CN103019345B - 具有强化换热效应的热管式散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有强化换热效应的热管式散热器，其技术方案是：具有两类结构与直径不同的热管，第一种为直管，第二种为U形热管。直行热管的中间段镶嵌于散热底板内，两端镶入翅片，U形热管1/2段的中间部分镶嵌于散热底板内，其余管段镶入翅片。镶入翅片中的热管分为上下两层，翅片下层是直管的全部和U形热管的1/2段；翅片上层是U形热管的另外1/2段。散热底板的中心设有矩形凸台，凸台与高热流密度发热器件紧密固定。由于在热管的冷凝端设有散热翅片，强化了热管内部的热质传递过程，将两根U形热管穿入翅片中，提高了翅片散热效率，使得换热增强。与其他散热器相比散热底板的均温效果好，可有效降低高热流密度器件的温度。

Description

具有强化换热效应的热管式散热器

技术领域

本发明属于热能工程领域，具体涉及一种具有高效传热效应的热管式散热器装置。

背景技术

高性能计算机的CPU芯片可以作为高热流密度发热器件的典型代表，一台大型服务器通常具有几十枚甚至数百枚多核式CPU芯片，在强劲性能的背后，伴随着更高的发热量和热流密度。增加芯片的散热面积并不能等比例地达到强化换热的效果，因此将热管施用于高热流密度器件冷却的散热技术得到了空前的发展。目前热管用于大功率CPU冷却的散热方式是：散热器底板嵌有热管，底板上表面镶有翅片。热管的主要作用并非是直接散热，而是通过散热底板中心（与CPU直接接触）的热管以导热的方式迅速将热量扩展至整个底板，最终借助于风扇通过散热器底板上部镶有的翅片将热量带走。因为计算机内空间的严格要求，热管散热面积不能增加，但伴随着CPU性能的不断提高，其热流密度却在大幅提高，在此情况下如何提高热管式散热器的性能，就成为国内外研究高热流密度器件冷却问题的热点。

发明内容

为了有效提高热管式散热器的性能，本发明的目的是提出一种具有强化换热效应的热管式散热器。

具有强化换热效应的热管式散热器其技术方案与原理是：散热器具有热管和翅片，散热器设有两种热管，一种是直管，另一种是U形热管。直管的中间段镶嵌于散热底板内，直管的两端镶入翅片，U形热管1/2段的中间部分镶嵌于散热底板内，其余管段镶入翅片。镶入翅片中的热管分为上下两层，翅片下层是直管的全部和U形热管的1/2段；翅片上层是U形热管的另外1/2段。U形热管成45°镶嵌于散热器内。散热底板的中心设有矩形凸台，矩形凸台的面积与被散热器件的面积相等。

热管的工作原理是：本热管的结构是一个密封的空腔圆柱体，空腔的内壁加工成多孔表面用于吸附液体循环工质，通常将热管分为蒸发、绝热和冷凝三个工作段。当蒸发段受热时，通过管壁使腔内的工质蒸发气化，蒸汽通过传输段（绝热段）流向冷凝段放热凝结成液体，液体再靠多孔表面毛细力的作用流回蒸发段。如此循环反复，不断地将热量从蒸发段传输至冷凝段。而且热管的热流方向具有可逆性，水平放置的热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。因为热管是靠工质相变过程中来吸收、释放汽化潜热，所以其传热能力较强。本发明可进行强化传热的原理是，散热底板的凸台部分与高热流密度发热器件紧密固定，利用热管的中间段作为蒸发段，在其冷凝段上加装翅片。热管内腔的蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，故其温降亦很小，根据热力学原理可知该热管结构能够具有较强的导热能力。如前所述，热管的主要作用并非是直接散热，而是热管（嵌入底板）通过散热器下面的散热底板以高导热的方式将热量扩展至整个散热底板，使散热器的翅片均有更好的均温效果，以此提高翅片的散热效率。

本发明的特点以及产生的有益效果是，在热管的冷凝端设有散热翅片，进一步强化了热管内部的热质传递过程，极小的温差可传递大量的潜热，因而有高导热性。将两根U形热管穿入翅片中，不仅提高了散热底板的热扩散能力，更重要的是提高了翅片散热效率，使得换热增强。该种散热器与其他散热器相比不仅可以使散热器自身温度降低，而且散热底板的均温效果更好，可以更有效地降低高热流密度发热器件的工作温度。

附图说明

所示附图是本发明的原理与结构简图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例对本发明的原理与结构作进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此实施例限定本发明的保护范围。

具有强化换热效应的热管式散热器，具有热管和翅片，其结构是散热器散热器设有两种热管，一种是直管1-1，另一种是U形热管1-2。直管的中间段镶嵌于散热底板2内，直管的两端镶入翅片3。U形热管1/2段的中间部分镶嵌于散热底板内，其余管段镶入翅片。镶入翅片中的热管分为上下两层：翅片下层是直管的全部和U形热管的1/2段；翅片上层是U形热管的另外1/2段。U形热管成45°镶嵌于散热器内。散热器上部的翅片为一个整体，散热器两边留出4个紧固螺栓的空间；散热器下部的翅片因散热底板而分为三段，散热底板上部的翅片与散热底板固定为一体，散热底板两边的翅片通过直管和U形热管固定为一体。散热底板设有连接件4用于热管式散热器与被散热器件的固定。

直管的直径大于U形热管的直径。散热底板的中心设有矩形凸台，矩形凸台的面积与被散热器件的面积相等。为了减小接触热阻，直管或U形热管与散热底板之间的间隙、以及直管或U形热管与翅片之间的间隙通过浸锡封堵，并起到固定的作用。

本实施例直管设有3根；U形热管设有2根，U形热管置于两个直管之间，U形热管成450（分别为第三和第四象限）镶嵌于散热器内。直管和U形热管的直径分别为6mm和4mm。散热器下部的翅片因散热底板而分为三段，散热底板上部的翅片占1/2；直管与U形热管直管段部分占1/3；U形热管的U形段那一端占1/6。散热底板矩形凸台的面积为40×40mm。

使用时散热底板那一侧为上面，散热底板的矩形凸台与被散热器件接触，凸台与被散热器件之间设有高导热率的热结合层材料，利用散热器两边的4个空间，通过连接件将散热器与高热流密度器件的框架装置用螺栓进行紧固。

Claims (5)

1.具有强化换热效应的热管式散热器，具有热管和翅片，其特征是散热器设有两种热管，一种是直管(1-1)，另一种是U形热管(1-2)，直管的中间段镶嵌于散热底板(2)内，直管的两端镶入翅片(3)，U形热管1/2段的中间部分镶嵌于散热底板内，其余管段镶入翅片，直管设有3根；U形热管设有2根，镶入翅片中的热管分为上下两层，翅片下层是直管的全部和U形热管的1/2段，翅片上层是U形热管的另外1/2段，U形热管成45°镶嵌于散热器内，热管式散热器的翅片(3)分为三段，散热底板上部的翅片与散热底板固定为一体，散热底板两边的翅片通过直管和U形热管固定为一体，散热底板的中心设有矩形凸台，矩形凸台的面积与被散热器件的面积相等。

2.按照权利要求1所述的具有强化换热效应的热管式散热器，其特征是所述散热器上部的翅片为一个整体，散热器两边留出4个紧固螺栓的空间。

3.按照权利要求1所述的具有强化换热效应的热管式散热器，其特征是所述直管(1-1)的直径大于U形热管(1-2)的直径。

4.按照权利要求1或2所述的具有强化换热效应的热管式散热器，其特征是所述散热底板(2)设有连接件(4)，用于热管式散热器与被散热器件的固定。

5.按照权利要求1所述的具有强化换热效应的热管式散热器，其特征是所述直管(1-1)或U形热管(1-2)与散热底板(2)之间的间隙、以及直管或U形热管与翅片(3)之间的间隙通过浸锡封堵。