CN111681999A - 一种真空导热腔均热板及风冷式散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空导热腔均热板及风冷式散热装置，由真空导热腔均热板，半导体制冷片、隔热板、翅片及热管组成的散热装置组成，散热装置有两层翅片和半导体制冷片；真空导热腔中填充有吸热汽化的相变液体，均热板受热时，热源产生的热量传递给均热板，均热板导热腔中的相变液体吸热汽化，相变为气态向上移动，到达上表面后被第一层半导体制冷片主动冷却，热量通过第一层翅片散发，热管将第一层翅片接热源高热流密度端的热量导热到低热流密度端通过第二个半导体制冷片主动冷却，热量通过翅片散发，相变液体温度降低，重新凝结为液态通过凸起结构回流到导热腔，重新吸收热量，不断循环导热，本发明具有安全可靠、高效环保、维护简单的优点。

Description

一种真空导热腔均热板及风冷式散热装置
技术领域
本发明涉及散热装置领域，尤其涉及一种真空导热腔均热板及风冷式散热装置。
背景技术
随着电子器件向高性能、高集成度发展使其功率密度增加，单位容积电子器件的发热量和热流密度也随之大幅度增加。为了保证器件能够处于良好的工作温度环境，需将热量快速散发出去。
热管是一种利用气液相变的传热元件，由于其传热能力要远远优于金属材料的，因此被广泛应用于电子等设备散热领域。半导体制冷片的原理是基于帕尔贴原理，利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端可分别吸收热量和放出热量，实现制冷的目的。翅片2以强制对流和辐射的方式加热周围的空气将热量散发出去。相变材料(PCM)在热能储存和利用上潜力巨大，利用相变液体材料吸热汽化液化的优势弥补相变材料导热系数低的问题，能作为良好的储热和热传递媒介。
电子元件的可靠性研究表明，随着温度的增加，元器件的失效率呈指数增长，导致其可靠性大幅度降低。传统的空冷散热装置效果不佳，液冷散热装置虽然散热能力较强，但存在着漏液等危险以及需要消耗泵功，相变材料(PCM)在热能储存上潜力巨大，但是其散热效果不好。电子器件的散热势在必行，对于本领域的技术人员来说，如何设计一种导热散热效果更好、更加安全可靠的散热装置，是目前本领域技术员人急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种真空导热腔均热板及风冷式散热装置。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种真空导热腔均热板及风冷式散热装置，主要包括均热板模块和风冷模块。所述均热板模块设置在热源上，吸收热源的热量。所述风冷模块安装在均热板模块上，帮助均热板模块散热。
具体的，所述均热板模块包括相变液体、底板、热沉板、密封圈、支撑柱、以及凸起结构。所述底板设置在热源上，其内设有容纳相变液体的凹腔。所述热沉板设置在底板上，其边缘通过密封圈与底板密封连接，形成供相变液体汽化和液化的导热腔。所述支撑柱位于底板的凹腔内，其底部与底板固定连接，顶部热沉板的底部抵接。所述凸起结构设置在热沉板底部，并向底板方向延伸，其位置与支撑柱错开设置。所述相变液体填充在底板与热沉板构成的导热腔内，帮助热源快速散热。
具体的，所述风冷模块包括隔热板、制冷片、导热硅胶、散热翅片、以及热管。所述隔热板设置在热沉板上，与热沉板和底板固定连接，其中部设有用于安装制冷片的安装缺口。所述制冷片设置在隔热板上，嵌入安装缺口内，其制冷端与热沉板连接接触。所述散热翅片设置在制冷片上，并通过导热硅胶与制冷片的散热端连接。所述散热翅片的侧面设有热管安装孔，所述热管安装孔贯穿散热翅片。所述热管设置在散热翅片内，通过热管安装孔与散热翅片连接接触。
进一步的，所述隔热板上还设有供制冷片的导线穿过的通孔。所述通孔设置在隔热板的侧面，并贯穿至安装缺口内。
作为本发明的优选方案，所述制冷片采用半导体制冷片。
作为本发明的优选方案，所述热管采用烧结型铜棒热管。
作为本发明的优选方案，所述凸起结构为铜粉制成。
作为本发明的优选方案，所述风冷模块设为若干组，若干组风冷模块向上叠加而提高散热效果。
进一步的，所述底板上还设有用于注入相变液体的注入口。所述注入口设置在底板的侧边，其一端与底板的凹腔连通，另一端与外界连通。
作为本发明的优选方案，所述相变液体填充的填充率为35％至50％。
作为本发明的优选方案，所述凸起结构采用圆锥式凸起结构设计，其底部与热沉板底部固定，锥部向下延伸，其高度小于支撑柱的高度。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
(1)本发明所提供的真空导热腔均热板及风冷式散热装置采用合理的结合均热板、半导体制冷以及风冷式散热装置，其结构简单，高效环保，维护简单，可以提高电子产品的工作性能、可靠性和使用寿命。
(2)本发明所提供的真空导热腔均热板及风冷式散热装置利用相变液体材料汽化液化的高导率、半导体制冷以及热管的高导热将翅片热流密度较高端的热量导到热流密度较低端进行散热，实现更高的导热散热效率。
附图说明
图1是本发明所提供的真空导热腔均热板及风冷式散热装置的爆炸图。
图2是本发明所提供的底板的结构示意图。
图3是本发明所提供的热沉板的结构示意图。
图4是本发明所提供的风冷模块的结构示意图。
图5是本发明所提供的真空导热腔均热板及风冷式散热装置的结构示意图。
上述附图中的标号说明：
1-热管，2-翅片，21-安装孔，3-制冷片，31-导线，4-隔热板，41-避位孔，5-均热板，51-热沉板，511-凸起结构，52-底板，521-支撑柱，522-注入口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1至图5所示，本实施例公开了一种真空导热腔均热板及风冷式散热装置，包括两部分：
第一部分为真空导热腔均热板导热块，包括：
均热板5，用于接触热源，其内部设置有与外界密封隔离的导热腔，导热腔中填充设置有吸热汽化的相变液体；
所述均热板5包括热沉板51和底板52，所述均热板5可作为一种平板热管；
所述热沉板51设置有圆锥凸起结构511，能够打破真空腔中相变液体汽化在热沉板51表面形成的液膜，减小热阻；另外，所述圆锥凸起结构511还可以作为相变液体汽化被冷却后的液体引流作用；
所述底板52设置有凹槽与所述热沉板51形成真空导热腔，所述底板52凹槽低面上凸出设置支撑柱521，所述支撑柱521能够与所述热沉板51底部接触且与圆锥凸起结构511错开，防止凹槽外表面受力不均造成凹槽变形凹陷；
可选地，所述底板52的凹槽外周设置一缺口/注入口522，缺口处装配注液管；
可选地，所述圆锥凸起结构511为铜粉制成；
可选地，所述真空导热腔通过注液管填充吸热可汽化的相变液体，所述相变液体填充率为35％～50％；
可选地，所述填充相变液体，在不受热时，真空腔下表面积集相变液体，当底板52受热时，相变液体吸热汽化，将热量送到热沉板51，半导体制冷片3对其主动散热；
可选地，所述热沉板51和底板52之间可为可拆装连接固定，并通过方形状的密封圈密封；外周也可以通过焊接成一体，形成密闭真空导热腔空间；
第二部分为风冷式散热装置，包括：
可选地，所述半导体制冷片3冷凝端接触热沉板51上表面，相变液体可吸热汽化，相变气体在热沉板51被冷却成相变液体，通过所述圆锥凸起结构511引流回到底板52吸热端表面；
可选地，半导体制冷片3热端通过导热硅胶与散热翅片2相连，导热腔中的相变液体导出来的热量通过半导体制冷片3主动冷却，进一步，通过翅片2散热；
可选地，所述风冷式散热装置包括两层半导体制冷和两层散热翅片2以及若干热管1；
可选地，所述第一层翅片2和热沉板51之间设置有隔热板4，所述隔热板4设置有安装槽，半导体制冷片3嵌入隔热板4通过导热硅胶与热沉板51接触；
可选地，所述第一层与第二层翅片2之间设置有隔热板4，所述隔热板4设置有安装槽，半导体制冷片3嵌入隔热板4通过导热硅胶与第一层翅片2接触；
可选地，所述隔热板4上设置有半导体制冷片3出线的避位孔41，所述半导体制冷片3上的导线31从所述出现避位孔41穿出与电源连接；
采用上述方案的有益效果是：通过在隔热板4上开设安装槽，并将半导体制冷片3设置在安装槽内，使得半导体制冷片3的安装更加方便，稳固；
可选地，所述翅片2均设置有若干用于配置热管1的孔/安装孔21；
可选地，热管1的蒸发端设置于翅片2连接半导体制冷片3端，冷凝端设置于翅片2另一端；利用热管1靠自身内部工作液体相变来实现传热的元件，具有高导热性将翅片2热流密度较高端的热量导到热流密度较低端散热，实现更高的导热散热效率；
可选地，所述热管1大小以及嵌入的热管1数根据实际需求设定；所述热管1可选但不限于U型热管1；
可选地，热管1作为热传递媒介，具体为烧结型铜棒热管1；
可选地，所述翅片2的材料可为但不限于铜；
实施例2：
本实施例公开了：如图1所示，为本发明提供的散热装置各部件的爆炸图，其中包括均热板5、半导体制冷片3和风冷式散热装置等结构，其中均热板5用于接触热源，在均热板5中设置有热沉板51和底板52形成的真空导热腔，真空导热腔与外界密封隔离为一独立的腔体结构，其填充有吸热汽化的相变液体，均热板5受热时，热源产生的热量传递给均热板5，均热板5导热腔中的相变液体吸热汽化，相变为气态向上移动；第一层翅片2和热沉板51之间设置有隔热板4，所述隔热板4设置有安装槽，半导体制冷片3嵌入隔热板4通过导热硅胶与热沉板51接触；到达上表面的气态相变材料被第一层半导体制冷片3主动冷却，热量通过第一层翅片2散发，热管1将第一层翅片2接热源高热流密度端的热量导热到低热流密度端，所述第一层与第二层翅片2之间设置有隔热板4，所述隔热板4设置有安装槽，半导体制冷片3嵌入隔热板4通过导热硅胶与第一层翅片2接触；热量被二层半导体制冷片3主动冷却，通过翅片2散发，相变液体温度降低，重新凝结为液态通过圆锥凸起结构511引流回流到导热腔的下表面，重新吸收热量，不断循环导热散热。
均热板5包括底板52和热沉板51，底板52设置有凹槽与所述热沉板51形成真空导热腔，热沉板51和底板52之间可为可拆装连接固定，并通过方形状的密封圈密封；外周也可以通过焊接成一体，形成密闭真空导热腔空间。
更具体地，如图2所示为本发明底板52，在凹槽低面上凸出设置支撑柱521，所述支撑柱521能够与所述热沉板51底部接触且与圆锥凸起结构511错开，防止凹槽外表面受力不均造成凹槽变形凹陷；底板52的凹槽外周设置缺口，缺口处装配注液管，相变液体通过注液管进入真空导热腔。
如图3所示为本发明热沉板51，与底板52配合形成真空导热腔；热沉板51设置有圆锥凸起结构511，能够打破真空腔中相变液体汽化在热沉板51表面形成的液膜，减小热阻；另外，所述圆锥凸起结构511还可以作为相变液体汽化被冷却后的液体引流作用，当相变液体温度降低，重新凝结为液态通过圆锥凸起结构511引流回流到导热腔的下表面，重新吸收热量，不断循环导热。
在上述均热板5具有高导热的基础上，本发明还设计一种风冷式散热装置，如图4所示为本发明的风冷式散热装置的一层，翅片2和热沉板51之间设置有隔热板4，所述隔热板4设置有安装槽，半导体制冷片3嵌入隔热板4安装槽，导线31穿过避位孔41与外界电源连接；半导体制冷片3热端通过导热硅胶与散热翅片2相连，冷端通过导热硅胶与热沉板51接触导，热腔中的相变液体导出来的热量通过半导体制冷片3主动冷却，进一步，通过翅片2散热。
采用隔热板4的有益效果是：通过在隔热板4上开设安装槽，并将半导体制冷片3设置在安装槽内，使得半导体制冷片3的安装更加方便，稳固；热量不能通过隔热板4与热沉板51形成热堆积而通过半导体制冷片3主动散热，提高散热效率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，包括均热板模块和风冷模块；所述均热板模块设置在热源上，吸收热源的热量；所述风冷模块安装在均热板模块上，帮助均热板模块散热；
所述均热板模块包括相变液体、底板、热沉板、密封圈、支撑柱、以及凸起结构；所述底板设置在热源上，其内设有容纳相变液体的凹腔；所述热沉板设置在底板上，其边缘通过密封圈与底板密封连接，形成供相变液体汽化和液化的导热腔；所述支撑柱位于底板的凹腔内，其底部与底板固定连接，顶部热沉板的底部抵接；所述凸起结构设置在热沉板底部，并向底板方向延伸，其位置与支撑柱错开设置；所述相变液体填充在底板与热沉板构成的导热腔内，帮助热源快速散热。
2.根据权利要求1所述的真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，所述风冷模块包括隔热板、制冷片、导热硅胶、散热翅片、以及热管；所述隔热板设置在热沉板上，与热沉板和底板固定连接，其中部设有用于安装制冷片的安装缺口；所述制冷片设置在隔热板上，嵌入安装缺口内，其制冷端与热沉板连接接触；所述散热翅片设置在制冷片上，并通过导热硅胶与制冷片的散热端连接；所述散热翅片的侧面设有热管安装孔，所述热管安装孔贯穿散热翅片；所述热管设置在散热翅片内，通过热管安装孔与散热翅片连接接触。
3.根据权利要求2所述的真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，所述隔热板上还设有供制冷片的导线穿过的通孔；所述通孔设置在隔热板的侧面，并贯穿至安装缺口内。
4.根据权利要求2所述的真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，所述制冷片采用半导体制冷片。
5.根据权利要求2所述的真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，所述热管采用烧结型铜棒热管。
6.根据权利要求1所述的真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，所述凸起结构为铜粉制成。
7.根据权利要求1所述的真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，所述风冷模块设为若干组，若干组风冷模块向上叠加而提高散热效果。
8.根据权利要求1所述的真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，所述底板上还设有用于注入相变液体的注入口；所述注入口设置在底板的侧边，其一端与底板的凹腔连通，另一端与外界连通。
9.根据权利要求1所述的真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，所述相变液体填充的填充率为35％至50％。
10.根据权利要求1所述的真空导热腔均热板及风冷式散热装置，其特征在于，所述凸起结构采用圆锥式凸起结构设计，其底部与热沉板底部固定，锥部向下延伸，其高度小于支撑柱的高度。
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