CN114501916A - 一种设备散热方法及散热设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种设备散热方法及散热设备，该散热设备包括：壳体、发热器件、散热器基板以及散热部件，发热器件设置于壳体的内部，散热器基板与壳体固定连接，散热部件与散热器基板固定连接，散热部件同时覆盖近热源区与远热源区，散热部件用于吸收发热器件产生的热量，将部分热量从近热源区迁移到远热源区，利用远热源区的空气进行强化散热，可以解决相关技术中针对系统散热量持续上升只能通过不断增加齿高的方式来解决，而导致的散热齿的肋效率低，且系统体积散热密度、重量散热密度低的问题，使散热部件摆脱管路及管路形式的束缚，在散热部件的结构支撑下实现了设备远距离高效自然散热。
Description
技术领域
本发明实施例涉及散热领域，具体而言，涉及一种设备散热方法及散热设备。
背景技术
随着电力电子技术的高速发展，电子设备越来越向大容量、大功率、高集成、轻量化方向发展，由此导致了设备系统的热耗密度越来越大，环境适应性需求越来越高，电子设备的高可靠性散热问题已经逐渐成为遏制各相关行业发展的瓶颈。
以AAU和RRU为主的通讯基站设备的可靠性需求高、应用场景要求免维护，通常采用自然散热方式进行冷却。但是受到散热技术和散热方式限制，常用的自然散热方法无法满足通讯基站设备日益增长的热耗需求。
传统通讯基站设备的自然散热方法主要包括两方面：将热量从发热元件逐层传导至设备壳体外侧的散热器，并在此过程中尽量均温(热传导、热扩散过程)；通过自然对流及辐射换热将传导至散热器的热量逸散至空气中(散热过程)。在整个传热路径中，扩散热阻及导热热阻仅约占30％，对流换热热阻占比高达70％。
针对现有的公开通讯基站设备自然散热方法，一方面利用高导热界面材料等来减小传热路径中的导热热阻，另一方面通过均温腔、热管、PCI翅片等两相传热器件的均温特性来减小传热路径中的扩散热阻。以上两方面技术均仅针对占比30％的热阻部分进行优化。
目前在各工业应用场景中，PCI翅片的结构形态主要为带管路的矩形平板式金属翅片。行业内针对PCI翅片的研究现状如下：一方面关注其内部管路形态，蜂窝式管路、最速降线式管路、分区式管路等，通过管路形态的优化改变内部工质的两相流型，从而提升PCI翅片的均温性，即降低该两相器件的扩散热阻。另一方面关注PCI翅片的加工工艺及与散热器基板的连接方式，如单面吹胀技术、双面吹胀技术、嵌齿工艺、粘齿工艺等。
在相关技术公开的通讯基站产品结构方案中，通过将传统直齿散热器改进为V齿散热器来降低系统对流换热热阻、提高系统散热效率。V齿结构一方面强化了散热器垂直方向的进风，并增加了散热面积；另一方面增加了侧出风口，缩短了气流散热路径，改善了热级联问题。在相同齿高条件下，V齿系统比直齿系统的关键器件温度降低了1～3℃。尽管V齿散热器方案带来了一定温度收益，但其增加了翅片生产及连接方面的工艺复杂度，导致了成本提高。同时，直齿、V齿散热器方案均仅利用了近热源区气流对系统进行散热冷却，系统结构对散热气流具有较大阻力，且气流温度相对较高，导致自然对流换热效率较低。
现有自然散热方法只能通过不断增加齿高的方式来解决系统热耗持续上升的问题。然而，齿高的增加不仅导致了散热齿肋效率的降低，更显著增加了系统总体积，降低了产品市场竞争力。
针对相关技术中针对系统散热量持续上升只能通过不断增加齿高的方式来解决，而导致的散热齿的肋效率低，且系统体积散热密度、重量散热密度低的问题，尚未提出解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种设备散热方法及散热设备，以至少解决相关技术中针对系统散热量持续上升只能通过不断增加齿高的方式来解决，而导致的散热齿的肋效率低，且系统体积散热密度、重量散热密度低的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种散热设备，所述散热设备包括：壳体1、发热器件2、散热器基板3以及散热部件4，其中，所述发热器件2设置于所述壳体1的内部，所述散热器基板3与所述壳体1固定连接，所述散热部件4与所述散热器基板3固定连接，所述散热部件4同时覆盖近热源区与远热源区。
所述散热部件4，用于吸收所述发热器件2产生的热量，将部分所述热量从所述近热源区迁移到所述远热源区，利用所述远热源区的空气进行强化散热。
在一实施例中，所述散热部件4包括平行间隔设置的多个散热齿40；
每个所述散热齿40包括直齿41、外延齿42、内腔43、传热工质44，所述外延齿42超出所述散热器基板3的基板外缘，所述直齿41位于所述近热源区，所述外延齿42位于所述远热源区，所述传热工质44充灌于所述内腔43内；
所述传热工质44吸热后在所述内腔43中形成池沸腾状态，通过汽化的方式将所述热量迁移到所述远热源区。
在一实施例中，所述直齿41的长度小于或等于所述壳体1的纵向外缘尺寸，所述外延齿42的长度为所述直齿41的长度的预设倍数。
在一实施例中，所述内腔43为一体式连通结构，所述内腔43的覆盖范围包括所述直齿41与所述外延齿42。
在一实施例中，所述内腔43为空腔结构或管式流道结构。
在一实施例中，位于所述外延齿42中的上部内腔设置为倾斜结构，向位于所述直齿41中的下部内腔过渡并连通。
在一实施例中，所述传热工质44的液位面高于所述发热器件2的主发热元件与热敏感元件。
在一实施例中，通过局部压合或支撑柱的方式在所述内腔43内部形成阵列式加强筋，强化所述散热齿40的结构强度，其中，所述加强筋的结构包括以下之一：蜂窝状、圆形、三角形、方形。
在一实施例中，所述散热设备还包括导流板5，其中，所述导流板5与所述散热部件4通过卡扣方式固定连接，所述导流板5设置于所述直齿41与所述外延齿42的分界区。
在一实施例中，所述外延齿42上固定设置有辅助散热部件6，其中，所述辅助散热部件6的结构包括V齿或垂直齿，或者，所述辅助散热部件6通过所述外延齿42折弯形成。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种设备散热方法，所述方法包括：
通过散热部件4吸收发热器件2产生的热量，其中，所述设备包括壳体1、发热器件2、散热器基板3以及所述散热部件4，其中，所述发热器件2设置于所述壳体1的内部，所述散热器基板3与所述壳体1固定连接，所述散热部件4与所述散热器基板3固定连接，所述散热部件4同时覆盖近热源区与远热源区；
将部分所述热量从所述近热源区迁移到所述远热源区，利用所述远热源区的空气进行强化散热。
在一实施例中，所述散热部件4由平行间隔设置的多个散热齿40组成，每个所述散热齿40包括直齿41、外延齿42、内腔43、传热工质44，所述外延齿42超出所述散热器基板3的基板外缘，所述直齿41位于所述近热源区，所述外延齿42位于所述远热源区，所述传热工质44充灌于所述内腔43内。
在一实施例中，将部分所述热量从所述近热源区迁移到所述远热源区包括：
通过所述传热工质44吸热后在所述内腔43中形成池沸腾状态，通过汽化的方式将部分所述热量迁移到所述远热源区。
在一实施例中，散热齿40的主蒸发区位于所述直齿41中的下部内腔，散热齿40的主冷凝区位于所述外延齿42中的上部内腔。
通过本发明实施例的所述设备散热方法，可以解决相关技术中针对系统散热量持续上升只能通过不断增加齿高的方式来解决，而导致的散热齿的肋效率低，且系统体积散热密度、重量散热密度低的的问题，同时也解决了传统PCI翅片两相分区不明显、近热源侧管路补液不足、管路仅覆盖近热源区、V齿散热器翅齿片连接工艺复杂的问题，使散热部件4摆脱管路及管路形式的束缚，在散热部件4的结构支撑下实现了设备远距离高效自然散热。
附图说明
图1是本发明实施例的散热设备的外形结构图；
图2是本发明实施例的设备散热方法的流程图；
图3是本发明实施例的散热设备的结构框图；
图4是本发明实施例的散热区域划分的示意图；
图5是本发明实施例的散热齿结构的框图；
图6是本发明实施例的散热齿相关尺寸说明的示意图；
图7是本发明实施例的管式流道内腔的示意图；
图8是本发明实施例的导流板外形结构的示意图；
图9是本发明实施例的折弯副齿外形结构的示意图；
图10是本发明实施例的V型副齿外形结构的示意图；
图11是本发明实施例的散热方法两相原理的示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的实施例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明实施例提供了一种设备散热方法及散热设备，以至少解决相关技术中针对系统散热量持续上升只能通过不断增加齿高的方式来解决，而导致的散热齿的肋效率低，且系统体积散热密度、重量散热密度低的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种散热设备，图1是本发明实施例的散热设备的外形结构图，如图1所示，所述散热设备包括：壳体1、发热器件2、散热器基板3以及散热部件4，其中，所述发热器件2设置于所述壳体1的内部，所述散热器基板3与所述壳体1固定连接，所述散热部件4与所述散热器基板3固定连接，所述散热部件4同时覆盖近热源区与远热源区，所述散热部件4用于吸收所述发热器件2产生的热量，将部分所述热量从所述近热源区迁移到所述远热源区，利用所述远热源区的空气进行强化散热，即将大部分所述热量从所述近热源区迁移到所述远热源区，利用所述远热源区中充足且低温的空气进行强化散热。
在一实施例中，所述散热部件4包括平行间隔设置的多个散热齿40；每个所述散热齿40包括直齿41、外延齿42、内腔43、传热工质44，所述外延齿42的外形结构不限，所述外延齿42须超出所述散热器基板3的基板外缘，所述直齿41位于所述近热源区，所述外延齿42位于所述远热源区，所述传热工质44充灌于所述内腔43内；所述传热工质44吸热后在所述内腔43中形成池沸腾状态，通过汽化的方式将所述热量迁移到所述远热源区。
在一实施例中，所述直齿41的长度小于或等于所述壳体1的纵向外缘尺寸，所述外延齿42的长度为所述直齿41的长度的预设倍数。
在一实施例中，所述内腔43为一体式连通结构，所述内腔43的覆盖范围包括所述直齿41与所述外延齿42。
在一实施例中，所述内腔43为空腔结构或管式流道结构。
在一实施例中，位于所述外延齿42中的上部内腔设置为倾斜结构，向位于所述直齿41中的下部内腔过渡并连通。
在一实施例中，所述传热工质44的液位面高于所述发热器件2的主发热元件与热敏感元件。
在一实施例中，通过局部压合、支撑柱等方式在所述内腔43内部形成阵列式加强筋，强化所述散热齿40的结构强度，其中，所述加强筋的结构包括但不限于以下之一：蜂窝状、圆形、三角形、方形。
在一实施例中，所述散热设备还包括导流板5，其中，所述导流板5与所述散热部件4通过卡扣方式固定连接，所述导流板5设置于所述直齿41与所述外延齿42的分界区。
在一实施例中，所述外延齿42上固定设置有辅助散热部件6，其中，所述辅助散热部件6的结构包括但不限于V齿或垂直齿，或者，所述辅助散热部件6通过所述外延齿42折弯形成。
基于上述的散热设备，在本实施例中提供了一种设备散热方法，图2是本发明实施例的设备散热方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
步骤S202，通过散热部件4吸收发热器件2产生的热量，其中，所述设备包括壳体1、发热器件2、散热器基板3以及所述散热部件4，其中，所述发热器件2设置于所述壳体1的内部，所述散热器基板3与所述壳体1固定连接，所述散热部件4与所述散热器基板3固定连接，所述散热部件4同时覆盖所述近热源区与远热源区；
在一实施例中，上述步骤S202具体可以包括：通过所述散热部件4的传热工质44吸收所述发热器件2产生的热量，其中，所述散热部件4由平行间隔设置的多个散热齿40组成，每个所述散热齿40包括直齿41、外延齿42、内腔43、传热工质44，所述外延齿42的外形结构不限，所述外延齿42须超出所述散热器基板3的基板外缘，所述直齿41位于所述近热源区，所述外延齿42位于所述远热源区，所述传热工质44充灌于所述内腔43内。散热齿40的主蒸发区位于所述直齿41中的下部内腔，散热齿40的主冷凝区位于所述外延齿42中的上部内腔。
步骤S204，将部分所述热量从所述近热源区迁移到所述远热源区，利用所述远热源区的空气进行强化散热。
在一实施例中，上述步骤S204具体可以包括：通过所述传热工质44吸热后在所述内腔43中形成池沸腾状态，通过汽化的方式将部分所述热量迁移到所述远热源区，在所述散热设备从近热源区吸入空气散热的同时，也从远热源区吸入空气强化散热，快速逸散迁移至远热源区的热量。
通过上述步骤S202至S204，可以解决相关技术中针对系统散热量持续上升只能通过不断增加齿高的方式来解决，而导致的散热齿的肋效率低，且系统体积散热密度、重量散热密度的问题，使散热部件摆脱管路及管路形式的束缚，在散热部件的结构支撑下实现了设备远距离高效自然散热。
本发明实施例的散热设备具体可以为AAU/RRU，即主要应用于高热耗通讯基站设备的自然散热，适用于利用自然空气对设备进行散热冷却的应用场景。图3是本发明实施例的散热设备的结构框图，如图3所示，包括AAU/RRU壳体1、发热器件2、散热器基板3、散热部件4、导流板5、副齿6，其中，散热部件4包括多个散热齿40，多个散热齿40可以平行间隔设置，每两个散热齿之间的间距可以相同也可以不同。
发热器件2通常利用导热胶或导热介质贴附于AAU/RRU壳体1内部，并称布置了发热器件2的一侧为热源侧。
散热器基板3通常贴附于AAU/RRU壳体1的近热源侧外表面，或与AAU/RRU壳体1直接铸为一体。
散热齿40通过嵌齿、粘接等方式与散热器基板3连接并固定，与基板一起构成一种高效散热结构；其放置方式可选择竖直放置，或与水平方向呈一定角度的倾斜放置。
图4是本发明实施例的散热设备的散热区域划分的示意图，如图4所示，根据与设备的相对位置，可以将主要散热空间划分为两部分：近热源区7、远热源区8。
图5是本发明实施例的散热设备的散热齿结构的框图，如图5所示，散热齿40为一体式散热翅片，其材质通常为金属，如铝、铜等。散热齿40由近热源区的下部直齿部分(即直齿41)、远热源区的上部外延齿部分(即外延齿42)、内腔43、传热工质44组成。近热源区的直齿41靠近发热器件2，其结构形态不限，多为矩形平板式。
直齿41的长度通常小于或等于AAU/RRU壳体1的纵向外缘尺寸；直齿41的高度取在30mm～110mm间为宜。
远热源区的外延齿42，结构形态不受约束，以矩形平板式为宜(本实施例所采用形式)。
图6是本发明实施例的散热齿尺寸说明的示意图，如图6所示，外延齿42的长度宜取0.1～0.4倍的下部直齿部分长度；外延齿42的高度宜尽可能取大，最大取至与AAU/RRU壳体1的横向外缘齐平为宜。
散热齿40的内部通过模具加工、吹胀工艺等形成内腔43，其结构形态不限，可以为空腔结构，也可以为管式流道结构。
图7是本发明实施例的管式流道内腔的示意图，如图7所示，内腔43采用管式流道结构时，流道设计形式不限；内腔上部管路通过倾斜结构设计与内腔下部管路过渡连通，以帮助内腔上部冷凝液快速回流并补充至内腔下部。
内腔43为连续一体式结构，其覆盖范围同时包括直齿41及外延齿42。
为保证内腔43的覆盖范围尽可能大且满足工艺加工要求，以图7为例，内腔43的左右侧极限尺寸宜距离散热齿40的左右侧外缘尺寸2～6mm，内腔43的上下侧极限尺寸宜距离散热齿40的上下侧外缘尺寸6～12mm。
通过局部压合、支撑柱等方式在内腔43内部形成阵列式加强筋，强化散热齿40的结构强度，其中，所述加强筋的结构包括但不限于以下之一：蜂窝状、圆形、三角形、方形。
内腔43抽真空之后充灌传热工质44，充灌液位应高于发热器件2中的主发热元件及热敏感元件，充灌完成后的充灌口末端通过机械或焊接方式将其密封。
图8是本发明实施例的导流板外形结构的示意图，如图8所示，导流板5与散热齿40形成卡扣形式固定，其高度位置在直齿41与外延齿42的分界区附近。
辅助散热部件通常为副齿，可为外形结构不限的独立金属翅片，通过焊接等方式与外延齿42连接并固定。图9是本发明实施例的折弯副齿外形结构的示意图，该折弯副齿可直接通过外延齿42的侧折弯形成。图10是本发明实施例的V型副齿外形结构的示意图，通过焊接等方式与外延齿42连接并固定。
本发明实施例中，散热齿40及内腔43的结构形态不受约束，但是散热齿40、内腔43均具有从近热源区延伸至远热源区的结构特性。受益于散热齿40的齿形结构特性，散热齿40可以形成明显的蒸发、冷凝分区：主蒸发区位于直齿41中的下部内腔，主冷凝区位于外延齿42中的上部内腔。
图11是本发明实施例的散热方法两相原理的示意图，在齿形及内腔结构支撑下，散热齿40实现了如图11所示的可以等效浸没式液冷效果的远距离高效自然散热：内腔下部的液态工质从翅片近热源侧持续吸热汽化并形成稳定池沸腾状态，气态工质携带大量潜热快速转移至内腔上部冷凝散热，从而实现了热量从近热源区向远热源区的快速迁移及高效散热。
由于腔内液位高于主发热器件的充液特性，本散热方法保证了内腔近热源侧空间持续浸润有足够液态工质来避免干烧现象，降低了相应位置处器件超温风险。
系统从近热源区吸入空气散热的同时，也可以从远热源区吸入空气散热，从而达到强化散热效果。由于齿形结构的外延特性，内腔上部位于远热源区，其内部充满高温气态工质，外部有充足的低温空气；散热齿间形成的流道前后通透无阻碍，气流阻力较小，并且可以从散热器背面侧吸入空气，提高气流流速。在大温差、高流速的气流条件下，散热齿外延部分表面可以形成较强的自然对流，从而使内腔上部的气态工质迅速散热、冷凝，为内腔下部持续补液，强化了两相换热程度、维持了两相循环、保证了稳定持续的热量迁移及散热齿均温性。
在上述基础上，通过引入导流板、增加辅助散热部件(副齿、折弯齿)等方式，可进一步强化外延齿部分的散热性能。
本发明实施例所述的设备散热方法解决了原PCI翅片技术下，散热翅片的两相分区不明显、近热源侧管路补液不足、管路仅覆盖近热源区的问题；避免了V齿散热器散热齿加工、连接工艺的复杂化；降低了散热齿高度、提高了散热齿肋效率；提升超过了10％的系统体积散热密度、5％的重量散热密度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种散热设备，其特征在于，所述散热设备包括：壳体1、发热器件2、散热器基板3以及散热部件4，其中，所述发热器件2设置于所述壳体1的内部，所述散热器基板3与所述壳体1固定连接，所述散热部件4与所述散热器基板3固定连接，所述散热部件4同时覆盖近热源区与远热源区，
所述散热部件4，用于吸收所述发热器件2产生的热量，将部分所述热量从所述近热源区迁移到所述远热源区，利用所述远热源区的空气进行强化散热。
2.根据权利要求1所述的散热设备，其特征在于，
所述散热部件4包括平行间隔设置的多个散热齿40；
每个所述散热齿40包括直齿41、外延齿42、内腔43、传热工质44，所述外延齿42超出所述散热器基板3的基板外缘，所述直齿41位于所述近热源区，所述外延齿42位于所述远热源区，所述传热工质44充灌于所述内腔43内；
所述传热工质44，用于吸收所述发热器件2产生的热量，并在所述内腔43中形成池沸腾状态，通过汽化的方式将所述热量迁移到所述远热源区。
3.根据权利要求2所述的散热设备，其特征在于，
所述直齿41的长度小于或等于所述壳体1的纵向外缘尺寸，所述外延齿42的长度为所述直齿41的长度的预设倍数。
4.根据权利要求2所述的散热设备，其特征在于，
所述内腔43为一体式连通结构，所述内腔43的覆盖范围包括所述直齿41与所述外延齿42。
5.根据权利要求2所述的散热设备，其特征在于，所述内腔43为空腔结构或管式流道结构。
6.根据权利要求2所述的散热设备，其特征在于，位于所述外延齿42中的上部内腔设置为倾斜结构，向位于所述直齿41中的下部内腔过渡并连通。
7.根据权利要求2所述的散热设备，其特征在于，所述传热工质44的液位面高于所述发热器件2的主发热元件与热敏感元件。
8.根据权利要求2所述的散热设备，其特征在于，
通过局部压合或支撑柱的方式在所述内腔43内部形成阵列式加强筋，强化所述散热齿40的结构强度，其中，所述加强筋的结构包括以下之一：蜂窝状、圆形、三角形、方形。
9.根据权利要求2所述的散热设备，其特征在于，所述散热设备还包括导流板5，其中，所述导流板5与所述散热部件4通过卡扣方式固定连接，所述导流板5设置于所述直齿41与所述外延齿42的分界区。
10.根据权利要求2所述的散热设备，其特征在于，所述外延齿42上固定设置有辅助散热部件6，其中，所述辅助散热部件6的结构包括V齿或垂直齿，或者，所述辅助散热部件6通过所述外延齿42折弯形成。
11.一种设备散热方法，其特征在于，所述方法包括：
通过散热部件4吸收发热器件2产生的热量，其中，所述设备包括壳体1、发热器件2、散热器基板3以及所述散热部件4，其中，所述发热器件2设置于所述壳体1的内部，所述散热器基板3与所述壳体1固定连接，所述散热部件4与所述散热器基板3固定连接，所述散热部件4同时覆盖近热源区与远热源区；
将部分所述热量从所述近热源区迁移到所述远热源区，利用所述远热源区的空气进行强化散热。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述散热部件4由平行间隔设置的多个散热齿40组成，每个所述散热齿40包括直齿41、外延齿42、内腔43、传热工质44，所述外延齿42的外形结构不限，所述外延齿42须超出所述散热器基板3的基板外缘，所述直齿41位于所述近热源区，所述外延齿42位于所述远热源区，所述传热工质44充灌于所述内腔43内。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将部分所述热量从所述近热源区迁移到所述远热源区包括：
通过所述传热工质44吸热后在所述内腔43中形成池沸腾状态，通过汽化的方式将部分所述热量迁移到所述远热源区。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述散热齿40的主蒸发区位于所述直齿41中的下部内腔，所述散热齿40的主冷凝区位于所述外延齿42中的上部内腔。
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