CN108235664A - 一种液态金属自循环散热密闭式机箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其涉及散热技术领域，本发明包括机箱、冷板、管道、驱动泵，管道首尾连接在驱动泵上，管道分为两部分，一部分埋在冷板内，另一部分埋在机箱外壁的散热翅片中，冷板作为机箱的一个侧板与机箱其他侧板相接固定或位于机箱内部，冷板、机箱、管道、散热翅片采用整体铸造或焊接的方式制为一体，管道中充有液态金属；本发明在使用时，具有以下优点：由于没有散热风扇，不仅噪音小，而且结构简单、体积小；采用液态金属循环散热方式，无需外界供液，并且本发明的结构降低了液态金属泄露的风险；各部件热阻小，热传导效率高；采用温度检测控制驱动泵通断，提高驱动泵可靠性。

Description

一种液态金属自循环散热密闭式机箱

技术领域

本发明涉及一种集液态金属、驱动泵及冷板于一身的低能耗、小体积、无噪音、高可靠性新型散热密闭式机箱，有效解决密闭机箱内高热流密度器件的散热难题，具体涉及散热技术领域。

背景技术

由于工作环境的特殊性，各领域对机箱的要求越来越高，要求机箱防水、耐盐雾、满足电磁屏蔽要求，因此机箱多设计为密闭结构与外界潮湿、霉菌、盐雾空气隔绝，保护机箱内部模块及器件，从而适应各种恶劣的工作环境。

但密闭式机箱的结构带来的问题是不具备优良的散热性。与传统开放式风冷机箱相比，密闭式机箱不能采用强迫风冷的散热方式，使冷却气流直接吹向箱内的发热器件，造成器件散热困难。随着电子设备功能的提高，器件的集成度和热流密度也在显著提升，需对密闭式机箱内的高热流密度器件采取高效、稳定、低成本的散热管理，保障设备的可靠性。

风冷冷板散热及液冷散热是密闭式机箱所采用的两种常见散热方式。其中风冷冷板散热是在机箱内部设置有风冷冷板，专利号为201020013244.0，名称为“多通道ATR密闭机箱散热装置”的中国发明，其缺点是机箱体积大、噪音大、风道狭长风阻大；液冷散热是从外界引入液冷介质对机箱散热，专利号为201420032099.9，名称为“ATR液冷加固计算机机箱”的发明，其缺点是需要外界供液，且液冷源和机箱之间管路连接可能带来漏液的风险。

专利号为201620578269.2、名称为“一种液态金属散热机箱”的中国发明采用了液态金属进行导热，该专利中机箱外壳安装有风扇散热，机箱结构组件复杂体积大且带来噪音，所使用的泵仅限定于电磁泵，且电磁泵设置于机箱内部，不便于观测与维护。该专利的问题在于将液态金属管道安装于散热板以及机箱内壳侧板的外侧，传热面积小，接触热阻较大。

发明内容

本发明目的在于解决上述问题，本发明提供了一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其在应用时各部件接触热阻小，热传导效率高。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

一种液态金属自循环散热密闭式机箱，包括机箱、管道和驱动泵，所述管道首尾接在驱动泵的输入端和输出端上形成循环，所述管道内充有液态金属，还包括冷板，所述冷板位于机箱内部或直接作为机箱的一个侧板，冷板作为机箱的一个侧板时冷板与其他侧板连接固定；所述管道分为两部分，一部分埋于冷板内，另一部分位于机箱外。

在使用时，将机箱内的发热器件或模块通过导热材料贴在冷板上，发热器件或模块将热量通过冷板传导至管道，管道中的液态金属将热量吸收，由于导热材料、冷板、管道之间的热传导效率均较高，因此发热器件或模块的热量可迅速地传导至液态金属中；启动驱动泵后，液态金属将形成自循环；液态金属流至位于机箱外的管道后液态金属的热量将通过管道散发至周围空气中，降温后的液态金属重新流向埋于冷板中的管道部分，如此反复循环，持续不断地将发热器件或模块的热量带走，达到对其降温的效果。

冷板可以置于机箱内，此时冷板与机箱侧板接不接触均可；当冷板作为机箱的一个侧板并与其他侧板连接固定时，可以节省掉机箱的一个侧板，并且冷板的一侧直接暴露在外界空气中，冷板自身也可进行一定程度的散热。

进一步地，所述机箱外壁设有散热翅片，所述散热翅片由多根翅片排列组成，每根翅片与机箱外壁表面的夹角为30°～90°，所述翅片与水平面夹角为30°～90°，所述管道与散热翅片接触。液态金属的热量可传至散热翅片的翅片上，翅片再将热量散发至空气中，由多根翅片排列组成的散热翅片可增大散热面积。

进一步地，所述管道贯穿在散热翅片内。由此管道内液态金属的热量可传至所有翅片，所有翅片都参与散热工作。

进一步地，贯穿在散热翅片中的管道为S形形状。可使管道多贯穿翅片几次，从而增大管道与翅片的接触面积以进一步增大散热效率。

进一步地，所述机箱、冷板、管道、翅片通过铸造或者焊接的加工方式制为一体。可最大程度地降低机箱、冷板、管道、翅片之间的热阻，同时提高机箱整体刚度及强度。

进一步地，所述驱动泵采用电磁泵或机械泵或压电泵或电润湿泵，这几种驱动泵均可用于本发明中来驱动液态金属进行循环。

进一步地，所述驱动泵安装在机箱外壁上，可防止循环中的液态金属不易泄露流向机箱内进而损坏机箱内的各种设备。

进一步地，所述机箱、冷板和管道均采用金属材料制成，以增大热传导效率。

进一步地，所述驱动泵内设有温控器，所述温控器用于控制驱动泵开关；当温度高于管道内的液态金属熔点时，驱动泵通电工作；当温度低于管道内的液态金属熔点时，驱动泵断电不工作。

通过使用本发明，可以产生以下有益效果：

本发明包括机箱、冷板、管道、驱动泵，管道首尾连接在驱动泵上形成循环回路，管道分为两部分，一部分埋在冷板内，另一部贯穿在机箱外壁设置的散热翅片中，冷板作为机箱的一个侧板与机箱其他侧板相接固定，冷板、机箱、管道、散热翅片均采用整体铸造或焊接的方式制为一体，管道中充有液态金属；

本发明在使用时，首先采用了整体铸造或焊接的方式，因此冷板和机箱、冷板和管道、管道和散热翅片的热传导效率高、热阻小，并且整体结构占用空间小，节省了空间，而且管道布置可从冷板中直接通至散热翅片内，冷板与机箱制为一体化也可实现一部分热量通过冷板直接传导至机箱进行散热；

由于管道埋于冷板和散热翅片中，因此液态金属不易泄露流向机箱内的各种设备；驱动泵固定在机箱外壁上，便于观测维护；无需外接供液，利用驱动泵可实现液态金属在管道内循环散热；采用散热翅片而非风扇对管道内液态金属进行降温，体积更小、可靠性更高且无噪音；液态金属不易蒸发，不易泄露，安全无毒，物化性质稳定，极易回收，是一种非常安全的流动工质，可以保证散热系统的高效、长期、稳定运行；若液态金属温度过低为固态时，驱动泵继续运行则会对自身造成一定损伤，因此采用温控器来根据温度控制驱动泵的开闭可保护驱动泵。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-冷板，2-机箱，3-驱动泵，4-管道，5-散热翅片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：如图1～2所示，一种液态金属自循环散热密闭式机箱，包括机箱2、管道4和驱动泵3，管道4首尾接在驱动泵3的输入端和输出端上形成循环，管道4内充有液态金属，还包括冷板1，冷板1位于机箱2内部；管道4分为两部分，一部分埋于冷板1内，另一部分位于机箱2外；机箱2外壁设有散热翅片5，散热翅片5由多根翅片排列组成，每根翅片与机箱2外壁表面的夹角为30°～90°，翅片与水平面夹角为30°～90°，管道4贯穿在散热翅片5内，贯穿在散热翅片5中的管道4为S形形状；机箱2、冷板1、管道4、翅片通过铸造或者焊接的加工方式制为一体，机箱2、冷板1和管道4均采用金属材料制成，驱动泵3采用电磁泵或机械泵或压电泵或电润湿泵，驱动泵3安装在机箱2外壁上。

实施例2：冷板1作为机箱2的一个侧板时冷板1与其他侧板连接固定，其他结构与实施例1中的结构相同。

驱动泵3内设有温控器，温控器用于控制驱动泵3开关；当温度高于管道4内的液态金属熔点时，驱动泵3通电工作；当温度低于管道4内的液态金属熔点时，驱动泵3断电不工作。温控器采用市面上常见的带有控制芯片的温度传感器，温度传感器的温度探头与液态金属接触，利用控制芯片来控制驱动泵3的通断。

优选地，如图1，管道4在散热翅片5中转折三次，驱动泵3固定在散热翅片5中，由于驱动泵3使翅片无法连贯排列，S状的管道4可保证每根翅片均被管道4贯穿并与管道4接触。

优选地，驱动泵3采用无任何运动部件的电磁泵，其驱动效率高、无噪音、能耗低，性能更佳稳定可靠。管道4的形状根据机箱2和冷板1的结构设计来布置，机箱2、冷板1、管道4的材料可以选用钛合金、不锈钢、铜等金属。管道4中的液态金属可选用室温下能呈现液态的镓、汞、镓基二元合金、镓基多元合金、镓基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。

优选地，当翅片与机箱2侧壁表面的夹角为90°，同时翅片与水平面夹角为60°时散热效果最佳，上述角度设置以机箱2侧壁与水平面垂直为标准，实际中根据具体情况或要求来设置翅片与机箱2外壁表面的夹角。

经实际测试，相比传统机箱，本发明机箱能使热耗为50W、体积为30mm·30mm·2mm的发热器件温度有效降低至少20℃。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液态金属自循环散热密闭式机箱，包括机箱(2)、管道(4)和驱动泵(3)，所述管道(4)首尾接在驱动泵(3)的输入端和输出端上形成循环，所述管道(4)内充有液态金属，其特征在于：还包括冷板(1)，所述冷板(1)位于机箱(2)内部或直接作为机箱(2)的一个侧板，冷板(1)作为机箱(2)的一个侧板时冷板(1)与其他侧板连接固定；所述管道(4)分为两部分，一部分埋于冷板(1)内，另一部分位于机箱(2)外。

2.根据权利要求1所述的一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其特征在于：所述机箱(2)外壁设有散热翅片(5)，所述散热翅片(5)由多根翅片排列组成，每根翅片与机箱(2)外壁表面的夹角为30°～90°，所述翅片与水平面夹角为30°～90°，所述管道(4)与散热翅片(5)接触。

3.根据权利要求2所述的一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其特征在于：所述管道(4)贯穿在散热翅片(5)内。

4.根据权利要求3所述的一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其特征在于：贯穿在散热翅片(5)中的管道(4)为S形形状。

5.根据权利要求4所述的一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其特征在于：所述机箱(2)、冷板(1)、管道(4)、翅片通过铸造或者焊接的加工方式制为一体。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其特征在于：所述驱动泵(3)采用电磁泵或机械泵或压电泵或电润湿泵。

7.根据权利要求1至5任一所述的一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其特征在于：所述驱动泵(3)安装在机箱(2)外壁上。

8.根据权利要求1至5任一所述的一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其特征在于：所述机箱(2)、冷板(1)和管道(4)均采用金属材料制成。

9.根据权利要求1至5任一所述的一种液态金属自循环散热密闭式机箱，其特征在于：所述驱动泵(3)内设有温控器，所述温控器用于控制驱动泵(3)开关；当温度高于管道(4)内的液态金属熔点时，驱动泵(3)通电工作；当温度低于管道(4)内的液态金属熔点时，驱动泵(3)断电不工作。