CN117915624A - 具有蓄热功能的平板热管/翅片一体化散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有蓄热功能的平板热管/翅片一体化散热器，涉及电子设备热管理领域。本结构主要由相变蓄热材料以及平板热管和翅片构成，平板热管和翅片内部为相通的空腔，翅片内部设置气液隔板，气液隔板上设回液孔，内部蒸汽通过回液孔到液体流道冷凝，实现气液流动分离；散热翅片内壁设毛细吸液芯；散热器中填充相变材料，通过相变潜热实现瞬时高热流密度的热量控制。本发明在平板热管与翅片一体化散热器中填充相变蓄热材料，平板热管作为蒸发器，散热翅片作为冷凝器，避免因焊接产生的接触热阻的同时大幅提高了翅片效率和散热性能，并采用特殊结构实现气液分流，避免蒸汽携带冷凝液问题。此外，相变蓄热材料的加入，能实现温度波动的有效控制。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备热管理领域，适用于地面电子设备散热。
背景技术
随着半导体制造设备和集成电路不断向更高效、更快、更小的趋势发展，导致单位容积内的发热量剧增，出现局部热流密度较大以及瞬时高热流密度的现象，不良的热管理会对集成电路造成严重损害，如何实现高效散热已经成为当前电子设备待解决的关键技术之一。
相变材料是一种能在温度不变的情况下通过改变自身的相态来吸收或释放大量潜热的物质，在融化过程中具有等温或近似等温、可吸收或释放大量潜热的优点，特别适用于周期性工作的仪器设备。因此，将固液相变技术应用于电子设备热管理，可以有效解决间歇性的热冲击以及尖峰负荷散热问题，能有效提高设备的使用寿命。
平板热管作为高效传热元件，具有优异的导热性能,较大的传热面积和良好的均温性，凭借其导热系数高、温度均匀性好、结构紧凑等优点在电子设备散热领域得到了广泛应用。
目前平板热管作为散热装置的关键部件，与散热翅片大都是分开设计和制造的，应用时用导热硅脂或焊接使均温板与散热翅片成形。这种设计便于加工制作，但存在较大的接触热阻，极大的影响了整个散热装置的工作性能；并且翅片散热过程为导热传热，随散热翅片高度的增加会导致翅片散热效率大幅度降低。
将翅片直接作为冷凝器的同时，上升的蒸汽和下降的冷凝液在狭窄的翅片空腔内会发生逆流现象，蒸汽会携带冷凝液上升，阻碍冷凝液回流，使得液膜厚度增大，降低换热性能，且可能出现携带极限。
发明内容
本发明公开了具有蓄热功能的平板热管翅片一体化散热器，平板热管翅片一体化结构能够有效消除平板热管与散热翅片之间的接触热阻，同时增大蒸汽冷凝面积，并使整个翅片处于均温状态，极大提高了散热翅片的效率（肋效率），增强了其整体导热性和均温效果；采用气液分流可以有效避免气液携带问题，实现冷凝液体的顺利回流；相变蓄热材料的加入可以有效降低散热器的温度波动幅度，提高散热器的效率，解决不稳定或瞬时高热流密度热负荷下的控温问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
具有蓄热功能的平板热管/翅片一体化散热器，平板热管上表面等距离设置若干散热翅片，平板热管和翅片一体化成型，内部设置相连通的空腔；所述空腔内部充注一定的相变工质，相变工质在平板热管内部形成液池，翅片内壁设置毛细吸液芯浸入液池；平板热管翅片一体化散热器中填充相变蓄热材料，工作时，所述的平板热管为蒸发器，所述的散热翅片为冷凝器，翅片将热量传给相变蓄热材料，同时在外界风扇的吹动下将热量散到周围环境中；相变蓄热材料放热时，与其相接触部分翅片作蒸发器，与空气相接触部分翅片作冷凝器，液体相变工质通过毛细吸液芯在翅片蒸发器蒸发后上升到翅片冷凝器冷凝，在风扇吹动下将热量进一步散失到周围环境，完成放热；所述散热翅片内设置气液隔板，将散热翅片内部空腔分割为气体流道和液体流道；气液隔板上设置回流孔，回流孔连通气体流道和液体流道。
作为优选的一种技术方案，所述平板热管为蒸发器，所述散热翅片为冷凝器；工作时，平板热管内相变工质吸收热量蒸发变为气体，液池上方气态工质上升到气体通道，在气液分隔板上回流孔冷却凝结流入液体通道并回到液池。
作为优选的一种技术方案，所述平板热管以及翅片由铜或铝材料制成，平板热管边壁设抽真空和充注口，并通过抽真空和注液口向内部空腔注入相变工质。
作为优选的一种技术方案，所述散热翅片横截面为矩形、圆形或多边形中的一种或多种。
作为优选的一种技术方案，所述液池内相变工质为R134a、R22、丙酮、水中的一种或多种。
作为优选的一种技术方案，所述毛细吸液芯为微槽结构、金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构或有机织物中的一种或多种。
作为优选的一种技术方案，所述相变蓄热材料为石蜡。
本发明具有如下有益效果：
（1）利用石蜡作为蓄热介质，性能稳定，能有效实现瞬时高热流密度的散热；
（2）平板热管翅片一体化结构能够使平板热管与翅片实现一体化，有效消除其接触热阻；
（3）均温翅片直接作为冷凝器，具有良好等温性的同时增大了冷凝散热面积；
（4）翅片内部设置气液分隔板，实现了冷凝液的顺利回流；
（5）具有蓄热功能的平板热管翅片一体化散热器，具有均温、强化散热、消除局部瞬时高热流等优点，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例垂直于翅片长度方向剖视图；
图2为本发明实施例的结构示意图；
图3为本发明实施例的内部构造三维剖视图；
图4为本发明另一实施例的结构示意图；
图5为本发明另一实施例内部构造三维剖视图；
其中，1-平板热管，2-散热翅片，21-与相变蓄热材料相接触部分翅片，22-与外部空气流道相接触部分翅片，23-强化传热翅片，3-相变蓄热材料，4-液池，5-平板热管及翅片内部空腔，6-毛细吸液芯，7-气液分隔板，8-气体流道，9-液体流道，10-抽真空和相变工质充注口，11-回流孔，12-外部空气流道。
实施方式
为了详细说明本发明的内容，下面结合附图和具体实施例详细说明。
实施例1
本实施例公开一种具有蓄热功能的平板热管/翅片一体化散热器，如图1-5，该散热器包括平板热管1、若干翅片2一体化散热器以及相变蓄热材料3，其中，具有蓄热功能平板热管1上表面等距设置两个以上平板型散热翅片2，平板热管1与翅片2一体化成型，内部为相连通空腔5；
在本实施例中，平板热管1以及翅片2由铜或铝材料制成，平板热管1边壁设抽真空和充注口10，并通过抽真空和注液口10向内部空腔5注入相变工质。相变工质在平板热管1内形成液池4；在平板热管1翅片2一体化散热器中填充相变蓄热材料3，所述散热翅片2上可焊接铜或铝制翅片形成强化散热翅片23从而增强导热。
应当说明的是，所述液池4内相变工质为R134a、R22、丙酮、水中的一种或多种，本实施例中，采用丙酮。
在本实施例中，翅片2空腔内壁设置毛细吸液芯6，毛细吸液芯6浸入液池4；另外，翅片2内设置气液分隔板7，将翅片2内部空腔5分隔为气体流道8和液体流道9，气液隔板7上设置若干回流孔11，回流孔11连通气体通道8和液体通道9。
在本实施例中，翅片2包括下部翅片21和上部翅片22，所述下部翅片21可分为与相变蓄热材料3相接触，所述上部翅片22的下部翅片21以及与空气流道12相接触。
工作时，所述平板热管1为蒸发器，所述翅片2为冷凝器；液池4内工质吸热蒸发，相变工质蒸汽上升进入翅片2内的气体流道8，蒸汽通过气液隔板7上回流孔11进入液体流道9冷凝为液体后回到液池4，将热量由热源通过平板热管1底部传递至翅片2，翅片2再将热量传给与其相接触的相变蓄热材料3，同时在风扇的吹动下将热量散到周围环境中，完成瞬时高热流密度的散热；当热流密度较小或无热流时，相变蓄热材料3进行放热，与其相接触部分翅片21作蒸发器，与空气相接触部分翅片22作冷凝器，液体相变工质通过毛细吸液芯6在翅片蒸发器21蒸发后上升到翅片冷凝器22冷凝，在风扇吹动下将热量进一步散失到周围环境，完成放热。以此往复，完成相变蓄热材料循环换热模块。
应当说明的是，在本实施例中，相变蓄热材料3为石蜡。
本实施例公开的具有蓄热功能的平板热管翅片一体化散热器，将传统翅片改为与平板热管1同结构并与其相连通的均温翅片2，均温翅片2作为该一体结构的冷凝器，避免平板热管1与散热翅片之间较高接触热阻的同时增强了其整体导热性和均温效果。且在翅片2空腔内设置气液分隔板7，能有效防止携带极限的发生。并在翅片2内壁设置毛细吸液芯6，一方面可以在散热器正常工作时将冷凝液体送回平板热管蒸发器，另一方面可以在相变蓄热材料3放热时将液池中的相变工质送到翅片蒸发。相变蓄热材料3的加入，可以有效降低散热器的温度波动幅度，提高散热器的制冷效率，解决瞬时高热流密度快速散热的难题。
实施例2
具有蓄热功能的平板热管翅片一体化散热器，平板热管1上表面等距设置两个以上圆柱形散热翅片2，平板热管1与翅片2一体化成型，内部为相连通空腔5；所述空腔5内通过抽真空和相变工质充注口10抽真空后充入一定的相变工质，相变工质在平板热管1内形成液池4；在平板热管1翅片2一体化散热器中填充相变蓄热材料3，所述散热翅片2上可焊接铜或铝制翅片23增强导热。
实施例2工作过程同实施例1，故在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，并不局限本发明，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.具有蓄热功能的平板热管/翅片一体化散热器，其特征在于，包括：平板热管（1）、若干翅片（2）一体化散热器以及相变蓄热材料（3）；平板热管（1）上表面等距设置若干翅片（2），平板热管（1）与若干翅片（2）一体化成型，翅片（2）外填充相变蓄热材料（3），平板热管（1）与各翅片（2）内部空腔（5）相互连通；所述空腔（5）内部抽真空后充注相变工质，相变工质在平板热管（1）内形成液池（4）；
所述翅片（2）空腔内壁设置毛细吸液芯（6），毛细吸液芯（6）浸入液池（4）；
所述翅片（2）内设置气液分隔板（7），将翅片（2）内部空腔（5）分隔为气体流道（8）和液体流道（9），气液隔板（7）上设置若干回流孔（11），回流孔（11）连通气体通道（8）和液体通道（9）；
所述翅片（2）包括下部翅片（21）和上部翅片（22），所述下部翅片（21）与相变蓄热材料(3)相接触，所述上部翅片（22）空气流道（12）相接触。
2.如权利要求1所述的平板热管/翅片一体化散热器，其特征在于，所述平板热管（1）为蒸发器，所述散热翅片（2）为冷凝器；工作时，平板热管（1）内相变工质吸收热量蒸发变为气体，液池（4）上方气态工质上升到气体通道（8），在气液分隔板（7）上回流孔（11）冷却凝结流入液体通道（9）并回到液池（4）。
3.如权利要求1所述的平板热管/翅片一体化散热器，其特征在于，所述平板热管（1）以及翅片（2）由铜或铝材料制成，平板热管（1）边壁设抽真空和充注口（10），并通过抽真空和注液口（10)向内部空腔（5）注入相变工质。
4.如权利要求1所述的平板热管/翅片一体化散热器，其特征在于，所述散热翅片（2）横截面为矩形、圆形或多边形中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的平板热管/翅片一体化散热器，其特征在于，所述液池（4）内相变工质为R134a、R22、丙酮、水中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的平板热管/翅片一体化散热器，其特征在于，所述毛细吸液芯（6）为微槽结构、金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构或有机织物中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的平板热管/翅片一体化散热器，其特征在于，所述相变蓄热材料（3）为石蜡。
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