CN108183094A

CN108183094A - 一种复合式散热系统

Info

Publication number: CN108183094A
Application number: CN201810186124.1A
Authority: CN
Inventors: 张朋举; 饶伟; 刘静
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2018-06-19

Abstract

本发明实施例提供一种复合式散热系统，包括：均温散热装置，靠近发热源且其内部设有循环回路，所述循环回路内具有第一低熔点金属，用于吸收所述发热源的热量而转化为液态金属；相变散热装置，设置在所述均温散热装置上方、且其内部设有空腔，所述空腔内设有第二低熔点金属，所述第二低熔点金属为具有固液相变吸热特性的低熔点金属；驱动装置，用于使所述循环回路内的所述液态金属循环流动。本发明实施例提供的复合式散热系统，能够解决现有技术中散热装置散热效果差的缺陷，实现高功率、高效散热的目的。

Description

一种复合式散热系统

技术领域

本发明实施例涉及散热技术领域，尤其涉及一种复合式散热系统。

背景技术

随着计算机计算能力的增强，功耗与散热问题日益成为不容回避的问题。高温不但会导致系统运行不稳，使用寿命缩短，甚至有可能使某些部件烧毁。“热障”已经成为学术界和工业界在各类高性能计算机及光电芯片等在进一步朝高性能、高效率、更低温度水平、微型化乃至提升节能品质的目标推进遭遇的主要瓶颈之一。

散热器是电力电子元器件不可或缺的重要组成部分，虽然电力电子元器件会不断进行技术革新换代，但对散热的需求不会变化。从国家政策对下游输配电、新能源发电、轨道交通、新能源汽车行业的大力扶持和节能减排的大趋势可以看出，未来下游行业仍将保持较高的增长态势，对应电力元器件的散热器配套需求也将持续快速增长。综合考虑汽车、手机、PC及笔记本、电力电源器、LED、ICT等领域对散热器的需求，目前我国工用领域散热器市场规模约为1300亿元左右。散热器细分领域如CPU散热器、汽车散热器(尤其是新能源汽车领域)以及ICT、电力能源等领域的应用范围仍将继续扩大。预计，未来几年，我国散热器行业在这些细分领域的带动下将保持在7-10％左右的增速，到2022年散热器行业市场容量将在2000亿元左右。

散热器的原理是通过与发热部件表面接触，吸收热量，再通过各种方法将热量传递到空气中，达到散热的目的。由于电子行业在不断地进行技术革新，对散热的需求越来越高，然而目前现有的散热装置仍不能达到理想散热效果，亟待研究一套高功率、高效散热、低成本的散热系统。

发明内容

本发明实施例提供一种复合式散热系统，用以解决现有技术中散热装置散热效果差的缺陷，实现高功率、高效散热。

本发明实施例提供一种复合式散热系统，包括：

均温散热装置，靠近发热源且其内部设有循环回路，所述循环回路内具有第一低熔点金属，用于吸收所述发热源的热量而转化为液态；

相变散热装置，设置在所述均温散热装置上方、且其内部设有空腔，所述空腔内设有具有固液相变吸热特性的第二低熔点金属；

驱动装置，用于使所述第一低熔点金属循环流动。

作为一种优选方案，所述第一低熔点金属为镓、镓铟、镓铟锡、镓基合金、铋基合金中的一种或多种。

作为一种优选方案，所述第二低熔点金属为石蜡、铋铟锡、铋铟锡铅、铋基金属中的一种或多种。

作为一种优选方案，所述驱动装置包括至少两组电磁泵。

作为一种优选方案，每个所述电磁泵包括第一磁铁和第二磁铁，所述第一磁铁设置在所述均温散热装置内、且位于所述循环回路远离所述相变散热装置的一侧，所述第二磁铁设置在所述相变散热装置内的所述空腔中；所述第一磁铁和第二磁铁按异性磁极相吸的形式放置。

作为一种优选方案，每个所述电磁泵还包括通过导电件连通的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别插入所述第一低熔点金属中。

作为一种优选方案，所述第一电极和第二电极分别外接直流电源，所述直流电源的供电电流为1A-500A。

作为一种优选方案，所述均温散热装置和所述相变散热装置分别为绝缘体。

作为一种优选方案，所述相变散热装置上还设有散热翅片。

本发明实施例提供的复合式散热系统，通过将低熔点金属流体作为冷却流动工质，具有高导热性能，能够快速吸收热端热量转化至冷端，实现热量的均匀分布，再通过具有固液相变吸热特性的低熔点金属将流动工质吸收的热量进行快速传热至外部空气中，以实现高效率的散热目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明复合式散热系统实施例拆分结构示意图；

图2为图1中均温散热装置的结构示意图；

图3为图1中均温散热装置的俯视结构示意图；

图4为本发明复合式散热系统实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本发明实施例提供的一种复合式散热系统，参考图1，包括均温散热装置1、相变散热装置2和驱动装置4。所述均温散热装置1内部设有循环回路11，所述循环回路11内具有第一低熔点金属，用于吸收所述发热源的热量而转化为液态；所述相变散热装置2设置在所述均温散热装置的上方、且其内部设有空腔21，所述空腔21内设有具有固液相变吸热特性的第二低熔点金属，；所述驱动装置4用于使所述循环回路11内的转化为液态的所述第一低熔点金属循环流动。

具体地，循环回路11为一闭环的通道，其内充斥第一低熔点金属作为冷却流动工质，第一低熔点金属吸热后能快速变为液态，具有高热导率、高潜热、低膨胀系数、等体积相变潜热大的特点。均温散热装置1靠近发热源，循环回路11中的第一低熔点金属吸收发热源附近的热量转化为液态，液态的第一低熔点金属在驱动装置4的驱动下于循环回路11中循环流动，将热量带至冷端，实现热量均匀分布，从而实现散热目的。相变散热装置2设置在均温散热装置1上，其内的空腔21内充斥第二低熔点金属，第二低熔点金属具有固液相变吸热特性，在室温下呈固态，吸热后由固态变为液态，降温后能迅速由液体变回固态，当冷却流动工质在循环回路11内流动吸热，第二低熔点金属能够迅速吸收冷却流动工质的热量，并将热量传热至空气中，实现快速传热的作用，通过均温散热装置1和相变散热装置2的二次散热作用，能够实现高效率散热。需要说明的是，为使散热效果达到最佳，在安装本发明的复合式散热系统时，将均温散热装置1靠近发热源或直接与发热源接触。

本发明实施例提供的复合式散热系统，通过将低熔点金属流体作为冷却流动工质，具有高导热性能，能够快速吸收热端热量转化至冷端，实现热量的均匀分布，再通过具有固液相变吸热特性的低熔点金属将冷却流动工质吸收的热量进行快速传热至外部空气中，以实现高效率的散热目的。

本发明实施例提供的复合式散热系统中所使用的所述第一低熔点金属优选为镓、镓铟、镓铟锡、镓基合金、铋基合金中的一种或多种；所述第二低熔点金属优选为石蜡、铋铟锡、铋铟锡铅、铋基金属中的一种或多种。

本发明的一种优选实施例，参考图1，所述驱动装置4包括至少两组电磁泵。电磁泵是一种利用磁场和导电流体中电流的相互作用、使流体受电磁力作用而产生压力梯度、从而推动流体运动的泵，包括一对相对设置在电流作用下可形成磁场的磁极，一对磁极分别设置在循环回路11的两侧、与冷却工质流动方向垂直，循环回路11内的冷却流动工质(第一低熔点金属)处在两个磁极所形成的磁场之间，当给吸热转化为液态金属后的冷却流动工质通电，冷却流动工质可在磁场中切割磁场线，从而实现冷却流动工质的循环流动。

本发明的一种优选实施例，本实施例中，参考图1和图2，每个所述电磁泵包括第一磁铁41和第二磁铁42，所述第一磁铁41设置在所述均温散热装置1内、且位于所述循环回路11远离所述相变散热装置2的一侧，所述第二磁铁42设置在所述相变散热装置2内的所述空腔21中；所述第一磁铁41和第二磁铁42按异性磁极相吸的形式放置。

具体地，参考图2，本发明实施例中驱动装置4包括两组电磁泵，所述第一磁铁41设置在所述均温散热装置1内侧底部，循环回路11 位于所述均温散热装置1的中部，第一磁铁41位于循环回路11的下方；参考图1，相变散热装置2为一内部空心的长方体结构，空心区域即为所述空腔21，第二磁铁42设置在相变散热装置2内侧底部。所述第一磁铁41和第二磁铁42按异性磁极相吸的形式放置；当设置多个电磁泵时，均温散热装置1内的多个磁铁按同性磁极排斥的形式放置，相变散热装置2内的多个磁铁同样按同性磁极排斥的形式放置。电磁泵的一对磁极分别设置在均温散热装置1和相变散热装置2 中，结构紧凑，容易实现小型化，降低生产成本，且系统稳定可靠，散热性能稳定，使用寿命长。

为了使电磁泵能正常工作，还需设置正负极。本发明实施例中，参考图3，每个所述电磁泵还包括通过导电件45连通的第一电极43 和第二电极44，所述第一电极43和第二电极44分别插入所述循环回路11内与所述第一低熔点金属接触，第一电极43和第二电极44之间通过导电件45连通形成导通的电路。所述第一电极43和第二电极44分别外接直流电源，给电磁泵供电，所述直流电源的供电电流优选为1A-500A。

为了不影响第一低熔点金属正常循环流动、以及第二低熔点金属的相变过程，均温散热装置1和相变散热装置2分别采用绝缘材料制成，可以为有机玻璃、玻璃钢等绝缘体或者是经过表面绝缘处理的不锈钢、铝、铜等金属加工而成。

本发明的一种优选实施例，本实施例中，参考图1，所述相变散热装置2上还设有散热翅片3。散热翅片3与空气进行对流换热，将热源产生的热量散发至外部空气中，散热翅片3可增大传热面积，进一步提高散热效率。

图4示出了本发明实施例的整体安装图，均温散热装置1、相变散热装置2、散热翅片3上下依次安装，并通过两侧的安装孔5进行固定形成整体设备，该设备可放置在靠近发热源的地方或直接和发热源接触，实现散热目的。

本发明实施例的一种复合式散热系统，利用低熔点金属的导热特性、电磁特性以及相变吸热特性，通过均温散热装置1中的第一种低熔点金属在电磁泵驱动下沿流道循环流动，将与均温散热装置1接触的集中热源散发的热量均匀铺展，再利用相变散热装置2的内腔21 中盛放的第二种低熔点金属固液相变吸热特性将热量快速吸收，散热翅片3与空气对流换热，从而将相变散热装置2的热量传递至周围空气。三层散热的复合实现了对热源热量的吸收与温度控制，实现高功率、高效率散热。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种复合式散热系统，其特征在于，包括：

驱动装置，用于使所述第一低熔点金属循环流动。

2.根据权利要求1所述的复合式散热系统，其特征在于，所述第一低熔点金属为镓、镓铟、镓铟锡、镓基合金、铋基合金中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的复合式散热系统，其特征在于，所述第二低熔点金属为石蜡、铋铟锡、铋铟锡铅、铋基金属中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的复合式散热系统，其特征在于，所述驱动装置包括至少两组电磁泵。

5.根据权利要求4所述的复合式散热系统，其特征在于，每个所述电磁泵包括第一磁铁和第二磁铁，所述第一磁铁设置在所述均温散热装置内、且位于所述循环回路远离所述相变散热装置的一侧，所述第二磁铁设置在所述相变散热装置内的所述空腔中；所述第一磁铁和第二磁铁按异性磁极相吸的形式放置。

6.根据权利要求5所述的复合式散热系统，其特征在于，每个所述电磁泵还包括通过导电件连通的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别插入所述第一低熔点金属中。

7.根据权利要求6所述的复合式散热系统，其特征在于，所述第一电极和第二电极分别外接直流电源，所述直流电源的供电电流为1A-500A。

8.根据权利要求1-7任一项所述的复合式散热系统，其特征在于，所述均温散热装置和所述相变散热装置分别为绝缘体。

9.根据权利要求1-7任一项所述的复合式散热系统，其特征在于，所述相变散热装置上还设有散热翅片。