CN109287100B - 一种液态金属散热装置以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子产品散热技术领域，公开了一种液态金属散热装置以及电子设备，该液态金属散热装置包括：管体和热泡泵；管体内设有第一通道；管体包括：依次连通的第一冷却段、导热段和第二冷却段；热泡泵包括：壳体和加热元件；壳体内设有第二通道；壳体包括：依次连通的进口段、加热段和出口段；壳体的进口段与第一冷却段连通，壳体的出口段与第二冷却段连通，以使第一通道和第二通道连通形成供液态金属混合工质循环流通的循环通道；加热元件设置在加热段内；液态金属混合工质包括：液态金属和低沸点工质。本发明提供的一种液态金属散热装置，能够对笔记本电脑或手机等内部空间狭小的电子设备内进行散热结构简单、占用空间小。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品散热技术领域，特别是涉及一种液态金属散热装置以及电子设备。
背景技术
随着电子设备性能的提升，电子设备内部的电子元器件发热问题也日趋严重。例如，笔记本电脑或手机随着硬件性能的提升，发热问题较严重，而随着用户的使用体验提升，电子设备的整机厚度越来越薄，内部空间较狭小，较难安装使用散热器进行散热，然而不能及时进行散热，电子设备(比如笔记本电脑、手机)的性能也会逐渐降低。因此，要使电子设备兼具高性能和便携轻薄性，解决电子元器件的发热问题尤为重要。
传统的电子设备，例如笔记本电脑的散热是通过热管将CPU、GPU等电子元器件发出的热量导出到散热肋片上，然后利用风扇对肋片进行鼓风强制对流换热。该种散热方式已不能满足当今电子设备性能提升以及轻薄性的需求。
而采用液态金属进行冷却散热是一种较全新高效的散热方式。液态金属兼有流体的流动性和金属的高导热性，散热效率高。然而，由于电子设备，尤其是笔记本电脑、手机，其内部空间极为有限，因此较难将液态金属散热器应用到电子设备领域。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是为了解决现有技术中内部空间狭小的电子设备内的电子元器件散热困难的技术问题，提供一种液态金属散热装置以及电子设备。
(二)技术方案
针对现有技术中存在的技术问题，第一方面，本发明提供一种液态金属散热装置，包括：管体和热泡泵；所述管体内设有供液态金属混合工质流通的第一通道；所述管体包括：依次连通的第一冷却段、导热段和第二冷却段；所述热泡泵包括：壳体和加热元件；所述壳体内设有第二通道；所述壳体包括：依次连通的进口段、加热段和出口段；所述壳体的进口段与所述第一冷却段连通，所述壳体的出口段与所述第二冷却段连通，以使所述第一通道和所述第二通道连通形成供液态金属混合工质循环流通的循环通道；所述加热元件设置在所述加热段内；所述液态金属混合工质包括：液态金属和低沸点工质。
进一步地，所述进口段的进口与所述第一冷却段的出口连通，所述进口段的出口与所述加热段的进口连通；所述出口段的进口与所述加热段的出口连通，所述出口段的出口与所述第二冷却段的进口连通；
其中，所述进口段的进口直径小于所述进口段的出口直径，所述出口段的进口直径小于所述出口段的出口直径；或者所述加热段的进口和所述加热段的出口处分别设有单向阀门。
进一步地，所述液态金属为常温下呈液态的金属，包括：镓、镓基合金、铋基合金中的一种或多种。
进一步地，所述低沸点工质为FC-87、FC-72、FC-84、FC-113、异戊烷、异丁烷、正丁烷中的一种或多种。
进一步地，所述导热段的管外壁上设有导热片，并通过所述导热片与待散热的电子元器件接触。
进一步地，所述导热片与待散热的电子元器件的接触面之间设有导热膏。
进一步地，所述导热段为蛇形管道或由多根分支管道并列构成的多级管道。
进一步地，所述第一冷却段和第二冷却段的管外壁上分别设有若干肋片。
第二方面，本发明提供了一种电子设备，该电子设备包括：设置在所述电子设备内的风扇、电子元器件以及上述所述的液态金属散热装置。
进一步地，所述导热段与所述电子元器件接触；所述第一冷却段和所述第二冷却段分别置于所述风扇的空气对流区域。
(三)有益效果
本发明提供的一种液态金属散热装置以及电子设备，通过管体导热段内的液态金属混合工质吸收电子设备内部电子元器件的热量，并通过热泡泵驱使液态金属混合工质在管体内进行循环流动，将热量送至第一冷却段和第二冷却段内进行降温散热，从而实现散热的目的；该液态金属散热装置结构简单、占用空间小，可应用于笔记本电脑或手机等内部空间狭小的电子设备内进行散热。
附图说明
图1为本发明液态金属散热装置一实施例的结构示意图；
图2为本发明热泡泵一实施例的结构示意图；
图3为本发明热泡泵一实施例的A-A剖面结构示意图；
图4为本发明导热段一实施例的结构示意图；
图5为本发明导热段另一实施例的结构示意图。
其中：
1：管体； 2：热泡泵； 3：导热片；
4：肋片； 11：导热段； 12：第一冷却段；
12a：第一冷却段的出 13：第二冷却段； 13a:第二冷却段的进口；口；
21：壳体； 22：加热元件； 23：脉冲电源；
211：进口段； 211a：进口段的进口；
211b：进口段的出口； 212：加热段； 212a：加热段的进口；
212b：加热段的出口； 213：出口段； 213a：出口段的进口。
213b：出口段的出口；
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1给出了本发明液态金属散热装置一实施例的结构示意图，图2给出了本发明热泡泵一实施例的结构示意图。本发明提供的一种液态金属散热装置，可以用在任一需要对电子元器件进行散热的电子设备内，尤其是可以应用在内部空间较狭窄的便捷轻薄的电子设备内。具体地，该电子设备可以为台式电脑、笔记本电脑或手机等,电子元器件相应可以为电子设备内部的CPU、GPU等。
如图1和图2所示，该液态金属散热装置包括：管体1和热泡泵2；管体1内设有供液态金属混合工质流通的第一通道；管体1包括：依次连通的第一冷却段12、导热段11和第二冷却段13；热泡泵2包括：壳体21和加热元件22；壳体21内设有第二通道；壳体21包括：依次连通的进口段211、加热段212和出口段213；壳体21的进口段211与第一冷却段12连通，壳体21的出口段213与第二冷却段13连通，以使第一通道和第二通道连通形成供液态金属混合工质循环流通的循环通道；加热元件22设置在加热段212内；液态金属混合工质包括：液态金属和低沸点工质。
具体地，管体1的第一冷却段12、导热段11和第二冷却段13可由铜管加工焊接构成U型管结构，管体1内的第一通道用于供液态金属混合工质流动。
导热段11主要用于将电子元器件的热量传递给第一通道内的液态金属混合工质，在安装使用时，将导热段11贴在待散热的电子元器件的底部，以传导吸收电子元器件的热量。导热段11可采用蛇形管道(如图4所示)或由多根支管并列连通构成的多级管道(如图5所示)，以增大散热面积。
第一冷却段12和第二冷却段13分别位于导热段11的两侧，导热段11内的高温液态金属混合工质流经第一冷却段12和第二冷却段13。第一冷却段12和第二冷却段13可通过冷却工质对内部的液态金属混合工质进行降温散热，针对内部设有风扇的电子设备，比如计算机设备等，可以将第一冷却段12和第二冷却段13安装在计算机设备内部的电扇的空气对流区域，通过空气强制对流对内部的液态金属混合工质进行降温散热。
其中，液态金属混合工质是由液态金属和低沸点工质组合成的混合工质，也可在该混合工质内添加其他可导热、散热的工质，液态金属是指在呈现常温的液态的金属及合金，包括但不限于镓、镓基合金、铋基合金的一种或者多种。低沸点工质为FC-87(沸点30℃)、FC-72(沸点56℃)、FC-84(沸点83℃)、FC-113(沸点48℃)、异戊烷、异丁烷、正丁烷等，在常温下呈液态，加热后迅速变为气态。
热泡泵2包括壳体21，壳体21内设有第二通道，壳体21由进口段211、加热段212和出口段213三部分焊接构成一整体结构。
进口段的进口211a与管体1的第一冷却段的出口12a焊接连接，出口段的出口213b与管体1的第二冷却段的进口13a焊接连接，从而使热泡泵2和管体1连接形成供液态金属混合工质流通的循环通道。热泡泵2的加热段212内设有加热元件22，用以加热液态金属混合工质，并驱动该液态金属混合工质在循环通道内循环流通。该热泡泵2的驱动原理如下：加热元件22加热液态金属混合工质，其中的低沸点工质受热快速气化，形成一个一个气泡，在气泡的压力作用下，液态金属向两侧流动，从而实现管体1内的液态金属混合工质的循环流动。
此外，加热元件22可采用加热片，贴在加热段212内侧底部或顶部，减少占用空间，使液态金属混合工质流动畅通。热泡泵2外可设置脉冲电源23，脉冲电源23通过导线或其他导电件与加热片电连接，给加热片通以脉冲电流，可对加热段212内的液态金属混合工质进行间歇性加热。
需要说明的是，管体1和热泡泵2的尺寸大小可随电子设备内部空间大小进行调整。
本发明实施例提供的一种液态金属散热装置，通过管体1导热段11内的液态金属混合工质吸收电子设备内部电子元器件的热量，并通过热泡泵2驱使液态金属混合工质在管体1内进行循环流动，将热量送至第一冷却段12和第二冷却段13内进行降温散热，从而实现散热的目的；该液态金属散热装置结构简单、占用空间小，可应用于笔记本电脑或手机等内部空间狭小的电子设备内进行散热。
图3给出了本发明热泡泵一实施例的A-A剖面结构示意图。基于上述实施例，本实施例中，如图3所示，进口段的进口211a与第一冷却段的出口12a连通，进口段的出口211b与加热段的进口212a连通；出口段的进口213a与加热段的出口212b连通，出口段的出口213b与第二冷却段的进口13a连通；其中，进口段的进口211a直径小于进口段的出口211b直径，出口段的进口213a直径小于出口段的出口213b直径；或者加热段的进口212a和加热段的出口212b处分别设有单向阀门。
具体地，进口段的进口211a直径小于进口段的出口211b直径，出口段的进口213a直径小于出口段的出口213b直径，进口段211和出口段213内部的通道形成截面渐放的结构；加热段212可设计为圆柱形结构，其进口直径与进口段的出口211b直径相等，出口直径与出口段的进口213a直径相等，即加热段的进口212a与进口段的出口211b衔接，出口与出口段的进口213a衔接。
进口段211和出口段213内的通道采用截面溅放的结构设计，壳体21的进口端和出口端的水力损失系数会有所不同，经过管体1的第一冷却段12冷却的液态金属混合工质进入热泡泵2的进口段211时，进口段的进口211a流速大于出口流速，在进入加热段212后，加热段的出口212b流速大于进口流速，因此，液态金属混合工质在热泡泵2的壳体21内由进口段211向出口段213形成单向流动，从而实现液态金属混合工质在热泡泵2的驱动下在循环通道内单向循环流动，可提高热量传导效率，从而提高散热效率。另外，可通过在加热段的进口212a和出口212b处设置单向阀门，从而实现液态金属混合工质的单向循环流动。
在上述各实施例的基础上，本实施中，如图1所示，导热段11的管外壁上设有导热片3，并通过导热片3与待散热的电子元器件接触。
具体地，导热片3焊接在管体1的导热段11的管外壁的底部、顶部或侧边，用于将待散热的电子元器件的热量传导至管体1内，提高导热效率。进行安装时，将导热片3与待散热的电子元器件的底部接触，可在导热片3与电子元器件的接触界面之间涂一层导热膏以填充间隙。其中，导热片3可采用铜片、铝片、锌片等。
在上述各实施例的基础上，本实施中，如图1所示，第一冷却段12和第二冷却段13的管外壁上分别设有若干肋片4。
具体地，肋片4可以增大传热面积、降低对流换热的热阻、增强管体1的传热能力。第一冷却段12和第二冷却段13的管外壁上的肋片4可设置在面对风扇的一侧，液态金属混合工质在循环过程中，将热量从电子设备内部的电子元器件搬运至肋片4处，风扇鼓风吹过肋片4实现降温冷却。而针对手机的散热，肋片4可直接贴在手机外壳的内侧，通过外壳实现热量与周围空气的交换。
本发明实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括：风扇、电子元器件以及上述各实施例所述的液态金属散热装置，风扇、电子元器件和液态金属散热装置均位于该电子设备内。具体地，液态金属散热装置的导热段11与电子元器件接触，第一冷却段12和第二冷却段13分别置于风扇的空气对流区域，具体的安装方式可参考上述实施例的内容，此处不再赘述。实际实施过程中，电子设备内包含的液态金属散热装置的数量可根据需求设置，本发明实施例对此不作具体限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (10)
1.一种液态金属散热装置，用于对电子设备的电子元器件进行散热，其特征在于，所述液态金属散热装置包括：管体和热泡泵；
所述管体内设有供液态金属混合工质流通的第一通道；
所述管体包括：依次连通的第一冷却段、导热段和第二冷却段；
所述热泡泵包括：壳体和加热元件；所述壳体内设有第二通道；
所述壳体包括：依次连通的进口段、加热段和出口段；
所述壳体的进口段与所述第一冷却段连通，所述壳体的出口段与所述第二冷却段连通，以使所述第一通道和所述第二通道连通形成供所述液态金属混合工质循环流通的循环通道；
所述加热元件设置在所述加热段内；
所述液态金属混合工质包括：液态金属和低沸点工质；
所述进口段的进口与所述第一冷却段的出口连通，所述进口段的出口与所述加热段的进口连通；所述出口段的进口与所述加热段的出口连通，所述出口段的出口与所述第二冷却段的进口连通；其中，所述进口段的进口直径小于所述进口段的出口直径，所述出口段的进口直径小于所述出口段的出口直径；
所述进口段和所述出口段内部的通道形成截面渐放的结构。
2.根据权利要求1所述的液态金属散热装置，其特征在于，
所述加热段的进口和所述加热段的出口处分别设有单向阀门。
3.根据权利要求1所述的液态金属散热装置，其特征在于，所述液态金属为常温下呈液态的金属，包括：镓、镓基合金、铋基合金中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的液态金属散热装置，其特征在于，所述低沸点工质为FC-87、FC-72、FC-84、FC-113、异戊烷、异丁烷、正丁烷中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的液态金属散热装置，其特征在于，所述导热段的管外壁上设有导热片，并通过所述导热片与待散热的电子元器件接触。
6.根据权利要求5所述的液态金属散热装置，其特征在于，所述导热片与待散热的电子元器件的接触面之间设有导热膏。
7.根据权利要求5所述的液态金属散热装置，其特征在于，所述导热段为蛇形管道或由多根分支管道并列构成的多级管道。
8.根据权利要求5所述的液态金属散热装置，其特征在于，所述第一冷却段和第二冷却段的管外壁上分别设有若干肋片。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：设置在所述电子设备内的风扇、电子元器件以及权利要求1-8任一项所述的液态金属散热装置。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述导热段与所述电子元器件接触；所述第一冷却段和所述第二冷却段分别置于所述风扇的空气对流区域。
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