CN108200745B - 热收集端及散热装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种热收集端及散热装置，所述热收集端包括至少两个微通道模块。所述至少两个微通道模块具有沿着第一方向延伸的多个通道，所述至少两个微通道模块沿着所述第一方向间隔设置，所述通道的孔径为0微米‑1000微米，所述微通道模块的所述通道的孔径沿着所述第一方向梯度减小，相邻所述微通道模块的所述通道的孔径差值为50微米‑150微米。
Description
技术领域
本申请涉及一种散热装置，特别是涉及一种热收集端及散热装置。
背景技术
近年来，电子器件的集成度和性能不断提高，工作时产生的热流密度也不断增大，而同时冷却空间却不断缩小。电子器件工作时产生的热量如果无法及时排除，将导致器件温度升高，影响其正常工作，如何高效安全的对芯片进行散热成为了电子器件研究的重要课题之一。
目前，市售散热器的类型多为单层肋片式微槽道，压降大，需要高功率的泵与之相配，流体在经过待散热器件时对流换热量很小。同时流体在流经槽道的过程中温度不断升高，散热器的换热系数不断减小，导致CPU在流体流动方向上存在较大温差，CPU温度分布不均匀会严重影响CPU的使用寿命。
发明内容
基于此，有必要针对流体流动方向上散热器的散热系数不断减小，且散热器在流体流动方向上存在较大温差的问题，提供一种热收集端及散热装置。
一种热收集端，所述热收集端包括至少两个微通道模块。所述至少两个微通道模块具有沿着第一方向延伸的多个通道。所述至少两个微通道模块沿着所述第一方向间隔设置。所述通道的孔径大于0微米小于1000微米。所述通道的孔径沿着所述第一方向梯度减小，相邻所述微通道模块的通道的孔径差值为50微米-150微米。
在其中一个实施例中，所述热收集端也包括盖板和底座。所述底座的底面两端开设有入口和出口。所述第一方向从所述入口位置向所述出口位置延伸。
在其中一个实施例中，相邻所述微通道模块的所述通道的中心轴不共轴。
在其中一个实施例中，工作介质为水时，所述通道的孔径为300微米-500微米。
在其中一个实施例中，所述至少两个微通道模块间的间隔为100微米-500微米。
在其中一个实施例中，每一个所述微通道模块的长度为2毫米-5毫米。
在其中一个实施例中，所述盖板具有第一凹槽容腔，所述底座具有第二凹槽容腔，所述第一凹槽容腔与所述第二凹槽容腔之间形成一个收容腔，所述至少两个微通道模块设置于所述收容腔内。
在其中一个实施例中，所述至少两个微通道模块间垂直于所述通道的延伸方向的宽度与所述收容腔的宽度相等。
在其中一个实施例中，所述至少两个微通道模块间垂直于所述底面的厚度相等。
在其中一个实施例中，相邻所述微通道模块的所述通道的孔径差值为100微米。
在其中一个实施例中，一种散热装置，包括所述热收集端、热排散端、连接所述热收集端和热排散端的循环管路，以及设置于所述热收集端内部的泵。
在其中一个实施例中，所述热排散端的热排散入口和热排散出口位于所述热排散端的相对两侧。
在其中一个实施例中，所述散热装置还包括两个风扇，所述风扇分别设置于所述热排散端的相对两侧面。
上述热收集端及散热装置，所述至少两个微通道模块之间间隔设置，所述微通道模块的所述孔径沿着第一方向减小。工作介质在流经所述微通道模块的过程中会吸热而温度升高，从而导致温升热阻增大，散热系数降低。当孔径按工作介质的流动方向从大到小排列时，可以通过减小孔径来降低对流换热热阻，进而保证散热系数的相对恒定，降低温差。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的热收集端的至少两个微通道模块的立体结构示意图；
图2为本申请实施例中提供的热收集端的至少两个微通道模块的侧面剖视图；
图3为本申请实施例中提供的热收集端的立体结构示意图；
图4(a)为本申请实施例中提供的热收集端的盖板反面立体结构图，图4(b)为本申请实施例中提供的热收集端的盖板正面立体结构图；
图5为本申请实施例中提供的热收集端的相邻微通道模块的孔径差值与整体散热系数的关系图；
图6为本申请实施例中提供的热收集端的相邻微通道模块的孔径差值与散热装置表面温差的关系图；
图7为本申请实施例中提供的散热装置的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的热收集端及散热装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
请参见附图1-3，本申请提供一种热收集端10，所述热收集端10包括至少两个微通道模块130。所述至少两个微通道模块130具有沿着第一方向延伸的通道131。所述至少两个微通道模块130沿着所述第一方向间隔设置。所述微通道模块131的孔径为0微米-1000微米。所述微通道模块130的所述通道131的孔径沿着所述第一方向梯度减小，相邻所述微通道模块130的通道131的孔径差值为50微米-150微米。
在本实施例中，多个所述微通道模块130间相互间隔设置，每个所述微通道模块130具有多个通道131。所述通道131的孔径范围为0微米-1000微米，其中在每个所述微通道模块130中的通道131具有一固定的孔径。相邻所述微通道模块130的所述通道131的孔径差值为50微米-150微米。这样所述通道131的孔径在沿所述工作介质的流动方向上以一50微米-150微米范围内的固定差值递减。比如在所述入口121位置处的所述微通道模块的孔径为310微米，相邻所述通道131的孔径差值为100微米时，沿着所述工作介质的流动方向上不同微通道模块130的所述通道131的孔径为310微米，210微米，110微米，10微米。这里相邻所述微通道模块130的所述通道131的孔径差值都为100微米，也可以为50微米-150微米范围内的其他数值，在此不做限定。所述通道131的长度为3毫米-5毫米，在此不做限定。
工作介质在所述泵40的驱动下流入所述微通道模块130。所述工作介质可以为低熔点金属或低熔点合金，也可以为水。当所述工作介质为水时，所述通道131的孔径为300微米-500微米，最优的孔径为400微米。当低熔点金属或低熔点合金作为工作介质时，可以采用大孔径的所述微通道模块130，较优的孔径范围是700微米-900微米，最优的平均孔径是800微米左右。
所述至少两个微通道模块130之间间隔设置，所述微通道模块130的所述孔径131沿着所述第一方向梯度减小。相邻所述微通道模块130的孔径131的孔径差值为50微米-150微米，优选为100微米。工作介质在流经孔径梯度变化的所述微通道模块130的过程中会吸热而温度升高，从而导致温升热阻增大，散热系数降低。经过模拟计算，相邻所述微通道模块130的所述通道131的孔径差值为50微米-150微米时，所述散热装置100的整体散热系数降低幅度不大，且待散热器件的表面温差减小。当孔径差值小于50微米或者超过150微米时，整体散热系数的降低幅度增大，而且温差较大。在本实施例中，相邻所述微通道模块130的孔径差值为50微米-150微米，所述通道131的孔径在工作介质的流动方向上梯度减小时，可以在所述微通道模块130因工作介质在所述微通道模块130内流动的过程中吸热而温度升高、温升热阻增大的情况下，通过减小所述通孔131的孔径来降低对流换热热阻，进而保证所述散热装置100的整体散热系数相对恒定，且所述散热装置100表面具有较小的温差。
在其中一个实施例中，所述热收集端10也包括盖板110和底座120。所述底座120的底面121两端开设有入口122和出口123，所述第一方向从所述入口122位置向所述出口123位置延伸。
在本实施例中，所述盖板110包括中心部以及外缘部。所述中心部的外侧面突出于所述边缘部，所述中心部的外侧面用于与待散热器件接触进而吸热。所述中心部的外侧表面可以涂有导热硅脂，在外置卡具压力下与待散热器件的发热面紧密贴合。所述待散热器件发出的热量通过热传导方式传导至所述盖板110。所述中心部的厚度优选为0.5毫米，在此不做限定。在所述盖板110的边缘部设有多个螺纹孔，与所述底座120的底面121相对设置的顶面上同样设置有多个螺纹孔，用于将所述底座120和所述盖板120连接密封。所述顶面上的螺纹孔的内侧设置有密封槽，用于放置密封圈，从而防止工作介质的泄露。
所述底座120的底面121两端开设有所述入口122和所述出口123。所述至少两个微通道模块130通过扩散焊而固定设置于所述盖板110与所述底座120之间。所述入口122设置于所述底面121，所述出口123可以设置于所述底面121，也可以设置在所述底座120的侧面，在此不做限定。所述第一方向从所述入口122的位置向所述出口123位置延伸。所述工作介质从设置于底面121的所述入口122位置处流入所述微通道模块130。这样可以防止工作介质在流经入口122后直冲入所述微通道模块130，相当于设置了流体的混合段，保证了所述工作介质混合均匀后从所述微通道模块130的入口122进入所述通道131内进行对流换热作用后，流出微通道模块130，从所述出口123流出，完成一次散热循环。
在其中一个实施例中，相邻所述微通道模块130的所述通道131的中心轴不共轴。
在本实施例中，所述至少两个微通道模块130内的多个所述通道131的中心轴相互平行。相邻所述微通道模块130间的所述通道131的孔径差值为50微米-150微米，且多个所述通道131内的中心轴不共轴。这样工作介质在所述通道131的孔径差值为50微米-150微米的相邻所述微通道模块130内流动的过程中，在进入相邻不同轴的所述微通道模块130的入口面时都会重新分配。这样可以增加所述工作介质的混乱程度，增强入口效应，从而增加所述散热装置100的散热系数，使得所述散热装置100的整体散热系数相对恒定，且所述散热装置100的表面具有相对较小的温差。
在其中一个实施例中，工作介质为水时，所述通道131的孔径为300微米-500微米。
在本实施例中，所述微通道模块130的换热性能受孔径的影响较大。根据模拟计算与实验测试结果来看，当水作为工作介质时，可以采用小孔径的所述微通道模块130，但是随着孔径的降低，压降也随之增大，对泵的要求提高。所述通道131的孔径为300微米-500微米，优选为400微米。当所述通道131的孔径为300微米-500微米时，所述微通道模块130的对流换热面积较大，所述散热装置100具有较高的散热系数。另外，水的密度相对较小，所述泵40也能够提供足够稳定的动力。
在其中一个实施例中，所述至少两个微通道模块130间的间隔为100微米-500微米。
在本实施例中，所述至少两个微通道模块130间的间隔为100微米-500微米，优选为100微米。这样能够增加工作介质与基体材料的对流换热面积，从而提高散热系数。但是，随着所述至少两个微通道模块130之间间隔的增加，在底座凹槽容腔体积一定的情况下，参与散热的所述微通道模块130的体积减小，散热性能将会下降。
在其中一个实施例中，每一个所述微通道模块130的长度为3毫米-5毫米。
受限于目前金属-气体的共晶定向凝固工艺水平，只能在最多毫米5毫米的长度方向上保证所述通道131通透。所以，每一个所述微通道模块130的长度最多为5毫米，这样能够增大每个所述微通道模块130中所述通道131的通透比率，从而使更多的所述微通道模块130参与对流作用，同时减小工作介质的流动阻力，增强所述散热装置100的散热效果。
请参见附图4(a)和附图4(b)，在其中一个实施例中，所述盖板110具有第一凹槽容腔111，所述底座120具有第二凹槽容腔124，所述第一凹槽容腔111与所述第二凹槽容腔124之间形成一个所述收容腔140，所述至少两个微通道模块130设置于所述收容腔140内。
在本实施例中，所述盖板110的中心部的内侧面低于所述盖板110的边缘部而形成第一凹槽容腔111。所述凹槽容腔111的前后两面为圆弧开口，与所述入口122和所述出口123相对应。剩余的两面为正对的两个平面，所述微通道模块130的两侧宽度可以等于所述两个平面间的距离，在此不做限定。所述底座120上设置有与所述第一凹槽容腔111相对应的第二凹槽容腔124。所述盖板110和所述底座120之间通过螺钉固定连接，所述中心部的外侧面与待散热器件接触。所述盖板110的所述第一凹槽容腔111和所述第二凹槽容腔124之间形成一个所述收容腔140，所述至少两个微通道模块130设置于所述收容腔140内。待散热器件内的热量通过热传导传输至所述收容腔内140，然后通过设置于所述收容腔内140内的所述微通道模块130进行散热。
在其中一个实施例中，所述至少两个微通道模块130间垂直于所述通道131的延伸方向的宽度与所述收容腔140的宽度相等。
在本实施例中，所述至少两个微通道模块130在垂直于所述通道131的延伸方向上的宽度等于所述第一凹槽容腔111的宽度和所述第二凹槽容腔124的宽度。这样所述微通道模块130正好卡在所述收容腔140内，与所述收容腔140的两个侧面无空隙，从而能够保证工作介质只流过所述微通道模块130，提高工作介质的利用率，进而提高散热系数。
在其中一个实施例中，所述至少两个微通道模块130间垂直于所述底面的厚度相等。
在本实施例中，所述至少两个微通道模块130间的厚度相等。所述盖板110的中心部低于所述边缘部而形成凹槽，所述凹槽的内侧面用于与所述微通道模块130焊接。当所述至少两个微通道模块130间的厚度相等时，所述至少两个微通道模块130均焊接至凹槽的内侧面。这样工作介质能够完全通过所述微通道模块130，提高了工作介质的利用率，进而提高散热系数。
在其中一个实施例中，相邻所述微通道模块的所述通道的孔径差值为100微米。
请参见附图5和附图6，经过模拟计算，当孔径差值为50微米-100微米时，所述散热装置100的整体散热系数虽略有降低，但是降低幅度不大，且待散热器件的表面温差减小。当孔径差值超过100微米时，整体散热系数的降低幅度增大，而且温差增大。在本实施例中，所述微通道模块按孔径大小呈分段梯度分布，从所述入口122到所述出口123各段孔径等值减小，孔径差值优选为100微米。工作介质在流经所述微通道模块130的过程中会吸热而温度升高，从而导致温升热阻增大，散热系数降低。当孔径按流动方向从大到小梯度排列，且孔径差值为100微米时，可以在所述微通道模块130因为工作介质温度升高，温升热阻增大的同时通过孔径的减小降低对流换热热阻，来保证所述散热装置100整体散热系数的相对恒定，并且大幅度降低温差。
请参见附图7，在其中一个实施例中，一种散热装置100，包括所述热收集端10、热排散端20、连接所述热收集端10和热排散端20的循环管路30，以及设置于所述热收集端10内部的泵40。
在本实施例中，所述散热装置100包括热收集端10、热排散端20、连接所述热收集端10和热排散端20的循环管路30，以及设置于所述热收集端10内部的泵40。工作介质在所述泵40的驱动下由所述入口122流入热收集端，然后经所述出口123流出。所述工作介质在流动过程中由于吸收待散热器件的热量而温度升高，在流出所述出口123后经过所述循环管路30流入所述热排散端20。在所述热排散端20的散热片及风扇驱动下散发热量而温度降低，进而达到散热目的，然后再通过所述循环管路30进入所述热收集端，开始下一循环。
在其中一个实施例中，所述热排散端20的热排散入口21和热排散出口22位于所述热排散端20的相对两侧。
在本实施例中，所述热排散入口21和热排散出口22设置于相对上下位置。这样可以保证工作介质在所述热排散端20中流过两倍距离的同时，而且不减小热排散入口21处高温的工作介质与空气的换热面积，从而达到增加所述热排散端20的散热能力的目的，进而增加所述散热装置100的整体散热水平。
在其中一个实施例中，所述散热装置100还包括两个风扇50，所述风扇50分别设置于所述热排散端20的相对两侧面。
在本实施例中，在所述热排散端20的相对两侧面上设置分别设置有风扇50。所述风扇50设置于散热片的侧面，因此工作介质在循环过程中产生的热量通过所述风扇50强制散发。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述整洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种热收集端(10)，其特征在于，包括至少两个微通道模块(130)，所述至少两个微通道模块(130)具有沿着第一方向延伸的多个通道(131)，所述至少两个微通道模块(130)沿着所述第一方向间隔设置，所述通道(131)的孔径为0微米-1000微米，所述微通道模块(130)的所述通道(131)的孔径沿着所述第一方向梯度减小，相邻所述微通道模块(130)的所述通道(131)的孔径差值为50微米-150微米，所述微通道模块内的工作介质沿着所述第一方向流动。
2.根据权利要求1所述的热收集端(10)，其特征在于，还包括：盖板(110)；底座(120)，所述底座(120)的底面(121)两端开设有入口(122)和出口(123)；所述第一方向从所述入口(122)位置向所述出口(123)位置延伸。
3.根据权利要求1所述的热收集端(10)，其特征在于，相邻所述微通道模块(130)的所述通道(131)的中心轴不共轴。
4.根据权利要求1所述的热收集端(10)，其特征在于，工作介质为水时，所述通道(131)的孔径为300微米-500微米。
5.根据权利要求1所述的热收集端(10)，其特征在于，相邻的所述两个微通道模块(130)间的间隔为100微米-500微米。
6.根据权利要求1所述的热收集端(10)，其特征在于，每一个所述微通道模块(130)的长度为3毫米-5毫米。
7.根据权利要求2所述的热收集端(10)，其特征在于，所述盖板(110)具有第一凹槽容腔(111)，所述底座(120)具有第二凹槽容腔(124)，所述第一凹槽容腔(111)与所述第二凹槽容腔(124)之间形成一个收容腔(140)，所述至少两个微通道模块(130)设置于所述收容腔(140)内。
8.根据权利要求7所述的热收集端(10)，其特征在于，所述至少两个微通道模块(130)间垂直于所述通道(131)延伸方向的宽度与所述收容腔(140)的宽度相等。
9.根据权利要求2所述的热收集端(10)，其特征在于，所述至少两个微通道模块(130)间垂直于所述底面(121)的厚度相等。
10.根据权利要求1所述的热收集端(10)，其特征在于，相邻所述微通道模块(130)的所述通道(131)的孔径差值为100微米。
11.一种散热装置(100)，其包括权利要求1-10任意一项所述的热收集端(10)、热排散端(20)、连接所述热收集端(10)和热排散端(20)的循环管路(30)，以及设置于所述热收集端(10)内部的泵(40)。
12.根据权利要求11所述散热装置(100)，其特征在于，所述热排散端(20)的热排散入口(21)和热排散出口(22)位于所述热排散端(20)的相对两侧。
13.根据权利要求12所述的散热装置(100)，其特征在于，还包括两个风扇(50)，所述风扇(50)分别设置于所述热排散端(20)的相对两侧面。
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