CN111093347B - 一种自循环高效散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自循环高效散热器，采用封闭式管道，无需外连冷却水进行外循环，有利于降低冷却成本，操作方便；通过采用TiO2‑水纳米流体作为冷却剂，在TiO2‑水纳米流体中，TiO2的浓度在0.2%‑0.5%范围内最佳，相较于常规散热器采用的自来水冷却剂可将换热系数提高25%左右；同时，散热基板内设有可自旋转的螺旋形旋转轴，螺旋形旋转轴的持续自旋转加强了管路内TiO2‑水纳米流体的扰动，将TiO2‑水纳米流体由层流变成紊流，将很大程度上提高散热能力，换热系数将提高50%。

Description

一种自循环高效散热器
技术领域
本发明涉及一种散热器，尤其涉及的是一种自循环高效散热器。
背景技术
现有射频电源的功率不断增大，从数千瓦到数十千瓦不等，但设备尺寸却要求越来越小型化，功率器件的热流密度已达到数千瓦每平方厘米。电子元器件发热和散热问题已为制约射频电源及其他大功率电气设备发展的一大制约因素，传统的自来水冷散热器越来越无法满足更高热流密度电子元器件的散热要求。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自循环高效散热器，旨在解决现有的自来水冷散热器无法满足高热流密度电子元器件散热要求的问题。
本发明的技术方案如下：一种自循环高效散热器，其中，包括：
散热基板，用于固定发热元件；
管路，通入冷却剂；
泵，布置在管路上，用以提供冷却液流动所需工作压力；
散热片，对管路的冷却剂进行冷却；
冷却风扇，形成风道对散热片进行冷却；
管路连接散热基板、散热片和泵，形成冷却剂的冷却回路。
所述的自循环高效散热器，其中，所述冷却剂采用TiO2-水纳米流体。
所述的自循环高效散热器，其中，在TiO2-水纳米流体中，TiO2的浓度在0.2%-0.5%之间。
所述的自循环高效散热器，其中，在散热基板内开设有从散热基板一侧贯穿至散热基板另一侧的通孔，通孔的一端与泵通过管路连接，通孔的另一端与散热片通过管路连接，TiO2-水纳米流体在通孔内实现螺旋式前进。
所述的自循环高效散热器，其中，在通孔内设置有螺旋形旋转轴，所述螺旋形旋转轴在TiO2-水纳米流体的前进冲力作用下实现自旋转运动。
所述的自循环高效散热器，其中，所述螺旋形旋转轴通过固定支架与散热基板相连。
所述的自循环高效散热器，其中，所述冷却风扇固定在散热片的上方，形成风道正对于散热片进行冷却。
所述的自循环高效散热器，其中，所述散热片采用微通道散热片结构。
所述的自循环高效散热器，其中，所述散热片包括多个散热翅片，在每个散热翅片内部并列设有多个供TiO2-水纳米流体流通的空腔，多个并列设置的空腔形成TiO2-水纳米流体流流通的微通道。
所述的自循环高效散热器，其中，所述空腔的宽度为0.5mm。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种自循环高效散热器，采用封闭式管道，无需外连冷却水进行外循环，有利于降低冷却成本，操作方便；通过采用TiO2-水纳米流体作为冷却剂，在TiO2-水纳米流体中，TiO2的浓度在0.2%-0.5%范围内最佳，相较于常规散热器采用的自来水冷却剂可将换热系数提高25%左右；同时，散热基板内设有可自旋转的螺旋形旋转轴，螺旋形旋转轴的持续自旋转加强了管路内TiO2-水纳米流体的扰动，将TiO2-水纳米流体由层流变成紊流，将很大程度上提高散热能力，换热系数将提高50%。
附图说明
图1是本发明中自循环高效散热器的结构示意图。
图2是本发明中螺旋形旋转轴的结构示意图。
图3是本发明中散热片的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1所示，一种自循环高效散热器，包括：
散热基板1，用于固定发热元件11；
管路2，通入冷却剂；
泵3，布置在管路2上，用以提供冷却液流动所需工作压力；
散热片4，对管路2的冷却剂进行冷却；
冷却风扇5，形成风道对散热片4进行冷却；
管路2连接散热基板1、散热片4和泵3，形成冷却剂的冷却回路。
本自循环高效散热器相较于传统水冷式散热器，其换热能力更强；由于采用封闭式管道2，无需外连冷却水进行外循环，因此经济性和便利性也得到提高。
在某些具体实施例中，所述冷却剂采用TiO2-水纳米流体作为冷却剂流经管路2和散热基板1，对发热元件11进行散热。其中，TiO2-水纳米流体中，TiO2的浓度在0.2%-0.5%（即TiO2/TiO2-水纳米流体=0.2%-0.5%）范围内最佳，可将换热系数提高25%左右。
在某些具体实施例中，在散热基板1内开设有从散热基板1一侧贯穿至散热基板1另一侧的通孔12，通孔12的一端与泵3通过管路2连接，通孔12的另一端与散热片4通过管路2连接，TiO2-水纳米流体在通孔12内实现螺旋式前进。
作为一种优选实施例，在通孔12内设置有螺旋形旋转轴121，所述螺旋形旋转轴121在TiO2-水纳米流体的前进冲力作用下实现自旋转运动（如图2所示）。这样，螺旋形旋转轴121的持续自旋转加强了管路2内TiO2-水纳米流体的扰动，更大程度地破坏了流动的边界层，将TiO2-水纳米流体由层流变成紊流，将很大程度上提高散热能力，换热系数将提高50%。
本实施例中，所述螺旋形旋转轴121通过固定支架122与散热基板1相连，所述固定支架122在支撑螺旋形旋转轴121的同时不影响螺旋形旋转轴121的自旋转。
在某些具体实施例中，所述冷却风扇5固定在散热片4的上方，形成风道正对于散热片4进行冷却。
在某些具体实施例中，所述散热片4采用微通道散热片结构（如图3所示）。
作为一种优选实施例，所述散热片4包括多个散热翅片41，在每个散热翅片41内部并列设有多个供TiO2-水纳米流体流通的空腔，多个并列设置的空腔形成TiO2-水纳米流体流流通的微通道。
本实施例中，所述空腔的宽度为0.5mm。
本技术方案采用微通道式的散热片结构，从而形成巨大散热面积比将实现快速散热。
本自循环高效散热器的工作过程如下：管路2内充满TiO2-水纳米流体，在泵3的作用下进行内循环。当TiO2-水纳米流体流经散热基板1时，将吸收发热元件11传递到散热基板1上的热量；同时，在TiO2-水纳米流体的冲力作用下，散热基板1的通孔12内的螺旋形旋转轴121开始进行自旋转，扰动通孔12内的TiO2-水纳米流体，将TiO2-水纳米流体从层流变为紊流，进一步提高换热能力，使TiO2-水纳米流体吸收更多热量。然后，吸收热量后的TiO2-水纳米流体流经微通道式散热片4，在冷却风扇5的作用下进行强对流散热冷却，冷却后的TiO2-水纳米流体再经管路2和泵3循环流入散热基板1，重复上述过程。
本自循环高效散热器相较于传统水冷式散热器，其换热能力更强；由于采用封闭式管道2，无需外连冷却水进行外循环，因此经济性和便利性也得到提高；通过采用TiO2-水纳米流体作为冷却剂，经试验测试发现，在TiO2-水纳米流体中，TiO2的浓度在0.2%-0.5%范围内最佳，相较于常规散热器采用的自来水冷却剂可将换热系数提高25%左右；同时，散热基板1内设有可自旋转的螺旋形旋转轴121，螺旋形旋转轴121的持续自旋转加强了管路2内TiO2-水纳米流体的扰动，将TiO2-水纳米流体由层流变成紊流，将很大程度上提高散热能力，换热系数将提高50%。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
附图标号
散热基板1；发热元件11；通孔12；螺旋形旋转轴121；固定支架122；管路2；泵3；散热片4；散热翅片41；冷却风扇5。

Claims (7)

1.一种自循环高效散热器，其特征在于，包括：
散热基板（1），用于固定发热元件（11）；
管路（2），通入冷却剂；
泵（3），布置在管路（2）上，用以提供冷却液流动所需工作压力；
散热片（4），对管路（2）的冷却剂进行冷却；
冷却风扇（5），形成风道对散热片（4）进行冷却；
管路（2）连接散热基板（1）、散热片（4）和泵（3），形成冷却剂的冷却回路；
在散热基板（1）内开设有从散热基板（1）一侧贯穿至散热基板（1）另一侧的通孔（12），通孔（12）的一端与泵（3）通过管路（2）连接，通孔（12）的另一端与散热片（4）通过管路（2）连接，冷却剂在通孔（12）内实现螺旋式前进；在通孔（12）内设置有螺旋形旋转轴（121），所述螺旋形旋转轴（121）在冷却剂的前进冲力作用下实现自旋转运动；
所述自循环高效散热器还包括固定支架（122），所述螺旋形旋转轴（121）通过固定支架（122）与散热基板（1）相连。
2.根据权利要求1所述的自循环高效散热器，其特征在于，所述冷却剂采用TiO2-水纳米流体。
3.根据权利要求2所述的自循环高效散热器，其特征在于，在TiO2-水纳米流体中，TiO2的浓度在0.2%-0.5%之间。
4.根据权利要求1所述的自循环高效散热器，其特征在于，所述冷却风扇（5）固定在散热片（4）的上方，形成风道正对于散热片（4）进行冷却。
5.根据权利要求1所述的自循环高效散热器，其特征在于，所述散热片（4）采用微通道散热片结构。
6.根据权利要求5所述的自循环高效散热器，其特征在于，所述散热片包括多个散热翅片（41），在每个散热翅片（41）内部并列设有多个供TiO2-水纳米流体流通的空腔，多个并列设置的空腔形成TiO2-水纳米流体流流通的微通道。
7.根据权利要求6所述的自循环高效散热器，其特征在于，所述空腔的宽度为0.5mm。
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