CN101477841A - 双温差多传热通道自动补偿式散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双温差多传热通道自动补偿式散热方法，包括如下步骤：A.设置第一类传热通道，其一端发热器件核心发热部紧密接触，另一端连接有制冷型换热装置；B.设置第二类传热通道，该第二类传热通道的一端与所述发热器件上除第一类传热通道接触以外的表面紧密接触，所述第二类传热通道的另一端紧密连接有普通换热装置；C.第一类传热通道与第二类传热通道之间保留有空隙，该两类通道相互之间处于高热阻状态；所述第一类传热通道与发热器件相接触的面积远小于第二类传热通道与发热器件相接触的面积。同现有技术相比较，本发明散热效果好并能有效防止发热器件温度过低而结露、结霜问题。

Description

双温差多传热通道自动补偿式散热方法

技术领域 本发明涉及用于发热器件的散热技术，特别是涉及双温差多传热通道自动补偿式散热方法；实现在紧凑空间以更快速度耗散较多的热量，或者说以更高的热流密度，从微小体积空间，迅速传导与散发大量热量的散热方法。

所述发热器件包括发热电子器件与精密机电装置，是指用于计算机系统或其他精密数字电子产品的发热量大的零部件或模块，例如CPU、电源芯片或其它大功率器件；或精密机械、微机电系统装置，如微小发动机、发电机、电动机、驱动器、激光器、红外线探测器、医疗、导航装置，等等。

背景技术 现有技术中，以计算机CPU为例，其散热方法都是在发热装置或器件上设置传热部件，比如金属导热体或热管，把热量传递到换热器，或者再辅以风扇吹风，把热量耗散到大气中。这种方法简单实用，解决一般散热是可以的，但在解决高热流密度，或者说小空间体积中大量发热装置或器件的散热问题时，散热能力不够，会引起器件故障或缩短器件寿命。

发明内容 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种散热效果好且安全可靠性高的双温差多传热通道自动补偿式散热方法。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

提出一种双温差多传热通道自动补偿式散热方法，用于解决在紧凑空间内发热量大而集中、并且工作温度不允许过高的发热器件散热问题，包括如下步骤：

A.设置导热良好的第一类传热通道，该第一类传热通道其中一端的面积较小，与所述发热器件核心发热部较小的局部表面相吻合并紧密接触而实现良好的热量传导，所述第一类传热通道的另一端，以实现良好热量传导的方式，紧密连接有制冷型换热装置；

B.设置导热良好的、且热量可双向传导的第二类传热通道，该第二类传热通道的一端与所述发热器件上除第一类传热通道接触以外的表面相吻合并紧密接触而实现良好的热量传导，所述第二类传热通道的另一端，以实现良好热量传导的方式，紧密连接有普通换热装置；

C.所述第一类传热通道与第二类传热通道之间保留有空隙，该两类通道相互之间处于高热阻状态；所述第一类传热通道与发热器件相接触的面积远小于第二类传热通道与发热器件相接触的面积。

本发明中所说的双温差是指，有两组温度差，其中一组有比较大的温差，称为第一温差组或大温差组，另外一组有比较小的温差，称为第二温差组或小温差组。

本发明散热方法中的第一类传热通道，是在发热器件的发热中心，即芯片或器件的核心发热位置，设置局部接触面积较小的热量传导通道，通道可由金属良好导热体或热管等构成，将热量传出。

所述第一类传热通道的特点：

一、其与发热器件散热表面的接触端面积小，且对准发热器件的核心发热部位置，占发热器件散热表面较小的局部面积；

二、在其离热源比较远的另外一端，连接有制冷功能的制冷型换热装置，因为第一类传热通道的一端接触发热器件的核心发热部位置，即发热器件温度最高点，而另一端设置有制冷装置，是整个散热系统的温度最低点，所以通道两端形成比较大的温度差，成为大温差组。大温差有利于热量更多更快从发热器件的核心发热部传输到外部。

本发明散热方法中的第二类传热通道，是在发热器件的核心发热部以外，即由第一类传热通道占用的较小表面部分以外的其余表面较大的部分，另外设置的热量传导通道，其可以是导热良好的金属、或导热良好的其它物体，将热量传出。

第二类传热通道的特点：

一、在发热器件的表面上占有面积较大；

二、在其离热源比较远的另外一端，直接连接到普通型换热装置，把热量耗散掉。所述普通型换热装置直接连接的可以是大气、水池、或其它近似有极大热容量的物体；

三、可反馈补偿热量防止发热器件凝露、结霜。

由于所述第二类传热通道的一端接触发热器件核心发热部以外的表面，温度低于核心发热部部位；另一端直接连接到大气、大水池、或其它近似有极大热容量的物体，不通过制冷装置，故这一端的温度又高于第一类传热通道连接制冷型换热装置那一端的温度，因此相对第一类传热通道而言，第二类传热通道两端形成比较小的温度差，形成小温差组。

本发明双温差多传热通道自动补偿式散热方法中，还设置有缓冲导热片，该缓冲导热片紧贴所述发热器件，所述第一类传热通道和第二类传热通道再与缓冲导热片接触，并且第一类传热通道仍然对准发热器件核心发热部位置，而第二类传热通道则对应剩下的表面位置。增加设置所述缓冲导热片的作用是：在温度变化很快而且两个传热通道温差大的情况下，防止发热器件表面或内部因为过于急剧的温度变化而出现热应力等原因导致的损坏。

所述第一类传热通道包括杆状热量传导件，该杆状热量传导件的一端与发热器件或缓冲导热片紧贴，所述杆状热量传导件的另一端紧密连接所述制冷型换热装置；所述第二类传热通道与发热器件或缓冲导热片的接触部位紧贴于发热器件或缓冲导热片上，其上开有让所述第一类传热通道的杆状热量传导件穿过的通孔。

所述第一类传热通道还包括块状或片状热量传导件，该块状或片状热量传导件与所述杆状热量传导件连接或一体成型，该杆状热量传导件的一端与发热器件或缓冲导热片紧贴，所述块状或片状热量传导件的另一端连接制冷型换热装置；所述第二类传热通道为块状或片状热量传导件，其上开有让所述第一类传热通道的杆状热量传导件穿过的通孔。

所述第一类传热通道的杆状热量传导件有一根或多根：当所述发热器件只有一个核心发热部时，所述杆状热量传导件为一根；当所述发热器件有多个核心发热部时，所述杆状热量传导件的根数与核心发热部个数相对应，并且各杆状热量传导件的一端面分别对准各核心发热部，从而形成多个分通道。

所述第一类传热通道所连接的制冷型换热装置之制冷器件是液氮冷却制冷器、帕尔帖效应制冷器、压缩机制冷器或干冰制冷器；所述第二类传热通道所连接的普通型换热装置是空气冷却换热器或水冷却换热器。

下面根据物理热学原理，就发热器件不同发热状态，进一步应用本发明双温差多传热通道自动补偿式散热方法的散热系统的工作原理与过程：

1.当发热器件发热量大，第一类与第二类传热通道的热端，即靠近发热器件端，温度都高，两类传热通道均向外界输出热量；

2.当发热器件发热量下降，必定会达到某个温度点，由于发热器件的发热量不足以同时保持两类传热通道各自两端的温度差，于是温差小的第二类传热通道两端的温度趋于相同，不再向外输出热量；第一类传热通道由于两端仍存在较大温差，继续向外界输出热量；

3.当发热器件发热量继续下降到很小，或停止发热，由于第一类传热通道的另一端连接有制冷型换热装置(带有制冷器件)，因此所述制冷型换热装置将继续从没有足够发热量的发热器件上吸收热量，于是发热器件温度继续降低，当温度降到低于第二类传热通道连接的普通型换热装置的温度时，根据热学原理(付立叶定律)，所述普通型换热装置上的热量就会反向流动，反馈到发热器件表面，阻止器件温度继续下降，又如前述，由于普通型换热装置是连接大气、大水池、或其它近似有极大热容量的物体，所以热量反馈将持续进行，达到动态平衡的时候，发热器件表面就会保持一定温度，不会凝露、结霜，保证了安全。

同现有技术相比较，本发明双温差多传热通道自动补偿式散热方法的技术效果在于：设置两类传热通道，形成两个不同的温差组，在发热器件发热量大时，两类传热通道密切配合强力向外传送散发热量，散热效果好；发热器件发热少甚至不发热时，第二类传热通道起到热量反馈补偿作用，有效防止发热器件温度过低而结露、结霜，保障了发热器件的安全。

附图说明

图1是应用本发明双温差多传热通道自动补偿式散热方法的散热系统之一的结构原理图，图中：箭头

是指流经第一类传热通道和制冷型换热装置的热量流向，箭头

是指流经第二类传热通道和普通型换热装置向外发散的热量流向，箭头

是指经第二类传热通道向发热器件反馈补偿的热量流向；以下图2和图3中的箭头所指的意思相同；

图2是应用所述散热方法的散热系统之二的结构原理图；

图3是应用所述散热方法的散热系统之三的结构原理图；

图4是用于所述散热方法的制冷型换热装置的几种制冷器件结构示意图，包括图4A至图4D；

图5是用于所述散热方法的几种普通型换热装置结构示意图，包括图5A和图5B；

图6是应用所述散热方法之散热系统实施例一的结构示意图，包括立体分解示意图6A和立体示意图6B；

图7是应用所述散热方法之散热系统实施例二的结构示意图；

图8是应用所述散热方法之散热系统实施例三的结构示意图。

具体实施方式 以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

本发明双温差多传热通道自动补偿式散热方法，用于解决在紧凑空间内发热量大而集中、并且工作温度不允许过高的发热器件10散热问题，包括如下步骤：

A.设置导热良好的第一类传热通道，该第一类传热通道其中一端的面积较小，与所述发热器件10核心发热部11较小的局部表面相吻合并紧密接触而实现良好的热量传导，所述第一类传热通道的另一端，以实现良好热量传导的方式，紧密连接有制冷型换热装置20；

B.设置导热良好的、且热量可双向传导的第二类传热通道，该第二类传热通道的一端与所述发热器件10上除第一类传热通道接触以外的表面12相吻合并紧密接触而实现良好的热量传导，所述第二类传热通道的另一端，以实现良好热量传导的方式，紧密连接有普通换热装置30；该普通型换热装置直接连接的可以是大气、水池、或其它近似有极大热容量的物体；

C.所述第一类传热通道与第二类传热通道之间保留有空隙，该两类通道相互之间处于高热阻状态；所述第一类传热通道与发热器件10相接触的面积远小于第二类传热通道与发热器件10相接触的面积。

按照该发明方法设计的散热系统之一的原理结构如图1所示，图中，所述第一类传热通道下端的杆状热量传导件50和上端的块状或片状热量传导件51构成；所述杆状热量传导件50的下端与发热器件10的核心发热部11位置的较小局部表面接触；所述块状或片状热量传导件51的上端紧密连接制冷型换热装置20；所述第二类传热通道为块状或片状热量传导件60，其上开有让所述第一类传热通道之杆状热量传导件50穿过的通孔61。

图2示意出按照本发明方法设计的散热系统之二的原理结构，该散热系统之二与前述散热系统之一的结构原理基本相同，不同之处在于：还设置有缓冲导热片70，该缓冲导热片70紧贴所述发热器件10上，所述第一类传热通道之杆状热量传导件50的下端和第二类传热通道(块状或片状热量传导件60)再与缓冲导热片70接触；并且第一类传热通道仍然对准发热器件核心发热部位置处，而第二类传热通道则对应剩下的表面位置处。增加设置所述缓冲导热片70的作用是：在温度变化很快而且两个传热通道温差大的情况下，防止发热器件表面或内部因为过于急剧的温度变化而出现热应力等原因导致的损坏。

图3示意出按照本发明方法设计的散热系统之三的原理结构，该散热系统之三与前述散热系统之一、之二的结构原理基本相同，不同之处在于：前述散热系统之一、之二中，所述第一类传热通道的杆状热量传导件50只有一根：适用于所述发热器件10只有一个核心发热部11的情形。而本散热系统之三中，所述第一类传热通道的杆状热量传导件50有多根：适用于所述发热器件10有多个核心发热部11时，所述杆状热量传导件50的根数与核心发热部11的个数相对应，并且各杆状热量传导件50的下端面分别对准各核心发热部11，从而形成多个分通道。

本发明中：如图4所示，所述第一类传热通道所连接的制冷型换热装置20之制冷器件21可以是液氮冷却制冷器(图4A所示)、帕尔帖效应制冷器(图4B所示)、压缩机制冷器(图4C所示)或干冰制冷器(图4D所示)，也可以是其他制冷器件，不局限于图例所示；如图5所示，所述第二类传热通道所连接的普通型换热装置30是空气冷却换热器(图5A所示)或水冷却换热器(图5B所示)。

图6是应用所述散热方法之散热系统实施例一，发热器件10以计算机的CPU为例，本实施例中，所述第一类传热通道下端的杆状热量传导件50和上端的块状或片状热量传导件51构成；所述杆状热量传导件50的下端与发热器件10的核心发热部11位置处的较小局部表面接触；所述块状或片状热量传导件51的上端放置制冷型换热装置20，该制冷型换热装置20包括制冷器件21(帕尔帖效应制冷器)和换热器22；所述第二类传热通道与普通型换热装置30(换热风扇)合为一体，也即是所述普通型换热装置30(换热风扇)的下端实体部当作为第二类传热通道，该普通型换热装置30上开有让所述第一类传热通道之杆状热量传导件50穿过的通孔61。

图7是应用所述散热方法之散热系统实施例二，该实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于：发热器件10上覆盖有缓冲导热片70，所述第二类传热通道为片状热量传导件60，普通型换热装置30至于该片状热量传导件60；且第一类传热通道的块状或片状热量传导件51做了延长处理，面积较大。

图8是应用所述散热方法之散热系统实施例三，该实施例属于发热器件10有多个的情况，几个发热器件10的共用一个制冷型换热装置，但是各自的第一类传热通道和第二类传热通道相对独立。其他结构及原理都与实施例一和实施例二基本相同。

需要说明的是，本发明的核心思想在于：设置两类传热通道，形成两个不同的温差组，并且其中第二类传热通道能双向热传递。这样两类传热通道既能相互配合强力散热，效果好，第二类传热通道又能在需要时反馈补充热量，有效解决凝露、结霜问题。本发明中的两类传热通道的具体形状和结构的设计，可以根据需要设计成不同的形状和结构，并不局限于前述实施例及说明书附图中所给出的几种图例。

Claims (6)

1.一种双温差多传热通道自动补偿式散热方法，用于解决在紧凑空间内发热量大而集中、并且工作温度不允许过高的发热器件散热问题，其特征在于，包括如下步骤：

A.设置导热良好的第一类传热通道，该第一类传热通道其中一端的面积较小，与所述发热器件核心发热部较小的局部表面相吻合并紧密接触而实现良好的热量传导，所述第一类传热通道的另一端，以实现良好热量传导的方式，紧密连接有制冷型换热装置；

B.设置导热良好的、且热量可双向传导的第二类传热通道，该第二类传热通道的一端与所述发热器件上除第一类传热通道接触以外的表面相吻合并紧密接触而实现良好的热量传导，所述第二类传热通道的另一端，以实现良好热量传导的方式，紧密连接有普通换热装置；

C.所述第一类传热通道与第二类传热通道之间保留有空隙，该两类通道相互之间处于高热阻状态；所述第一类传热通道与发热器件相接触的面积远小于第二类传热通道与发热器件相接触的面积。

2.如权利要求1所述的双温差多传热通道自动补偿式散热方法，其特征在于：还设置有缓冲导热片，该缓冲导热片紧贴所述发热器件，所述第一类传热通道和第二类传热通道再与缓冲导热片接触，并且第一类传热通道仍然对准发热器件核心发热部位置，而第二类传热通道则对应剩下的表面位置。

3.如权利要求1或2所述的双温差多传热通道自动补偿式散热方法，其特征在于：所述第一类传热通道包括杆状热量传导件，该杆状热量传导件的一端与发热器件或缓冲导热片紧贴，所述杆状热量传导件的另一端紧密连接所述制冷型换热装置；所述第二类传热通道与发热器件或缓冲导热片的接触部位紧贴于发热器件或缓冲导热片上，其上开有让所述第一类传热通道的杆状热量传导件穿过的通孔。

4.如权利要求3所述的双温差多传热通道自动补偿式散热方法，其特征在于：所述第一类传热通道还包括块状或片状热量传导件，该块状或片状热量传导件与所述杆状热量传导件连接或一体成型，该杆状热量传导件的一端与发热器件或缓冲导热片紧贴，所述块状或片状热量传导件的另一端连接制冷型换热装置；所述第二类传热通道为块状或片状热量传导件，其上开有让所述第一类传热通道的杆状热量传导件穿过的通孔。

5.如权利要求4所述的双温差多传热通道自动补偿式散热方法，其特征在于：所述第一类传热通道的杆状热量传导件有一根或多根：当所述发热器件只有一个核心发热部时，所述杆状热量传导件为一根；当所述发热器件有多个核心发热部时，所述杆状热量传导件的根数与核心发热部个数相对应，并且各杆状热量传导件的一端面分别对准各核心发热部，从而形成多个分通道。

6.如权利要求1或2所述的双温差多传热通道自动补偿式散热方法，其特征在于：所述第一类传热通道所连接的制冷型换热装置之制冷器件是液氮冷却制冷器、帕尔帖效应制冷器、压缩机制冷器或干冰制冷器；所述第二类传热通道所连接的普通型换热装置是空气冷却换热器或水冷却换热器。

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