CN106304805A - 一种板翅式微循环散热器及微循环换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种板翅式微循环散热器及微循环换热系统,所述板翅式微循环散热器包括热源模块安装板、散热器安装板和散热组件,所述热源模块安装板和散热器安装板相互固定且内部形成用于容纳工质的主工质腔,所述散热组件安装在散热器安装板上,所述散热组件包括间隔设置的微循环散热模块和冷却空气通道,所述微循环散热模块内部为分工质腔,所述主工质腔和分工质腔内壁上均设有毛细结构的吸液微通道。本发明所述的板翅式微循环散热器及微循环换热系统结构紧凑,传热效率高、噪音更低,辅助功率消耗低,可靠性高,可以很好地解决电子元器件产业发展的主要瓶颈问题—散热问题,市场前景广阔。

Description

一种板翅式微循环散热器及微循环换热系统
技术领域
本发明涉及一种散热器,具体涉及一种板翅式微循环散热器及微循环换热系统。
背景技术
随着科学技术的发展,大功率和高性能电子元器件应用系统的微型化和高度集成化,导致单位容积内电子设备的发热量急剧增大,局部温度过高。当电子元器件长期处于高温状态时,经常因为过热发生失效。另外,当使用环境对换热系统体积、重量做出严格限制并且散热要求还很高时,传统的强迫液体循环冷却方式、强迫通风冷却方式或重力热管相变冷却方式已很难满足大功率、高热流密度使用条件下的散热要求,散热问题已成为限制电子元器件产业发展的主要瓶颈。
发明内容
本发明针对以上提出的传统散热器不能满足大功率、高热流密度条件下散热要求的问题,而研究设计一种板翅式微循环散热器及微循环换热系统。本发明采用的技术手段如下:
一种板翅式微循环散热器,包括热源模块安装板、散热器安装板和散热组件,所述热源模块安装板和散热器安装板相互固定且内部形成用于容纳工质的主工质腔,所述散热组件安装在散热器安装板上,所述散热组件包括间隔设置的微循环散热模块和冷却空气通道,所述微循环散热模块包括两个隔板和设置在隔板两端的分工质腔封条,所述隔板和分工质腔封条围成分工质腔,所述微循环散热模块的一端安装在散热器安装板上,使分工质腔与主工质腔连通,另一端密闭或多个微循环散热模块的此端彼此相互连通,所述冷却空气通道内设有散热翅片,所述主工质腔的内壁上设有第一吸液微通道,所述分工质腔的内壁上设有第二吸液微通道,所述第一吸液微通道和第二吸液微通道均为毛细结构。
进一步地,所述散热组件的远离散热器安装板的一侧设有盖体,所述盖体内为蒸汽平衡腔,所述分工质腔均与蒸汽平衡腔连通,所述蒸汽平衡腔的内壁上设有毛细结构的第三吸液微通道,所述毛细通道为当量直径为0.001~8㎜的规则孔隙或不规则孔隙。
进一步地,所述第一吸液微通道为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构,所述第二吸液微通道为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构,所述第三吸液微通道也为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构。
进一步地,所述第一吸液微通道、第二吸液微通道和第三吸液微通道具有不同或相同的结构。
进一步地,所述多孔金属由烧结工艺制成,所述微小凸起、凹坑和微小凹槽由刻蚀工艺或机械加工方式获得。
进一步地,所述冷却空气通道的两个侧壁分别与同一个散热翅片的两侧相连或两个侧壁上各设有一个散热翅片且两个散热翅片之间设置翅片隔板,所述散热翅片的两端均设有空气腔封条。
进一步地,所述工质为水、甲醇、乙醇、乙二醇或丙酮,所述散热翅片为波纹无切口形、波纹有切口形、平直形或锯齿形。
一种板翅式微循环换热系统,包括本发明所述的板翅式微循环散热器,还包括用于提供冷却空气的风机组。
进一步地,所述风机组为轴流式或离心式风机组。
与现有技术比较,本发明所述的板翅式微循环散热器及微循环换热系统具有以下优点:
1、吸液微通道的设置为冷却液化后的工质液体快速顺利地回流到主工质腔内提供了毛细力和通道,这种吸液微通道可使微循环散热器的热传导性能比传统热管的热传导性能提高10倍以上,因此换热系统更加紧凑高效;
2、吸液微通道的毛细结构使得分工质腔安装角度不垂直甚至与水平线夹角为0度时,微循环散热器也可以正常运行,这一特点极大地方便了电子元器件的安装;
3、工质依靠不同区域蒸汽的微压力差实现蒸汽由热源端向冷源端流动,依靠吸液微通道极强的毛细力实现液体由冷源端向热源端的快速回流,工质在微循环散热模块内部的流动不需要外部提供动力,无泵,相对于传统的采用强迫液体循环冷却方式的换热系统,噪音更低,更节省辅助功率;
4、采用共用的主工质腔,可以使热源模块安装板获得均匀的热流密度,降低散热器局部出现高温及热斑的可能性,提高微循环换热系统的可靠性;
5、采用蒸汽平衡腔,且分工质腔与蒸汽平衡腔相通,这种设计可以使微循环散热模块内压力均衡,使回流到主工质腔内的工质质量更加均匀,从而改善热源模块安装板内的温度分布,提高微循环换热系统的可靠性;
6、采用双翅片式二次散热翅片,可以增加二次换热面积,提高放热量;同时中间带间隔板也可以有效避免二次换热翅片的变形;
7、结构紧凑,传热效率高、噪音更低,辅助功率消耗低,可靠性高,可以很好地解决电子元器件产业发展的主要瓶颈问题—散热问题,市场前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例所述的板翅式微循环散热器的结构示意图。
图2是本发明实施例所述的微循环散热模块的结构示意图。
图3是本发明实施例所述的吸液微通道(方形凸起结构)的结构示意图。
图4是图3的左视图。
图5是本发明实施例所述的吸液微通道(圆形凸起结构)的结构示意图。
图6是图5的左视图。
图7是本发明实施例所述的吸液微通道(凹槽结构)的结构示意图。
图8是图7的仰视图。
图9是本发明实施例所述的吸液微通道(凹坑结构)的结构示意图。
图10是图9的左视图。
图11是本发明实施例所述的吸液微通道(多孔金属结构)的结构示意图。
图12是波纹无切口形散热翅片的结构示意图。
图13是波纹有切口形散热翅片的结构示意图。
图14是平直形散热翅片的结构示意图。
图15是锯齿形散热翅片的结构示意图。
图16是本发明实施例所述的微循环换热系统的示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示,一种板翅式微循环散热器,包括用于安装热源模块3的热源模块安装板4、散热器安装板5和散热组件,所述热源模块安装板4和散热器安装板5相互固定且内部形成用于容纳工质8的主工质腔6,所述散热组件安装在散热器安装板5上,所述散热组件包括间隔设置的微循环散热模块9和冷却空气通道17,所述微循环散热模块9包括两个隔板21和设置在隔板21两端的分工质腔封条20,所述隔板21和分工质腔封条20四面围成分工质腔10,所述冷却空气通道17内设有散热翅片12,所述分工质腔10均与主工质腔6连通,具体连通方式为散热器安装板5上设有大小与分工质腔10配合的条形开口,微循环散热模块9的下端开口端与条形开口处相连安装,使分工质腔10与主工质腔6连通,微循环散热模块9的上端独立密闭或者多个微循环散热模块9的上端相互连通,可以是所有微循环散热模块的上端都连通,也可以是分组进行连通,也可以部分连通,部分独立密闭,本实施例中,所述散热组件的远离散热器安装板5的一端设有盖体14,所述盖体14内为蒸汽平衡腔16,所述分工质腔10均与蒸汽平衡腔16连通,也就是多个分工质腔6的上端通过蒸汽平衡腔16相互连通,下端与主工质腔6连通。所述主工质腔6的内壁上敷设有第一吸液微通道7,所述分工质腔10的内壁上敷设有第二吸液微通道11,所述第一吸液微通道7和第二吸液微通道11均为毛细结构,所述蒸汽平衡腔16的内壁上敷设有毛细结构的第三吸液微通道15,所述毛细通道为当量直径为0.001~8㎜的规则孔隙或不规则孔隙。这种特殊的结构设计,为冷却液化后的工质液体快速顺利地回流到主工质腔6内提供了毛细力和通道。因此,这种吸液微通道可使微循环散热器的热传导性能比传统热管的热传导性能提高10倍以上,因此换热系统更加紧凑高效。
所述冷却空气通道17内设有一个或两个散热翅片12,所述散热翅片12整体呈立体板状结构,所述冷却空气通道17的两个侧壁分别与同一个散热翅片12的两侧相连或相对的两个侧壁上各设有一个散热翅片12且两个散热翅片12之间设置翅片隔板18,所述散热翅片12的两端均设有空气腔封条13,空气腔封条13起到密封冷却空气通道17的作用,同时也起到连接固定微循环散热模块9的作用。最外侧的冷却空气通道17设有一组散热翅片12和设置在散热翅12外侧的侧板19。如图12至图15所示,所述散热翅片为波纹无切口形、波纹有切口形、平直形或锯齿形。
所述工质8为水、甲醇、乙醇、乙二醇或丙酮。
如图3至图11所示,所述第一吸液微通道7为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构,所述第二吸液微通道11为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构,所述第三吸液微通道15也为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构。微小凹槽的形状为三角形、半圆形、倒梯形或矩形等,特殊情况下结构为光滑形。所述第一吸液微通道7、第二吸液微通道11和第三吸液微通道15具有相同或不同的结构,优选设置不同结构,不同的毛细结构具有不同的孔隙率,小孔隙率的吸液微通道可提供较大的毛细压力,大孔隙率的吸液微通道可增强工质的回流速度;另外,不同孔隙率的吸液微通道具有不同的换热面积。因此,可以根据实际需要,在主工质腔6、分工质腔10、蒸汽平衡腔16内设置不同孔隙率的毛细结构,最终优化换热器的换热性能。本实施例中,所述第一吸液微通道7为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构,所述第二吸液微通道11为内壁上设有微小凹槽的结构。所述多孔金属由烧结工艺制成,所述微小凸起、凹槽和微小凹槽由刻蚀工艺或机械加工方式获得。图3至图11仅是为了更清楚地说明吸液微通道的结构所列举的示例,实际吸液微通道的结构远远不止图中所示的几种。
如图16所示,一种板翅式微循环换热系统,包括本发明所述的板翅式微循环散热器1,还包括用于提供冷却空气的风机组2,对微循环散热器1进行冷却空气流量的控制,还包括其他连接附件等结构。所述风机组2为轴流式或离心式风机组。图中箭头为冷却空气流动方向的示意箭头。
所述的微循环散热器和换热系统的工作原理是:当电子元器件工作发热时,热量通过热源模块安装板4传导到主工质腔6内壁,主工质腔6内储存的工质8受热发生蒸发和沸腾,工质由液体变成蒸汽,在此过程中吸收大量的热量;蒸汽从主工质腔6进入分工质腔10和蒸汽平衡腔16,由于风机强制通风冷却,在分工质腔10和蒸汽平衡腔16内的蒸汽热量被冷却空气带走,蒸汽液化,液化后的工质沿第三吸液微通道15、第二吸液微通道11及第一吸液微通道7流回到主工质腔6内,继续进行下一个散热循环。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种板翅式微循环散热器,包括热源模块安装板、散热器安装板和散热组件,所述热源模块安装板和散热器安装板相互固定且内部形成用于容纳工质的主工质腔,所述散热组件安装在散热器安装板上,所述散热组件包括间隔设置的微循环散热模块和冷却空气通道,所述微循环散热模块包括两个隔板和设置在隔板两端的分工质腔封条,所述隔板和分工质腔封条围成分工质腔,所述微循环散热模块的一端安装在散热器安装板上,使分工质腔与主工质腔连通,另一端密闭或多个微循环散热模块的此端彼此相互连通,所述冷却空气通道内设有散热翅片,所述主工质腔的内壁上设有第一吸液微通道,所述分工质腔的内壁上设有第二吸液微通道,所述第一吸液微通道和第二吸液微通道均为毛细结构。
2.根据权利要求1所述的板翅式微循环散热器,其特征在于:所述散热组件的远离散热器安装板的一侧设有盖体,所述盖体内为蒸汽平衡腔,所述分工质腔均与蒸汽平衡腔连通,所述蒸汽平衡腔的内壁上设有毛细结构的第三吸液微通道,所述毛细通道为当量直径为0.001~8㎜的规则孔隙或不规则孔隙。
3.根据权利要求2所述的板翅式微循环散热器,其特征在于:所述第一吸液微通道为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构,所述第二吸液微通道为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构,所述第三吸液微通道也为内壁上设有微小凸起或凹坑的结构、内壁上设有微小凹槽的结构或多孔金属结构。
4.根据权利要求3所述的板翅式微循环散热器,其特征在于:所述第一吸液微通道、第二吸液微通道和第三吸液微通道具有不同或相同的结构。
5.根据权利要求3所述的板翅式微循环散热器,其特征在于:所述多孔金属由烧结工艺制成,所述微小凸起、凹坑和微小凹槽由刻蚀工艺或机械加工方式获得。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的板翅式微循环散热器,其特征在于:所述冷却空气通道的两个侧壁分别与同一个散热翅片的两侧相连或两个侧壁上各设有一个散热翅片且两个散热翅片之间设置翅片隔板,所述散热翅片的两端均设有空气腔封条。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的板翅式微循环散热器,其特征在于:所述工质为水、甲醇、乙醇、乙二醇或丙酮,所述散热翅片为波纹无切口形、波纹有切口形、平直形或锯齿形。
8.一种板翅式微循环换热系统,其特征在于:包括权利要求1至7中任意一项所述的板翅式微循环散热器,还包括用于提供冷却空气的风机组。
9.根据权利要求8所述的板翅式微循环换热系统,其特征在于:所述风机组为轴流式或离心式风机组。
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