CN111182767A

CN111182767A - 散热器

Info

Publication number: CN111182767A
Application number: CN201911426098.6A
Authority: CN
Inventors: 黄星星; 徐平; 胡琅; 侯立涛; 吴猛; 冯杰; 胡强
Original assignee: Ji Hua Laboratory
Current assignee: Ji Hua Laboratory
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN111182767B

Abstract

本发明公开了一种散热器，该散热器包括壳体、传动机构以及散热基板，壳体形成有进液口、出液口及连通进液口和出液口的冷却剂通道，传动机构设于壳体内，用于在动作时带动进液口的冷却剂沿冷却剂通道向出液口流动，散热基板供发热元件安装，散热基板贴靠安装于壳体位于进液口和出液口之间的外壁上。本发明的散热器改进了散热结构，提高了散热能力，满足了高热流密度元件散热要求，并实现了散热器低负载下的节能降耗。

Description

散热器

技术领域

本发明涉及散热器技术领域，尤其涉及一种金属冷却剂复合高效散热器。

背景技术

随着微电子技术的不断发展，各种电子设备不断涌现，人们对高热流密度电子元器件的需求的不断提高，电子产品性能的稳定性及热可靠性的要求不断提高，电子元器件功率越来越大，尺寸却越来越小，其上晶体管数量越来越多，电子器件的集成度、工作频率都在不断提高，由此带来散热问题越发严重，有些电子元器件表面热流密度已达到10³W/cm2。因此电子设备的散热设计变得尤为关键，电子设备中功率器件尤其是高热流密度器件运行时产生的大量的热量，这不仅会影响服务器的工作效率而且会增加能源消耗。散热问题已成为制约微电子技术发展的一大瓶颈，传统的风冷散热无法完全满足要求，而高性能的水冷技术应用较为广泛，但一般的水冷技术受流质换热系数及换热面积所限，应对高热流密度的能力也渐渐，其散热效果欠佳。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种散热器，旨在提高散热器的散热能力，以满足更高热流密度下的散热要求。

为实现上述目的，本发明提出一种散热器，所述散热器包括：

壳体，所述壳体形成有进液口、出液口及连通所述进液口和出液口的冷却剂通道；

传动机构，设于所述壳体内，用于在动作时带动所述进液口的冷却剂沿所述冷却剂通道向所述出液口流动；

散热基板，贴靠安装于所述壳体位于所述进液口和出液口之间的外壁上，所述散热基板供发热元件安装。

在一实施例中，所述传动机构包括齿轮及与所述齿轮传动连接的传动链条；

所述壳体设有容置所述齿轮的容纳腔，所述容纳腔与所述冷却剂通道连通。

在一实施例中，所述冷却剂通道具有与所述容纳腔连通的第一连通口和第二连通口，所述冷却剂通道自所述第一连通口和第二连通口之间的通道呈U形。

在一实施例中，所述传动链条包括多个并排拼接且呈闭合链状的金属封装单元。

在一实施例中，每一所述金属封装单元均包括金属壳体及设于所述金属壳体内的固液相变金属。

在一实施例中，所述金属壳体凸设有背翅，所述传动机构的齿轮的形状与所述金属壳体的形状相适配，所述背翅与所述传动机构的齿轮啮合，以使所述传动链条传动连接于所述齿轮上。

在一实施例中，所述散热器还包括温度传感器及控制装置，所述温度传感器设于散热基板内，所述温度传感器和所述传动机构分别与所述控制装置电连接；

所述温度传感器，用于检测所述散热基板的当前温度值并传递给所述控制装置；

所述控制装置，用于根据所述当前温度值调整所述传动机构的转速。

在一实施例中，所述控制装置，用于在所述当前温度值大于第一预设温度值时，将所述传动机构的转速加速至第一预设转速；以及

在所述当前温度值小于第二预设温度值时，将所述传动机构的转速减速至第二预设转速。

在一实施例中，所述散热基板具有相对设置的第一安装面及第二安装面，所述壳体贴靠安装于所述第一安装面上，所述发热元件安装于所述第二安装面上。

在一实施例中，所述进液口设于所述壳体靠近所述传动机构的上端并沿远离所述第一安装面的方向伸出，所述出液口设于所述壳体上靠近所述散热基板与所述传动机构之间的下端并沿靠近所述第二安装面的方向伸出。

在本发明的技术方案中，由于壳体形成有进液口、出液口及连通进液口和出液口的冷却剂通道，传动机构设于壳体内，用于在动作时带动进液口的冷却剂沿冷却剂通道向出液口流动，散热基板供发热元件安装，散热基板贴靠安装于壳体位于进液口和出液口之间的外壁上，实现了对安装于散热基板上的发热元件进行散热处理，极大地增强了散热器的散热能力，满足了高热流密度下的散热要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明散热器一实施例的结构示意图；

图2为本发明散热器一实施例中冷却剂及金属封装单元的运动示意图；

图3为本发明散热器一实施例中壳体的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	壳体	100A	进液口
200	传动机构	100B	出液口
				300	散热基板	100C	冷却剂通道
400	温度传感器	100D	容纳腔
				500	发热元件	210	齿轮
2211	背翅	220	传动链条
				221	金属封装单元

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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付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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

随着微电子技术的不断发展，电子元器件功率越来越大，尺寸却越来越小，其上晶体管数量越来越多，由此带来散热问题越发严重，有些电子元器件表面热流密度已达到10³W/cm2。散热问题已成为制约微电子技术发展的一大瓶颈，传统的风冷散热已不满足要求，高性能的水冷技术、微通道冷却技术、热管技术、热电技术纷纷被提出并应用。其中，水冷技术应用最为广泛，但一般的水冷技术受流质换热系数及换热面积所限，应对高热流密度的能力也渐渐力不从心。

对此，本发明提出一种散热器，适用于各种含电子元器件的设备，此处不限。

参照图1至图2，在本发明一实施例中，该散热器包括壳体100、传动机构200以及散热基板300，壳体100形成有进液口100A、出液口100B及连通进液口100A和出液口100B的冷却剂通道100C，传动机构200设于壳体100内，用于在动作时带动进液口100A的冷却剂沿冷却剂通道100C向出液口100B流动，散热基板300贴靠安装于壳体100位于进液口100A和出液口100B之间的外壁上，散热基板300供发热元件500安装。

其中，冷却剂可以是水或其他冷却液体。在本实施例中，散热基板300具有第一安装面及与第一安装面相对设置的第二安装面，壳体100安装于第一安装面上，发热元件500安装于第二安装面上。

进一步地，主要参考图2，传动机构200采用的是齿轮传动，该传动机构200包括齿轮210及与齿轮210传动连接的传动链条220。壳体100设有容置齿轮210的容纳腔100D，容纳腔100D与冷却剂通道100C连通。

此外，进液口100A设于壳体100靠近齿轮210的上端并沿远离第一安装面的方向伸出，出液口100B设于壳体100上靠近散热基板300与齿轮210之间的下端并沿靠近第二安装面的方向伸出。如此，可加速冷却剂的流动速率。

在本实施例中，壳体100是分体式设计，可包括具有空腔的腔体及盖设于空腔上的盖板，以形成的上述的冷却剂通道100C及容纳腔100D。如此，可方便将传动机构200的齿轮210及传动链条220安装于壳体100内，提升了安装效率。

主要参考图3，壳体100内开设有空腔，该空腔包括冷却剂通道100C及与冷却剂通道100C连通的容纳腔100D，传动机构200的齿轮210安装于容纳腔100D内，传动链条220大部分容置于冷却剂通道100C内并与传动机构200的齿轮210传动连接。冷却剂从进液口100A流入至容纳腔100D及冷却剂通道100C内，并经传动链条220输送至出液口100B，经过换热之后的高温冷却剂沿出液口100B排出。

在本实施例中，壳体100为中空结构，冷却剂在空腔内部运动，壳体100与散热基板300所接触区域为吸热端，传动机构200的齿轮210所在区域为冷却端。此外，冷却剂通道100C的宽度可与传动链条220的宽度相匹配。

组装时，可先将传动机构200的齿轮210安装于容纳腔100D内，将传动链条220安装于冷却剂通道100C内并与齿轮210连接，以完成传动连接，之后将壳体100的盖板盖上，再将整个散热组件紧贴于安装有发热元件500的散热基板300上即可。

其原理在于，冷却剂沿进液口100A流入至壳体100的容纳腔100D内(即冷却端)，在传动机构200的推力作用下经冷却剂通道100C流向靠近散热基板300上的发热元件500位置(即吸热端)，流经吸热端的冷却剂吸收发热元件500传递过来的热量，温度不断上升，之后高温冷却剂在传动链条220的带动下沿出液口100B排出。

可以理解的是，本发明的散热器通过在壳体100形成进液口100A、出液口100B及连通进液口100A和出液口100B的冷却剂通道100C，传动机构200设于壳体100内，用于在动作时带动进液口100A的冷却剂沿冷却剂通道100C向出液口100B流动，散热基板300供发热元件500安装，散热基板300贴靠安装于壳体100位于进液口100A和出液口100B之间的外壁上，实现了对安装于散热基板300上的发热元件500进行散热处理，极大地增强了散热器的散热能力，满足了高热流密度下的散热要求。

在一实施例中，冷却剂通道100C具有与容纳腔100D连通的第一连通口和第二连通口，冷却剂通道100C自第一连通口和第二连通口之间的通道呈U形。如此设置，可方便安装齿轮210及传动链条220，提升组装效率，同时也有利于冷却剂的流动，以提升散热效率。

主要参考图1，在一实施例中，传动链条220包括多个并排拼接且呈闭合链状的金属封装单元221。进一步地，每一金属封装单元221均包括金属壳体及设于金属壳体内的固液相变金属。固液相变金属在运动至散热基板300上的吸热端时遇热，金属发生固液相变吸收大量热量，与此同时，流经此处的冷却剂也可吸收热量，两种方式共同对发热元件500进行散热，极大地提升了该散热器的散热能力。

需要说明的是，固液相变金属冷却剂拥有低熔点固液相变的能力，能够在60℃以下发生固液相变，在相变过程中会吸收大量热量，换热能力极强。将其应用到水冷散热中形成复合换热，极大地增强了该散热器的散热能力，满足了更高热流密度电子元器件的散热要求。

进一步地，为了方便将金属封装单元221与传动机构200的齿轮210相配合，以实现传动连接。主要参考图1，在本实施例中，金属壳体凸设有背翅2211，其整体呈梯形，传动机构200设有与背翅2211相适配的齿轮210，背翅2211与传动机构200的齿轮210啮合，以使传动链条220传动安装于传动机构200的齿轮210上。

值得注意的是，在本实施中，金属壳体由高熔点的金属制成，内部封装有低温下可固液相变金属。固液相变金属在吸热端处遇热，固液相变金属发生固液相变吸收大量热量，并与流经此处的冷却剂共同配合以吸收热量，冷却剂同时也可冷却该金属封装单元221内的固液相变金属。传动机构200的齿轮210转动带动金属封装单元221从冷却端运动到吸热端进行吸热，经冷却剂冷却后再运动到吸热端，如此循环往复。

在一实施例中，散热器还包括温度传感器400及控制装置(图中未示出)，温度传感器400设于散热基板300内，温度传感器400和传动机构200分别与控制装置电连接。温度传感器400安装于散热基板300内。温度传感器400用于检测散热基板300的当前温度值并传递给控制装置，控制装置用于根据当前温度值调整传动机构200的转速。

可以理解的是，该散热器通过采用温度传感器400检测散热基板300的当前温度值，再反馈给与其连接的控制装置，控制装置根据当前温度值调整传动机构200的转速，以调节冷却剂流动速度以及传动链条220上金属封装单元221在吸热端的热量交换速率，进而调整该散热器的散热效果，在满足一定散热需求的同时，也减少了能量损耗。

在一些实施例中，可通过控制装置设定具体的调速方案，例如：当当前温度值大于第一预设温度值时，将传动机构200的转速加速至第一预设转速；当当前温度值小于第二预设温度值时，将传动机构200的转速减速至第二预设转速。当然，此处也可设定为在某一温度值区间内进行匀速或匀加速运行等，以达到温度高时传动机构200的齿轮210转速加快，加强散热器的换热系数从而降温，在温度低时降低传动机构200的齿轮210转速，降低散热器的换热系数以节能，从而将电子元器件的温度保持在最佳工况温度区间内。此处，对于其调速的具体方案不做限定。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种散热器，其特征在于，所述散热器包括：

2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述传动机构包括齿轮及与所述齿轮传动连接的传动链条；

3.如权利要求2所述的散热器，其特征在于，所述冷却剂通道具有与所述容纳腔连通的第一连通口和第二连通口，所述冷却剂通道自所述第一连通口和第二连通口之间的通道呈U形。

4.如权利要求2所述的散热器，其特征在于，所述传动链条包括多个并排拼接且呈闭合链状的金属封装单元。

5.如权利要求4所述的散热器，其特征在于，每一所述金属封装单元均包括金属壳体及设于所述金属壳体内的固液相变金属。

6.如权利要求5所述的散热器，其特征在于，所述金属壳体凸设有背翅，所述传动机构的齿轮的形状与所述金属壳体的形状相适配，所述背翅与所述传动机构的齿轮啮合，以使所述传动链条传动连接于所述齿轮上。

7.如权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述散热器还包括温度传感器及控制装置，所述温度传感器设于散热基板内，所述温度传感器和所述传动机构分别与所述控制装置电连接；

8.如权利要求7所述的散热器，其特征在于，所述控制装置，用于在所述当前温度值大于第一预设温度值时，将所述传动机构的转速加速至第一预设转速；以及

9.如权利要求1-8任一项所述的散热器，其特征在于，所述散热基板具有相对设置的第一安装面及第二安装面，所述壳体贴靠安装于所述第一安装面上，所述发热元件安装于所述第二安装面上。

10.如权利要求9所述的散热器，其特征在于，所述进液口设于所述壳体靠近所述传动机构的上端并沿远离所述第一安装面的方向伸出，所述出液口设于所述壳体上靠近所述散热基板与所述传动机构之间的下端并沿靠近所述第二安装面的方向伸出。