一种毛细泵环的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种毛细泵环，包括蒸发器、冷凝器、蒸汽联管和液体联管，蒸发器的出气口通过蒸汽联管与冷凝器的进气口相连通，冷凝器的出液口通过液体联管与蒸发器的进液口相连通，所述蒸发器包括一壳体，该壳体内从上到下叠放填充一第一吸液芯和一第二吸液芯，且第一吸液芯的上表面与壳体的内顶面形成一液体补偿室，液体补偿室连通所述进液口，第二吸液芯的底部与壳体的底壁贴合且设有纵横交错的蒸汽槽，该蒸汽槽连通所述出气口，其中第一吸液芯与第二吸液芯的孔隙率均从上到下逐渐增加。本发明保证蒸发区能够有足够的液体工质润湿，同时避免大功率工况下出现干烧现象，有助于产生的蒸汽及时逸出，减小系统流动阻力。
【专利说明】-种毛细泵环
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种毛细泵环。
【背景技术】
[0002] 随着电子芯片的飞速发展，芯片体积越来越小，而集成度越来越大。据有关调 查，芯片发热功率已经由几年前的100W发展到现在的200W以上，芯片的热流密度达到了 10 5-106W/m2,并且有不断上升的趋势。高的热流密度势必导致温度急剧上升，电子元器件的 工作温度在70?80°C的基础上每增加1 °C，其可靠性就会下降5%，超过100°C会烧毁电子 芯片，有三分之二以上的芯片均由于高温而失效。因此，电子芯片的散热成为业界内关注的 焦点。
[0003] 目前芯片散热的主要方式有风冷散热，水冷散热，热电制冷以及热管散热等。风冷 散热由于设备简单，可靠性高，得到了广泛应用，但由于空气的热容量有限，风冷散热极限 为130W，已经无法满足当前电子芯片的散热要求。水冷散热能力强，能够满足大部分芯片 散热，但水冷散热结构复杂，需要外接泵的驱动，同时容易泄露，可靠性差，因此没有得到较 好的推广。热电制冷需要大型的设备，携带不方便，不便于微小型电子芯片的散热。热管采 用相变传热机制，散热量大，具有良好的等温性，结构简单，可靠性好，无需外部能源输入， 在笔记本电脑等设备应用较为普遍。但热管为刚性直管，给安装带来不便，若将热管弯曲， 其传热能力大打折扣；蒸汽和液体在同一根管内流动，由于携带极限，其散热能力也受到限 制。
[0004] 毛细泵环（capillary pumped loop,简称CPL)包括蒸发器和冷凝器，采用柔性PU 管将两者连接起来。CPL跟传统热管一样采用相变传热，液体工质在蒸发器吸收汽化潜热， 在冷凝器放出热量，散热性能大；蒸发器和冷凝器分开，可任意布置两者之间位置，安装方 便，且具有一定的抗重力能力；蒸汽和液体在不同的管道中流动，无携带极限；系统靠吸液 芯产生毛细抽吸力驱动，无需外加动力；吸液芯只存在于蒸发器中，系统流动阻力小，因此 CPL的散热性能往往比传统热管高出2个数量级以上。目前CPL -般采用导热系数较好的 金属作为吸液芯材料，热量大部分传到蒸发区域，还有一部分穿过吸液芯泄露到液体补偿 室。这部分热量使得在液体补偿室产生气泡，阻碍液体达到蒸发区域，轻则降低CPL的散热 性能，重则系统无法运行。此外，为了获得更大的毛细抽吸力，需要减小吸液芯的孔隙率，但 该方法会增加液体工质的流动阻力。为了进一步提高CPL的散热性能，必须降低热量泄露 到液体补偿室，还需要在提高毛细抽吸力的同时降低系统的流动阻力。目前大部分CPL的 吸液芯采用单一孔隙率，很难达到该要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种毛细泵环。
[0006] 本发明的具体技术方案如下：
[0007] -种毛细泵环，包括蒸发器、冷凝器、蒸汽联管和液体联管，蒸发器包括一进液口 和一出气口，冷凝器包括一进气口和一出液口，蒸发器的出气口通过蒸汽联管与冷凝器的 进气口相连通，冷凝器的出液口通过液体联管与蒸发器的进液口相连通，
[0008] 所述蒸发器包括一壳体，该壳体内填充一吸液芯体，且该吸液芯体的上表面与壳 体的内顶面形成一液体补偿室，液体补偿室连通所述进液口，该吸液芯体的底部与壳体的 底壁贴合且设有纵向蒸汽槽，该蒸汽槽连通所述出气口，该吸液芯体的孔隙率从上到下逐 渐增加，即从50%逐渐增加至90%。
[0009] 在本发明的一个优选实施方案中，所述吸液芯体包括从上到下叠放填充的第一吸 液芯和一第二吸液芯，且第一吸液芯的上表面与壳体的内顶面形成一液体补偿室，液体补 偿室连通所述进液口，第二吸液芯的底部与壳体的底壁贴合且设有纵向蒸汽槽，该蒸汽槽 连通所述出气口，其中第一吸液芯与第二吸液芯的孔隙率均从上到下逐渐增加，即从50% 逐渐增加至90%。
[0010] 进一步优选的，所述第一吸液芯与第二吸液芯之间通过若干直径1?2_的钢珠 隔开。
[0011] 进一步优选的，所述第一吸液芯与液体补偿室之间通过一隔热层隔开，该隔热层 上设有若干通孔。
[0012] 进一步优选的，所述第一吸液芯的材质的导热系数小于第二吸液芯的材质的导热 系数。
[0013] 在本发明的一个优选实施方案中，所述液体补偿室的内顶面设有若干相互交错的 沟槽，其宽度为2mm，深度为4_。
[0014] 在本发明的一个优选实施方案中，所述冷凝器包括一连通进气口和出液口的冷凝 腔体和设于其上下表面的散热翅片，该冷凝腔体内设有若干高度为1〇_的凸柱，该凸柱的 横截面为边长3mm的菱形或方形，且其在冷凝腔体内的排列方式为顺排或插排。进一步优 选的，所述冷凝器还包括一连通所述冷凝腔体的阀门。
[0015] 在本发明的一个优选实施方案中，所述蒸汽联管的直径从蒸发器的出气口至冷凝 器的进气口逐渐变大，且其最小直径大于液体联管的直径。
[0016] 在本发明的一个优选实施方案中，所述蒸汽联管和液体联管的材质均为PU。
[0017] 在本发明的一个优选实施方案中，该毛细泵环采用纳米银胶进行密封。
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] 1、本发明的毛细泵环的吸液芯体的底部与壳体的底壁贴合且设有纵向蒸汽槽，该 蒸汽槽本身即为蒸发区且连通所述出气口，使得液体工质能够与壳体底壁直接接触，明显 缩短启动时间，提高散热效果；
[0020] 2、本发明的毛细泵环的吸液芯体采用非均匀孔隙率结构，从上到下逐渐增加，即 从50%逐渐增加至90%，从蒸发区一侧到液体补偿室一侧的孔隙率逐渐减小，一方面，小 的孔隙率可以提供大毛细力，保证蒸发区能够有足够的液体工质润湿，另一方面，大的孔隙 率能够贮存大量的液体，避免大功率工况下出现干烧现象，还有助于产生的蒸汽及时逸出， 减小系统流动阻力；
[0021] 3、本发明的毛细泵环的第一吸液芯和第二吸液芯上下叠放，第一吸液芯的材质的 导热系数小于第二吸液芯的材质的导热系数，在蒸发区采用导热系数高的材料，加快热量 传到该区，强化蒸发；在另外一侧采用导热系数低的材料，避免热量泄露；
[0022] 4、本发明的毛细泵环的第一吸液芯与第二吸液芯之间通过若干钢珠隔开，可以减 小两部分吸液芯的的接触，减小热量传递，可有效减小泄热；
[0023] 5、本发明的毛细泵环的第一吸液芯与液体补偿室之间通过一隔热层隔开，该隔热 层上设有若干通孔，既可以阻止热量从蒸发区泄露到液体补偿室，同时也能保证液体的顺 利通过；
[0024] 6、本发明的毛细泵环的冷凝器包括一连通进气口和出液口的冷凝腔体和设于其 上下表面的散热翅片，该冷凝腔体内设有若干高度为l〇mm的凸柱，该凸柱的横截面为边长 3mm的菱形或方形，且其在冷凝腔体内的排列方式为顺排或插排，能够增加蒸汽的扰动、扩 大散热面积，冷凝效果显著提高；
[0025] 7、本发明的毛细泵环的蒸汽联管和液体联管的材质均为PU，且蒸汽联管的直径从 蒸发器的出气口至冷凝器的进气口逐渐变大，其最小直径大于液体联管的直径，根据连续 性方程和伯努利方程，在高度水头一定的情况下，扩大管截面积，可减小流速水头，进而增 大压力水头，便于工质的充分冷凝；
[0026] 9、本发明的毛细泵环采用纳米银胶进行密封，有效保证系统的气密性和真空度， 提高毛细泵环的整体传热性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明的毛细泵环的立体结构示意图；
[0028] 图2为图1沿A-A的剖视图；
[0029] 图3为本发明的毛细泵环的蒸发器的液体补偿室的顶面的结构示意图；
[0030] 图4为本发明的毛细泵环的蒸发器的内部结构剖视图之一；
[0031] 图5为本发明的毛细泵环的蒸发器的内部结构剖视图之二；
[0032] 图6为本发明的毛细泵环的冷凝器内的凸柱的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0033] 以下通过【具体实施方式】结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
[0034] 如图1和图2所示，一种毛细泵环，包括蒸发器1、冷凝器2、蒸汽联管3和液体联 管4,蒸发器1包括一进液口 11和一出气口 12,上述蒸发器1的材质优选为紫铜，上述冷凝 器2的材质优选为铝合金，冷凝器2包括一进气口 21和一出液口 22,蒸发器1的出气口 12 通过蒸汽联管与冷凝器2的进气口 21相连通，冷凝器2的出液口 22通过液体联管4与蒸 发器1的进液口 11相连通，此外，在蒸汽联管3和液体联管4的两端分别装有三通管5,便 于安装热电偶测量工质的实际温度，该毛细泵环采用纳米银胶进行密封，有效保证系统的 气密性和真空度，提高毛细泵环的整体传热性能。
[0035] 如图4和图5所示，所述蒸发器1包括一壳体13,该壳体13内从上到下叠放填充 一第一吸液芯14和一第二吸液芯15 (该第一吸液芯14和第二吸液芯15可为一体化结构， 即为一吸液芯体），第一吸液芯14的上表面与壳体13的内顶面形成一连通所述进液口 11 的液体补偿室16,如图3所示，该液体补偿室16的内顶面设有若干相互交错的沟槽161， 其宽度为2mm，深度为4mm ;第二吸液芯15的底部与壳体13的底壁贴合且设有纵向蒸汽槽 151，该蒸汽槽151即为蒸发区且连通所述出气口 12,使得液体工质能够与壳体13底壁直接 接触，明显缩短启动时间，提高散热效果；
[0036] 第一吸液芯14与第二吸液芯15的孔隙率均从上到下逐渐增加，即从50%逐渐增 加至90%，若为一体化结构的吸液芯体，其孔隙率从上到下从50%逐渐增加至90%，一方 面，小的孔隙率可以提供大毛细力，保证蒸发区能够有足够的液体工质润湿，另一方面，大 的孔隙率能够贮存大量的液体，避免大功率工况下出现干烧现象，还有助于产生的蒸汽及 时逸出，减小系统流动阻力；上述两吸液芯的材质可以为模压低温固相烧结技术的金属纤 维烧结板，也可为泡沫金属或其他多孔金属结构，优选的材料为铜、不锈钢或镍中的一种或 混合，且第一吸液芯14的材质的导热系数小于第二吸液芯15的材质的导热系数，进一步优 选的，第一吸液芯14的上表面或一体化结构的吸液芯体的上表面可涂覆一层降低导热系 数的涂料（涂料可采用硅酸盐复合材料或者丙烯酸防水涂料等）；该第一吸液芯14与第二 吸液芯15之间可如图4所示，通过若干直径1?2mm的钢珠17隔开，减小两部分吸液芯的 的接触，减小热量传递，可有效减小泄热，或者如图5所示，通过一隔热层18隔开，该隔热层 18上设有若干通孔，既可以阻止热量从蒸发区泄露到液体补偿室16,同时也能保证液体的 顺利通过，本实施例中，该隔热层18为木板。
[0037] 所述冷凝器2包括一连通进气口 21和出液口 22的冷凝腔体23和设于其上下表 面的散热翅片24,如图6所示，该冷凝腔体23内设有若干高度为10mm的凸柱231，该凸柱 231的横截面为边长3mm的菱形或方形，且其在冷凝腔体23内的排列方式为顺排或插排，能 够增加蒸汽的扰动、扩大散热面积，冷凝效果显著提高。进一步优选的，所述冷凝器2还包 括一连通所述冷凝腔体23的阀门25,以方便充工质和抽真空。
[0038] 所述蒸汽联管3和液体联管4的材质均为PU，且蒸汽联管3的直径从蒸发器1的 出气口 12至冷凝器2的进气口 21逐渐变大，其最小直径大于液体联管4的直径，根据连续 性方程和伯努利方程，在高度水头一定的情况下，扩大管截面积，可减小流速水头，进而增 大压力水头，便于工质的充分冷凝。
[0039] 上述毛细泵环在工作时，首先蒸发器1的壳体13的底壁吸收芯片的热量，传递到 第二吸液芯15的蒸汽槽151 (即蒸发区），通过第一吸液芯14和第二吸液芯15的毛细抽吸 力作用，将液体工质从液体补偿室16吸到蒸汽槽151，并在此吸收潜热汽化，产生的蒸汽借 助第二吸液芯15的蒸汽槽151导出蒸发器1，经过蒸汽联管13到达冷凝器2 ;蒸汽在冷凝 器2的作用下液化放出潜热，并通过冷凝器2的散热翅片24散发到空气中去；液化后的工 质沿着液体联管4回到液体补偿室16,完成一个循环。
[0040] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即 依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
【权利要求】
1. 一种毛细泵环，包括蒸发器、冷凝器、蒸汽联管和液体联管，蒸发器包括一进液口和 一出气口，冷凝器包括一进气口和一出液口，蒸发器的出气口通过蒸汽联管与冷凝器的进 气口相连通，冷凝器的出液口通过液体联管与蒸发器的进液口相连通，其特征在于： 所述蒸发器包括一壳体，该壳体内填充一吸液芯体，且该吸液芯体的上表面与壳体的 内顶面形成一液体补偿室，液体补偿室连通所述进液口，该吸液芯体的底部与壳体的底壁 贴合且设有纵向蒸汽槽，该蒸汽槽连通所述出气口，该吸液芯体的孔隙率从上到下逐渐增 力口，即从50%逐渐增加至90%。
2. 如权利要求1所述的一种毛细泵环，其特征在于：所述所述吸液芯体包括从上到下 叠放填充的第一吸液芯和一第二吸液芯，且第一吸液芯的上表面与壳体的内顶面形成一液 体补偿室，液体补偿室连通所述进液口，第二吸液芯的底部与壳体的底壁贴合且设有纵向 蒸汽槽，该蒸汽槽连通所述出气口，其中第一吸液芯与第二吸液芯的孔隙率均从上到下逐 渐增加，即从50%逐渐增加至90%。
3. 如权利要求2所述的一种毛细泵环，其特征在于：所述第一吸液芯与第二吸液芯之 间通过若干直径1?2_的钢珠隔开。
4. 如权利要求2所述的一种毛细泵环，其特征在于：所述第一吸液芯与液体补偿室之 间通过一隔热层隔开，该隔热层上设有若干通孔。
5. 如权利要求2所述的一种毛细泵环，其特征在于：所述第一吸液芯的材质的导热系 数小于第二吸液芯的材质的导热系数。
6. 如权利要求1或2所述的一种毛细泵环，其特征在于：所述液体补偿室的内顶面设 有若干相互交错的沟槽，其宽度为2mm，深度为4mm。
7. 如权利要求1或2所述的一种毛细泵环，其特征在于：所述冷凝器包括一连通进气 口和出液口的冷凝腔体和设于其上下表面的散热翅片，该冷凝腔体内设有若干高度为1〇_ 的凸柱，该凸柱的横截面为边长3_的菱形或方形，且其在冷凝腔体内的排列方式为顺排 或插排。
8. 如权利要求1所述的一种毛细泵环，其特征在于：所述蒸汽联管的直径从蒸发器的 出气口至冷凝器的进气口逐渐变大，且其最小直径大于液体联管的直径。
9. 如权利要求1所述的一种毛细泵环，其特征在于：所述蒸汽联管和液体联管的材质 均为TO。
10. 如权利要求1所述的一种毛细泵环，其特征在于：该毛细泵环采用纳米银胶进行密 封。
【文档编号】H01L23/427GK104089509SQ201410347252
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】周伟, 凌伟淞, 张军鹏, 邱清富, 邓大祥, 秦利锋, 马盛林 申请人:厦门大学