CN106197109A - 一种液冷均温板复合散热器 - Google Patents

一种液冷均温板复合散热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液冷均温板复合散热器，包括壳体、隔板、支撑结构和多孔毛细结构，隔板将壳体的内部空间分隔成上部腔室和下部腔室，下部腔室封闭且其内部处于低真空状态，隔板呈弯折起伏状形成数个间隔排布的空心凸条压紧在上部腔室的内顶面上，在隔板和上部腔室之间构成数条间隔排布的液冷通道，每条液冷通道均具有用于液态冷却工质循环流动的进液口和出液口，支撑结构支撑在隔板与下部腔室的内底面之间，下部腔室的内壁上以及支撑结构的外壁圆周上设有多孔毛细结构，液冷通道中的液态冷却工质与多孔毛细结构中的气态蒸发换热工质进行热交换。本发明换热效率极高，且可有效减小换热器的体积、制造工艺简单、生产效率高、可直接量产。

Description

一种液冷均温板复合散热器
技术领域
本发明涉及一种液冷均温板复合散热器。
背景技术
运算、网络以及数据中心等服务器由于芯片发热量高，目前普遍采用的均温板结合风冷散热以及循环液冷两种技术。
服务器采用的强迫对流风冷技术是将小面积芯片的热量先由均热板迅速扩散至大的散热面积上，再通过风扇强迫空气对流将热量带走。该方法结构简单，安全可靠，但是其缺陷在于：由于空气的热容低，此方式的散热效率较低并且噪音大，难以适应性能和功耗越来越高的芯片散热需求。
液冷技术已被广泛应用于数据中心等高发热电子产品的热管理。其原理是，发热量大的芯片与铜质热沉紧密接触，热沉中包含液体流动的管道，芯片热量经由热沉传递到制冷液(水或油)，制冷液通过循环系统不断流动，将热量带出。由于液体的热容高于空气上千倍，因此可以轻松带走大量热量，所以液冷效率远高于风冷，但是其缺陷在于：由于芯片面积小，如何将大量热量迅速传递到液体当中成为液冷散热的主要瓶颈。通常采用的做法是在芯片接触面附近制造高密度的翅片，以增加冷却液与导热面的接触面积，然而，翅片的扰流作用不仅增加了水冷散热器的功耗，而且也会产生较高的噪音。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、制造成本低、制造工艺简单、换热效率高、体积小、生产效率高、可量产的液冷均温板复合散热器。
本发明的目的通过以下的技术措施来实现：一种液冷均温板复合散热器，其特征在于：它包括壳体、隔板、支撑结构和多孔毛细结构，所述隔板将壳体的内部空间分隔成用于盛装液态冷却工质的上部腔室和用于盛装蒸发换热工质的下部腔室，其中，所述下部腔室封闭且其内部处于低真空状态，所述下部腔室内的真空度小于或等于1torr，所述隔板呈弯折起伏状形成数个间隔排布的空心凸条压紧在上部腔室的内顶面上，从而在隔板和上部腔室的内顶面之间构成数条间隔排布的液冷通道，即全部的液冷通道构成所述上部腔室，每条液冷通道均具有用于液态冷却工质循环流动的进液口和出液口，所述支撑结构支撑在所述隔板与下部腔室的内底面之间，所述下部腔室的内壁上以及支撑结构的外壁圆周上设有多孔毛细结构，所述液冷通道中的液态冷却工质与多孔毛细结构中的气态蒸发换热工质进行热交换将气态蒸发换热工质带来的热量传递出去。
本发明的工作原理是：壳体底面为受热面，下部腔室内的蒸发换热工质受热后由液态转换成气态上升至下部腔室顶部的多孔毛细结构中，液冷通道中的液态冷却工质与该多孔毛细结构中的气态蒸发换热工质进行热交换将气态蒸发换热工质带来的热量传递出去，与此同时，气态蒸发换热工质则遇冷变成液体沿着下部腔室内壁及支撑结构侧壁上的多孔毛细结构回流到下部腔室底面上的毛细结构中，从而完成一个循环过程，如此循环下去，热源产生的热量会迅速被传播出去。
本发明既利用了均温板的高效热扩散能力，也利用了液体的高携热特性，可将二维小面积的热源热量迅速扩展至三维大面积换热空间中，大大增加了换热面积，因此换热效率极高，并且可以有效减小换热器的体积。另外，本发明结构简单、制造成本低、制造工艺简单、生产效率高、可直接量产，适于广泛推广和适用。
作为本发明的一种实施方式，所述壳体主要由下盖、上盖、前盖和后盖组成，所述上盖和下盖分别具有纵向贯通的凹槽，所述上盖和下盖于二者的两侧连接为一体以使凹槽对合形成壳体的内部空间，所述前盖和后盖分别在壳体的前端和后端与隔板、下盖相连而将下部腔室封闭。
作为本发明的一种优选实施方式，所述支撑结构为铜柱，所述铜柱支撑在所述隔板和下盖之间，设于所述铜柱的外壁圆周上的多孔毛细结构是铜粉环，所述铜粉环与上盖和下盖上的多孔毛细结构连接成一体。铜粉环是铜粉烧结的环状的多孔毛细结构，铜粉环增加多孔毛细结构的表面积，使气态转化成液态的蒸发换热工质可以迅速回流至受热面。铜柱起到支撑腔体的作用，有效的防止真空腔室变形，避免散热器发生形变。
作为本发明的一种实施方式，所述铜柱位于所述液冷通道的底面与下盖之间。
本发明还具有以下实施方式：
所述液态冷却工质采用水、或乙二醇、或水和乙二醇的混合物。
所述蒸发换热工质采用水、或甲醇、或水和甲醇的混合物。
所述下部腔室的内壁上的多孔毛细结构是铜粉或铜网。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明既利用了均温板的高效热扩散能力，也利用了液体的高携热特性，可将二维小面积的热源热量迅速扩展至三维大面积换热空间中，大大增加了换热面积，因此换热效率极高，并且可以有效减小换热器的体积。
⑵本发明结构简单、制造成本低、制造工艺简单、生产效率高、可直接量产，适于广泛推广和适用。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的整体结构爆炸示意图(未画出多孔毛细结构和支撑结构)；
图2是本发明的俯视透视图(显示液态冷却工质在液冷通道中的流动情况)；
图3是本发明的工作原理图；
图4是图3中C局部放大示意图。
具体实施方式
如图1～4所示，是本发明一种液冷均温板复合散热器，它包括壳体1、隔板2、支撑结构和多孔毛细结构，壳体1主要由下盖11、上盖12、前盖13和后盖14组成，上盖12和下盖11分别具有纵向贯通的凹槽，上盖12和下盖11于二者的两侧连接为一体以使凹槽对合形成壳体1的内部空间，隔板2将壳体1的内部空间分隔成用于盛装液态冷却工质A的上部腔室和用于盛装蒸发换热工质B的下部腔室4，在本实施例中，液态冷却工质A采用水，在其它实施例中，液态冷却工质A还可以采用乙二醇或水和乙二醇的混合物，蒸发换热工质B采用水，在其它实施例中，蒸发换热工质B还可以采用甲醇或水和甲醇的混合物。前盖13和后盖14分别在壳体1的前端和后端与隔板2、下盖11相连而将下部腔室4封闭，下部腔室4的内部处于低真空状态，下部腔室4内的真空度小于或等于1torr，隔板2呈弯折起伏状形成数个间隔排布的空心凸条21压紧在上部腔室的内顶面上，从而在隔板2和上部腔室的内顶面之间构成数条间隔排布的液冷通道5，即全部的液冷通道5构成上部腔室，每条液冷通道5均具有用于液态冷却工质A循环流动的进液口51和出液口52，支撑结构支撑在隔板2与下部腔室4的内底面之间，下部腔室4的内壁上以及支撑结构的外壁圆周上设有多孔毛细结构，液冷通道5中的液态冷却工质A与多孔毛细结构中的气态的蒸发换热工质B进行热交换将气态的蒸发换热工质B带来的热量传递出去。
在本实施例中，支撑结构为铜柱6，铜柱6支撑在隔板2和下盖11之间，具体是位于液冷通道5的底面与下盖11之间。设于铜柱6的外壁圆周上的多孔毛细结构是铜粉环7，铜粉环7与上盖12和下盖11上的多孔毛细结构8连接成一体。铜粉环7是铜粉烧结的环状的多孔毛细结构。下部腔室4的内壁上的多孔毛细结构8是铜粉或铜网。具体是：隔板2和下盖11相配合的内表面上烧结一层铜粉，其中，隔板2和下盖11内表面上的铜粉不是整面烧结的，而是与铜柱6相配合的地方留有铜柱6外径大小的未烧结铜粉大小的面积。铜柱6套于铜粉环7之后，安放在预留的位置，同时与下盖11和隔板2焊接在一起即可。
本发明的工作原理是：热源9安装在下盖11的底面上，下盖11的底面为受热面，下部腔室4内的蒸发换热工质B受热后由液态转换成气态上升至下部腔室4顶部(即隔板2)的多孔毛细结构8中，液冷通道5中的液态冷却工质A与该多孔毛细结构8中的气态的蒸发换热工质B进行热交换将气态的蒸发换热工质B带来的热量传递出去，与此同时，气态的蒸发换热工质B则遇冷变成液体沿着下部腔室4内壁上的多孔毛细结构8和铜粉环7回流到下部腔室4底面上的毛细结构8中，从而完成整个流体循环和热量交换过程，如此循环下去，热源9产生的热量会迅速被传播出去。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明的液态冷却工质、蒸发换热工质、多孔毛细结构、支撑结构等还具有其它的实施方式。因此，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种液冷均温板复合散热器，其特征在于：它包括壳体、隔板、支撑结构和多孔毛细结构，所述隔板将壳体的内部空间分隔成用于盛装液态冷却工质的上部腔室和用于盛装蒸发换热工质的下部腔室，其中，所述下部腔室封闭且其内部处于低真空状态，所述下部腔室内的真空度小于或等于1torr，所述隔板呈弯折起伏状形成数个间隔排布的空心凸条压紧在上部腔室的内顶面上，从而在隔板和上部腔室的内顶面之间构成数条间隔排布的液冷通道，即全部的液冷通道构成所述上部腔室，每条液冷通道均具有用于液态冷却工质循环流动的进液口和出液口，所述支撑结构支撑在所述隔板与下部腔室的内底面之间，所述下部腔室的内壁上以及支撑结构的外壁圆周上设有多孔毛细结构，所述液冷通道中的液态冷却工质与多孔毛细结构中的气态蒸发换热工质进行热交换将气态蒸发换热工质带来的热量传递出去。
2.根据权利要求1所述的液冷均温板复合散热器，其特征在于：所述壳体主要由下盖、上盖、前盖和后盖组成，所述上盖和下盖分别具有纵向贯通的凹槽，所述上盖和下盖于二者的两侧连接为一体以使凹槽对合形成壳体的内部空间，所述前盖和后盖分别在壳体的前端和后端与隔板、下盖相连而将下部腔室封闭。
3.根据权利要求2所述的液冷均温板复合散热器，其特征在于：所述支撑结构为铜柱，所述铜柱支撑在所述隔板和下盖之间，设于所述铜柱的外壁圆周上的多孔毛细结构是铜粉环，所述铜粉环与上盖和下盖上的多孔毛细结构连接成一体。
4.根据权利要求3所述的液冷均温板复合散热器，其特征在于：所述铜柱位于所述液冷通道的底面与下盖之间。
5.根据权利要求1～4任一项所述的液冷均温板复合散热器，其特征在于：所述液态冷却工质采用水、或乙二醇、或水和乙二醇的混合物。
6.根据权利要求5所述的液冷均温板复合散热器，其特征在于：所述蒸发换热工质采用水、或甲醇、或水和甲醇的混合物。
7.根据权利要求6所述的液冷均温板复合散热器，其特征在于：所述下部腔室的内壁上的多孔毛细结构是铜粉或铜网。
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