CN108509004A - 一种主动式热管散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主动式热管散热装置，内置于电子设备的机箱中，它主要是由冷板和密封驱动泵通过管路连接而成的一真空的密闭循环回路，密封驱动泵具有密闭的外壳，管路通过该外壳上的进液口与出液口和密封驱动泵的叶轮转动腔相连通，在密闭循环回路中充装有相变工质，由密封驱动泵驱动液态的相变工质流经冷板，相变工质在冷板内表面上发生相变进行换热后成为汽液两相状态流过后方管路而冷凝成液态，再返回冷板。本发明采用相变工质，散热效率高，相变工质是安全工质，解决了采用液冷板方案所存在的安全隐患；本发明使用小型密封驱动泵，使本发明可设置在电脑或服务器机箱内，成本低于普通液冷换热的建设成本，驱动泵功的消耗减少，节能效果显著。

Description

一种主动式热管散热装置
技术领域
本发明属于计算机芯片冷却技术，尤其涉及一种主动式热管散热装置。
背景技术
近年来，由于电脑和服务器性能飙升，单机功率密度呈逐年递增趋势，但现有风冷散热器囿于电脑服务器空间有限，使其散热性能的提升无法与设备功率的增加相匹配。
液冷散热器是一种能够实现良好散热和节能效果的散热方式。液冷板是液冷散热器中一种常见形式，它是将开有液冷通道的冷板与芯片紧密贴合，冷板通过进液和出液管路与外部的风冷换热器形成一个密闭的腔体，液冷板采用驱动泵驱动冷却工质在系统中循环流动，不断将芯片产生的热量传输到外部的换热器进行冷却，从而构成液冷系统。
虽然液冷系统具有高效的散热效率，可有效控制芯片的温度，使其稳定运行，但是，液冷系统却还存在着以下缺陷：
⑴液冷系统中的冷却工质一般含有水(常用的冷却工质为水或防冻液)，一旦发生泄露，将对电脑设备造成严重损坏，因此，含有水的冷却工质对于昂贵的电脑设备而言，是一种极大的安全隐患。
⑵为了防止冷却工质发生泄露，整个液冷系统的密封性要求十分严格，因此，液冷系统的建设成本较高。
⑶采用驱动泵驱动普通的冷却工质在液冷系统中循环流动，耗能大，节能性差，且驱动泵的体积大，所占空间也较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、散热效率高、运行安全稳定、节能、占用空间小的主动式热管散热装置。
本发明的目的通过以下的技术措施来实现：一种主动式热管散热装置，其特征在于：它内置于电子设备的机箱中，它主要是由冷板和密封驱动泵通过管路连接而成的一真空的密闭循环回路，所述密封驱动泵具有密闭的外壳，所述管路通过该外壳上的进液口与出液口和密封驱动泵的叶轮转动腔相连通，在所述密闭循环回路中充装有相变工质，由密封驱动泵驱动液态的相变工质流经冷板，相变工质在冷板内表面上发生相变进行换热后成为汽液两相状态流过后方管路而冷凝成液态，再返回冷板，从而完成一个循环过程。
本发明的换热工质采用相变工质，因为有相变过程参与换热，系统散热效率大大提高，系统运行稳定，而且相变工质是与电子设备兼容的安全工质，无腐蚀、不导电，可解决现有电脑或服务器设备采用液冷板方案所存在的安全隐患；本发明使用占用空间小的小型密封驱动泵，可使本发明能够设置在电脑或服务器机箱内，使得成本低于普通液冷换热的建设成本，同时驱动泵功的消耗也大大减少，节能效果显著。因此，本发明是在不改变现有服务器结构的前提下，以低成本解决现有大功率计算或服务器散热问题的有效方案。
作为本发明的一种优选实施方式，所述相变工质采用全氟己酮，分子式C6F12O，熔点-108℃，沸点48℃。
作为本发明的一种实施方式，所述主动式热管散热装置还包括散热器，所述散热器连接在所述冷板后方的管路上，用于对吸热后的相变工质进行辅助换热，以满足相变散热的要求。
作为本发明的一种优选实施方式，所述冷板为一具有中空腔的板体，该板体的其中一板面为用于与芯片接触的受热面，所述冷板上与管路相连的进液口与出液口避开所述受热面设置，且所述出液口位于所述进液口的上方。
作为本发明的一种优选实施方式，所述冷板主要由作为所述受热面的底板和为凹槽状的顶板组成，所述顶板扣合在底板上并与之连接为一体，所述底板的边缘由顶板的下边沿向外延伸成一为环形面的延伸边，以增大与芯片的接触面，提高散热效率。
作为本发明的一种实施方式，所述密闭循环回路的真空度为10-3～10-5Pa。
作为本发明推荐的实施方式，所述相变工质的充装量占所述密闭循环回路容积的50％～95％。
本发明在所述冷板的底板的内表面上分布有凹坑，所述凹坑的深度为0.2～1.0mm，凹坑的横截面为圆形，其直径为0.1～1.0mm，凹坑内液态的相变工质相对独立，可以在加热瞬间达到更高的温度，以提高液体过热度从而加快相变，因此可强化相变效果。
作为本发明其它的实施方式，所述相变工质采用环保无毒低温制冷剂，如七氟丙烷、R134a或R410a等，这些工质与电子产品兼容、无腐蚀、不导电，不易燃，但是由于沸点较低，运行时，系统压力较高，系统密封成本会提高，且驱动泵功的消耗也会增大。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明的换热工质采用相变工质，因为有相变过程参与换热，系统散热效率大大提高，系统运行稳定，而且相变工质是与电子设备兼容的安全工质，无腐蚀、不导电，可解决现有电脑或服务器采用液冷板方案所存在的安全隐患。
⑵本发明使用占用空间小的小型密封驱动泵，可使本发明能够设置在电脑或服务器机箱内，同时驱动泵功的消耗也大大减少，节能效果显著。
⑶本发明是在不改变现有服务器结构的前提下，以低成本解决现有大功率计算或服务器散热问题的有效方案，适于广泛推广和适用。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例1的结构组成示意图；
图2是本发明实施例1的密封驱动泵的结构示意图；
图3是本发明实施例1的冷板的结构示意图；
图4是本发明实施例1的冷板的装配结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1～4所示，本发明一种主动式热管散热装置，它内置于电子设备的机箱中，电子设备可以是电脑、服务器、雷达等应用高功率芯片的电子设备。主动式热管散热装置是由冷板1、散热器6和密封驱动泵2通过管路3依次连接而成的一真空的密闭循环回路，密封驱动泵2具有密闭的不锈钢外壳12，管路3通过该外壳12上的进液口13与出液口14和密封驱动泵2的叶轮转动腔15相连通，密闭循环回路的真空度为10-3～10-5Pa。冷板1为一具有中空腔的板体，该板体的其中一板面为用于与芯片接触的受热面，冷板1上与管路3相连的进液口4与出液口5避开受热面设置，且出液口5位于进液口4的上方。在密闭循环回路中充装有相变工质，在本实施例中，相变工质采用全氟己酮，分子式C6F12O，熔点-108℃，沸点48℃。相变工质的充装量占密闭循环回路容积的50％～95％。由密封驱动泵2驱动液态的相变工质A流经冷板1，相变工质A在冷板1内表面上发生相变进行换热后成为汽液两相状态流过后方管路和散热器6而冷凝成液态，再返回冷板1，从而完成一个循环过程。其中，散热器6用于对吸热后的相变工质进行辅助换热，以满足相变散热的要求。
冷板1主要由作为受热面的底板7和为凹槽状的顶板8组成，在底板7的上表面上开设有一环形卡槽9，顶板8的下边沿卡合在该卡槽9中以扣合在底板7上并焊接为一体，底板7的边缘由顶板8的下边沿向外延伸成一为环形面的延伸边10，以增大与芯片的接触面，提高散热效率。在底板7的内表面上分布有呈阵列排布的凹坑11，凹坑11的深度为0.2～1.0mm，凹坑的横截面为圆形，其直径为0.1～1.0mm，凹坑内液态的相变工质相对独立，可以在加热瞬间达到更高的温度，以提高液体过热度从而加快相变，因此可强化相变效果。
本发明的工作原理是：将冷板、密封驱动泵和散热器通过管路连接构成密闭循环回路，将此密闭循环回路抽真空至10-3～10-5Pa，然后充装相变工质，充装量为密闭循环回路容积的50％～95％，具体充装量视实际应用场景而定，相变工质优选全氟己酮，封闭充装口，即可完成整个主动式热管散热装置的制作。相变工质是与电子设备兼容的安全工质，无腐蚀、不导电，可解决现有电脑或服务器设备采用液冷板方案所存在的安全隐患。使用时，冷板的受热面与芯片贴合，液态的相变工质A流过冷板时，依靠在冷板内表面发生的相变进行换热，换热后，相变工质A成为汽液两相状态流动，当相变工质A流经后方管路和散热器时，再冷凝成液体的相变工质A。
本发明主动式热管散热装置与现有液冷换热装置的不同之处在于：其一，整体散热装置腔体密封，在1MPa工况下，不能有泄露，防止有不凝性气体进入管路，影响散热装置的性能；其二，冷板结构与液冷板结构不同，液冷板内有加强换热的肋片，而本发明冷板的底板上则是加工有强化相变的凹坑。
在其它实施例中，相变工质也可以采用环保无毒低温制冷剂，如七氟丙烷、R134a或R410a等，这些工质与电子产品兼容、无腐蚀、不导电，不易燃，但是由于沸点较低，运行时，系统压力较高，系统密封成本会提高。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例的主动式热管散热装置是由冷板和密封驱动泵通过管路连接而成的一真空的密闭循环回路，即不包括散热器。使用时，冷板的受热面与芯片贴合，相变工质流过冷板时，依靠在冷板内表面发生的相变进行换热，换热后，相变工质成为汽液两相状态流动，当相变工质流经后方管路时，再冷凝成液体的相变工质。在通常情况下，管路对相变工质的冷却效果已满足要求。若冷却效果不够可再外加散热器或外部换热器。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主动式热管散热装置，其特征在于：它内置于电子设备的机箱中，它主要是由冷板和密封驱动泵通过管路连接而成的一真空的密闭循环回路，所述密封驱动泵具有密闭的外壳，所述管路通过该外壳上的进液口与出液口和密封驱动泵的叶轮转动腔相连通，在所述密闭循环回路中充装有相变工质，由密封驱动泵驱动液态的相变工质流经冷板，相变工质在冷板内表面上发生相变进行换热后成为汽液两相状态流过后方管路而冷凝成液态，再返回冷板，从而完成一个循环过程。
2.根据权利要求1所述的主动式热管散热装置，其特征在于：所述相变工质采用全氟己酮。
3.根据权利要求2所述的主动式热管散热装置，其特征在于：所述主动式热管散热装置还包括散热器，所述散热器连接在所述冷板后方的管路上，用于对吸热后的相变工质进行辅助换热。
4.根据权利要求2或3所述的主动式热管散热装置，其特征在于：所述冷板为一具有中空腔的板体，该板体的其中一板面为用于与芯片接触的受热面，所述进液口与出液口避开所述受热面设置，且所述出液口位于所述进液口的上方。
5.根据权利要求4所述的主动式热管散热装置，其特征在于：所述冷板主要由作为所述受热面的底板和为凹槽状的顶板组成，所述顶板扣合在底板上并与之连接为一体，所述底板的边缘由顶板的下边沿向外延伸成一为环形面的延伸边。
6.根据权利要求5所述的主动式热管散热装置，其特征在于：所述密闭循环回路的真空度为10-3～10-5Pa。
7.根据权利要求6所述的主动式热管散热装置，其特征在于：所述相变工质的充装量占所述密闭循环回路容积的50％～95％。
8.根据权利要求7所述的主动式热管散热装置，其特征在于：在所述冷板的底板的内表面上分布有可强化相变效果的凹坑。
9.根据权利要求1所述的主动式热管散热装置，其特征在于：所述相变工质采用环保无毒低温制冷剂。
10.根据权利要求9所述的主动式热管散热装置，其特征在于：所述环保无毒低温制冷剂是七氟丙烷、R134a或R410a。
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