一种冷排结构及应用其的重力热管散热系统的制作方法

1.本实用新型涉及电子设备散热领域，特别是一种冷排结构及应用其的重力热管散热系统。


背景技术：

2.随着电子技术的发展，半导体材料的功率元件、运算元件的技术水平不断提高，电子元件其发热密度也变得越来越大，因此电子设备在工作时会产生大量的热量，散热设备在电子设备中也是普遍被应用的。又由于电脑的发展趋势，电脑自身体积越来越小，内部能安装散热器的空间越来越小，与此同时电脑自身耗电功率越小也会更利于市场销售。现有的电脑设备中都是采用带有驱动装置的水冷散热器，驱动装置普遍是水泵，利用水泵驱动流道内存放的冷却液循环流动，从而实现散热的目的。
3.但是现有电脑设备中采用带泵的水冷散热器会存在居多缺陷：1.在散热器中增设水泵等驱动装置势必会让散热器安装空间增大，不利于电脑设备整体体积的缩小研发；2.在散热器中增设水泵等驱动装置，会提高电脑设备的耗电功率，不够节能也不利于市场销售；3.在散热器中增设水泵等驱动装置，电脑设备工作时会产生更大的噪音，无法保证工作环境安静，降低了用户使用体验； 4.在散热器中增设水泵等驱动装置，势必需要利用管道将散热器主体和驱动装置连接起来，对接位置增多，可能的泄漏点就多了，生产和后期维修成本自然会提高；5.也是由于现有散热器中配备了能驱动冷却液主动流动的驱动装置，因此在散热器主体的散热结构中流道可以根据需要随机设置，都能保证冷却液顺利流动，因此现有散热器主体的内部流道设置很复杂，生产难度高，但是当电脑设备停机后，流道内部的某些段位置会仍然存在积液，尤其是设置了向上流动的流道内一定会存在积液，这些积液无法再重力作用下流出流道，这种情况下会在流道内部始终形成封堵的存液段，当外接环境温度过低时，如冬天气温低至冰点后，散热器内部的存液段会结冰影响下次电脑设备的快速启动使用，甚至由于存液段结冰体积变大出现冻裂现象造成电脑设备损坏。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷，本实用新型的目的在于提出一种冷排结构，当其使用在水冷散热系统中时，可以减少水泵进口侧循环水中气体的含量，减少泵的气蚀与振动；在管道系统清理维护时，冷排内残留的积水更易清理干净。
5.本实用新型的另一目的在于提出一种重力热管散热系统，其应用上述冷排结构作为冷凝器时，冷排结构内气态工质的有效冷凝空间更大，冷凝效率更高，热管散热系统的散热效果更好。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种冷排结构，其包括进口集腔和出口集腔及连通所述进口集腔和出口集腔的多根换热管；所述换热管外部设有散热翅片；所述换热管与所述进口集腔连通处为流入口，所述换热管与所述出口集腔连通处为流出口；进口集腔设有工质进口，出口集腔设有工质出
口，且当所述换热管水平放置时，所述工质进口所在位置高于所述工质出口所在位置；工质进口的流入端面至少高于所述进口集腔中位置最低的流入口的底部；工质出口的流出端面低于所述出口集腔中位置最低的流出口的底部。
8.更优的，所述进口集腔中上下叠设有多层所述流入口，所述工质进口高于所述进口集腔中位置最高的流入口的底部。
9.具体的，所述出口集腔和所述进口集腔位于同一侧，所述换热管分为流入管和流出管，所述流入管的一端与所述进口集腔连通，所述流出管的一端与所述出口集腔连通，所述流入管和流出管的另一端均与汇流转接腔连通；所述工质进口的上端从所述进口集腔底部竖直延伸设置于所述进口集腔内，所述流入端面位于所述工质进口的上端端面处；所述工质出口的上端从所述出口集腔底部竖直延伸设置于所述出口集腔内，所述流出端面位于所述工质出口的上端端面处。
10.更优的，所述出口集腔和所述进口集腔连通成为一体式集腔结构；出口集腔和进口集腔连通，一体式集腔结构连通的所有换热管同时具备气态工质流入又具有液态工质流出的功能，其中由于气态工质主要聚集在一体式集腔的上部，因此与一体式集腔结构上部连通的换热管以气态工质流入为主，同理，由于重力作用，与一体式集腔结构下部连通的换热管以液态工质流入为主。
11.更优的，所述换热管截面形状呈扁条形；且扁条形延伸方向与所述工质进口和工质出口的延伸方向平行；使得每根换热管顶部供气态工质流入，底部供液态工质排出，所述冷排结构的结构更简单，换热结构分布更均匀，换热效率进一步提高。
12.具体的，所述换热管为竖直方向弯折叠置的蛇形管，多根所述蛇形管在水平面内并排设置；所述蛇形管中位于上方的端部与进口集腔连通，所述蛇形管中位于下方的端部与出口集腔连通。
13.具体的，所述进口集腔和所述出口集腔位于同一侧，且所述进口集腔所在位置高于所述出口集腔；所述工质进口的上端从所述进口集腔底部竖直延伸设置于所述进口集腔内，所述流入端面位于所述工质进口的上端端面处；所述工质出口的上端从所述出口集腔底部竖直延伸设置于所述出口集腔内，所述流出端面位于所述工质出口的上端端面处。
14.具体的，所述进口集腔和所述出口集腔位于正对的两侧，且所述进口集腔所在位置高于所述出口集腔；所述工质进口的上端从所述进口集腔底部竖直延伸设置于所述进口集腔内，所述流入端面位于所述工质进口的上端端面处；所述工质出口的上端从所述出口集腔底部竖直延伸设置于所述出口集腔内，所述流出端面位于所述工质出口的上端端面处。
15.更优的，所述出口集腔的底部向下凹陷设有储液腔，所述工质出口设置于所述储液腔的底部；所述储液腔使得出口集腔的空间大于进口集腔的空间，又使得工质出口的位置向下进一步设置，所述储液腔对多根换热管的流出口进行集流，同时具备对液态工质进行储液的作用，储液腔能实现冷排结构中气液工质分离，也会在储液腔内聚集足够的液态工质后，如果采用泵体主动排出，泵体工作时有足够的液态工质进入，减少气泡量产生，避免泵体振动，可以进一步提高工质出口对液态工质的排出效率和散热能力。
16.重力热管散热系统，其包括：冷头和如上所述的冷排结构，所述冷头的进口部通过连接管道与所述冷排结构的工质出口连通；所述冷排结构的工质进口与所述冷头的出口部
连通；所述冷头位于所述冷排结构的下方，所述冷排结构水平设置。
17.本实用新型的实施例的有益效果：
18.现有的冷排结构中延伸至进口集腔和出口集腔中的工质入口和工质出口往往是对称设置的，且没有对具体安装结构进行限定，在实际应用中工质入口的位置由于过低，容易导致进入进口集腔中的气体工质会进入冷排最靠近底部的换热管中，而这些换热管主要的让液态工质汇流至工质出口排出的，因此防止气态工质过多进入这些换热管就会占用液态工质的排出流经管道结构，导致液态工质排出不畅，此外工质出口如果设置位置过高，也无法及时将冷排结构中液态工质排出，影响冷排结构的散热效率。
19.本技术的上述冷排结构中，具体限制了工质入口和工质出口与对应位置的换热管的高度；当从冷排进口集腔内有液态工质，液态工质首先会从低于工质进口的换热管的流出口流入换热管，再经换热管的流出口流至出口集腔。当所述工质进口高于的换热管流入口越多，对冷排内液态工质的排放速度越大。由于工质进口的最低点至少高于最低位置的一根换热管的流入口，液态工质至少可以从这一根换热管的流入口进入到换热管内，然后经换热管流出口流至出口集腔；由于具有以上流入特性，在重力热管散热系统中，进口集腔内的液态工质不会在重力作用下流入工质进口内，避免对工质进口中流体形成阻力，减少重力热管散热系统冷头与冷排结构的温差和压力差，换热管内液态工质过多，会占用气态工质液化的换热空间，降低冷排的换热效率，同时，冷排内集存过多的液态工质，使工质的利用率降低，重力热管系统对工质的量的减少更敏感，不利于重力热管系统长期稳定运行，本技术中工质出口低于最低位置的流出口，使得冷排中液态工质都会在重力作用下，从较低的工质出口迅速流出，而不会集存在换热管内；所述冷排结构对所述工质进口和工质出口的具体安装位置进行优化改进，从而提高重力热管散热系统的效率。
附图说明
20.图1是本实用新型的一个实施例的俯视结构示意图；
21.图2是图1所示实施例的前视结构示意图；
22.图3是图2所示实施例的沿a-a平面得到的截面结构示意图；
23.图4是本实用新型的一个实施例的仰视结构示意图；
24.图5是图4所示实施例的沿b-b平面得到的截面结构示意图；
25.图6是本实用新型的一个实施例的俯视结构示意图；
26.图7是图6所示实施例的沿c-c平面得到的截面结构示意图；
27.图8是本实用新型的一个实施例的俯视结构示意图；
28.图9是图8所示实施例的前视结构示意图；
29.图10是图9所示实施例的沿a-a平面得到的截面结构示意图；
30.图11是本实用新型的一个实施例的截面结构示意图。
31.其中：进口集腔110，出口集腔120，工质进口111，工质出口121，储液腔122，换热管130，流入口131，流出口132，流入管133，流出管134，汇流转接腔135，一体式集腔结构140。
具体实施方式
32.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
33.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技术的示例性实施方式。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。
34.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
35.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
36.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
37.实施例1
38.如图1至图3所示，一种冷排结构，其包括进口集腔110和出口集腔120 及连通所述进口集腔110和出口集腔120的多根换热管130；所述换热管外部设有散热翅片；所述换热管130与所述进口集腔110连通处为流入口131，所述换热管130与所述出口集腔120连通处为流出口132；进口集腔110设有工质进口 111，出口集腔120设有工质出口121，且当所述换热管130水平放置时，所述工质进口111所在位置高于所述工质出口121所在位置；工质进口111的流入端面至少高于所述进口集腔110中位置最低的流入口131的底部；工质出口121 的流出端面低于所述出口集腔120中位置最低的流出口132的底部。所述进口集腔110中上下叠设有多层所述流入口111，所述工质进口111高于所述进口集腔110中位置最高的流入口131的底部。所述出口集腔120和所述进口集腔110 位于同一侧，所述换热管130分为流入管133和流出管134，所述流入管133的一端与所述进口集腔110连通，所述流出管134的一端与所述出口集腔120连通，所述流入管133和流出管134的另一端均与汇流转接腔135连通；所述工质进口111的上端从所述进口集腔110底部竖直延伸设置于所述进口集腔110 内，所
述流入端面位于所述工质进口111的上端端面处；所述工质出口121的上端从所述出口集腔120底部竖直延伸设置于所述出口集腔120内，所述流出端面位于所述工质出口121的上端端面处。气体工质经过工质进口111进入进口集腔110，气态工质再从流入口131进入流入管133，气态介质在流入管133 中散热液化成液态工质，并从流入管133另一端流入汇流转接腔135，汇流转接腔135中液态工质和部分气态工质再流出至流出管134，流出管134内部分气态工质液化成液态工质与其他液态工质一起从流出口132流至出口集腔120内，最终从出口集腔120的底部的工质出口121排出。
39.实施例2
40.如图4和图5所示，一种冷排结构，其特征在于，包括进口集腔110和出口集腔120及连通所述进口集腔110和出口集腔120的多根换热管130；所述换热管外部设有散热翅片；所述换热管130与所述进口集腔110连通处为流入口 131，所述换热管130与所述出口集腔120连通处为流出口132；进口集腔110 设有工质进口111，出口集腔120设有工质出口121，且当所述换热管130水平放置时，所述工质进口111所在位置高于所述工质出口121所在位置；工质进口111的流入端面至少高于所述进口集腔110中位置最低的流入口131的底部；工质出口121的流出端面低于所述出口集腔120中位置最低的流出口132的底部。所述进口集腔110中上下叠设有多层所述工质进口111，所述工质进口111 高于所述进口集腔110中位置最高的流入口131的底部。所述出口集腔120和所述进口集腔110分别位于正对的两侧，所述换热管130的一端与所述进口集腔110连通，所述另一端均与出口集腔120连通；所述工质进口111的上端从所述进口集腔110底部竖直延伸设置于所述进口集腔110内，所述流入端面位于所述工质进口111的上端端面处；所述工质出口121的上端从所述出口集腔 120底部竖直延伸设置于所述出口集腔120内，所述流出端面位于所述工质出口 121的上端端面处。气体工质经过工质进口111进入进口集腔110，气态工质再从流入口131进入流入管133，气态介质在流入管133中散热液化成液态工质，并从流入管133另一端的流出口132流至出口集腔120内，最终从出口集腔120 的底部的工质出口121排出。
41.实施例3
42.如图6和图7所示，一种冷排结构，其特征在于，包括进口集腔110和出口集腔120及连通所述进口集腔110和出口集腔120的多根换热管130；所述换热管外部设有散热翅片；所述换热管130与所述进口集腔110连通处为流入口 131，所述换热管130与所述出口集腔120连通处为流出口132；进口集腔110 设有工质进口111，出口集腔120设有工质出口121，且当所述换热管130水平放置时，所述工质进口111所在位置高于所述工质出口121所在位置；工质进口111的流入端面至少高于所述进口集腔110中位置最低的流入口131的底部；工质出口121的流出端面低于所述出口集腔120中位置最低的流出口132的底部。所述换热管130为竖直方向弯折叠置蛇形管，多根所述蛇形管在水平面内并排设置；所述蛇形管中位于上方的端部与进口集腔110连通，所述蛇形管中位于下方的端部与出口集腔120连通。所述进口集腔110和所述出口集腔120 位于同一侧，且所述进口集腔110所在位置高于所述出口集腔120；所述工质进口111的上端从所述进口集腔110底部竖直延伸设置于所述进口集腔110内，所述流入端面位于所述工质进口111的上端端面处；所述工质出口121的上端从所述出口集腔120底部竖直延伸设置于所述出口集腔120内，所述流出端面位于所述工质出口121的上端端面处。气体工质经过工质进口111进入进口集腔110，气态工质再从流入口131进入
蛇形管，气态工质再蛇形管内从上之下盘旋流动，气态介质在流入管133中散热液化成液态工质，并从蛇形管另一端的流出口132流至出口集腔120内，最终从出口集腔120的底部的工质出口121 排出。当然本实施例中所述进口集腔110和所述出口集腔120位于正对的两侧，
43.实施例4
44.如图8和图10所示，一种冷排结构，其包括进口集腔110和出口集腔120 及连通所述进口集腔110和出口集腔120的多根换热管130；所述换热管外部设有散热翅片；所述换热管130与所述进口集腔110连通处为流入口131，所述换热管130与所述出口集腔120连通处为流出口132；进口集腔110设有工质进口 111，出口集腔120设有工质出口121，且当所述换热管130水平放置时，所述工质进口111所在位置高于所述工质出口121所在位置；工质进口111的流入端面至少高于所述进口集腔110中位置最低的流入口131的底部；工质出口121 的流出端面低于所述出口集腔120中位置最低的流出口132的底部。所述进口集腔110中上下叠设有多层所述工质进口111，所述工质进口111高于所述进口集腔110中位置最高的流入口131的底部。所述出口集腔120和所述进口集腔 110位于同一侧，所述换热管130分为流入管133和流出管134，所述流入管133 的一端与所述进口集腔110连通，所述流出管134的一端与所述出口集腔120 连通，所述流入管133和流出管134的另一端均与汇流转接腔135连通；所述工质进口111的上端从所述进口集腔110底部竖直延伸设置于所述进口集腔110 内，所述流入端面位于所述工质进口111的上端端面处；所述工质出口121的上端从所述出口集腔120底部竖直延伸设置于所述出口集腔120内，所述流出端面位于所述工质出口121的上端端面处。所述出口集腔120和所述进口集腔 110连通成为一体式集腔结构140。气体工质经过工质进口111进入进口集腔 110，气态工质再从流入口131进入流入管133，气态介质在流入管133中散热液化成液态工质，并从流入管133另一端流入汇流转接腔135，汇流转接腔135 中液态工质和部分气态工质再流出至流出管134，流出管134内部分气态工质液化成液态工质与其他液态工质一起从流出口132流至出口集腔120内，最终从出口集腔120的底部的工质出口121排出；但由于本实施例中采用了一体式集腔结构140，使得每根换热管130同时具备了流入管133和流出管134的功能，如图9所示，一体式集腔结构140中气态工质流入每根换热管130的顶部，液化后的液态工质可以流入汇流转接腔135暂存，或者直接从该根换热换的底部回流至一体式集腔结构140，最终从工质出口121排出。
45.实施例5
46.在实施例2的基础上进一步优化所述冷排结构，具体如图11所示，所述出口集腔120的底部向下凹陷设有储液腔122，所述工质出口121设置于所述储液腔122的底部；与所述出口集腔120连通的最低位置的流出口132的底部与所述工质出口121顶部的距离即为所述储液腔122在竖直方向上的高度，该高度一般部超过风扇的厚度，高度范围为5mm～50mm；所述储液腔巧妙利用了风扇两侧流出的空间，既提高冷排结构的散热效率，又使得冷排结构结构更加紧凑。
47.一种重力热管散热系统，其特包括：风扇、冷头和如上所述的冷排结构，所述冷头的进口部通过连接管道与所述冷排的工质出口121的下端连通；所述冷排结构的工质进口111的下端与所述冷头的出口部连通；所述冷头位于所述冷排结构的下方，所述冷排结构130水平设置，其中所述换热管130水平或近似水平设置即可。
48.上述应用到电子设备散热领域的重力热管系统主要由三个主要部分构成：冷排
(冷凝器)、冷头(蒸发器)和冷排和冷头的连接管道，连接管道内部填充相变工质。重力热管的工作原理大致为：工质在重力热管系统中，以气液两相存在，气态工质在上部的冷排内，液态的在下部的冷头；当重力热管开始工作后，冷排内气态工质失热后液化，在重力作用下经过连接管道流到冷头；冷头吸收热源的热量后，冷头内的液态工质由液态又汽化成气态；由于气体密度较小，且冷排内的冷凝压力较低，气体上升到冷排内，在冷排内再次液化成液态工质，如此循环完成整个气液相循环的散热过程。
49.目前，在小型电子设备散热方面，极少有成套的重力热管散热器产品。而且，即使用户自己搭建重力热管散热器，虽然水冷散热冷排比比皆是，但这种水冷散热器的冷排却不能使重力热管系统稳定运行，或散热效率不高。上述重力热管散热器产品具有构紧凑，散热效率高，通用性高，制造简单，工艺简单成熟等特点，在电子设备的散热场景中具有很好的应用前景。
50.以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。