CN110296628A - 热交换结构与具有热交换结构的传热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种热交换结构与具有热交换结构的传热系统，该传热系统位于热源和散热器之间，其中传热接触表面包括金属，当彼此相邻放置时，所述金属形成许多空隙。包含填充有陶瓷颗粒的聚合物的导热垫放置在这些传热表面之间，以紧密接触每个金属表面而不形成空隙，从而提高导热性。热源和散热器通过相对滑动连接。这种滑动可能会损坏导热垫。因此，提供热交换机构以用于在滑动完成时，控制导热垫的移动，使其与热源接触。

Description

热交换结构与具有热交换结构的传热系统
技术领域
本发明涉及保护位于热源和散热器之间的导热垫，其中热源和散热器通过相对滑动而连接。由于在这种连接期间可能损坏导热垫，因此采用热交换机械结构(hot swapmechanical structure)来防止当热源和散热器通过相对滑动连接时对导热垫的损坏。
背景技术
在用于开关和其他网络系统的传统设计中，将诸如收发器的热源和散热器连接以提供从热源到散热器的热传导。这是通过允许热源和散热器的金属表面彼此接触以传递热量来提供的。然而，已经发现这种类型的接触是不完美的，因为接触的金属表面通常不是完全平坦的。因而，金属表面的许多部分可能不会接触。因此，在热源和散热器的金属表面之间存在微小的间隙，并且这些间隙阻挡通过传导的热传递。这些微小间隙的存在降低热源和散热器之间的传热效率。同时，新技术增加热源的热输出，其高达先前热源热输出的四倍。因此，越来越需要通过热源和散热器之间的传导有效地传递热量。
在一些提出的设计中，在热源和散热器之间包括导热垫，以允许与热源和散热器的金属表面更紧密地接触。这种设计旨在避免微小间隙的存在并提高热传导效率。然而，这种设计的效率依赖于保持导热垫的完整性。在某些情况下，这可能很困难。例如，如果热源和散热器通过相对滑动连接，则在滑动期间存在损坏导热垫的可能性。
发明内容
为了解决损坏导热垫的可能性，本发明的目的是提供一种机构，以防止当热源和散热器通过相对滑动连接时对位于热源和散热器之间的导热垫所造成的损坏。
依据本发明的部分实施例，提供一种用于在热源和散热器之间传递热量的热交换结构，包含：金属件、杠杆与框架。杠杆被安装成可与金属件可操作地啮合。框架用于支撑杠杆和金属件。热源和散热器之间的相对滑动致动杠杆以促使导热垫与热源接触。
依据本发明的部分实施例，还包含位于杠杆的一端的轮子。
依据本发明的部分实施例，还包含保持架，以在相对滑动期间引导热源和散热器。
依据本发明的部分实施例，还包含保持架中的凹槽或空隙，其中杠杆设置在凹槽或空隙中。
依据本发明的部分实施例，其中导热垫包含填充有多个陶瓷颗粒的聚合物。
依据本发明的部分实施例，其中热交换结构还包含多个热源和多个散热器。
依据本发明的部分实施例，其中每个热交换结构的前缘被挖槽。
依据本发明的部分实施例，还包含在金属件上的前缘，并且杠杆的致动还使得前缘在框架上施加一力以使框架促使散热器紧密接触导热垫。
依据本发明的部分实施例，提供一种在热源和散热器之间的传热系统，包含：导热垫和热交换结构。导热垫，位于热源和散热器之间，其中热源和散热器通过相对滑动而连接。热交换结构用于促使导热垫与热源接触，同时促使散热器与导热垫接触。热交换结构包含框架，框架包含多个金属件，每个金属件的后缘与杠杆接触。
依据本发明的部分实施例，其中每个杠杆在其后缘处具有轮子。
依据本发明的部分实施例，还包含保持架以对准热源和散热器。
依据本发明的部分实施例，根据权利要求9所述的系统，其中该杠杆通过与相对移动的该热源接触而致动。
依据本发明的部分实施例，其中杠杆的致动迫使导热垫与热源接触。
依据本发明的部分实施例，其中杠杆的致动同时迫使散热器与导热垫接触。
依据本发明的部分实施例，其中热源是一收发器。
依据本发明的部分实施例，其中保持架界定空隙，杠杆设置在空隙中，直到通过与相对移动的热源接触而致动。
依据本发明的部分实施例，还包含保持架，其中保持架界定一凹槽，轮子设置在凹槽中，直到通过与相对移动的热源接触而致动。
依据本发明的部分实施例，其中导热垫包含填充有多个陶瓷颗粒的聚合物。
依据本发明的部分实施例，其中散热器和热源的每个传热表面包含金属。
附图说明
图1是现有技术的热源和散热器的示意性正视图，其中导热垫介于热源和散热器之间，以改善通过传导的热传递；
图2是在通过相对滑动之后连接的热源和散热器的示意性顶视图；
图3是图2的示意性侧视图，其绘示在相对滑动之后连接的热源和散热器；
图4是图2的热交换结构的示意性放大透视图；
图5是图4的热交换结构的示意性底视图；
图6是图4的热交换结构的放大图，其与散热器的热管接合以显示其细节；
图7是图3的放大示意图以显示细节；
图8是图7的进一步放大视图，其绘示在散热器的热接触表面上操作的力的细节；
图9是图4的热交换结构的替代实施例的透视示意图；
图10是采用图9的替代热交换结构连接的热源和散热器的放大剖视图；
图11是图6的部分的放大的局部分解图，以绘示热源10和保持架15的细节。
符号说明
9：上表面
10：热源
11：表面
12：散热器
13：表面
14：导热垫
15：保持架
16：热交换结构
17：安装孔
18：主体
19：安装孔
20：热管
21：前缘
22：金属件
23：前端
24：框架
25：铆钉
26：后缘
27：后端
28：位置
29：杠杆
30：杠杆
31：轴
32：热管
37：前缘
38：位置
42：前部元件
46：边缘
49：轮子
50：开口或凹槽
51：开口或凹槽
B：箭头
C：箭头
D：箭头
E：箭头
F：箭头
G：箭头
H：箭头
具体实施方式
本发明是参考附图来予以说明，其中在所有附图中使用相同的附图标记来表示相似或等同的元件。附图未按比例绘制，并且仅用于说明本发明。下面参考用于说明的示例应用来描述本发明的若干方面。应该理解，在此阐述许多具体细节、关系和方法以提供对本发明的完全理解。本领域普通技术人员将理解，并非在每个图示中每个元件都是可见的。然而，相关领域的普通技术人员将容易认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法来实践本发明。在其他情况下，未详细示出公知的结构或操作以避免模糊本发明。本发明不受所示出的步骤或事件的顺序的限制，因为一些步骤可以以不同的顺序发生和/或与其他步骤或事件同时发生。此外，并非所有示出的步骤或事件都是实现根据本发明的方法所必需的。
如上所述，为了解决损坏导热垫的可能性，本发明描述一种热交换机构，以在热源和散热器通过相对滑动连接时，或在其他类型的破坏性移动时，保护和防止对导热垫的损坏。这是通过使用热交换机构配合热源、散热器和导热垫实现的。热交换机构通过与滑动的热源的表面和包括杠杆或杠杆和滚轴的机构的接触来致动，此机构在致动时施加向下的力以使导热垫与热源的表面接触。
图1(现有技术)绘示热源10，其具有金属表面11，以通过传导将热量传递到也具有金属表面13的散热器12。如果表面11和表面13彼此相邻，则表面11和表面13的缺陷将导致在表面11和表面13之间存在多个微小间隙，从而减少这些表面之间传导的热传递。为了弥补在表面11和表面13之间具有微小间隙的缺陷，已经提出放置在热源10和散热器12之间的导热垫14。此导热垫14与每个金属表面11和金属表面13紧密接触，从而消除或减少间隙的数量并增加表面11和表面13之间传导的热传递。
导热垫14可由具有高导热性和一定弹性的各种材料制成，以形成柔软、保形的导热垫，以紧密接触金属表面11和表面13。例如，导热垫14可由聚硅氧聚合物(siliconepolymer)与例如陶瓷的热介质结合制成。将聚硅氧聚合物和陶瓷粉末混合、浇铸并固化成片状。通过选择聚硅氧聚合物的类型和陶瓷粉末的类型和数量，可以调整不同的热导率。
图2是在通过相对滑动之后连接的热源10和散热器12的示意性顶视图，其中相对滑动在箭头B所示的方向上。散热器12可具有多个热管20、32，以在散热器12的主体18和介于热源10和散热器12之间的导热垫14(请参考图9)之间传递热量。
图3是图2的示意性侧视图，其绘示在相对滑动之后连接的热源和散热器。如图2和图3所示，散热器12包括保持架15和在保持架15上方的热交换结构16，其结构和目的将在下面作进一步的描述。当热源10和散热器12在如图3所示的相对滑动后连接时，保持架15有助于在垂直方向和水平方向上的对准。
图4更详细地绘示热交换结构16。多个安装孔17、19设置在热交换结构16上以接收紧固件，例如螺钉(未绘示)，以将热交换机构安装到底盘或托盘(未绘示)上。热交换结构16包括框架24，框架24包括前缘21和后缘26。在前缘21和后缘26之间设置有多个金属件22。金属件22的前端23借由诸如铆钉25的紧固件固定到前缘21上并与其接触。热交换结构16的前缘21在位置28处被挖槽，以便在相对运动期间不会撞击相对滑动的表面。多个杠杆29、30安装在固定到框架24的轴31上。请同时参考图2，当热源10的前边缘接触多个杠杆中的每一个的下侧时，轴31允许多个杠杆29、30中的每一个的枢转旋转。在其静止(与热源10非接触的位置)时，杠杆围绕枢轴的重量将前缘21抬离导热垫14，以便热源10和散热器12在一开始以相对滑动朝向彼此移动时不会损坏导热垫14。然而，当散热器12和热源10朝向彼此显著移动时，热源10与多个杠杆29、30中的每一个的下侧接触，使得热交换结构16的杠杆29、30引起多个杠杆29、30中的每一个的枢转运动，以允许每个金属件22迫使前缘21和框架24的其他部分与导热垫14牢固地接触并产生无间隙接触，以在热源10和散热器12之间传导热传递。
图5是图4的热交换结构的底部的示意图，以进一步说明热交换结构16的工作结构。如图5所示，仅在热源10已经向散热器12移动相当大的距离并覆盖位于热交换结构16下方的导热垫之后，才允许杠杆29、30的下侧接触热源10的前缘。散热器12的前缘37在位置38处被挖槽(此结构的描述请参考图8)，以使在初始相对运动期间不与热源10或导热垫14结合。与框架24的前缘21接触的金属件22提供推动散热器12朝向热源10的力。
图6是图4的热交换结构16的放大图，其绘示热交换结构16与散热器12的热管20、32接合的细节。在图6中清晰可见的保持架15用作热源10(为清楚起见，图6中仅示出其单个单元)与散热器12以及热交换结构16之间对准的引导。散热器12可具有前部元件42，其与热管20、32直接接触以有助于热源10和散热器12之间的传导热传递。或者，前部元件42可以直接连接到散热器12的主体18，以实现传导热传递。
图7是图3的放大示意图，以显示细节。图7绘示热源10与散热器12(请见图3)的初始接合，以及热交换结构16与热源10与散热器12的相互作用。当通过沿图7中箭头B的方向的相对滑动将热源10与散热器12接合时，杠杆29位于保持架15中的空隙或凹槽中，直到热源10的上表面接触杠杆29，如图7所示。在这个移动阶段，导热垫14没有压在热源10的上表面上。在金属表面11与杠杆29接触时，杠杆29在箭头F的方向上呈现向上的力。杠杆29围绕轴31枢转，使得在箭头G方向上的向下的力施加到金属件22的后端27。沿箭头G方向的向下的力在导热垫14上施加力以迫使它与热源10的上表面紧密接触。同时，在箭头H方向上的向下的力施加到框架24上。在箭头H方向上的向下的力迫使散热器12与导热垫14紧密接合，通过热源10和散热器12这些表面中的每一个与导热垫14的紧密接触，从而确保热源10的上表面和散热器12之间的优异的导热性。
图8是图7进一步的放大视图，其绘示作用在散热器12(请见图3)的热接触表面上的力的细节。如图8所示，杠杆29通过其与热源10的上表面的接触而被提升。由于杠杆29绕轴31枢转，这种沿箭头F的方向的提升产生在箭头G方向上的力，导致多个金属件22中的一个撞击框架24(请参阅图4)的前缘。同时，沿箭头H方向的附加力推动金属件22的底部与散热器12的前部元件接触，以使其与导热垫14直接接触，以确保热源10和散热器12之间直接的传导的传递。散热器12的前缘37在位置38处倾斜，以便在相对滑动期间不会撞击导热垫14或任何其他元件。
图9是图4的热交换结构的替代实施例的透视示意图。在图9中，杠杆29的每个后边缘设置有轮子49。轮子49位于保持架15中的空隙或凹槽中。杠杆29设置在金属件22的后边缘46上。
如图10所示，当热源10与保持架15变得更完全接合时，轮子49在沿箭头C的方向上升到热源10的上表面上。沿箭头C方向的这种提升使杠杆29在箭头D方向上产生向下的力。箭头D的这种向下的力使得金属件22迫使框架24的前缘21与导热垫14紧密接触热源10的上表面。同时，在箭头E方向上的向下的力作用在框架24上。这种对框架24(请参阅图4)的向下的力用于使散热器12的前部元件42与导热垫14接触。散热器12的前部元件42和导热垫14之间的这种接触确保热源10和散热器12之间通过导热垫14的良好的导热性。
图11是图6的放大的局部分解图，以绘示热源10和保持架15的细节。清楚地绘示保持架15中的开口或凹槽50、51，以允许杠杆29、30(或者轮子49)(请参阅图10)穿过保持架以接触热源10的上表面9。
热源10可为提及的收发器和类似的元件。连接热源和散热器的滑动可以在水平方向上。任何类型的具有滑动连接的装置都可以从本文的揭露中获益。这些装置中包括硬盘(hard disk drives,HDD)和固态硬盘(solid state drives,SSD)。
这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图限制本发明。如这里所使用的，单数形式「一」、「一个」和「该」旨在也包括多个的形式，除非上下文另有明确说明。此外，在说明书和/或权利要求中使用术语「包括」、「由…构成」、「有」、「具有」、「含有」或其变体的范围，这些术语旨在是以与「包含」一词类似的方式包含在内。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。此外，诸如在常用词典中定义的那些术语应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确地如此定义，否则将不被理解为理想化或过于正式的含义。
本发明的目的是提供一种在热源和散热器之间的导热垫，当热源和散热器通过这些元件的相对运动(例如，相对滑动)连接时，导热垫得到保护，其中包括提供一种机构，以在滑动连接过程中保护和防止导热垫的损坏。
本发明的另一个目的是提供一种热交换结构，用于将散热器接触表面提升到导热垫上方，直到散热器和热源之间的移动接近完成，此时杠杆将迫使导热垫和散热器与热源紧密接触，以改善通过传导的热传递。
本发明的一个实施例是提供轮子以帮助杠杆迫使散热器和导热垫与热源紧密接触以增加接触以改善热传递。
本发明的又一实施例提供一种机构，其仅利用杠杆结构(没有轮子)来使散热器和导热垫与热源紧密接触，以改善通过传导的热传递。

Claims (10)

1.一种热交换结构，用于在热源和散热器之间传递热量，其特征在于，该热交换结构包含：
金属件；
杠杆，该杠杆被安装成可与该金属件可操作地啮合；以及
框架，用于支撑该杠杆和该金属件，
其中该热源和该散热器之间的相对滑动致动该杠杆以促使导热垫与该热源接触。
2.根据权利要求1所述的热交换结构，还包含位于该杠杆的一端的轮子。
3.根据权利要求1所述的热交换结构，还包含保持架，以在该相对滑动期间引导该热源和该散热器。
4.根据权利要求1所述的热交换结构，其中该导热垫包含填充有多个陶瓷颗粒的聚合物。
5.一种传热系统，位于热源和散热器之间，其特征在于，该传热系统包含：
导热垫，位于该热源和该散热器之间，其中该热源和该散热器通过相对滑动而连接；以及
热交换结构，用于促使该导热垫与该热源接触，同时促使该散热器与该导热垫接触；该热交换结构包含框架，该框架包含多个金属件，每个该金属件的后缘与杠杆接触。
6.根据权利要求5所述的传热系统，其中每个该杠杆在其后缘处具有轮子。
7.根据权利要求5所述的传热系统，还包含保持架，以对准该热源和该散热器。
8.根据权利要求5所述的传热系统，其中该杠杆通过与相对移动的该热源接触而致动。
9.根据权利要求5所述的传热系统，还包含保持架，其中该保持架界定一凹槽，该轮子设置在该凹槽中，直到通过与相对移动的该热源接触而致动。
10.根据权利要求5所述的传热系统，其中该导热垫包含填充有多个陶瓷颗粒的聚合物。
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