CN105682423B - 散热设备 - Google Patents

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CN105682423B CN201610115135.1A CN201610115135A CN105682423B CN 105682423 B CN105682423 B CN 105682423B CN 201610115135 A CN201610115135 A CN 201610115135A CN 105682423 B CN105682423 B CN 105682423B
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Abstract

本发明实施例公开了一种散热设备,能够降低散热设备的重量,提高散热设备的散热效率。该散热设备包括蒸发器(110)、一级压力平衡器(120)、汇流管(130)、冷凝器(140)和二级压力平衡器(150),蒸发器(110)的内部设置有多条蒸汽管道(111),该多条蒸汽管道(111)的内部添加有工质,蒸发器(110)的上侧通过该多条蒸汽管道(111)与一级压力平衡器(120)的下侧连通;一级压力平衡器(120)的上侧与汇流管(130)的下侧连通;汇流管(130)的上侧与冷凝器(140)的下侧连通;冷凝器(140)的上侧与二级压力平衡器(150)的下侧连通。

Description

散热设备
技术领域
本发明实施例涉及散热领域,并且更具体地,涉及一种散热设备。
背景技术
在未来的5G技术中,硬件设备将高度集成,加上产品小型化、高热流密度和器件均温等众多要求,现有的散热设备将无法满足未来产品对散热的需求。例如,现有的直齿散热器或压铸的直齿散热器体积大、比较笨重,不易拆卸,同时存在散热不均和散热效率不高的缺点。而环路重力热管(Loop Thermosiphon,LTS)散热器采用相变散热技术,LTS散热器的散热性能与压铸型散热器相比有所提升,但是,体积和重量依然较大,不能实现小型化和轻量化。并且,由于LTS散热器存在外接管路,使得散热基板的散热效率受到限制。
因此,希望提供一种新型的散热设备,以满足未来产品对散热的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种散热设备,能够降低散热设备的重量,提高散热设备的散热效率。
第一方面,提供了一种散热设备,该散热设备包括:蒸发器110、一级压力平衡器120、汇流管130、冷凝器140和二级压力平衡器150,蒸发器(110)的内部设置有多条蒸汽管道(111),该多条蒸汽管道(111)的内部添加有工质,蒸发器(110)的上侧通过该多条蒸汽管道(111)与一级压力平衡器(120)的下侧连通;一级压力平衡器(120)的上侧与汇流管(130)的下侧连通;汇流管(130)的上侧与冷凝器(140)的下侧连通;冷凝器(140)的上侧与二级压力平衡器(150)的下侧连通。
本发明实施例的散热设备,一方面,蒸发器110和冷凝器140采用一体化设计,通过一级压力平衡器120和汇流管130将蒸发器110和冷凝器140连接起来,可以实现散热设备的小型化和轻量化。
另一方面,通过设置两级压力平衡器(即,一级压力平衡器120和二级压力平衡器150),使得在一级压力平衡器120内没有实现压力平衡的蒸汽可以在二级压力平衡器150内进行二次压力平衡,从而能够提升散热效率。
根据第一方面,在第一方面的第一种可能的实现方式中,一级压力平衡器120的下侧设置有蒸汽平衡槽121,蒸发器110的上侧嵌在蒸汽平衡槽121中,且蒸发器110的上侧与蒸汽平衡槽121之间留有空隙。
在一级压力平衡器120的下侧(即,与蒸发器110连接的一侧)设置蒸汽平衡槽121,可以实现上升蒸汽的快速平衡,提高蒸发器110的均温性能。
根据第一方面的上述可能的实现方式,在第一方面的第二种可能的实现方式中,一级压力平衡器120的上侧设置有多个开孔122,汇流管130的下侧设置有至少一个开孔131,使得一级压力平衡器120与汇流管130连通。
通过在一级压力平衡器120的上侧(即,与汇流管130连接的一侧)设置多个开孔,在汇流管130的下侧(即,与一级压力平衡器120连接的一侧)设置至少一个开孔,使得一级压力平衡器120与汇流管130连通。
根据第一方面的上述可能的实现方式,在第一方面的第三种可能的实现方式中,汇流管130的下侧设置的至少一个开孔131与一级压力平衡器120的上侧设置的多个开孔122的数量相同。
进一步地,一级压力平衡器120的上侧设置的开孔的数量和汇流管130的下侧设置的开孔的数量可以相同,以使一级压力平衡器120与汇流管130连通。
根据第一方面的上述可能的实现方式,在第一方面的第四种可能的实现方式中,汇流管130的下侧设置的至少一个开孔131与一级压力平衡器120的上侧设置多个开孔122的位置一一对应。
更进一步地,一级压力平衡器120的上侧设置的开孔的数量和汇流管130的下侧设置的开孔的数量相同,且一级压力平衡器120上侧的每一个开孔都对应汇流管130的下侧的一个开孔(即,数量相同且位置一一对应)。
根据第一方面的上述可能的实现方式,在第一方面的第五种可能的实现方式中,一级压力平衡器120为方管。
通过将一级压力平衡器120设置为方管,可以增大一级压力平衡器120与蒸发器110之间的连接(例如,焊接)面积,从而能够提高散热设备的刚性强度。
根据第一方面的上述可能的实现方式,在第一方面的第六种可能的实现方式中,二级压力平衡器150为方管。
通过将二级压力平衡器150设置为方管,可以增大二级压力平衡器150与冷凝器140之间的连接(例如,焊接)面积,能够提高散热设备的刚性强度。
根据第一方面的上述可能的实现方式,在第一方面的第七种可能的实现方式中,冷凝器140由平行设置的多条方管构成,每条方管的一端与汇流管130连通,另一端与二级压力平衡器150连通。
根据第一方面的上述可能的实现方式,在第一方面的第八种可能的实现方式中,汇流管130为方管。
在本发明实施例中,通过将一级压力平衡器120、二级压力平衡器150、汇流管130以及冷凝器140设置为方管,可以增大蒸发器110和一级压力平衡器120、一级压力平衡器120和汇流管130以及冷凝器140和汇流管130、二级压力平衡器150之间的接触(例如,焊接)面积,从而提高散热设备整体的刚性强度。
根据第一方面的上述可能的实现方式,在第一方面的第九种可能的实现方式中,该散热设备还包括至少一个风扇111,该至少一个风扇111设置在冷凝器140的外侧。
在冷凝器140上设置风扇111,可以加快散热设备周围的气流交换,提高散热设备的散热速率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述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获得其他的附图。
图1是现有技术中LTS散热器的示意性结构图。
图2是根据本发明一实施例的散热设备的示意性结构图。
图3是根据本发明一实施例的散热设备的示意性剖视图。
图4是根据本发明一实施例的一级压力平衡器。
图5是根据本发明一实施例的汇流管、冷凝器和二级压力平衡器。
图6是根据本发明一实施例的蒸发器。
附图标记:
110-蒸发器
111-蒸汽管道
112-横管
120-一级压力平衡器
121-蒸汽平衡槽
122-开孔
130-汇流管
131-开孔
140-冷凝器
150-二级压力平衡器
160-风扇
210-蒸发器
220-蒸汽上升管道
230-平衡器
240-冷凝器
250-汇流管
260-液体回流管
270-风扇
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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,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。
根据本发明实施例的散热设备,可适用于任何散热的应用场景。例如,高功耗密度单板的芯片散热,或者普通的单板散热。为了便于理解,首先对散热技术中涉及的术语进行简单描述。
工质:一种能够传递热能的媒介物质,依靠状态变化传递热能。在整个传递热能的过程中,工质只有物理变化,而无化学变化。
相变散热:利用物质的相态变化,释放潜热的技术。
目前,现有技术中常用的散热器主要有型材散热器、压铸的直齿散热器和LTS散热器。型材散热器或压铸的直齿散热器结构比较简单,通过将发热器件与散热器的基板接触,将发热器件传导到散热器的基板上,然后,通过散热器的齿片将热量散到空气中。虽然,型材散热器或压铸的直齿散热器技术成熟,成本较低,但是,散热器冷热不均,效率不高,并且体积较大,不能实现轻量化。
图1示出了LTS散热器的示意性结构图。如图1所示,LTS散热器主要包括蒸发器210、蒸汽上升管道220、平衡器230、冷凝器240、汇流管250和液体回流管道260,其中,蒸发器210内添加有工质,蒸发器210和冷凝器240通过管路(参见图1中所示的蒸汽上升管道220和液体回流管道260)连接,并可通过汽-液相变散热。导热装置将热量传导到蒸发器210的工质,工质从液态转变为汽态沿着蒸汽上升管道220进入平衡器230,在平衡器230内,蒸汽实现压力平衡进入冷凝器240,工质在冷凝器240内释放热量,并从汽态转变为液态进入汇流管250,最终,经液体回流管道260回流进蒸发器210,完成一个循环过程(可参见图1中虚线所示的过程)。
可见,LTS散热器的蒸发器210与冷凝器240通过管路连接,体积和重量都较大,不易实现小型化和轻量化。
以下结合图2至图6,对本发明实施例的散热设备进行详细说明。
图2示出了根据本发明实施例的散热设备的示意性结构图。如图2所示,根据本发明实施例的散热设备可包括蒸发器110、一级压力平衡器120、汇流管130、冷凝器140和二级压力平衡器150。其中,一级压力平衡器120设置在蒸发器110的上侧,汇流管130设置在一级压力平衡器120的上侧。汇流管130的上侧设置有冷凝器140,冷凝器140的上侧设置有二级压力平衡器150,共同构成了根据本发明实施例的散热设备。蒸发器110的内部设置有多条蒸汽管道111,该多条蒸汽管道的内部添加有工质,蒸发器110的上侧与一级压力平衡器120的下侧连通;一级压力平衡器120的上侧与汇流管130的下侧连通;汇流管130的上侧与冷凝器140的下侧连通;冷凝器140的上侧与二级压力平衡器150的下侧连通。
应理解,上述多条蒸汽管道111中每条蒸汽管道的长度与蒸发器110的高度(即,蒸发器的上侧与蒸发器的下侧之间的距离)相同。
还应理解,上述蒸汽管道111是在蒸发器110上通过开孔的方式获得的、用于蒸汽上升的通道。
需要说明的是,将发热器件(例如,单板)放置在蒸发器110的外表面,发热器件的热量就会通过蒸发器110传导至多条蒸汽管道111内添加的工质,工质吸收热量以后,通过相态的变化传递热量,并通过根据本发明实施例的散热设备的密闭的循环散热系统,将发热器件散发的热量发散出去,起到散热的作用(下文会对散热过程进行详细说明)。
图3是根据本发明实施例的散热设备的示意性侧视剖视图。如图3所示,蒸发器110内部设置有蒸汽管道,蒸发器110的上侧嵌在一级压力平衡器120的蒸汽平衡槽121中,以使得蒸发器110通过多条蒸汽管道111与一级压力平衡器120的内部空间连通。一级压力平衡器120、汇流管130、冷凝器140和二级压力平衡器150的内部空间连通,从而形成一个密闭的循环散热系统。
本发明实施例的散热设备,一方面,由于不存在外接管路(即,蒸汽上升管道和液体回流管道),通过一级压力平衡器120和汇流管130将蒸发器110和冷凝器140连接,实现了蒸发器110和冷凝器140的一体化设计,简化了散热设备的结构,降低散热设备的重量和体积,使散热设备趋于轻量化和小型化。
另一方面,由于一级压力平衡器120的设置,使得整个散热设备具有两个平衡器(即,一级压力平衡器120和二级压力平衡器150),即使蒸汽在一级压力平衡器120内未实现完全平衡,可以在二级压力平衡器150中进行二次压力平衡,能够提升散热效率。
再一方面,在蒸发器110与汇流管130之间设置一级压力平衡器120,与现有技术相比,能够缩短蒸汽路径,能够进一步地提高散热设备的散热效率。
可选地,作为一个实施例,一级压力平衡器120的下侧设置有蒸汽平衡槽121,蒸发器110的上侧嵌在蒸汽平衡槽121中,且蒸发器110的上侧与蒸汽平衡槽121之间留有空隙。
图4示出了根据本发明实施例的一级压力平衡器120。如图4所示,一级压力平衡器120的下侧(即,与蒸发器110连接的一侧)具有槽状结构,采用这样的结构,可以使得从蒸汽管道111上升进入蒸汽平衡槽121(或者说,槽状结构)的蒸汽实现快速平衡(或者说,使得从蒸汽管道111进入蒸汽平衡槽的热量不均的蒸汽在蒸汽平衡槽内可以实现热量的交换,使得整个散热设备的温度趋于均匀),从而能够提高蒸发器110的均温性能。
可选地,作为一个实施例,一级压力平衡器120的上侧(即,与汇流管130连接的一侧)设置有多个开孔122,汇流管130的下侧设置有至少一个开孔131,使得汇流管130与一级压力平衡器120连通。
应理解,本发明实施例对一级平衡器上的多个开孔122的形状、大小以及间距不作任何限定,应根据散热设备的应用场景进行设计。例如,开孔122的形状可以为圆孔、方孔、椭圆孔、多边形孔等。又例如,针对发热不均匀的热源(例如,芯片),可以将一级压力平衡器120上多个开孔122的间距设计的小一些,以增加开孔122的数量,同时将开孔122设计的大一些,以加快热量的交换,提高散热基板的均温性能,从而实现均衡散热。
可选地,作为一个实施例,汇流管130的下侧设置的至少一个开孔131,与一级压力平衡器120上的多个开孔122的数量相同。
与上述一级压力平衡器120类似,本发明实施例对汇流管130上的至少一个开孔131的形状、间距和大小不作任何限定,此处不作赘述。
在此种情况下,汇流管130的下侧设置有至少两个开孔131,且该至少两个开孔131与一级压力平衡器120的上侧设置的多个开孔122的数量相同。通过该至少两个开孔131与该多个开孔122,一级压力平衡器120与汇流管130的内部空间连通。
需要说明的是,上述实施例仅以通过在一级压力平衡器120和汇流管130上设置开孔的方式,对根据本发明实施例的一级压力平衡器120与汇流管130的连通为例进行说明。在本发明实施例中,对于一级压力平衡器120和汇流管130之间具体的连通形式不作任何限定。例如,通过数量和位置相同的多个开孔122和多个开孔131使得一级压力平衡器120与汇流管130的内部空间连通。又例如,在一级压力平衡器120的上侧设置凹槽结构,汇流管130的下侧设置多个开孔131,一级压力平衡器120与汇流管130通过凹槽结构和多个开孔131使得内部空间连通。
可选地,作为一个实施例,汇流管130的下侧设置的至少一个开孔131,与一级压力平衡器120上的多个开孔122的位置一一对应。
图5示出了根据本发明实施例的汇流管130、冷凝器140和二级压力平衡器150。如图5所示,汇流管130的上侧与冷凝器140的下侧连通,汇流管130的下侧设置有多个开孔131,该多个开孔131与一级压力平衡器120上设置的多个开孔122的数量相同且位置一一对应。汇流管130与一级压力平衡器120通过该多个开孔122和该多个开孔131而连通。冷凝器140的下侧与汇流管130连接的上侧连通,冷凝器140的上侧与二级压力平衡器150的下侧连通。
可选地,作为一个实施例,冷凝器140由平行设置的多条方管构成,每条方管的一端与汇流管130连通,另一端与二级压力平衡器150连通。
在本发明实施例中,冷凝器140可以由平行设置的多条方管构成,这样可以增大冷凝器140与汇流管130、二级压力平衡器150的接触(例如,焊接)面积,从而可以提高散热设备整体的刚性强度。
在本发明实施例中,对冷凝器140的具体结构形式不作任何限定,只要能够实现冷凝器140的功能,都应认为落入本发明实施例的保护范围之内。例如,可以是多条平行设置的方管,还可以是多条平行设置的扁管、D型管、矩型管、圆管,或者其它的结构形式等。
图6示出了根据本发明实施例的蒸发器110。如图6所示,蒸发器110的内部设置有多条蒸汽管道111,蒸发器110通过该多条蒸汽管道111与一级压力平衡器120的内部空间连通。
另外,在蒸发器110的内部还设置有多条横管112(例如,图2所示的蒸发器110内部设置有1条横管),横管122与蒸汽管道111之间连通(可参见图2),采用这样的方式,可以加速蒸发器110内部的热量平衡,提高蒸发器110的均温性能。
可选地,作为一个实施例,散热设备还包括至少一个风扇160,该至少一个风扇160设置在冷凝器140的外侧。
应理解,在冷凝器140上设置风扇160(可参见图2),可以加快散热设备周围的气流交换,提高散热的速率。
需要说明的是,图2所示的散热设备的冷凝器140上仅以设置两个风扇160作为示例,本发明实施例对于风扇160数量的设置不作任何限定,具体应该根据散热场景的需求来确定。例如,在散热需求较高的场景下,可以增加风扇160的数量,而在散热需求较低的场景下,可以相应地减少风扇160的数量。
可选地,作为一个实施例,一级压力平衡器120为方管。
现有技术中,散热器的平衡器230通常使用圆形管,焊接接触面积小,刚性强度不够,容易变形。而采用方管,可以增大焊接的接触面积,增强散热设备的刚性强度。
需要说明的是,一级压力平衡器120除了可以为方管,还可以为D型管、矩型管,或其它类型的空心管等,同样可以增大接触(例如,焊接)面积,从而提高散热设备的整体刚性。
可选地,作为一个实施例,二级压力平衡器150为方管。
应理解,与上述一级压力平衡器120类似,二级压力平衡器150除了可以为方管,还可以为D型管、矩型管,或其它类型的空心管等,为了简洁,此处不再赘述。
可选地,作为一个实施例,汇流管130为方管。
如前文所述,汇流管130为圆形管时,与一级压力平衡器120焊接面积小,而采用方管(或D型管、矩型管)可以提升散热设备的整体刚性。
应理解,在本发明实施例中,一级压力平衡器120、二级压力平衡器150和汇流管130可以均设置为方管(或D型管,矩型管),或者采用其中的任意一种组合。例如,一级压力平衡器120、二级压力平衡器150和汇流管130都设计为方管。又例如,一级压力平衡器120为圆管,二级压力平衡器150和汇流管130为矩型管。
需要说明的是,图2至图6所示的散热设备(或者散热设备的部件,例如,一级压力平衡器120)仅为根据本发明实施例的散热设备(或者,散热设备的部件)的结构形式的示例,不应对本发明实施例的散热设备的结构形式造成任何限定。
以上结合图2至图6,对根据本发明实施例的散热设备的结构作了详细说明,以下结合图2,对根据本发明实施例的散热设备的散热过程进行说明。
首先,将发热器件放置在蒸发器的外表面,发热器件的热量就会通过蒸发器传导到蒸发器110内(或者说,蒸发器110的蒸汽管道111)的工质,工质吸收热量以后,从液态转变为汽态沿着蒸发器110内部的多条蒸汽管道111上升,经过蒸汽平衡槽121进入一级压力平衡器120,在一级压力平衡器120内实现蒸汽的快速平衡后,蒸汽通过汇流管130进入冷凝器140。如果存在未饱和的蒸汽,就会继续沿冷凝器140上升进入二级压力平衡器150,以实现二次压力平衡。最后,蒸汽在冷凝器140内释放热量后转变为液态沿经汇流管130、一级压力平衡器120回流到蒸发器110,这样,就完成了一次液体-蒸汽-液体循环的过程。当工质再次吸收热量之后,就会开始新一次的循环,如此往复,起到散热的作用,形成一个密闭的散热系统。
本发明实施例的散热设备,通过上述结构上的设计,实现相变高效散热,与现有的散热器相比,单位体积的散热效率进一步提升,且基板温度均匀。例如,以体积为6L(例如,散热设备的长、宽、高分别为400mm、300mm和50mm)的样机为例,本发明实施例的散热设备厚度为20mm,基板温差在2摄氏度以内。
另外,本发明实施例的散热设备,实现了散热设备的减重。例如,以体积为6L的样机为例,与现有的型材散热器相比,散热设备的重量减少了3Kg,重量降低了60%,使散热设备轻量化。
另外,本发明实施例的散热设备,蒸发器110和冷凝器140采用一体化设备,简化了散热设备的结构,散热设备体积减小,成本降低。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种散热设备,其特征在于,包括蒸发器(110)、一级压力平衡器(120)、汇流管(130)、冷凝器(140)和二级压力平衡器(150),
所述蒸发器(110)的内部设置有多条蒸汽管道(111),所述多条蒸汽管道(111)的内部添加有工质,所述蒸发器(110)的上侧通过所述多条蒸汽管道(111)与所述一级压力平衡器(120)的下侧连通;
所述一级压力平衡器(120)的上侧与所述汇流管(130)的下侧连通;
所述汇流管(130)的上侧与所述冷凝器(140)的下侧连通;
所述冷凝器(140)的上侧与所述二级压力平衡器(150)的下侧连通。
2.根据权利要求1所述的散热设备,其特征在于,所述一级压力平衡器(120)的下侧设置有蒸汽平衡槽(121),所述蒸发器(110)的上侧嵌在所述蒸汽平衡槽(121)中,且所述蒸发器(110)的上侧与所述蒸汽平衡槽(121)之间留有空隙。
3.根据权利要求1或2所述的散热设备,其特征在于,所述一级压力平衡器(120)的上侧设置有多个开孔(122),所述汇流管(130)的下侧设置有至少一个开孔(131),使得所述一级压力平衡器(120)与所述汇流管(130)连通。
4.根据权利要求3所述的散热设备,其特征在于,所述汇流管(130)的下侧设置的至少一个开孔(131)与所述一级压力平衡器(120)的上侧设置的多个开孔(122)的数量相同。
5.根据权利要求4所述的散热设备,其特征在于,所述汇流管(130)的下侧设置的至少一个开孔(131)与所述一级压力平衡器(120)的上侧设置的多个开孔(122)的位置一一对应。
6.根据权利要求1,2,4,5中任一项所述的散热设备,其特征在于,所述一级压力平衡器(120)为方管。
7.根据权利要求1,2,4,5中任一项所述的散热设备,其特征在于,所述二级压力平衡器(150)为方管。
8.根据权利要求1,2,4,5中任一项所述的散热设备,其特征在于,所述冷凝器(140)由平行设置的多条方管构成,每条方管的一端与所述汇流管(130)连通,另一端与所述二级压力平衡器(150)连通。
9.根据权利要求1,2,4,5中任一项所述的散热设备,其特征在于,所述散热设备还包括至少一个风扇(160),所述至少一个风扇(160)设置在所述冷凝器(140)的外侧。
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