CN108770281A - 一种高热流密度电子器件散热装置及使用方法 - Google Patents

一种高热流密度电子器件散热装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高热流密度电子器件散热装置，包括底板和设在所述底板上的顶板，所述底板下端面设有热源嵌入腔，上端面设有微结构表面，所述顶板与所述底板之间形成封闭性蒸发腔体，所述顶板上设有若干根热管，所述热管的顶端封闭，其内部腔体与所述蒸发腔体连通，共同构成蒸发冷凝腔体，所述顶板上还安装有筒形冷却缸套，所述冷却缸套内壁与所述热管外壁以及所述顶板上表面形成冷却水腔体，所述冷却缸套上设有冷却水进口和冷却水出口，所述热管外壁与所述冷却缸套之间设有若干用于改变冷却水流向的折流板。本发明的散热装置结构简单，制造成本低，且尺寸大小可根据电子器件形状尺寸相应的同比例放大或缩小，具有良好的普适性。

Description

一种高热流密度电子器件散热装置及使用方法
技术领域
本发明涉及一种高热流密度电子器件散热装置及使用方法，涉及相变传热及换热技术，属于散热器领域。
背景技术
目前电子设备正向高密度组装所形成的高度集成系统演变，而热流密度也随之增大，并成为系统稳定运行的绊脚石。据统计电子产品故障发生原因中55％是散热不良。传统散热器采用单相流体散热只适用于10W/cm2的电子器件，传统单相流体散热器已经不能满足高热流密度电子器件的散热要求。
所以研发一种高热流密度电子器件散热装置已经迫在眉睫。采用两相流体相变换热技术的散热装置对各种电子器件或装置具有很强的适应性，最高散热功率已达到200W/cm2，可以完全满足高热流密度下的电子器件散热要求。
专利号为201720099949.0，名称为“一种热管散热器”的实用新型专利，公开了一种热管散热器，该热管散热器利用工质相变换热带走热源热量，通过在蒸发腔的内壁上烧结茸状翅纤维来解决工质回流慢的问题，并通过风冷冷却热管温度。然而该热管散热器蒸发腔的顶部和底部之间设有支撑柱或支撑筋板的支撑结构，热源的热量通过底板会在支撑结构处形成多个局部高温区，尽管支撑结构表面上铺设有茸状翅纤维结构，但还是会导致热量无法有效均匀的传递给工质，大大的降低了该散热器的散热效率，不能满足高热流密度下的装置散热要求。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种高热流密度电子器件散热装置及使用方法。本发明可有效的散发高热流密度电子器件的热量。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种高热流密度电子器件散热装置，包括底板和设在所述底板上的顶板，所述底板下端面设有热源嵌入腔，上端面设有微结构表面，所述顶板与所述底板之间形成封闭性蒸发腔体，所述顶板上设有若干根热管，所述热管的顶端封闭，其内部腔体与所述蒸发腔体连通，共同构成蒸发冷凝腔体，所述顶板上还安装有筒形冷却缸套，所述冷却缸套内壁与所述热管外壁以及所述顶板上表面形成冷却水腔体，所述冷却缸套上设有冷却水进口和冷却水出口，所述热管外壁与所述冷却缸套之间设有若干用于改变冷却水流向的折流板。
进一步，所述热源嵌入腔的表面还涂有硅脂，所述热源嵌入腔形状取决与电子器件形状，通过将热源嵌入底板中使得底板下端吸热面与热源接触部分的表面平整，通过涂抹硅脂使热量均匀的传递到所述底板上。
进一步，所述底板和所述顶板之间通过法兰连接，并设有密封垫，但连接方式也不局限与法兰连接，还可以是螺纹连接或者焊接等的形式。
进一步，所述微结构表面为若干规则或不规则排列的长方体，当然亦可是圆柱体、棱柱体和球体等几何体，还可以是光滑平板或微槽道，起到加快热交换的目的。
进一步，所述热管为圆柱形，内壁上设有截面形状呈倒三角形的沟槽，其表面经过疏水性处理。所述热管的形状也可以为其他形状，其内壁也可以是光滑内壁，所述内壁沟槽截面形状也可以是方形、长方形、半圆梯形或其他几何形状。疏水性处理便于相变介质凝结后流回底板。
进一步，所述微结构表面的表面经过亲水性处理。
进一步，所述折流板上对应设有若干与所述热管截面形状相同的孔，以便套装在所述热管上。
进一步，所述热管的外壁上还设有散热翅片，以加快换热，此外所述热管外部换热也可以不采用冷却缸套的水冷方式而采用风冷方式。
进一步，所述底板、所述顶板和所述冷却缸套的外形均为圆柱形。当然所述底板、所述顶板和所述冷却缸套的外形也可以为其他形状如方形、矩形等。
为达到上述目的，本发明提供的另一技术方案为：
本发明的一种高热流密度电子器件散热装置的使用方法，具体步骤如下：
第一步：将所述蒸发冷凝腔体抽真空然后加入相变介质，如去离子水、R22、乙醇等；
第二步：将所述冷却缸套的所述冷却水进口和所述冷却水出口之间接上循环冷却水；
第三步：将需要散热的电气器件嵌入所述热源嵌入腔中，此时电气器件产生的热量经所述底板传导在所述蒸发冷凝腔体内与相变介质换热，吸收热量的相变介质由液相变为气相，继而进入所述热管内并通过管壁与所述冷却水腔体内的冷却水进行换热，放出热量的相变介质由气相变为液相，在重力作用下流回所述底板上，而热量被循环冷却水带走，这样不断循环起到对电气器件的散热效果。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点和有益效果：
本发明提供的高热流密度电子器件散热装置由于结构简单，制造成本低，且尺寸大小可根据电子器件形状尺寸相应的同比例放大或缩小，具有良好的普适性；将热源嵌入底板中使得底板吸热面上与热源接触表面平整，再通过涂抹硅脂，最大化了热源和散热装置的接触面积，从而最大程度的提高了散热装置的散热效率；由于对底板上端面进行微结构处理有效的增大了底板上表面与相变介质的接触面积，从而加快了相变介质的蒸发速度，迅速的带走热源的热量；由于对热管内壁进行沟槽处理有效的加快了相变介质的回流速度，从而提高相变介质的循环速率，间接增强了散热装置的散热能力；通过相变介质在蒸发冷凝腔体内的相变循环过程，冷却水腔体内流动的冷却水带走相变介质冷凝时放出的热量，在总体上降低了散热装置的热阻，提高了散热装置的散热效率。
附图说明
图1是本发明实施例的半剖示意图；
图2为本发明实施例中底板的半剖示意图；
图3为本发明实施例中顶板的半剖示意图；
图4为本发明实施例中折流板示图；
图中：1为底板、2为螺母、3为密封垫、4为螺栓、5为顶板、6为热管、7为折流板、8为冷却缸套、9为热源嵌入腔、10为底板连接法兰、11为顶板连接法兰、12为微结构表面、13为冷却水进口、14为沟槽、15为冷却水出口、16为蒸发腔体、17为冷却水腔体。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和方向术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
如图1、2、3和图4所示，为本发明的一种高热流密度电子器件散热装置，包括底板1和设在所述底板1上的顶板5，所述底板1下端面设有热源嵌入腔9，上端面设有微结构表面12，所述顶板5与所述底板1之间形成封闭性蒸发腔体16，所述顶板5上设有若干根热管6，所述热管6的顶端封闭，其内部腔体与所述蒸发腔体16连通，共同构成蒸发冷凝腔体，所述顶板5上还安装有筒形冷却缸套8，所述冷却缸套8内壁与所述热管6外壁以及所述顶板5上表面形成冷却水腔体17，所述冷却缸套8的上设有冷却水进口13和冷却水出口15，所述热管6外壁与所述冷却缸套8之间设有若干用于改变冷却水流向的折流板7。
其中，所述热源嵌入腔9的表面还涂有硅脂。
所述底板1和所述顶板5之间通过法兰连接，并设有密封垫3，底板连接法兰10和顶板连接法兰11之间通过若干对螺栓4和螺母2固定连接。
所述微结构表面12为若干规则或不规则排列的长方体。
所述热管6为圆柱形，其内壁上设有截面形状呈倒三角形的沟槽14，其表面经过疏水性处理。
所述微结构表面12的表面经过亲水性处理。
所述折流板7上对应设有若干与所述热管6截面形状相同的孔，以便套装在所述热管6上。
所述底板1、所述顶板5和所述冷却缸套8的外形均为圆柱形。
本发明的一种高热流密度电子器件散热装置的使用方法，具体步骤如下：
第一步：将所述冷凝蒸发抽真空然后加入相变介质；
第二步：将所述冷却缸套8的所述冷却水进口18和所述冷却水出口19之间接上循环冷却水；
第三步：将需要散热的电气器件嵌入所述热源嵌入腔9中，此时电气器件产生的热量经所述底板1传导在所述蒸发冷凝腔体内与相变介质换热，吸收热量的相变介质由液相变为气相，继而进入所述热管6内并通过管壁与所述冷却水腔体17内的冷却水进行换热，放出热量的相变介质由气相变为液相，在重力作用下流回所述底板1上，而热量被循环冷却水带走，这样不断循环起到对电气器件的散热效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高热流密度电子器件散热装置，包括底板(1)和设在所述底板(1)上的顶板(5)，其特征在于：所述底板(1)下端面设有热源嵌入腔(9)，上端面设有微结构表面(12)，所述顶板(5)与所述底板(1)之间形成封闭性蒸发腔体(16)，所述顶板(5)上设有若干根热管(6)，所述热管(6)的顶端封闭，其内部腔体与所述蒸发腔体(16)连通，共同构成蒸发冷凝腔体，所述顶板(5)上还安装有筒形冷却缸套(8)，所述冷却缸套(8)内壁与所述热管(6)外壁以及所述顶板(5)上表面形成冷却水腔体(17)，所述冷却缸套(8)上设有冷却水进口(13)和冷却水出口(15)，所述热管(6)外壁与所述冷却缸套(8)之间设有若干用于改变冷却水流向的折流板(7)。
2.根据权利要求1所述的一种高热流密度电子器件散热装置，其特征在于：所述热源嵌入腔(9)的表面还涂有硅脂。
3.根据权利要求1所述的一种高热流密度电子器件散热装置，其特征在于：所述底板(1)和所述顶板(5)之间通过法兰连接，并设有密封垫(3)。
4.根据权利要求1所述的一种高热流密度电子器件散热装置，其特征在于：所述微结构表面(12)为若干规则或不规则排列的长方体。
5.根据权利要求1所述的一种高热流密度电子器件散热装置，其特征在于：所述热管(6)为圆柱形，内壁上设有截面形状呈倒三角形的沟槽(14)，其表面经过疏水性处理。
6.根据权利要求1所述的一种高热流密度电子器件散热装置，其特征在于：所述微结构表面(12)的表面经过亲水性处理。
7.根据权利要求1所述的一种高热流密度电子器件散热装置，其特征在于：所述折流板(7)上对应设有若干与所述热管(6)截面形状相同的孔，以便套装在所述热管(6)上。
8.根据权利要求1所述的一种高热流密度电子器件散热装置，其特征在于：所述热管(6)的外壁上还设有散热翅片。
9.根据权利要求1所述的一种高热流密度电子器件散热装置，其特征在于：所述底板(1)，所述顶板(5)和所述冷却缸套(8)的外形均为圆柱形。
10.一种根据权利要求1至9任意一项所述的一种高热流密度电子器件散热装置的使用方法，其特征在于具体步骤如下：
第一步：将所述蒸发冷凝腔体抽真空然后加入相变介质；
第二步：将所述冷却缸套(8)的所述冷却水进口(18)和所述冷却水出口(19)之间接上循环冷却水；
第三步：将需要散热的电气器件嵌入所述热源嵌入腔(9)中，此时电气器件产生的热量经所述底板(1)传导在所述蒸发冷凝腔体内与相变介质换热，吸收热量的相变介质由液相变为气相，继而进入所述热管(6)内并通过管壁与所述冷却水腔体(17)内的冷却水进行换热，放出热量的相变介质由气相变为液相，在重力作用下流回所述底板(1)上，而热量被循环冷却水带走，这样不断循环起到对电气器件的散热效果。
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Assignee: Center for technology transfer Jiangsu University of Science and Technology

Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980006173

Denomination of invention: The invention relates to a heat dissipation device for high heat flux electronic devices and an application method thereof

Granted publication date: 20191029

License type: Common License

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Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980006173

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