CN114071959A - 散热翅片和热虹吸散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热翅片及热虹吸散热器，散热翅片包括板体，具有第一端，所述板体内形成有冷凝腔和回流通道，所述冷凝腔靠近所述第一端设置且具有流体入口，所述回流通道一端与所述冷凝腔连通，另一端向远离所述第一端的方向延伸且具有流体出口。本技术方案通过相变换热和自然对流换热的结合提高了对热源的冷却效果，从而改善了现有技术中热虹吸散热器散热效率较差的技术问题。

Description

散热翅片和热虹吸散热器

技术领域

本发明涉及散热的技术领域，尤其涉及一种散热翅片和热虹吸散热器。

背景技术

近十年来，随着通信设备、超级计算、数据挖掘、电子商务，人工智能等领域的飞速发展，总散热量需求量急剧增加。设备小型化进一步增加了功率密度，同时也加剧了对高效冷却方案的需求。

现有技术中可通过热虹吸散热器来对电子设备进行散热，目前热虹吸散热器通过相变换热来实现散热功能，其散热效率较差，无法实现对热源进行快速散热。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题提出一种散热翅片和热虹吸散热器，以改善现有技术中的热虹吸散热器散热效率较差的问题。

为此，一种实施例中提供了一种散热翅片，包括：

板体，具有第一端，所述板体内形成有冷凝腔和回流通道，所述冷凝腔靠近所述第一端设置且具有流体入口，所述回流通道一端与所述冷凝腔连通，另一端向远离靠近所述第一端的方向延伸且具有流体出口。

在散热翅片的一些实施例中，所述流体入口和所述流体出口位于所述板体的同一侧。

在散热翅片的一些实施例中，所述回流通道弯曲延伸。

在散热翅片的一些实施例中，所述回流通道呈蛇形弯曲延伸。

在散热翅片的一些实施例中，所述冷凝腔包括第一子腔和第二子腔，所述流体入口和所述第一子腔分别位于所述第二子腔的相对两侧且均与所述第二子腔连通，所述回流通道的一端与所述第一子腔直接连通。

在散热翅片的一些实施例中，所述流体入口远离所述第一端的壁面与所述第一端之间的距离小于所述第二子腔远离所述第一端的腔壁与所述第一端之间的距离。

在散热翅片的一些实施例中，所述散热翅片还包括设于所述冷凝腔内的第一支撑结构，所述第一支撑结构包括若干组彼此间隔的第一支撑组件，所述第一支撑组件包括若干个彼此间隔的第一支撑件。

在散热翅片的一些实施例中，靠近所述流体出口的部分所述回流通道形成有回流腔，在第一方向上，所述回流腔的通道截面宽度大于所述回流通道的的通道截面宽度。

在散热翅片的一些实施例中，所述板体还包括与所述第一端相对设置的第二端，所述回流通道自所述冷凝腔向靠近所述第二端的方向延伸，靠近所述流体出口的部分所述回流通道自所述第二端向靠近所述第一端的方向倾斜。

在散热翅片的一些实施例中，所述回流通道为一个以上。

本发明第二方面提供了一种热虹吸散热器，包括具有用于容纳相变工质的收容腔的基板和如第一方面所述的散热翅片，所述散热翅片固定于所述基板上，所述冷凝腔通过所述流体入口与所述收容腔连通，所述回流通道通过所述流体出口与所述收容腔连通。

采用本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明中，将散热翅片与基板固定，使板体的第一端与基板的较高端相对应，因此，散热翅片的冷凝腔通过流体入口与收容腔的上方连通，沿远离第一端方向延伸形成的回流通道则通过流体出口与收容腔的下方连通，即在竖直方向上，冷凝腔高于回流通道；将热源安装在基板上，并基于热传导将热量传递到收容腔中的相变工质中，液态相变工质受热蒸发成气态相变工质，并通过流体入口扩散至冷凝腔中，气态相变工质在冷凝腔中换热冷凝成液态相变工质；液态相变工质基于重力作用会流动到回流通道中再回流到收容腔中，该过程中，在回流通道中相变工质进一步与外界换热以降低温度，回流通道中的相变工质相对收容腔中相变工质温度较低、密度较大，相对的，收容腔中的相变工质相对回流通道中的相变工质温度较高、密度较小；因此，回流通道中的相变工质流动到收容腔并驱动收容腔内的相变工质向上运动，形成自然对流以强化对热源的冷却效果。本技术方案通过相变换热和自然对流换热的结合提高了对热源的冷却效果，从而改善了现有技术中热虹吸散热器散热效率较差的技术问题。

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获得其他的附图。

其中：

图1示出了根据本发明所提供的一种热虹吸散热器在第一视角下的整体结构示意图；

图2示出了根据本发明所提供的一种热虹吸散热器在第二视角下的整体结构示意图；

图3示出了热虹吸散热器的分解结构示意图；

图4示出了散热翅片的一局部结构示意图；

图5示出了散热翅片的另一局部结构示意图。

主要元件符号说明：

100、热虹吸散热器；10、基板；10a、收容腔；10b、注液孔；10c、第一板面；10d、第二板面；10e、第一连通孔；10f、第二连通孔；11、主板；12、盖板；13、第二支撑结构；131、第二支撑组件；1311、第二支撑件；20、散热翅片；20a、流体入口；20b、流体出口；21、板体；211、冷凝腔；2111、第一子腔；2112、第二子腔；212、回流通道；213、回流腔；214、第一端；215、第二端；22、第一支撑结构；221、第一支撑组件；2211、第一支撑件；30、热源。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以通过其他多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1-图5，在本发明实施例中，提供了一种热虹吸散热器100，热虹吸散热器100可以对电力电子器件的中央处理器、芯片等热源30进行散热，保证电力电子器件在额定温度范围内稳定工作。热虹吸散热包括具有用于容纳相变工质的收容腔10a的基板10和固定于基板10上并与收容腔10a连通的散热翅片20，通常散热翅片20与热源30分别固定于基板10的相对两个表面上，收容腔10a内可以收容相变工质，液态相变工质经热源30受热蒸发形成气态相变工质并流动到散热翅片20内，气态相变工质在散热翅片20内冷凝形成液态相变工质并回流至收容腔10a，从而完成散热循环。

为提高热虹吸散热器100的散热效率以快速对热源30进行散热，本发明还提供了一种散热翅片20，其包括板体21，板体21具有相对的第一端214和第二端215，定义自第一端214朝向第二端215为第一方向，即第一方向为图4中所示的Z1方向。板体21内形成有冷凝腔211和回流通道212，冷凝腔211靠近第一端214设置且具有流体入口20a，回流通道212一端与冷凝腔211连通，另一端向远离第一端214的方向延伸且具有流体出口20b。值得一提的是，这里所说的第一端214和第二端215相对设置并不一定是指第二端215位于第一端214的绝对相对的位置上，第二端215可以相对第一端214略微偏移，只要能保证回流通道212整体上是沿竖直方向向下延伸，能使液态相变工质可在重力的作用下从冷凝腔211沿回流通道212回流至基板10的收容腔10a内即可。

在本发明中，将散热翅片20与基板10固定，使板体21的第一端214与基板10的较高端相对应，因此，散热翅片20的冷凝腔211通过流体入口20a与收容腔10a的上方连通，沿远离第一端214方向延伸形成的回流通道212则通过流体出口20b与收容腔10a的下方连通，即在竖直方向上，冷凝腔211高于回流通道212；将热源30安装在基板10上，并基于热传导将热量传递到收容腔10a中的相变工质中，液态相变工质受热蒸发成气态相变工质，并通过流体入口20a扩散至冷凝腔211中，气态相变工质在冷凝腔211中换热冷凝成液态相变工质；液态相变工质基于重力作用会流动到回流通道212中再回流到收容腔10a中，该过程中，在回流通道212中相变工质进一步与外界换热以降低温度，回流通道212中的相变工质相对收容腔10a中相变工质温度较低、密度较大，相对的，收容腔10a中的相变工质相对回流通道212中的相变工质温度较高、密度较小；因此，回流通道212中的相变工质流动到收容腔10a并驱动收容腔10a内的相变工质向上运动，形成自然对流以强化对热源30的冷却效果。本技术方案通过相变换热和自然对流换热的结合提高了对热源30的冷却效果，从而改善了现有技术中热虹吸散热器100散热效率较差的技术问题。

同时，冷凝腔211中的液态相变工质通过回流通道212来回流到收容腔10a中，避免了需要将散热翅片20错位设置在基板10的侧上方才能形成回流的问题，从而解决因散热翅片20与基板10在竖向上错位设置而导致热虹吸散热器100的占用空间较大的问题；另一方面，对不同高度位置、不同水平位置的热源30，不需要在基板10进行高度划分，即可以使用同一收容腔10a对不同水平位置、不同高度位置的热源30进行冷却，提高了热虹吸散热器100的通用性，可以适应多种结构不同的热源30。需要说明的是，收容腔10a中的相变工质需保证能覆盖位于最高处的热源30。

在一些具体的实施例中，流体入口20a和流体出口20b位于板体21的同一侧，以保证流体入口20a、流体出口20b与基板10的连通，使得散热翅片20与基板10之间的相对位置结构足够简化。

在一种实施例中，回流通道212弯曲延伸，因此回流通道212呈曲线结构，一方面有利于回流通道212加工，另一方面加长回流通道212的回流路径，从而增大换热面积，加强回流通道212中相变工质的换热效果。在一种较优的实施方式中，回流通道212呈蛇形弯曲延伸。

需要说明的是，回流通道212的形状不限于曲线结构，且回流通道212可以为一个以上。

参见图4，在一种实施例中，冷凝腔211包括第一子腔2111和第二子腔2112，流体入口20a和第一子腔2111分别位于第二子腔2112的相对两侧且均与第二子腔2112连通，回流通道212的一端与第一子腔2111直接连通。气态相变工质通过流体入口20a首先到扩散第二子腔2112中，然后再扩散至第一子腔2111中，最终在第一子腔2111中冷凝形成液态相变工质，因此，回流通道212的一端与第一子腔2111连通以将液态相变工质重新导流回基板10的收容腔10a中；同时，由于第一子腔2111距离流体入口20a较远，使得与第一子腔2111连通的回流通道212的回流路径得到加长，提高相变工质流经回流通道212的换热效果。

进一步地，在第一方向上，第一子腔2111的宽度大于第二子腔2112的宽度，即气态相变工质在第一子腔2111的流动通道截面积大于气态相变工质在第二子腔2112的流动通道截面积，保证气态相变工质在第一子腔2111中冷凝。

在一种实施例中，流体入口20a远离第一端214的壁面与第一端214之间的距离小于第二子腔2112远离第一端214的腔壁距离第一端214之间的距离。因此，流体入口20a远离第一端214的壁面高于第二子腔2112远离第一端214的壁面，一方面增加了冷凝腔211的冷凝空间，另一方面增加了流体入口20a的流入高度防止液态相变工质直接从收容腔10a流入到冷凝腔211中。

在一种实施例中，冷凝腔211远离第一端214的腔壁形成有导流结构(图中未示出)，导流结构用于将冷凝腔211中的相变工质导流至回流通道212中，通过导流结构的导流作用保证冷凝形成的液态相变工质基本上流动到回流通道212中。

具体地，导流结构可以设置为斜面结构、曲面结构等，以保证导流作用即可。

参见图4，在一种实施例中，散热翅片20还包括设于冷凝腔211内的第一支撑结构22，防止因冷凝腔211的工作环境设置为真空或高压而导致散热翅片20容易出现塌陷或鼓胀的现象。

进一步地，第一支撑结构22位于第一子腔2111内。即第二子腔2112中未设置有第一支撑结构22，仅在在第一子腔2111中设置第一支撑结构22，防止了散热翅片20容易出现塌陷或鼓胀的问题，也保证冷凝腔211与收容腔10a的连通效果。

在一种实施例中，第一支撑结构22包括若干组彼此间隔的第一支撑组件221。

具体地，若干组第一支撑组件221与第二方向平行设置，且第二方向与第一方向相垂直，即第二方向为图4中所示的X方向。一方面实现了第一支撑结构22对散热翅片20均衡稳定的支撑，另一方面，使得受热形成的气态相变工质可以沿着相邻两组第一支撑组件221之间的间隙在冷凝腔211中扩散，减小第一支撑结构22对气态相变工质的阻力，保证相变工质的流动性和扩散速度。

进一步地，第一支撑组件221包括若干个彼此间隔设置的第一支撑件2211。

具体地，若干个第一支撑件2211与第一方向平行设置，即第一支撑结构22呈矩阵结构排列，一方面进一步提高第一支撑结构22支撑散热翅片20的均衡稳定性，另一方面，增加气态相变工质在冷凝腔211中的流动扩散路径，进一步减小第一支撑结构22对气态相变工质的阻力，也进一步提高相变工质的流动性和扩散速度。

在一种实施例中，参见图5，靠近流体出口20b的部分回流通道212形成有回流腔213，在第一方向上，回流腔213的通道截面宽度大于回流通道212的长通道截面宽度，以对从回流通道212流回到收容腔10a的液态相变工质进行缓存，保证自然对流换热效果。

在一种实施例中，参见图4，回流通道212自冷凝腔211向靠近第二端215的方向延伸，靠近流体出口20b的部分回流通道212自第二端215向靠近第一端214的方向倾斜，即靠近流体出口20b的部分回流通道212向上倾斜，从而防止收容腔10a内的相变工质受热形成的气体逆流进回流通道212中。

参见图1和图2，基板10具有相对设置的第一板面10c和第二板面10d，第一板面10c形成有用于安装热源30的散热工位，散热翅片20设置于第二板面10d。以避免热源30与散热翅片20位于基板10同一侧时热源30的热量对散热翅片20的散热产生形成干扰，保证散热翅片20与环境的热交换效率。

结合图3，在一种实施例中，收容腔10a内形成有第二支撑结构13。通过设置第二支撑结构13防止基板10因收容腔10a处于真空或高压情况而出现塌陷或鼓胀的问题。

在一种实施例中，第二支撑结构13包括若干组彼此间隔第二支撑组件131。

具体地，第二支撑组件131与第三方向平行设置的，其中，第三方向与基板10的高度延伸方向相同，参见图3，第三方向为图中所示的Z2方向。一方面保证了第二支撑结构13对基板10的支撑性，另一方面使得受热形成的气态相变工质可以沿着相邻两组第二支撑组件131之间的间隙朝向冷凝腔211扩散，减小因第二支撑结构13对气态相变工质的阻力而对气态相变工质流动速度造成的影响。

在一种实施例中，第二支撑组件131包括若干个彼此间隔第二支撑件1311。

进一步地，若干个第二支撑件1311与第四方向平行设置的，其中，第四方向与第三方向垂直，参见图3，第四方向为图中所示的Y方向。一方面进一步提高了第二支撑结构13支撑基板10的均衡稳定性，另一方面增加液态相变工质在收容腔10a的流动性，提高自然对流换热效果；以及提高气态相变工质流动到冷凝腔211的速度。

在一种实施例中，基板10还形成有连通流体入口20a与收容腔10a的第一连通孔10e，以及连通流体出口20b与收容腔10a的第二连通孔10f，且第一连通孔10e和第二连通孔10f均形成于两组相邻第二支撑组件131之间的基板10板面上，以确保第二支撑结构13在保证基板10稳定工作的同时，不阻挡第一连通孔10e和第二连通孔10f以确保收容腔10a与冷凝腔211、回流通道212的连通；另一方面，基板10因开设第一连通孔10e、第二连通孔10f会导致其强度下降，通过将第一连通孔10e、第二连通孔10f开设在两组相邻的第二支撑组件131之间的基板10板面上，以提高基板10的强度。

在一种实施例中，基板10包括主板11和盖合主板11的盖板12，主板11上朝向盖板12的一侧表面内凹形成有凹槽或盖板12朝向主板11的一侧表面内凹以形成凹槽，盖板12盖合主板11上的凹槽或主板11盖合盖板12的凹槽以形成收容腔10a。

在一些具体的实施例中，第二支撑结构13与主板11一体成型；或，第二支撑结构13与盖板12一体成型；又或，部分第二支撑结构13与主板11一体成型，部分第二支撑结构13与盖板12一体成型。

在一种实施例中，基板10还设有与收容腔10a连通的注液孔10b；其中，注液孔10b可设置在基板10的顶端。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种散热翅片，其特征在于，包括：

板体，具有第一端，所述板体内形成有冷凝腔和回流通道，所述冷凝腔靠近所述第一端设置且具有流体入口，所述回流通道一端与所述冷凝腔连通，另一端向远离所述第一端的方向延伸且具有流体出口。

2.根据权利要求1所述的散热翅片，其特征在于，所述流体入口和所述流体出口位于所述板体的同一侧。

3.根据权利要求1所述的散热翅片，其特征在于，所述回流通道呈弯曲延伸。

4.根据权利要求1所述的散热翅片，其特征在于，所述回流通道呈蛇形弯曲延伸。

5.根据权利要求1所述的散热翅片，其特征在于，所述冷凝腔包括第一子腔和第二子腔，所述流体入口和所述第一子腔分别位于所述第二子腔的相对两侧且均与所述第二子腔连通，所述回流通道的一端与所述第一子腔直接连通。

6.根据权利要求4所述的散热翅片，其特征在于，所述流体入口远离所述第一端的壁面与所述第一端之间的距离小于所述第二子腔远离所述第一端的腔壁与所述第一端之间的距离。

7.根据权利要求1所述的散热翅片，其特征在于，所述散热翅片还包括设于所述冷凝腔内的第一支撑结构，所述第一支撑结构包括若干组彼此间隔的第一支撑组件，所述第一支撑组件包括若干个彼此间隔设置的第一支撑件。

8.根据权利要求1所述的散热翅片，其特征在于，靠近所述流体出口的部分所述回流通道形成有回流腔，在第一方向上，所述回流腔的通道截面宽度大于所述回流通道的通道截面宽度。

9.根据权利要求1所述的散热翅片，其特征在于，所述板体还包括与所述第一端相对设置的第二端，所述回流通道自所述冷凝腔向靠近所述第二端的方向延伸，靠近所述流体出口的部分所述回流通道自所述第二端向靠近所述第一端的方向倾斜。

10.根据权利要求1-9任一项所述的散热翅片，其特征在于，所述回流通道为一个以上。

11.一种热虹吸散热器，其特征在于，包括具有用于容纳相变工质的收容腔的基板和如权利要求1-10中任一项所述的散热翅片，所述散热翅片固定于所述基板上，所述冷凝腔通过所述流体入口与所述收容腔连通，所述回流通道通过所述流体出口与所述收容腔连通。

Images