CN106793711A - 液态金属散热器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种液态金属散热器，包括散热板和电磁泵，所述散热板内形成有至少一个用于安装电磁泵的容纳腔和至少一条穿过所述电磁泵并经过至少一个热源的封闭的液态金属流道，其特征在于所述液态金属流道的与热源对应的部分由多个并行的小流道构成。

Description

液态金属散热器

技术领域

本公开涉及一种散热装置，尤其涉及一种采用液态金属的散热装置。

背景技术

在电子设备系统中，通常发热量较大的只有少数几个芯片，其温度最高，而其他大部分空间的温度都很低。若将热源处的热量扩展到更大的面积，就可有效地降低热源温度，提高系统散热性能。热管和均温板技术就是基于以上的原理来提高散热系统性能。

但是热管和均温板产品的原理都是基于真空腔体内传导液的气液相变传热，其传热量受控于腔体空间、灌液量等因素，一旦热源的发热量大于产品的最大传热量，则会导致产品失效，热源温度迅速上升，严重时可能造成系统瘫痪、期间损坏。

为此，人们提出了一种整体式液态金属传热板，由于液态金属优秀的物理性质和高对流换热系数，通过封闭的流体回路，将热源处产生的热量带到整个传热板，从而提高系统散热性能。这种种整体式液态金属传热板，由于采用液态金属循环传热技术，没有明显的最大传热量的限制，特别适合局部热流密度高的散热系统，大大提高了系统的传热性能和系统可靠性。但是，这种传热板由于液态金属在回路中流动的过程与热源接触时间短，因此，在流过热源时带走的热量存在不足的问题。此外，由于通常电子设备中的回路的尺寸受到限制，因此，回路与热源的接触面积也不足。尤其是在特定情况下，热源会由于突发原因而发热量剧增时，管路内液态金属的流动可能不足以将热源的温度控制在极限温度以下。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提出了一种利用液态金属进行散热的散热装置，所述散热装置包括：散热板和电磁泵，所述散热板内形成有至少一个用于安装电磁泵的容纳腔和至少一条穿过所述电磁泵并经过至少一个热源的封闭的液态金属流道，其特征在于所述液态金属流道的与热源对应的部分由多个并行的小流道构成。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述散热板上在所述热源对应的部分还形成有相变储能材料的容纳腔。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述相变储能材料的熔点不高于热源的最高规定温度。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述液态金属流道的与热源对应的部分的流道的宽度大于所述液态金属流道的其部分的宽度。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述液态金属流道通过散热板一体铸造形成在散热板内。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述散热板由第一块板和第二块板密封合并构成，其中所述液态金属流道形成于第一块板的其中一面，第二块板盖装在第一块板的具有所述液态金属流道的一面。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述容纳有相变储能材料的容纳腔形成于第二块板中。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述小流道通过在所述液态金属流道中设置多个分割该流道的传热翅片而形成。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述容纳有相变储能材料的容纳腔由多个形成阵列的微小容纳腔组成。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述至少一个液态金属流道包括两条以上的液态金属流道。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述两条以上的液态金属流道彼此并联穿过所述电磁泵。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述两条以上的液态金属流道各自穿过该流道所属的电磁泵。

根据权利要求本公开液态金属散热器，所述散热板与热源相背的一面上的散热翅片通过在该面上直接刨铲直立形成。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1所示为根据本公开的一个实施例的液态金属散热器的分解示意图。

图2所示为根据本公开的一个实施例的液态金属散热器的散热板的相对面的示意图。

图3所示为根据本公开的一个实施例的液态金属散热器的流道结构的截面示意图。

图4所示为根据本公开的一个实施例的液态金属散热器的流道结构示意图。

图5所示为根据本公开的另一个实施例的液态金属散热器的流道结构示意图。

图6所示为根据本公开的又一个实施例的液态金属散热器的流道结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，例如，第一块板也可以被称为第二块板，反之亦然，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”。

为了使本领域技术人员更好地理解本公开，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细说明。

图1所示为根据本公开的一个实施例的液态金属散热器的分解示意图。如图1所示，散热器100包括散热板110和电磁泵120，所述散热板110由第一盖板111和第二盖板112通过焊接或连接螺栓113紧固而拼合而成，在第一盖板111和第二盖板112的其中一个中，形成有内形成有液态金属流道130(参见后面的附图)，并且在第一盖板111和第二盖板112的同一位置，形成有至少一个用于安装电磁泵120的容纳腔140。尽管此处以两块盖板111和112拼合成的散热板110作为例子显示在附图中，但是，散热板110可以通过一体铸造而成，并且容纳腔140和液态金属流道130被一体铸造形成。在散热板110由两块盖板111和112拼合成的情况下，在拼合安装时会采用耐高温的密封条114进行密封，以防止液态金属泄漏。密封条114根据散热器的工作温度选择不同的材质，散热器最高工作温度小于100℃时，密封条可以使用硅橡胶材质，散热器最高工作温度大于100℃小于200℃时，密封条可以使用聚四氟材质。

如图1所示，在散热板120背离热源的一面，例如，在第二盖板112的下表面，形成有散热翅片115，这些散热翅片115通过在该表面上直接刨铲直立形成。这种形成方式与焊接方式形成翅片相比，由于不具有焊接节点，因此，热量传递的热阻更小，具有更好的传热效果。

图2所示为根据本公开的一个实施例的液态金属散热器100的散热板110的相对面111和112的示意图。如图2所示，液态金属流道130形成于盖板112的上表面，该流道可以通过铸造形成，也可以通过机械加工在表面上剔出而形成。液态金属流道130是一条穿过电磁泵120的容纳腔140的封闭流道。在散热板运行时，其中填充有液态金属133(参见图3所示)。在所述液态金属流道130的与热源(未示出)对应的部分，该流道被一些小翅片131分隔成多个并行的小流道。通过这种方式，使得液态金属在流过这部分时能够通过这些小翅片131间接增加与热源的热接触片面积，从而能够在流过流道的热源部分时获取更多的热量。由此，增加了散热器的散热效率。

此外，为了增加液态金属在热源部分的热量吸收量，液态金属流道130的与热源(未示出)对应的部分的宽度可以比其他部分的宽度大一些，例如该部分的宽度可以是该流道的其他部分的宽度的1.1-1.5倍，比较好的是1.2倍，从而增加了与热源间接接触的液态金属的体积，由此提高流过一次传递的热量的总量。

在电子设备中，通常某些芯片会出现在某些时间被频繁使用的情况，由此会导致芯片发热量瞬间急剧上升，甚至会突破芯片的极限温度，导致芯片烧毁的现象。为此，本公开在上述散热器结构的基础上，提供了一种相变散热结构。图3所示为根据本公开的一个实施例的液态金属散热器的流道结构的截面示意图。如图3所示，所述散热板110的第一盖板111的与热源接触进部位，形成有相变储能材料的容纳腔150。在该腔体内存放有相变储能材料151。相变储能材料151的构成以及用量可以根据热源的最高极限温度进行选择以保证热源在急剧发热时保持在极限温度之下。例如，可选择铋铟锡(质量分数：32.5％Bi，51％In，16.5％Sn)，其安全无毒，熔点为62℃。当热源在急剧发热时，热源处的大量热量传递至所述第一盖板111，并经所述第一盖板111的传递至所述相变材料151，热量到达所述相变材料151，以潜热形式被相变过程吸收。尽管这里给出了一种相变材料的例子，但这仅仅是一个实例，人们可以根据自己的需要选择现有的各种熔点和用量的相变材料来填充到上述相变储能材料的容纳腔150中。

此外，在相变储能材料的容纳腔150中设置有一个温度传感器161，检测相变储能材料151的即时温度，并将检测信号发送到电磁泵120的比较单元160。该比较单元160在所接收到的温度信号高于或等于相变储能材料151的熔点的90％时，向电磁泵120发出启动信号，由此启动电磁泵120，使得液态金属133在液态金属流道130中流动，从而进一步带走热源产生的热量。为更安全期间起见，可以在该比较单元160在所接收到的温度信号高于或等于相变储能材料151的熔点的80％时，向电磁泵120发出启动信号。需要指出的是，液态金属流道130中的液态金属133的熔点在该散热器100所使用的设备的热源的常规工作温度之下。

尽管图3中所示的容纳腔150为一个整体容纳腔，但是该容纳腔150也可以设置成多个小容纳腔的集合。这些小容纳腔可形成阵列结构，由此增加了与第一盖板111之间的接触面积，从而能够加速热源的热量向相变材料的传递，而相变材料能够在相同时间内获得更多潜热，进一步降低了热源温度急剧上升的风险。

尽管图3中显示的是相变储能材料的容纳腔150与液态金属流道130布置同一盖板111中。但是相变储能材料的容纳腔150也可以布置在第二盖板112中与热源对应的位置，这样，就不需要在相变储能材料的容纳腔150中布置温度传感器161。因为在常规状况下，通过液态金属流道130中的液态金属133的流动就可以直接对热源起到散热作用。当液态金属133的流动不足以在热源温度急剧上升的情况下进行充分散热时，可以通过对应位置的相变储能材料的容纳腔150中的相变储能材料的巨大潜热吸收能力将热源的温度维持在其常规的极限温度之下。

图4所示为根据本公开的一个实施例的液态金属散热器的流道结构示意图。如图4所示，在第二盖板112上开有两条液态金属流道130，这两条液态金属流道130各自穿过电磁泵120，并各自经过一个热源。由此，可以通过一个电磁泵作为压力源泵送两条液态金属流道130中的液态金属，因此，节约了散热器的尺寸。如图4所示，该散热器100还可以在所述液态金属流道130远离热源的部分，即冷端开凿出一些微型支流132以便从热源带来的热量尽可能充分地均匀地传递到盖板上，并由此更均匀地传递到背面的散热翅片115。

图5所示为根据本公开的另一个实施例的液态金属散热器的流道结构示意图。如图5所示，在第二盖板112上开有两条液态金属流道130，这两条液态金属流道130各自穿过电磁泵120，并各自经过两个热源。由此，可以通过一个电磁泵作为压力源泵送两条液态金属流道130中的液态金属并且每条液态金属流道的液态金属可以通过一次循环为两个独立的热源进行散热，因此，节约了散热器的尺寸。

图6所示为根据本公开的又一个实施例的液态金属散热器的流道结构示意图。如图6所示，在第二盖板112上开有四条液态金属流道130，这四条液态金属流道130各自穿过电磁泵120，并各自经过一个热源。由此，可以通过一个电磁泵作为压力源泵送四条液态金属流道130中的液态金属并且每条液态金属流道的液态金属可以通过一次循环为四个独立的热源进行散热，因此，节约了散热器的尺寸。

在实际使用过程中，液态金属133在电磁泵120的驱动下沿液态金属流道130循环流动，从而将热源处产生的热量传递至整个散热器100的散热板，再由散热翅片115将热量散到所在设备的外围空间。

此外，所述液态金属流道130通常为平滑曲线管道。所述液态金属流道130截面为带倒角的长方形、圆形或椭圆形。所述液态金属流道130当量直径范围为1mm～20mm的常规尺寸或为0.1mm～1mm的微通道尺寸。尽管此处描述散热器为常规的电子设备使用，但是根据实际需要，在尺寸同比放大的情况下也可以用于大型散热设备。

根据上述说明可知，本公开的散热器提供了一种高效散热的手段，尤其是提供了针对不同情况的散热手段。一方面通过将液态金属流道在于热源对应的位置通过强化散热翅片将流道分割成多个更小的流道来增强热源向液态金属的传热速度，另一方面，在热源部分布置了相变储能材料容纳腔来防止热源出现发热量急剧上升而导致温度瞬间升高的情况。并且通过检测相变储能材料的容纳腔中的温度来控制电磁泵的运转和停止，从而节省了电能消耗。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (16)

1.一种液态金属散热器，包括散热板和电磁泵，所述散热板内形成有至少一个用于安装电磁泵的容纳腔和至少一条穿过所述电磁泵并经过至少一个热源的封闭的液态金属流道，其特征在于所述液态金属流道的与热源对应的部分由多个并行的小流道构成。

2.根据权利要求1所述的液态金属散热器，其中所述散热板上在所述热源对应的部分还形成有相变储能材料的容纳腔。

3.根据权利要求2所述的液态金属散热器，其中所述相变储能材料的熔点不高于热源的最高规定温度。

4.根据权利要求1-3之一所述的液态金属散热器，其中所述液态金属流道的与热源对应的部分的流道的宽度大于所述液态金属流道的其部分的宽度。

5.根据权利要求4所述的液态金属散热器，其中所述液态金属流道通过散热板一体铸造形成在散热板内。

6.根据权利要求4所述的液态金属散热器，其中所述散热板由第一块板和第二块板密封合并构成，其中所述液态金属流道形成于第一块板的其中一面，第二块板盖装在第一块板的具有所述液态金属流道的一面。

7.根据权利要求6所述的液态金属散热器，其中所述容纳有相变储能材料的容纳腔形成于第二块板中。

8.根据权利要求1所述的液态金属散热器，其中所述小流道通过在所述液态金属流道中设置多个分割该流道的传热翅片而形成。

9.根据权利要求2所述的液态金属散热器，其中所述容纳有相变储能材料的容纳腔由多个形成阵列的微小容纳腔组成。

10.根据权利要求1所述的液态金属散热器，其中所述至少一个液态金属流道包括两条以上的液态金属流道。

11.根据权利要求10所述的液态金属散热器，其中所述两条以上的液态金属流道彼此并联穿过所述电磁泵。

12.根据权利要求10所述的液态金属散热器，其中所述两条以上的液态金属流道各自穿过该流道所属的电磁泵。

13.根据权利要求1所述的液态金属散热器，其中所述散热板与热源相背的一面上的散热翅片通过在该面上直接刨铲直立形成。

14.根据权利要求2所述的液态金属散热器，还包括温度传感器和比较单元，其设置在相变储能材料的容纳腔中用于检测所述相变储能材料的即时温度，并将检测到的温度信号发送到所述比较单元，所述比较单元在所接收到的温度信号等于或高于相变储能材料的熔点温度的90％或更小时，向电磁泵发出启动信号，由此启动电磁泵使得液态金属在液态金属流道中流动，从而进一步带走热源产生的热量。

15.根据权利要求1或2所述的液态金属散热器，其中所述液态金属流道中的液态金属的熔点在所述热源的常规工作温度之下。

16.根据权利要求1所述的液态金属散热器，所述液态金属流道在远离热源的部分分离出一些微型支流。