CN113423237A - 一种5g基站相变散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5G基站相变散热装置，其特征在于：包括微通道蒸发器、上升管、板翅式冷凝器和下降管；所述微通道蒸发器安装在5G基站内发热源表面或附近用于吸收发热源的热量；所述板翅式冷凝器安装在5G基站上，通过空气自然对流或者风扇轻质对流将热量散发到空气中；在所述微通道蒸发器内设置有循环工质，所述微通道蒸发器、上升管、板翅式冷凝器和下降管四个部件按序连接形成所述循环工质的沸腾‑冷凝气液相变回路。本发明散热装置，利用相变原理进行散热，与传统风冷相比，有换热系数高，能耗小、无机械部件，噪声小、结构简单，易安装的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于相变传热的5G基站散热装置。
背景技术
为了在新一代的科技竞争中占据优势，我国率先在世界范围内启动了5G商用布局。为了提供超高的下载速率，电子芯片功率在逐步增大，基站功耗随之增加。当前，5G基站机房均为全封闭机房，机房内的电源设备、发射设备、传输设备等都是较大的发热体，需要配置适当的散热系统保证系统安全、高效运行。
目前常见的基站散热系统交换机分为两种，分别为交叉板式热交换机与制冷型热交换机。交叉板式热交换机的散热模块为密集布置的平行翅片板，具有成本低廉，生产工艺简单等优点，但其温度梯度损失较大，换热效率比比较有限。制冷型热交换机的散热模块为压缩机制冷模块，容易实现温度控制，散热能力较强，但由于该散热模块为主动制冷式，耗能量大，价格昂贵，结构复杂，安装维护相当不方便。显然，现阶段常规的以风冷和空调为主的散热方式逐渐难以满足高功耗散热需求，此外散热系统功耗较大将提升基站运行成本。因此，目前的基站散热市场存在开发具有更强散热能力，同时成本更为低廉，更易维护的散热系统的需求。与常见的流体对流换热的散热模式相比，相变传热的散热模式具有更高的散热热流密度，更好的等温性，可达到更强的散热能力。基于此，市场上出现了以高性能相变传热器件如热管，热虹吸管，微槽道扁管热沉等为散热单元的热交换机，通过内部充注工质的蒸发吸热与冷凝放热实现热量传递，其有效导热系数高，等温性好，输送距离长，目前已得到了广泛应用。
另一方面，微电子领域遵循摩尔定律飞速发展，伴随晶体管集成度的不断提高，高速电子器件的热密度已达5~10MW/m2，散热已经成为其发展的主要“瓶颈”，微通道换热器取代传统换热装置已成必然趋势。与常规换热器相比，微通道换热器不仅体积小换热系数大，换热效率高，可满足更高的能效标准，而且具有优良的耐压性能，符合环保要求，已引起国内外学术界和工业界的广泛关注。
发明内容 本发明的目的在于提供一种噪音小、换热效果好、便于安装的5G基站散热装置。
本发明的上述目的通过以下的技术手段来实现：
一种5G基站相变散热装置，其特征在于：包括微通道蒸发器、上升管、板翅式冷凝器和下降管；所述微通道蒸发器安装在5G基站内发热源表面或附近用于吸收发热源的热量；所述板翅式冷凝器安装在5G基站上，通过空气自然对流或者风扇轻质对流将热量散发到空气中；所述上升管连接在微通道蒸发器的气相出口与板翅式冷凝器的气相入口；所述下降管连接在微通道蒸发器的液相入口与板翅式冷凝器的液相出口；在所述微通道蒸发器内设置有循环工质，所述微通道蒸发器、上升管、板翅式冷凝器和下降管四个部件按序连接形成所述循环工质的沸腾-冷凝气液相变回路。
所述微通道蒸发器呈矩形，由进口管、出口管、入口均流槽、出口缓冲槽、微通道几部分组成。凭借重力回流的液态工质流经所述微通道蒸发器被加热至沸腾，从而利用工质气液相变潜热带走与所述微通道蒸发器相接触的发热源热量。所述微通道蒸发器是一种相变型高效传热装置，具有传热面积大，换热系数高的优点。从而可实现通过系统内工质的相变将5G基站内发热源的局部高热流密度的热量高效地输送至外界环境的目的。所述微通道蒸发器中，在微流道毛细虹吸管内产生热虹吸压差，同时由于所述扁平微槽道毛细虹吸管内的槽道尺度微小，在表面张力的作用下，可同时产生毛细抽吸压差。这两个驱动压差的作用下，所述工质吸热相变蒸发。上述运行过程为在两个驱动压差作用下的完全自循环运行。可将5G基站的热量高效地排放到环境中。所述微通道蒸发器等为避免受环境不利因素的腐蚀，选用铝合金为壳体材料。
板翅式冷凝器位于5G基站上方，由多元微通道扁管、百叶窗翅片、集管以及集管中的隔板组成。所述的百叶窗翅片可有效增加所述板翅式冷凝器的换热面积，且可降低风阻，提高传热效率。所述板翅式冷凝器冷却从微通道蒸发器流出后的汽态工质，所述板翅式冷凝器流出的液态工质利用上升管内的汽态流体和下降管内液态流体的密度差产生的压力差再回流到微通道蒸发器中，以此形成循环。
所述观测窗位于微通道蒸发器出口。设置所述观测窗以后，可以观察工质流型变化。通过设置相应的温度、压力测点，实时观测回路工质状态以及发热源壁面温度特性。 所述自驱动两相回路散热系统内的工质，根据工作环境温度要求，可选用水、氨、乙醇、丙醇、丙酮、有机物等。
本发明提供的5G基站相变散热装置利用高效的沸腾-冷凝气液两相相变过程进行热量传递，可有效对高热流电子器件进行冷却；利用微流道毛细虹吸管内产生的毛细抽吸压差、气液相变密度差引起的热虹吸压差和天然重力驱动流动与热量传递过程，避免了泵功消耗，节约能源且轻噪声，符合当今绿色通信、建设集约型社会的理念。
附图说明
图1为本发明5G基站相变散热装置的结构示意图。
图中：1. 微通道蒸发器；2. 观测窗；3.上升管；4. 板翅式冷凝器；5. 下降管；6.出口缓冲槽；7. 进口均流槽。
具体实施方式
如图1所示，本发明5G基站相变散热装置，包括微通道蒸发器1，观测窗2，上升管3，板翅式冷凝器4和下降管5，上述五个部件按序连接形成沸腾-冷凝气液相变回路。工质在微通道蒸发器1中受热沸腾，利用工质沸腾相变潜热带走大量发热源热量。微通道蒸发器1中设置有出口缓冲槽6和进口均流槽7以提升流动换热的稳定性，增强换热效果。沸腾后的工质经过透明观测窗2时，操作人员可清楚地观测其中流型变化，以便检修。随后，工质经上升管3进入板翅式冷凝器。在板翅式冷凝器4中，气态工质以潜热形式释放出大量携带的热量，经自然对流或者风扇强制对流排出5G基站外部。板翅式冷凝器4上的百叶窗翅片有效增加换热面积，且可降低风阻，提高传热效率。板翅式冷凝器4流出的液态工质利用上升管3内的汽态流体和下降管5内液态流体的密度差产生的压力差再回流到微通道蒸发器1中进行新一轮的沸腾-冷凝气液相变循环。
Claims (7)
1.一种5G基站相变散热装置，其特征在于：包括微通道蒸发器、上升管、板翅式冷凝器和下降管；所述微通道蒸发器安装在5G基站内发热源表面或附近用于吸收发热源的热量；所述板翅式冷凝器安装在5G基站上，通过空气自然对流或者风扇轻质对流将热量散发到空气中；所述上升管连接在微通道蒸发器的气相出口与板翅式冷凝器的气相入口；所述下降管连接在微通道蒸发器的液相入口与板翅式冷凝器的液相出口；在所述微通道蒸发器内设置有循环工质，所述微通道蒸发器、上升管、板翅式冷凝器和下降管四个部件按序连接形成所述循环工质的沸腾-冷凝气液相变回路。
2.根据权利要求1所述5G基站相变散热装置，其特征在于：所述微通道蒸发器内设置进口均流槽和出口集流槽。
3.根据权利要求1所述5G基站相变散热装置，其特征在于：在所述上升管上设置有观测窗。
4.根据权利要求3所述5G基站相变散热装置，其特征在于：所述观测窗为石英玻璃或亚克力材质，可以清楚观测内部流动情况的透明管道。
5.根据权利要求1所述5G基站相变散热装置，其特征在于：所述微通道蒸发器外形为矩形，通过导热吸收芯片发出的热量，并转化为循环工质的相变潜热。
6.根据权利要求1所述5G基站相变散热装置，其特征在于：所述板翅式换热器由多元微通道扁管、百叶窗翅片、集管以及集管中的隔板组成，并将从循环工质上升管中带来的热量通过自然对流或者风扇强制对流排出5G基站外部。
7.根据权利要求1所述5G基站相变散热装置，其特征在于：所述循环工质为水、氨、乙醇、丙醇、丙酮或有机物。
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