CN108738281B - 一种增强散热装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种增强散热装置及散热方法，散热装置，包括：热电制冷片，与产生热量的热媒连接，用于吸收热媒所产生的热量；并将吸收到的热量进行散发；液体储存腔，与热电制冷片连接，吸收热电制冷片所吸收的热量；散热片结构，通过管路与液体储存腔相连，用于与液体储存腔内的液体进行热量交换，并将热量进行散发。该散热装置通过多重散热达到了更加高效的散热效果。

Description

一种增强散热装置及控制方法

技术领域

本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种增强散热装置及控制方法。该散热装置主要应用于具有高发热量的微电子产品上。

背景技术

随着以集成电路及芯片为主的微电子机械系统在信息、工业、汽车、消费电子等领域的应用越来越广泛，高功率、微型化、组件高密度集中化的趋势也在迅速普及，电子器件特征尺寸不断减小、频率不断提高和电子设备集成度的提高，必然导致电力电子器件及装置体积功率密度或面积功率密度越来越大，因此，散热效果已成为决定其产品的稳定性及可靠度的重要因素。国际半导体技术蓝图ITRS(International Technology RoadmapforSemiconductors)指出根据摩尔定律半导体器件的热通量越来越大，最大功率消耗会超过300W和最大热通量会超过150W/cm2。但热力学方面限制了其发展，因为半导体器件要求换热推迟时间要小于rkT(对于固体r＝4，k为玻耳兹曼常数，T为当时的热力学温度)，否则会改变电子器件工作状态。因此需要设计一种散热装置来主动将其产热及时散发出去，如各种各样的集成电路板、LED灯等，而这种封装器件散热面积和容积空间都很小，传统的自然对流或强迫通风散热已无法满足它们的散热要求。

为避免热量累积导致温度过高而损坏电子元器件，目前具有较强的散热能力的三种散热方式为：

①热电制冷器(Thermoelectric Cooler)，是利用珀尔帖效应(Peltier effect)所制成的一种半导体制冷器。通过在热电制冷器的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端。此时，制冷器的一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。将冷端贴合在发热器件表面即可达到冷却的目的。然而这种方式中散热端的热量依然靠散热器自然对流冷却散发到周围环境当中，这种带走热量方式的方式非常有限，这就限制了热电制冷器的散热能力。

②强制风冷散热的方法可以迫使电子元件周围的空气流动，让气流把电子元件所散发的热量带走。这种方法的电子元件特别适宜应用在空气流动或者有空间可以容纳局部散热器的情况，为了达到强制散热或冷却降温的目的。然而这种方式中，风冷散热的风扇高速运转会对工作环境产生噪音干扰和电磁干扰。另外，某些产品的外形尺寸也限制了风冷散热器的最强散热能力。

③液体冷却的方法：针对于芯片和芯片组的散热，我们经常使用液体冷却的方法。采用间接液体冷却的方法时，液态冷却剂不会与电子元件的表面进行直接接触，电子元件所产生的热量经过液体冷板或液体冷板的相应辅助设备从电子元件传递给液态冷却剂。此外，也可以采用直接液态冷却的方法，让冷却剂直接与电子元件进行接触，热量直接被冷却剂带走，即可达到降温散热的目的。对于热耗体积和密度都很高或者高温环境下的电子元件，散热方法一般都选择这种直接的液体冷却法。在技术水平的发展，低冷浸入法和振动遇到雾化冷却法诞生，这两种方法的散热性能更加理想。

在工业技术水平的发展下，人们对于电子元件的散热性能也提出了更为严格的要求，电子元件散热方式多种多样，需要综合考虑各类因素进行选取。通常电子元件的散热是通过周围的环境或散热器来实现的，这样的散热效果仍然不能满足散热的时间上的需要，这就要求开发新的具有强劲散热能力的产品。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种增强散热装置及散热方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种增强散热装置，包括：

热电制冷片，与产生热量的热媒连接，用于吸收热媒所产生的热量；并将吸收到的热量进行散发；

液体储存腔，与热电制冷片连接，吸收热电制冷片所吸收的热量；

散热片结构，通过管路与液体储存腔相连，用于与液体储存腔内的液体进行热量交换，并将热量进行散发。

优选的，热媒底部设有散热风扇。

优选的，热媒底部设有散热导流装置，散热风扇位于散热导流装置内。

优选的，所述散热片结构环绕热媒设置，且设有用于导入外部气流的缺口。

优选的，热电制冷片位于热媒上，液体储存腔位于热电制冷片上，热媒、热电制冷片、液体储存腔位于散热片结构的环绕区域内。

优选的，热电制冷片以若干个为一组，且一组热电制冷片对应一个液体储存腔。

优选的，还包括机壳，散热片结构与机壳相配并设置与机壳内，机壳上设有第一散热孔。

优选的，所述热媒为PCB板。

优选的，还包括顶盖，顶盖上设有第二散热孔。

一种增强散热装置的控制方法，包括以下步骤：

控制热电制冷片从热媒吸热：

控制热量由热电制冷片散热，和/或热量由热电制冷片将热量传递至液体储存腔；

控制液体储存腔内液体在液体储存腔与散热片结构之间进行流动，从而达到热量交换；

散热片结构之将热量进行散发；

启动散热风扇，并通过控制散热风扇转速进行散热控制。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

(1)采用多重方式进行散热，及结合液体冷却、热电制冷和风扇散热相结合；改善了目前采用单一散热方式时散热效率不能满足实际需要的现状；

(2)散热效果良好，并且可以采用多种散热模式进行散热，以应对不同的实际需要；

(3)结构紧凑，能够更加有利于用于微电子产品的散热，以解决微电子产品目前存在的散热效果不好的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的爆炸图；

图3是本发明的另一种结构示意图；

图4是本发明的内部结构的截面图；

图5是本发明的热电制冷片与液体储存腔的内部结构示意图；

图6是本发明的点制冷片与液体储存腔的连接示意图。

图中：1热电制冷片，2液体储存腔，3散热片结构，4散热风扇，5散热导流装置，6热媒，7机壳，8第一散热孔，9顶盖，10隔板，11第二散热孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

以下实施例具体参照图1-图6。

实施例1：

一种增强散热装置，如图1和图2所示，包括：

热电制冷片1，与产生热量的热媒6连接(接触连接，下同)，用于吸收热媒6所产生的热量；并将吸收到的热量进行散发；热媒6是产生热量的热源，是放热部件，如PCB板、CPU等电子元件。

液体储存腔2，与热电制冷片1连接(接触连接，下同)，吸收热电制冷片1所吸收的热量；

散热片结构3，通过管路与液体储存腔2相连，用于与液体储存腔2内的液体进行热量交换，并将热量进行散发。

热电制冷的机理完全不同于蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷。它是以温差电现象为基础的制冷方法。用两种不同的金属丝相互连接在一起，形成一个闭合电路，把两个连接点分别放在温度不同的两处，就会在两个连接点之间产生一个电势差——接触电动势。同时闭合电路中就有电流通过。反过来，将两种不同的金属线相互连接形成的闭合线路已通直流电，会产生两个不同温度的连接点。只要通以直流电，就会使其中一个连接点变热，另一个连接点变冷。这就是帕尔帖效应，亦称温差电现象。生产冷端就是我们需要的制冷。

在本发明的方案中，采用了多种方式结合的多重散热模式。

首先，设置了热电制冷片1热电制冷片1是与热媒6直接接触的，通过热电制冷片1将热媒6的热量直接吸收，从而降低热媒6的温度；

因此，热电制冷片1的目的就是吸收热媒6所产生的热量；并将吸收到的热量进行散发。

由于本申请主要针对的是微电子产品，因此这里的热媒是如PCB板之类的部件；由于微电子产品中，PCB板部件的发热量较高，为了避免温度过高影响微电子产品的使用性能，就需要及时地将热量进行散发，而目前的散热效果并不明显，因此，本发明首先采用的是热电方式的热电制冷片1，通过热电制冷片1作为第一道散热工序，对微电子产品类的发热源进行散热。

第二，在热电制冷片1的基础上，设置了液体储存腔2，由于热电制冷片1在吸收热量后，需要将吸收的热量进行散发，而热电制冷片本身的散热面积有限，如果不能及时地将热量散发出去，就会影响热电制冷片1对热媒的吸收效果，进而影响散热效果，因此，需要将热电制冷片1的热量及时地散发出去。在本发明中，发明人想到在热电制冷片1上采用液体进行散热。具体的结构为：在热电制冷片1上设置液体储存腔2，并将液体储存腔2充分与热电制冷片1接触，这样接触面积越大，热电制冷片1上的热量就可以更加快速地向液体储存腔2上传递，液体储存腔2内存放着液体，以比热容越大越好的原则，优选是水。液体储存腔2内的液体将热电制冷片1上的热量吸收后，进行储存。同时，液体储存腔2还设置了管路与散热片结构3连接，这样液体储存腔2内的液体就可以通过管路与散热片结构3连通，散热片3结构是具有更大的散热面积的，因此，液体在经过管路进入到散热片结构3后，热量就可以通过散热片结构3快速地散发出去。液体在散热片结构3和液体储存腔2之间形成了对流，在对流的作用下，热量逐步地从液体储存腔1转移到散热片结构3，然后进行散发，从而加快了热媒6上热量的散发。也就是说加快了微电子产品类发热部件的热量散发。从而保证了微电子产品的性能避免受到温度过高产生不利影响。

第三，在设置了热电制冷片1直接对热媒6进行散热、并且设置液体储存器2直接对热电制冷片1散热和对热媒6的间接散热，以及设置了散热片结构3对液体储存腔2内的液体进行直接散热后，发明人还对该散热结构进行了强化。具体如下：在热媒6下方，还设置了散风扇4，通过散热风扇4从热媒6的底部进行以风力散热。由于热电制冷片1是设置在热媒上部的，或者说热电制冷片通常是设置在热媒6的一面的，而热媒6的另一面通常是用来固定或者与安装母体进行接触，因此这一面，并没有散热机制存在，而发明人恰恰是在这一面设置了散热风扇4。在热媒下方设置一个中空区域，在该中空区域内设置一个散热风扇4，通过散热风扇4的作用，对热媒6的底部进行散热，从而进一步加快热媒6所产生热量的散发。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进行的改进。如图1和图2所示，具体的如下：

具体是对散热片结构3的改进，散热片结构3是呈凹形设计，或为U形设计。这样的结构可以使得散热片设置后形成三面封闭，形成一个半封闭的空间或区域，同时散热片的一个方向设置成为缺口，该缺口可以用于将外部的空气或气流进入到形成的半封闭的区域内。

显然的，热媒6、热电制冷片1和液体储存腔2都设置在该半封闭区域内。

散热片结构3中空，并且与液体储存腔2连接，散热片结构3的中空结构可以便于液体储存腔2内的液体在散热片结构3内部进行流动，从而使得液体能够借助散热片结构3的大面积结构进行热量散发。

散热片结构3设置成半封闭的区域的结构设计，是为了将该散热片结构3进行常规的封装，以适合为电子产品的组装需要。

实施例3：

本实施例是在上述实施例基础上进行的改进，如图1所示，具体如下：

在热媒6上设置了若干热电制冷片1，热电制冷片1分成若干组，每一组热电制冷片1进行单独的封装，然后在每一组热电制冷片1上采用独立的液体储存腔2进行对接，如图5和图6所示，将液体储存腔2与封装后的热电制冷片1进行紧密连接，便于将热电制冷片1上的热量快速地传递至液体储存腔2上。储存热量的液体在对流的作用下，将热量转移至散热片进行进一步的散热。

实施例4：

本实施例是在上述实施例基础上进行的改进，具体如下：

在热媒6的底部设置一个散热导流装置5，如图4所示，该散热导流装置5不仅形状与所处的空间相配，并且散热导流装置5具有喇叭状的开口(出风口)，该开口朝向散热片结构3，开口方向为水平或者斜向上。这样的设计还需要将散热导流装置5设置在热媒6下方靠近散热片结构3的一侧，这样的结果就是热媒6的下方除去散热导流装置5之外的部分，都成为了架空区域，而散热风扇4设置在散热导流装置5内，且在散热风扇4处设置有进入至散热导流装置5内的进风口，在散热风扇4的作用下，架空区域的气流穿过热媒6的底部，由进风口进入到散热导流装置5内，然后，再在散热导流装置5导向下，又出风口吹向散热片结构3处。这样，气流不仅将热媒6底部的热量进行转移，同时也利用气流的作用加快散热片结构3处的空气流动，加快散热。

实施例5：

本实施例是在上述实施例基础上进行的改进，具体如下：

该散热装置还包括机壳7，如图1所示，机壳7是将上述所有的部件包括热媒6、设置于热媒6上的热电制冷片1、液体储存腔2、散热片结构3都置于其内，达到对所有部件的整体封装。散热片结构3与机壳7相配，同时机壳7上设置了第一散热孔8，第二散热孔11便于散热片结构3附近的空气对流以加快热量散发。

实施例6：

本实施例是在实施例5的基础上进行的改进，具体如下：

该散热装置还包括一个顶盖9，如图3所示，顶盖9与机壳8设置，并且顶盖9上也设置了第二散热孔11。顶盖9用于与机壳7配合，将上述的所有部件封闭在一个闭合空间内，为了避免封闭空间密闭导致热量散发困难，所以在顶盖9上设置多孔结构。

实施例7：

本实施例是在上述实施例基础上进行的改进，具体如下：

在散热片结构3内侧设置有隔板10，如图1、2、3所示，隔板10与散热片结构3的形状相配合，也就是说隔板10沿着散热片结构3设置，从而将散热片结构3与其他部件进行隔离，其他部件为热媒6、热电制冷片1、液体储存腔2，以及散热风扇4、散热导流装置5。

通过隔板10将散热片结构3与其他主要部件分开后，可以避免散热片上的空气冷凝液污染电路。

实施例8：

一种增强散热装置的散热方法，包括以下步骤：

控制热电制冷片1从热媒6吸热：控制热量由热电制冷片1散热，

如果热量不能及时散发，就启动液体储存腔2将其内部储存的液体在散热片结构3和液体储存腔2内进行对流，从而增加散热方式，加快散热；也就是控制液体储存腔2内液体在液体储存腔2与散热片结构3之间进行流动，从而达到热量交换；

散热片结构3将交换来的热量进行散发；

在上述任一环节出现散热效率不够时，启动散热风扇4，并通过控制散热风扇4转速进行散热控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种增强散热装置，其特征在于，包括：热电制冷片(1)，与产生热量的热媒(6)接触，用于吸收热媒(6)所产生的热量；液体储存腔(2)，与热电制冷片(1)接触，吸收热电制冷片(1)所吸收的热量；散热片结构(3)，通过管路与液体储存腔(2)相连，用于与液体储存腔(2)内的液体进行热量交换；热媒(6)底部设有散热风扇(4)；热媒(6)底部设有散热导流装置(5)，散热风扇(4)位于散热导流装置(5)内；

所述散热片结构(3)环绕热媒(6)设置，且设有用于导入外部气流的缺口。

2.根据权利要求1所述的一种增强散热装置，其特征在于，热媒(6)、热电制冷片(1)、液体储存腔(2)位于散热片结构(3)的环绕区域内。

3.根据权利要求1-2任一项权利要求所述的一种增强散热装置，其特征在于，热电制冷片(1)以若干个为一组，且一组热电制冷片(1)对应一个所述的液体储存腔(2)。

4.根据权利要求1所述的一种增强散热装置，其特征在于，还包括机壳(7)，散热片结构(3)与机壳(7)相配并设置于机壳(7)内，机壳(7)上设有第一散热孔(8)。

5.根据权利要求4所述的一种增强散热装置，其特征在于，还包括顶盖(9)，顶盖(9)设有第二散热孔(11)。

6.根据权利要求5所述的一种增强散热装置，其特征在于，液体储存腔(2)的底部与热电制冷片(1)的顶部接触。

7.根据权利要求6所述的一种增强散热装置，其特征在于，所述第二散热孔(11)以阵列形式排布，且与热电制冷片(1)和液体储存腔(2)的位置对应。

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