CN114501917A - 一种具有风冷辅助散热功能的微小通道散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有风冷辅助散热功能的微小通道散热器，用于冷却高热流密度大功率元件，尤其可以解决当相变散热系统失效或元件短时高频工作时引起的散热不足问题。其结构包括：换热器主体，风冷散热翅片，散热风扇及其支撑结构。当相变散热系统正常运行时，风冷辅助散热组件不工作，制冷剂经端头流入换热器主体，吸收被冷却对象的产热后从另一端头流出。当相变散热系统异常，或元件短时高频工作时，风冷辅助散热组件工作，热量通过换热器主体传至风冷散热翅片，空气经过风扇驱动，在散热翅片强制对流换热，将温度维持在合理范围内。本发明体积小，散热能力强，可靠性高，在大热流密度大功率元器件散热领域有着广泛的应用前景。

Description

一种具有风冷辅助散热功能的微小通道散热器

技术领域

本发明属于设备散热技术领域，特别涉及一种具有风冷辅助散热功能的微小通道散热器。

背景技术

大功率元器件作为电子器件的核心部件，其热流密度呈迅速增长的趋势，目前已达到1000W/cm²级别。目前，大功率元器件的散热方式主要依靠风冷，液冷和两相流散热近些年来也得到了推广。风冷由于散热能力有限，目前发展已经遇到了瓶颈。液冷和两相流散热形式具有散热能力强、所使用的换热器结构体积小的特点，在大功率元器件散热领域有广泛的应用前景。这两种散热形式所用的散热器整体结构基本相似，都是工质流体流经换热器密封空腔(一般腔体内有流道，或者强化换热结构)，通过工质自身温升或者发生相变来吸收大功率元器件的产热。

这种单一结构的换热器能够应对大功率元器件正常工作时的产热，但是当液冷系统或相变散热系统散热功能失效时，或大功率元器件短时高频工作产热剧增时，大功率元器件温度骤升。为此，有必要提出一种新型换热器，既能够带走大功率元器件正常工作时的产热，又能够应对液冷系统或相变散热系统散热功能失效或大功率元器件短时高频工作引起的温度骤升问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有风冷辅助散热功能的微小通道散热器。其中，相变散热系统可以对高热流密度大功率元器件进行散热，风冷辅助散热系统可以解决相变散热系统散热功能失效时引起的散热不足问题，以及可以减缓大功率元器件短时高频工作时产热剧增的问题

根据本发明的一个方面，提供了一种具有风冷辅助散热功能的微小通道散热器，其特征在于包括：

端头，

金属口琴管式微小通道换热器，

风冷散热翅片，

轴流式风扇，

支撑结构，

其中：

金属口琴管式微小通道换热器的下表面用于贴合在被冷却对象的表面上，

风冷散热翅片被设置在金属口琴管式微小通道换热器的上表面上，

轴流式风扇安装在风冷散热翅片的上方，并被固定在支撑结构上，

支撑结构安装在微小通道散热器以外的一个基座上。

本发明的有益效果包括：

1)通过微小通道散热器中的相变换热对大功率元器件进行散热，有效解决高热流密度大功率元器件的散热问题；

2)通过风冷辅助散热组件的散热，可以减缓大功率元器件短时高频工作时产热剧增的问题；

3)通过风冷辅助散热组件的散热，可以解决相变散热系统散热功能失效时引起的散热不足问题，提高散热功能的可靠性，促进高热流密度大功率元器件周围发热元件的散热，减小高热流密度大功率元器件的故障率，降低运维成本；

4)换热器主体，风冷散热翅片，散热风扇及其支撑结构形成一个完整部件，便于安装、维护和拆卸；

附图说明

图1为本发明的一个实施例的具有风冷辅助散热功能的微小通道散热器的结构示意图。

图2为图1所示的微小通道散热器的俯视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步描述本发明。

如图1、图2所示，本发明的一种具有风冷辅助散热功能的微小通道散热器包括端头1、金属口琴管式微小通道换热器2、风冷散热翅片3、轴流式风扇4、支撑结构5。

在一个实施例中，金属口琴管式微小通道换热器2下表面贴合在发热大功率元器件表面上，风冷散热翅片3通过底座钎焊在金属口琴管式微小通道换热器2的上表面，并具有一定面积的扩展表面，轴流式风扇4安装在翅片的上部，固定在支撑结构5上，支撑结构5安装在发热大功率元器件周围的基座上；

在一个实施例中，金属口琴管式微小通道换热器和风冷散热翅片均选用铝合金作为材料，高热流密度大功率元器件为服务器CPU芯片，金属口琴管式微小通道散热器的内部微小通道流通有制冷剂，通过端头1连接泵驱两相循环系统，泵驱两相循环系统以制冷剂为循环工质，以液体泵作为循环动力，将制冷剂在微小通道散热器内相变吸收CPU产生的热量传递至室外冷凝器，进而将热量释放到室外冷源中。制冷剂选用R-141b，常压沸点32℃。

下面结合本发明散热器的具体散热过程来进一步说明本发明。根据本发明的一个具体实施例的工作过程如下：

-服务器CPU芯片开始工作，CPU表面温度急剧升高，泵驱两相循环系统中的制冷剂在金属口琴管式微小通道换热器2中发生相变，吸收CPU产生的热量，轴流式风扇4同时工作，通过空气的强制对流换热，减缓温度升高梯度，直至温度升高梯度低于安全梯度值，并且此时CPU温度低于安全温度值，轴流式风扇4暂停工作；

-当CPU计算负荷增加和/或短时高频工作，导致产热剧增，温度升高梯度高于安全梯度值，和/或CPU温度高于安全温度值时，轴流式风扇4立即工作，维持温度升高梯度低于安全梯度值和/或CPU温度低于安全温度值，直至温度出现下降趋势，轴流式风扇4暂停工作；

-当泵驱两相循环系统突然出现工作异常，以致CPU表面温度急剧升高时，轴流式风扇4立即工作，减缓CPU表面温度升高趋势和/或维持CPU温度低于安全温度值，直至泵驱两相循环系统正常工作，轴流式风扇4暂停工作。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例作出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有风冷辅助散热功能的微小通道散热器，其特征在于包括：

端头(1)，

金属口琴管式微小通道换热器(2)，

风冷散热翅片(3)，

轴流式风扇(4)，

支撑结构(5)，

其中：

金属口琴管式微小通道换热器(2)的下表面用于贴合在被冷却对象的表面上，

风冷散热翅片(3)被设置在金属口琴管式微小通道换热器(2)的上表面上，

轴流式风扇(4)安装在风冷散热翅片(3)的上方，并被固定在支撑结构(5)上，

支撑结构(5)安装在微小通道散热器以外的一个基座上。

2.根据权利要求1所述的微小通道散热器，其特征在于：

被冷却对象是发热大功率元器件。

3.根据权利要求1所述的微小通道散热器，其特征在于：

风冷散热翅片(3)通过底座钎焊被设置在金属口琴管式微小通道换热器2的上表面上。

4.根据权利要求1所述的微小通道散热器，其特征在于：

支撑结构(5)安装在发热大功率元器件周围的一个基座上。

5.根据权利要求1所述的微小通道散热器，其特征在于：

微小通道散热器的内部微小通道流通有制冷剂，通过端头(1)连接相变散热系统，相变散热系统以制冷剂为循环工质，通过循环，将制冷剂在微小通道散热器内相变吸收CPU产生的热量传递至冷源。

6.基于根据权利要求5所述的微小通道散热器的具有风冷辅助散热功能的散热方法，其特征在于包括：

-当服务器CPU芯片工作，CPU表面温度急剧升高，来自相变散热系统中的制冷剂在金属口琴管式微小通道换热器(2)中发生相变，吸收CPU产生的热量时，使轴流式风扇(4)工作，通过空气的强制对流换热，减缓温度升高梯度，直至温度升高梯度低于安全梯度值和/或CPU温度低于安全温度值，再使轴流式风扇(4)暂停工作；

-当CPU计算负荷增加和/或短时高频工作，导致产热剧增，温度升高梯度高于安全梯度值和/或CPU温度高于安全温度值时，使轴流式风扇(4)工作，维持温度升高梯度低于安全梯度值和/或CPU温度低于安全温度值，直至温度出现下降趋势，再使轴流式风扇(4)暂停工作；

-当相变散热系统突然出现工作异常，以致CPU表面温度急剧升高时，使轴流式风扇(4)工作，从而减缓CPU表面温度升高趋势和/或维持CPU温度低于安全温度值，直至相变散热系统正常工作，再使轴流式风扇(4)暂停工作。

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