CN110411258A - 一种用于cpu散热的重力环路热管散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于CPU散热的重力环路热管散热器，包括蒸发器、冷凝器、蒸汽管路，液体管路；所述蒸发器使用时与所述CPU芯片贴合，所述冷凝器使用时设在所述电脑机箱侧壁；所述蒸汽管路的两端分别与所述蒸发器的上端和所述冷凝器的上端连通；所述液体管路的两端分别与所述蒸发器的下端和所述冷凝器的下端连通；所述蒸发器为中空结构，其内部设有吸液芯结构，所述蒸发器内填充有工质。本发明提供了一种新型的重力环路热管解决了CPU快速散热问题，同时也解决了传统CPU散热热量难以排出机箱的问题。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，尤其涉及一种用于CPU散热的重力环路热管散热器。
背景技术
热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
随着电子芯片技术不断发展，单位面积芯片上集成的电子元器件越来越多，工作功率越来越大，其单位面积上承受的热流密度急剧增大，散热问题日益严峻，成为制约其高可靠性和高效率工作的一个主要瓶颈。尤其在高功率的CPU芯片上，传统的热管已难以满足高功率CPU的散热需求，急需发展一种先进和安全的热管理技术来确保其可靠稳定工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的环路热管散热器，它能够满足CPU芯片散热需求，并且能够直接将热量带离机箱的重力环路热管。
有鉴于此，本发明提供了一种用于CPU散热的重力环路热管散热器，包括蒸发器、冷凝器、蒸汽管路，液体管路；
所述蒸发器使用时与所述CPU芯片贴合，所述冷凝器使用时设在所述电脑机箱侧面；
所述蒸汽管路的两端分别与所述蒸发器的上端和所述冷凝器的上端连通；
所述液体管路的两端分别与所述蒸发器的下端和所述冷凝器的下端连通；
所述蒸发器为中空结构，其内部设有吸液芯结构，所述蒸发器内填充有工质。
优选地，所述蒸发器为平板状结构，所述蒸发器的一面使用时与CPU芯片贴合，蒸发器与CPU接触的一面涂有一层导热硅脂或是液态金属。
优选地，所述吸液芯结构由铜粉烧结而成。
优选地，所述吸液芯结构包括若干均匀排布的毛细吸液芯，所述吸液芯结构内部设置有蒸汽腔和若干排气结构，所述排气结构与所述毛细吸液芯均匀交错排布，所述排气结构与所述蒸汽腔连通，所述蒸汽腔顶端与所述蒸汽管路连通。
优选地，所述蒸汽腔底端的位置不低于所述吸液芯结构底端的位置，所述工质的初始液面不低于所述蒸汽腔的底端。
优选地，所述蒸发管路外设有保温层。
优选地，所述冷凝器包括分流结构、汇流结构和若干换热管，所述换热管的两端分别与所述分流结构和所述汇流结构连通，所述换热管均匀排布在所述分流结构和所述汇流结构之间，所述换热管之间设有间隙。
优选地，所述分流结构为倒漏斗状结构，所述分流结构的上端与所述蒸汽管路连通，所述分流结构的下端与所述换热管连通。
优选地，所述汇流结构为漏斗状结构，所述汇流结构的上端与所述换热管连通，所述汇流结构的下端与所述液体管路连通。
优选地，所述换热管上设有翅片。
优选地，所述冷凝器的两侧设有风扇，所述风扇用于排出所述换热管之间的热气。
与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：
本发明设计了一种新型的重力环路热管散热器，凭借其远距离传输热量的特性，可以将CPU产生的热量迅速输运至位于机箱侧壁的冷凝器并在散热风扇的强制对流作用下排出机箱，避免了传统CPU散热在机箱内部产生热污染的现象。
本发明设计的环路热管为重力环路热管，与立式机箱相匹配，能够充分利用重力势能作为工质回流的动力，可以缓解普通环路热管毛细压力不足的问题，防止环路热管因芯片功率提高而发生烧干现象。
本发明设计了平板状的蒸发器，能够紧密贴合CPU芯片的表面，在其与芯片之间涂有一层导热硅脂或是液态金属，大大降低接触了热阻，提高了总体散热效率。
本发明设计了具有分流汇流结构的冷凝器，能够将来自蒸汽管路的蒸汽均匀分配到数根散热支管，蒸汽冷凝后又将其汇流回液体管路，大大增加了冷凝器与热沉之间的换热面积，进一步提高环路热管的散热效率。
本发明合理设计了铜粉烧结吸液芯区域以及液位高度，一方面能够使工质迅速补充到蒸发面，另一方面防止过多的吸液芯结构产生过大的流动阻力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明冷凝器的结构示意图；
图3为本发明蒸发器的结构示意图；
图4为本发明蒸发器A-A截面示意图
图中：1-机箱；2-主板；3-CPU芯片；4-蒸发器；5-液体管路；6-蒸汽管路；7-风扇；8-冷凝器；21-分流结构；22-换热管；23-空气通道；24-汇流结构；32-吸液芯结构；34-蒸汽腔；41-毛细吸液芯；42-排气结构。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种用于CPU散热的重力环路热管散热器，包括蒸发器4，冷凝器8，蒸汽管路6，液体管路5，蒸汽管路6的两端分别与蒸发器4的上端和冷凝器8的上端连通，液体管路5的两端分别与蒸发器4的下端和冷凝器8的下端连通。蒸发器4为中空结构，其内部设有吸液芯结构32，蒸发器4内填充有工质，工质可选用甲醇，丙酮，纳米流体，自湿润流体等。
蒸发器4为平板状结构，蒸发器4的一面使用时与CPU芯片3紧密贴合，并在其与CPU芯片3之间涂有导热硅脂或液态金属以降低接触热阻，为进一步降低接触热阻，同时避免因为挪动主机而引起与CPU芯片3之间的相对位移，蒸发器4被加压固定于CPU芯片3上。蒸发器4外壳为厚度小于1mm的纯铜板，纯铜具有高导热率，与甲醇，丙酮，纳米流体，自湿润流体等工质相容，易于在其表面烧结铜粉吸液芯等优点。蒸发器4总体厚度小于10mm,宽度稍大于CPU芯片宽度，在40mm～50mm之间，在保证性能的同时满足器件小型化需求。
吸液芯结构32经铜粉在蒸发器4内部烧结而成，吸液芯结构32位于蒸发器4的中上部，即吸液芯结构32的顶端与蒸发器4的顶端接触，吸液芯结构32的底端不低于蒸发器4的底端，铜粉烧结的吸液芯能够提供足够的毛细力使液体迅速补充到与芯片接触的蒸发器表面。
如图3和图4所示，吸液芯结构32包括若干均匀排布的毛细吸液芯41，吸液芯结构32内部设置有蒸汽腔34和若干排气结构42，排气结构42与毛细吸液芯41均匀交错排布，排气结构42与蒸汽腔34连通，蒸汽腔34顶端与蒸汽管路6连通，工质蒸发后能够通过排气结构42迅速离开蒸发表面汇集于蒸汽腔34，再沿蒸汽管路6输送到冷凝器8。
蒸汽腔34底端的位置不低于吸液芯结构32底端的位置，工质的初始液面不低于蒸汽腔34的底端，具体的，如图3所述，蒸发器4长度为L，L为60～100mm，工质初始液面与蒸发器4底端的距离为L1，蒸汽腔34体底端与蒸发器4底端距离为L2，毛细吸液芯41的长度为L3，CPU芯片3的长度为L4，它们之间的关系为L＝L2+L4；L1>L2；L3>L4；L>L3。L1>L2表示工质初始充液量在能够充满吸液芯结构32的前提下加入额外充液量，这部分多余的充液量作为后备工质，在蒸发器4运作时不断向其补充工质。L3>L4表示并非只在与CPU芯片3接触处烧结有吸液芯结构32，这样设置吸液芯结构32能够增强环路热管对极限工况的耐受性。L>L3表示吸液芯结构32并非布置在整个蒸发器4长度上，合适地布置吸液芯结构32能够减少工质的流动阻力。
连接蒸发4器与冷凝器8的蒸汽管路6和液体管5路都采用铜管。蒸汽管路6外部包裹有保温层，能够防止蒸汽在蒸汽管路6中冷凝形成液柱最终出现气体栓塞，大大提高了工质的流动阻力。为降低工质流动的局部阻力，蒸汽管路6和液体管路5拐角处均为平滑过渡。
如图2所示，冷凝器8包括分流结构21、汇流结构24和若干换热管22，换热管22的两端分别与分流结构21和汇流结构24连通，换热管22均匀排布在分流结构21和汇流结构24之间，换热管22之间设有间隙形成空气通道23，能够增大工质与空气之间的换热面积，换热管22之间焊接翅片形成管翅式换热结构，能进一步增大换热面积。分流结构21为倒漏斗状结构，其上端与蒸汽管路6连通，下端与换热管22连通，分流结构21能够将气态工质均匀分布到数根换热管道22中。汇流结构24为漏斗状结构，其上端与换热管22连通，下端与液体管路5连通，能够将冷凝后的液态工质汇流到液体管路5。
如图1所示，冷凝器8布置于电脑机箱1侧板且两边分别设有散热风扇7，散热风扇7风向为自机箱1内部往外。冷凝器8的主要散热区域尺寸与散热风扇7尺寸相同在100*100mm左右，厚度在40mm～50mm之间。
本实施例其他的参数，例如管壁、吸液芯孔隙率等参数按照正常的标准设置即可。整个重力热管散热器的散热过程如下：热量从CPU芯片3导入作为近似低温热沉的蒸发器4，蒸发器4内工质吸热汽化成为蒸汽但工质温度仅仅微弱变动，在排气结构42的作用下迅速离开蒸发表面进入蒸汽腔34，避免工质进行膜态沸腾。蒸汽通过蒸汽腔34进入蒸汽管路6，蒸汽沿蒸汽管路6进入冷凝器8，在分流结构21作用下均匀分散到数根散热管22之中，与风扇7产生的风进行热量交换，蒸汽冷凝成液态，热量被带离机箱1。液态工质在汇流结构24的作用下汇流到液体管路5，在重力的作用下流向蒸发器4。蒸发器4与液体管5路形成连通器结构，无毛细力作用时两端液面高度相等，也就是说当蒸发器液面下降，液体管路液面上升后，工质会在重力作用下补充到蒸发器4。蒸发表面气泡离开后，液态工质在毛细力的作用下迅速补充到蒸发表面。如此循环，高效稳定地带走CPU芯片产生的热量。
综上所述，本实施例设计了一种新型的重力环路热管散热器，凭借其远距离传输热量的特性，可以将CPU产生的热量迅速输运至位于机箱侧壁的冷凝器并在散热风扇的强制对流作用下排出机箱，避免了传统CPU散热在机箱内部产生热污染的现象。本实施例设计的环路热管为重力环路热管，与立式机箱相匹配，能够充分利用重力势能作为工质回流的动力，可以缓解普通环路热管毛细压力不足的问题，防止环路热管因芯片功率提高而发生烧干现象。本实施例设计了平板状的蒸发器，能够紧密贴合CPU芯片的表面，在其与芯片之间涂有一层导热硅脂或是液态金属，大大降低接触了热阻，提高了总体散热效率。本实施例设计了具有分流汇流结构的冷凝器，能够将来自蒸汽管路的蒸汽均匀分配到数根散热支管，蒸汽冷凝后又将其汇流回液体管路，大大增加了冷凝器与热沉之间的换热面积，进一步提高环路热管的散热效率。本实施例合理设计了铜粉烧结吸液芯区域以及液位高度，一方面能够使工质迅速补充到蒸发面，另一方面防止过多的吸液芯结构产生过大的流动阻力。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，包括蒸发器、冷凝器、蒸汽管路，液体管路；
所述蒸发器使用时与CPU芯片贴合，所述冷凝器使用时设在所述电脑机箱侧面；
所述蒸汽管路的两端分别与所述蒸发器的上端和所述冷凝器的上端连通；
所述液体管路的两端分别与所述蒸发器的下端和所述冷凝器的下端连通；
所述蒸发器为中空结构，其内部设有吸液芯结构，所述蒸发器内填充有工质。
2.根据权利要求1所述的用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，所述蒸发器为平板状结构，所述蒸发器的一面使用时与CPU芯片贴合。
3.根据权利要求1所述的用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，所述吸液芯结构由铜粉烧结而成。
4.根据权利要求1所述的用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，所述吸液芯结构包括若干均匀排布的毛细吸液芯，所述吸液芯结构内部设置有蒸汽腔和若干排气结构，所述排气结构与所述毛细吸液芯均匀交错排布，所述排气结构与所述蒸汽腔连通，所述蒸汽腔顶端与所述蒸汽管路连通。
5.根据权利要求4所述的用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，所述蒸汽腔底端的位置不低于所述吸液芯结构底端的位置，所述工质的初始液面不低于所述蒸汽腔的底端。
6.根据权利要求1所述的用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，所述冷凝器包括分流结构、汇流结构和若干换热管，所述换热管的两端分别与所述分流结构和所述汇流结构连通，所述换热管均匀排布在所述分流结构和所述汇流结构之间，所述换热管之间设有间隙。
7.根据权利要求6所述的用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，所述分流结构为倒漏斗状结构，所述分流结构的上端与所述蒸汽管路连通，所述分流结构的下端与所述换热管连通。
8.根据权利要求6所述的用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，所述汇流结构为漏斗状结构，所述汇流结构的上端与所述换热管连通，所述汇流结构的下端与所述液体管路连通。
9.根据权利要求6所述的用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，所述换热管上设有翅片。
10.根据权利要求6所述的用于CPU散热的重力环路热管散热器，其特征在于，所述冷凝器的两侧设有风扇，所述风扇用于排出所述换热管之间的热气。
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