至少一个排液口B，使出气口C与进气口A连通，排液口B与回液口D连通，形成换热流路。为了提高蒸发器20的热量交换效果，在蒸发器20内开设蒸发腔E，蒸发腔E具有相互连通的第一区E1、第二区E2以及第三区E3，第一区E1与出气口C连通，第二区E2与回液口D连通，形成闭环回路。当蒸发器20紧贴发热器件后，通过第三区E3内的导热结构30和/或导流结构40，将发热器件的热量吸收，使蒸发腔E内的相变介质物理状态发生变化，具体为，相变介质在第三区E3汽化形成高温气体，高温气体依次经由第一区E1以及出气口C进入冷凝器10，在冷凝器10内液化形成液体，并经由排液口B以及回液口D回流至第二区E2，提高蒸发器20的散热效果。

可以理解的是，相变介质可以是丙酮、水、液氨、氟烃类等。

如图4所示，具体的，所述蒸发器20还包括基板21和盖板22，所述基板21的第一侧与所述盖板22围合形成所述蒸发腔E，所述基板21的第二侧用于连接发热器件；所述冷凝器10在重力方向(如图3所示的Y方向)高于所述蒸发器20。本实施例中，蒸发器20包括基板21和盖板22，基板21的第一侧与盖板22围合形成蒸发腔E。例如，可在基板21的第一侧上开设槽口，将盖板22盖设于槽口的边缘上形成蒸发腔E；亦或者，同时在基板21的第一侧和盖板22上开设槽口，当基板21的第一侧与盖板22围合后，两个槽口连通形成蒸发腔E。其次，使冷凝器10在重力方向高于蒸发器20，使位于冷凝器10内的液化相变介质依靠重力回流至第二区E2，提高相变介质回流的效率。

如图5所示，具体的，所述出气口C在重力方向高于所述回液口D；且沿重力方向，所述第一区E1、所述第三区E3和所述第二区E2依次分布。本实施例中，为了便于提高相变介质的回流效率，可使出气口C在重力方向上高于蒸发器20，当相变介质在第三区E3汽化形成高温气体后，高温气体通过第一区E1进入至出气口C，并通过进气口A进入冷凝器10，当液态的相变介质通过冷凝器10换热后形成液态的相变介质，并依靠重力回流至回液口D，并进入蒸发器20的第二区E2内。

可以理解的是，在重力方向上，第一区E1位于第二区E2的上方，而第三区E3位于第一区E1和第二区E2之间。

如图4至图7所示，具体的，所述导热结构30包括若干翅片，若干所述翅片间隔固定于所述基板21的第一侧；所述导流结构40包括毛细结构件，所述毛细结构件设置于所述基板21的第一侧或所述翅片上。本实施例中，为了提高蒸发器20的换热效率，导热结构30可以设置成翅片结构，多个翅片间隔设置在基板21的第一侧，基板21与外部发热器件贴合后，发热器件的热量通过翅片吸收至第三区E3内，并传导至第二区E2内的液态相变介质，液态相变介质受热后缓慢汽化，并传递至第三区E3中，并在第三区E3内被完全汽化，随后上升至第一区E1，通过出气口C、进气口A进入冷凝器10中，提高了蒸发器20的内部热能交换效率。

其次，导流结构40可以是毛细结构件，毛细结构件设置于基板21的第一侧或翅片上，利用具有毛细力的毛细结构件提高回液和换热效果。

可以理解的是，可在第三区E3内可设置翅片和/或毛细结构。

具体的，相邻的两个所述翅片与所述基板21之间形成独立的散热通道F，每一所述散热通道F的两端分别连通所述第一区E1、所述第三区E3。本实施例中，为了提高蒸发器20的使用寿命，可使得翅片与基板21之间形成独立的散热通道F，位于第二区E2内的液态相变介质，通过多条独立的散热通道F汽化后进入第一区E1中，若某一散热通道F发生泄漏，其他通道仍可正常工作，不会造成蒸发器20全面失效，提高可靠性。

具体的，所述翅片包括：若干片状结构的翅片，若干所述片状结构的翅片平行间隔固定于所述基板21的第一侧；或，若干柱状结构的翅片，若干所述柱状结构的翅片呈矩阵式间隔固定于所述基板21的第一侧。本实施例中，第三区E3内增强换热和蒸发的翅片为片状结构，例如可由折叠等方式制作的挤型片状，再通过焊接，使翅片与基板21紧密连接。

或者，翅片的结构为柱状结构，且柱状结构的翅片呈矩阵式排布设置于基板21上(如图7所示)，提高与相变介质的接触面积，提高换热效果。

具体的，所述毛细结构件为多孔状或者网状结构的发泡铝；所述毛细结构件与所述基板21或翅片一体成型；或，所述毛细结构件与所述基板21或翅片分体设置。本实施例中，毛细结构件与基板21或者翅片可以一体成型或者分体设置，同时，为了提高毛细结构的毛细作用力，毛细结构件可为多孔状或者网状结构的发泡铝。

具体的，若干所述翅片的一侧与所述基板21焊接固定，若干所述翅片的另一侧与所述盖板22焊接固定。本实施例中，为了提高翅片与基板21之间的稳定性，可采用焊接的方式，将翅片焊接于基板21上。

具体的，所述分体式热虹吸相变散热器100还包括至少一根排气管50和至少一根回液管60；所述冷凝器10包括：集气腔11，所述集气腔11具有所述进气口A；集液腔12，所述集液腔12具有所述排液口B；所述排气管50的两端分别连接所述进气口A和所述出气口C；所述回液管60的两端分别连接所述排液口B和所述回液口D。本实施例中，冷凝器10的结构包括两个由管道分别形成的集气腔11和集液腔12，且集液腔12开设有排液口B，集气腔11开设有进气口A，其中，集气腔11和集液腔12平行、间隔设置于蒸发器20上，且排气管50的两端分别连接进气口A和出气口C，排液管的两端分别连接排液口B和回液口D。

如图8所示，排气管50和回液管60均设置两根，且两根排气管50均为与两根回液管60之间；

如图9所示，排气管50设置两根，回液管60设置单根，且两根排气管50和单根回液管60均与基板21连接；

如图10所示，排气管50设置两根，回液管60设置单根，且两根排气管50和单根回液管60均与盖板22连接。

具体的，所述出气口C设置于所述蒸发器20顶部，所述回液口D设置于所述蒸发器20底部；所述集气腔11在重力方向高于所述集气腔11。本实施例中，为了提高相变介质的回流效率，将出气口C设置在蒸发器20的顶部，而将回液口D设置在蒸发器20的底部。

具体的，所述冷凝器10包括：多个散热管13，多个所述散热管13间隔设置，每个所述散热管13的两端均连接所述集液腔12、所述集气腔11连通；所述多个散热管13沿重力方向倾斜设置。本实施例中，冷凝器10的结构还包括多个散热管13，其中，集气腔11和集液腔12平行、间隔设置于蒸发器20上，且多个散热管13沿重力方向倾斜设置，集气腔11高于集液腔12，以便于集气腔11至集液腔12之间的散热管13内的相变介质能够依靠重力快速回液至蒸发器20内。

上述结构将冷凝器10倾斜设置于蒸发器20上，使两者形成一定的倾斜角度，利用液体重力促进液态的相变介质回液，同时避免占用高度方面面积，缩短蒸发管道路径，降低气体流动的阻力。

可以理解的是，散热管13可以是口琴管等，以提高换热效果。

具体的，所述冷凝器10相对于所述蒸发器20朝向所述冷凝器10所在平面的倾斜角度大于等于3°。本实施例中，冷凝器10相对于蒸发器20朝向冷凝器10所在平面的倾斜角度大于等于3°，集气腔11和集液腔12并不在同一水平面，集气腔11稍高于集液腔12，以便于液态的相变介质能够依靠重力回流至集液腔12中。

可以理解的是，集气腔11和集液腔12均可以设置在蒸发器20的顶部，如图3所示，排气管50和回液管60分别设置在蒸发器20的侧壁上，或者，集气腔11设置于蒸发器20的顶部，而集液腔12位于集气腔11的下方，如图11所示，排气管50和回液管60分别设置在蒸发器20的顶部位置和底部位置，具体的放置位置可以不做限定，仅需使冷凝器10倾斜设置一定角度即可，倾斜角度可以大于等于3°

具体的，所述集气腔11轴线方向上的两端中至少有一端设置有第一预留扩容口G1，所述集液腔12轴线方向上的两端中至少有一端设置有第二预留扩容口G2。本实施例中，为了提高分体式热虹吸相变散热器100的兼容性，可在集液腔12和集气腔11轴线方向的两端分别设置第一预留扩容口G1、第二预留扩容口G2，以便于将多个冷凝器10通过第一预留扩容口G1、第二预留扩容口G2连接后，即可形成一个整体的大面积的冷凝器10，提高散热效果。

将蒸发器20整体设置为标准模块化部件，对于大功率的拓展，可以并联多个冷凝器10，通过第一预留扩容口G1、第二预留扩容口G2连接后，形成大功率散热器，可实现分体式热虹吸相变散热器100的非标快速化，形成分离式模块装配方式。

具体的，相邻的两个所述散热管13之间设置有散热件14，所述散热件14呈折叠状，并沿所述散热管13的长度方向延伸设置。本实施例中，为了提高冷凝器10的散热效果，可在相邻的两个散热管13之间设置呈折叠状的散热件14，提高换热面积，由于相变介质汽化后，气体密度小，会流动至冷凝器10的口琴管中，口琴管外部有大量的折叠状散热件14，将热量快速排出，冷却口琴管中的相变介质，使得相变介质冷凝为液体，并依靠重力沿倾斜方向流入至集液腔12中，最终在重力作用下流至蒸发器20内，形成循环。

具体的，所述排气管50的外周壁上包覆有隔热层。本实施例中，可在排气管50的外周壁上包覆隔热层，使排气管50内汽化的相变介质能够完全流至冷凝器10中，防止传输中途液态回流。

基于以上所述，本发明所提供的热虹吸相变散热器100，可以提供非常高的散热极限，解决中大损耗的器件散热问题。蒸发器20内采用毛细结构件，在保证强度的情况下，可减少料重，使焊接工艺的选择性更多，料本和焊接成本明显降低。

本发明提出一种工业控制设备(图中未示出)，所述工业控制设备包括上述所述的热虹吸相变散热器100，以及机架(图中未示出)，所述蒸发器20设置于所述机架上；风扇(图中未示出)，所述风扇设置于所述机架上，且所述风扇的出风口朝向所述冷凝器10。该分体式热虹吸相变散热器100的具体结构参照上述实施例，由于工业控制设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

可以理解的是，工业控制设备可以是电频器或者电流器，例如UPS逆变器电源变流器等。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。