CN111190472A - 服务器用大功率分离式热管散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于能源利用技术领域，提供了一种服务器用大功率分离式热管散热器，包括蒸发端、冷凝端、蒸汽管，回流管和制冷剂；蒸发端和冷凝端由蒸汽管和回流管连接成闭合回路，蒸汽管和回流管上下布置；回流管延伸至蒸发端内部1/2处，有利于回流液均匀分布在蒸发端内表面，防止蒸发端局部蒸发干涸。本发明的有益效果：冷水板为30℃时，在热管蒸发端施加500W的加热功率，热源表面温度能够控制在60℃以下。热管冷凝端与冷水板之间采用接触式导热进行散热，方便拆卸，可避免冷水板中液体泄露。本热管蒸发端与冷凝端相距480mm，能够进行远距离传热。本热管内部无毛细芯等复杂结构，方便加工，热管整体材质为铝合金，制造成本低。
Description
技术领域
本发明属于能源利用技术领域，涉及一种散热功率可达500W以上的服务器CPU芯片散热用高性能热管。
背景技术
典型热管主要由封闭的金属管道、管内的毛细吸液芯及填充于管内的制冷剂组成，为降低热管启动温差，金属管内一般保持10-3Pa以下的真空度。热管传导热量的方式为：将热管的蒸发端(Evaporator)与热源相接触，管内的液态制冷剂吸收热源产生的热量进而蒸发汽化，所产生的蒸汽由压差驱动流向热管的冷凝端(Condenser)，蒸汽于冷凝端释放潜热冷凝后恢复为液态，再通过毛细力驱动经毛细芯结构返回蒸发端。
由于热管的构造简单且具有高导热性能、低热阻等优点，早已应用于化工、电子、航空航天等领域中。计算机服务器等产品持续朝着高性能、大功率、高附加功能发展，CPU芯片的发热量随之提高，公知的热管应用于CPU散热主要存在两个缺陷：其一，公知的热管由于换热量不足而无法满足现有服务器高热量与高热通量的需求；其二，现有热管均采用冷水与散热端直接接触的形式，当拆卸时，极易造成漏水，公知热管由于本身构造的原因不能满足便于拆卸的需要，安全隐患较大。目前应用于服务器散热的非公知热管虽能部分满足CPU的散热需求，但是其制造成本高，产业化难度大。鉴于以上问题，需要设计一种高传热性能、低制作成本、方便拆装、安全可靠的热管。
公知热管的制作成本主要是由于其加工工艺复杂造成的，因此，如何提供一种热管，能够在其简单结构设计的基础上，提升其传热效率，并能够有效解决大功率服务器高热量与高热通量之间的需求，已成为重要的课题之一。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提供一种热管，能在安全可靠、结构简单和较低成本的基础上，提升其传热量，并能够满足服务器CPU高热通量和高热流密度散热的需求。
本发明的技术方案：
服务器用大功率分离式热管散热器，包括蒸发端1、冷凝端2、蒸汽管3，回流管4和制冷剂5；
所述的蒸发端1和冷凝端2由蒸汽管3和回流管4连接成闭合回路，蒸汽管3和回流管4上下布置；其中回流管4延伸至蒸发端内部1/2处，有利于回流液均匀分布在蒸发端1内表面，防止蒸发端1局部蒸发干涸。
所述的蒸发端1底部有四个固定点，用于将服务器用大功率分离式热管散热器固定在服务器内部，且与CPU芯片紧密贴合，减小接触热阻。
所述的冷凝端2内部为8根管径相同的圆柱形通道并联组成，且通道与水平面成5°倾角，在提升服务器用大功率分离式热管散热器承压能力的基础上，有利于冷凝液的回流，增强冷凝端2的换热能力。
所述的冷凝端2底部与蒸发端1底部有一定高度差，此高度差所提供的驱动力能够满足制冷剂在热管内的循环流动。
所述的蒸汽管3的管径大于回流管4，这是因为制冷剂蒸发汽化后体积膨胀，其流动所需管路直径大于冷凝液回流管直径。
所述蒸发端1、冷凝端2、蒸汽管3和回流管4的材质为铝合金(牌号6061)，所述制冷剂为R134a。
所述蒸发端输入功率范围为0～500W。
本发明是利用重力差作为循环动力的热管，热管内部没有吸液芯等复杂结构，制造成本低。制冷剂在蒸发端吸热蒸发后通过蒸汽管流向冷凝端，并在冷凝端冷凝为液体，冷凝液在重力作用下经回流管流回蒸发端。回流管一直延伸至蒸发端内部1/2处，有利于回流液均匀分布在蒸发端底部，防止冷凝液回流不足导致局部蒸发干涸。冷凝端内部为8根相互并联的通道，通道与水平面呈5°倾角，在提高整体承压能力的基础上减小压力损失。热管采用冷水板冷却，其冷凝端与冷水板接触式导热，这种散热方式的选择有利于热管的拆装，最大程度提高了热管应用于服务器散热的可靠性。
本发明的有益效果：
(1)冷水板为30℃时，在热管蒸发端施加500W的加热功率，热源表面温度能够控制在60℃以下。
(2)热管冷凝端与冷水板之间采用接触式导热进行散热，方便拆卸，可避免冷水板中液体泄露。
(3)本热管蒸发端与冷凝端相距480mm，能够进行远距离传热。
(4)本热管内部无毛细芯等复杂结构，方便加工，热管整体材质为铝合金，制造成本低。
附图说明
图1为换热器主视图。
图2为换热器左视图。
图3为换热器俯视图。
图4为本发明在服务器CPU芯片散热中应用示意图。
图中：1蒸发端；2冷凝端；3蒸汽管；4冷凝管；5冷水板。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
将热管压力抽至10-3Pa，充入80g制冷剂R134a，与热管蒸发端底部贴和的CPU作为热源发热，蒸发端内的制冷剂吸热汽化，蒸汽流经蒸汽管进入冷凝端，在冷凝端液化后通过回流管返回蒸发端，依次循环。热管冷凝端2与冷水板5直接接触导热，方便拆卸。
本发明的服务器用大功率分离式热管散热器具体参数见表1。
Claims (10)
1.一种服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的服务器用大功率分离式热管散热器包括蒸发端(1)、冷凝端(2)、蒸汽管(3)、回流管(4)和制冷剂(5)；
所述的蒸发端(1)和冷凝端(2)由蒸汽管(3)和回流管(4)连接成闭合回路，蒸汽管(3)和回流管(4)上下布置；其中回流管(4)延伸至蒸发端内部1/2处，有利于回流液均匀分布在蒸发端(1)内表面，防止蒸发端(1)局部蒸发干涸。
2.根据权利要求1所述的服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的冷凝端(2)内部为8根管径相同的圆柱形通道并联组成，且通道与水平面成5°倾角，在提升服务器用大功率分离式热管散热器承压能力的基础上，有利于冷凝液的回流，增强冷凝端(2)的换热能力。
3.根据权利要求1或2所述的服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的蒸发端(1)的输入功率范围为0～500W，其底部有四个固定点，用于将服务器用大功率分离式热管散热器固定在服务器内部，且与CPU芯片紧密贴合，减小接触热阻。
4.根据权利要求1或2所述的服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的冷凝端(2)底部与蒸发端(1)底部有一定高度差，此高度差所提供的驱动力能够满足制冷剂在热管内的循环流动。
5.根据权利要求3所述的服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的冷凝端(2)底部与蒸发端(1)底部有一定高度差，此高度差所提供的驱动力能够满足制冷剂在热管内的循环流动。
6.根据权利要求1、2或5所述的服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的蒸汽管(3)的管径大于回流管(4)，这是因为制冷剂蒸发汽化后体积膨胀，其流动所需管路直径大于冷凝液回流管直径。
7.根据权利要求3所述的服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的蒸汽管(3)的管径大于回流管(4)，这是因为制冷剂蒸发汽化后体积膨胀，其流动所需管路直径大于冷凝液回流管直径。
8.根据权利要求4所述的服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的蒸汽管(3)的管径大于回流管(4)，这是因为制冷剂蒸发汽化后体积膨胀，其流动所需管路直径大于冷凝液回流管直径。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的蒸发端(1)、冷凝端(2)、蒸汽管(3)和回流管(4)的材质为铝合金，所用的制冷剂为R134a。
10.根据权利要求6所述的服务器用大功率分离式热管散热器，其特征在于，所述的蒸发端(1)、冷凝端(2)、蒸汽管(3)和回流管(4)的材质为铝合金，所用的制冷剂为R134a。
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