CN1564322A - 曲面热管散热器及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲面热管散热器及其应用方法。本发明创造性地采取了热管壳体与翅片为一体的设计思想，即散热器组成部分的吸热件体、传热件体和散热件体中至少有一部分由空腔壳体至少一部分为曲面的曲面热管构成。优选的曲面壳体可由金属铜、铝片材挤压成型。本发明揭示的曲面热管散热器较之已有技术的热管散热器，为了增加热交热面积在制作好的热管壳体外再设计加工翅片，大大降低了生产加工的技术难度和工作量，可采用工业流水线的生产方式加生产，生产成本大为降低。

Description

曲面热管散热器及其应用方法

一、技术领域

本发明涉及一种热管散热器，特别涉及构成散热器的吸热件体、传热件体和散热件体中的至少一部分为热管的散热器，可适用于电力、电子产品设备以及机械产品设备运行中的散热或热控制、温度控制。

二、背景技术

工业产品设备中使用的散热器，基本结构包括吸热件体、传热件体、散热件体和辅助件体。吸热件体将被散器件不断产生的热量吸收移走，使其保持在要求的控制温度范围内，以保持正常工作。传热件体将吸热件体从热源吸收到的热量及时传输到散热件体，使吸热件体不至于聚积更多的热量，以防其升温，失去吸热功能。传统的散热器，其传热件体通常由金属管件构成。散热件体是将传热件体传输来的热量传输到具有巨大热容的热容体内，通常是将热量传输到大气，也可将热量传输到水中、大地，或传输到另一类设备将热能转换为其他形式的能量，再加以利用。对于将热量传输到大气中去的设计，通常还配以风扇，以提高散热器的热效率。传统的散热器，其散热件体是由铝型材构成。但由于铝型材的结构形式限制，由铝型材加工制作成的散热件体，散热器的热效率比较低，随着经济技术的发展，特别是CPU的快速发展，对散热器单位体积和单位重量的散热能力提出了更高的要求，传统的以铝型材散热翅片为散热件体的散热器远远不能满足散热的要求。为此，近年来有人采用由金属铜、铝片材通过折叠、挤压等方式加工成特定形状的翅片，以代替铝型材式的翅片，提高散热器的热效率。这种改进可以提高散热器的热效率，但仍远远不能满足经济技术发展对散热器提出的应具有更高热效率的要求。

热管有极高的热效率。热管技术的出现，为生产出具有更高热效率的散热器奠定了基础。最早出现的以热管为基本热元件的散热器，构成散热器的热管为传统结构形式的热管，即为管状结构的热管。这种结构形式的散热器，较之传统技术的散热器，热效率有了很大的提高。这种结构形式的热管散热器，其吸热件需将热管嵌入到一个平板中，嵌入的方法是在平板的上下两端加工出凹凸槽，再将热管嵌入其中，散热器件加工有各种结构形式的翅片。但因其吸热端的嵌入结构及散热端的翅片联接处存在很大的接触热阻，降低了热管散热器的整体性能。另外，由于其热管结构形式的限制，单位体积和单位重量的热交换量不高，限制了散热器整体热效率的进一步提高，也限制了热管其高热效率性能的发挥。为了增加热管散热器的热交换量，已有技术的热管散热器通常是在热管散热器的壳体外粘结、焊接或嵌接不同类型的翅片。热管散热器采取了这些技术措施后，可以提高其单位体积的散热面积和散热量。但这种热管与散热器件分开设计与加工的技术存在着明显不足，增加了生产成本，不便于工业化生产热管散热器。

为了进一步提高热管散热器的热效率和应用范围，人们从构成散热器的热管所使用的工质和热管的结构形式进行广泛的探索，并取得了一些可喜的成果，如申请人在先申请的申请号为0323407.2、0323409.5、0323493.4的专利申请，就公布了整体热管散热器、可连接热管散热器和嵌入翅片型热管散热器等结构形式的热管散热器，推进了热管散热器技术的发展。但这些热管散热器的单位体积和重量的散热量与散热面积还有很大的改进余地。

三、发明内容

本发明目的旨在提供一种可以避免已有技术的热管散热器存在的不足，具有单位体积热交换面积大，热效率高，可适用于工业流水线方式加工生产，生产成本可大大降低的曲面热管散热器。

本发明的基本设计思想是将构成散热器的热管与散热器翅片采取一体化设计，使热管散热器的生产加工的生产成本降低，以适用于采取工业流水线的生产方式进行大规模化的生产。

本发明的上述目的可以由以下技术方案来实现。

一种曲面热管散热器，主要由吸热件体、传热件体、散热件体和辅助件体构成，构成散热器的吸热件体、传热件体、散热件体中的至少一部分是由至少一部分壳体为曲面的热管构成。

构成散热器的曲面热管的曲面壳体的结构可以是仅外表面为曲面、仅内表面为曲面、内外表面为同一种曲面和内外表面为不同曲面结构形式中的一种。

散热器的吸热件体直接与被散热热源器件紧密接触部位的结构可为平面、圆柱面、曲面、环面和折面等结构形式中的一种。即吸热件体的吸热面结构形式取决被散热器件的散热面的结构，与被散热器件的散热面结构相匹配。

构成散热器的曲面热管可为一个热管，也可为两个以上的独立热管，每个热管应至少含有一个独立的密闭空腔，一个独立的密闭空腔内至少含有一个使工质形成汽液循环的相互连通的闭环回路。

当构成散热器的曲面热管至少含有两个独立的相互联接在一起的密闭空腔时，密闭空腔的联接方式可为嵌插联接与平面联接中的至少一种。

为了提高散热器的单位体积的散热面积和刚性，还可在构成散热器的吸热件体、传热件体和散热件体中的至少一部分结构体上设置凸起结构、凹下结构或凸凹结构。也可在构成散热器的曲面热管的曲面壳体相邻壳体面之间设置曲面金属翅片。

当热管的安装方式不能保证热管空腔内的工质在重力作用下形成汽液循环时，可在构成散热器的曲面热管密闭空腔内壁的至少一部分上设置可促进工质汽液循环的丝网、疏水介质、多孔固体介质中的至少一种。

构成散热器的散热件体可设计成被散热器件壳体的至少一部分，或设计成其至少一部置于被散热器件壳体内或置于被散热器件壳体外，即散热器的散热件体可全部设置在被散热器件壳体内或壳体外，也可部分设置在壳体内和部分设置在壳体外。

为了防止散热件体由于热变形导致热阻增大，可在吸热件体其与被散热器件紧密接触面相对应的部位设计有用于增大接触面刚性的结构。也可在吸热件体其与被散热器件紧密接触面相对应的部位设计有用于通过螺栓、夹具或扣具等将吸热件体与被散热器固置在一起的结构。

构成散热器的传热件体的材质可以是金属、非金属或金属与非金属复合物中的一种。

可以将散热器的传热件体设计成含有可以构成封闭环路的腔体，腔体内有流动的液体，并设计有液体加压泵。

构成散热器吸热件体或传热件体或散热件体的曲面热管，其空腔内部设计有用于工质流体流动速度、流量、温度控制的装置。

所说的散热件体由相互联通或不联通的多个曲面热管构成，热管并排设置，热管底部蒸发端与被散热的热源接触，其上部冷凝端通过自然风或强制风或循环液体散热。

上述所说的曲面热管散热器可应用于对电力、电子产品设备运行中产生的热量进行温度控制、散热、传热。所说的电子产品设备可为计算机、通讯设备、游戏机、家用电器、工业控制设备、车辆控制设备等设备中的任一种设备。

上述所说的电力产品设备可为发电设备、电力传输设备、电动设备、电源设备、高压输变电设备等设备中的任一种设备。

本发明提供的曲面热管散热器，由于其构成部分的吸热件体、传热件体和散热件体可由曲面热管构成，散热器单位体积的散热面积很大，特别是又在吸热件体、传热件体和散热件体上增设凸起结构、凹下结构和凸凹结构，以及在曲面热管的曲面壳体相邻壳体面之间设置的曲面金属翅片，进一步增大了散热器单位体积的散热面积，即本发明提供的散热器，其单位体积的传热面积非常大，也充分发挥了热管热效率高的性能，因此散热器具有非常高的热效率。另外，本发明提供的热管散热器，采取了将热管与散热翅片为一体化的设计，即热管壳体壁面本身就带有翅片结构，较之已有技术在热管壳体外再设计加工翅片的方法，大大降低了热管散热器的生产加工的技术难度，特别是热管壳体内外为同一种曲面的曲面热管，其生产加工更为简单，可采取工业流水线的方法加工生产，生产成本大大降低。

本发明提供的曲面热管散热器还具有很多其他方面的具体优点。

本发明提供的曲面热管散热器，可广泛用于对电力、电子产品设备中的电子器件运行中产生的热量进行温度控制、散热、传热。这里所说的电子产品设备包括计算机、移动通讯设备、游戏机、家用电器、工业控制设备、车辆控制设备等，所说电力产品设备包括发电设备、电力传输设备、电动设备、高压输变电设备等。同样也可用于对其他工业产品设备运行中所产生的热量进行温度控制、传热与散热。

四、附图说明

附图1至附图17分别是本发明提供的曲面热管散热器不同具体实施方式的结构示意图。每幅附图的具体说明在下面的实施例中给予说明。

五、具体实施方式

结合对附图的具体说明，给出本发明提供的曲面热管的不同具体实施方式。

在以下各实施例中，同一阿拉伯数字标号的附图B是附图A中的A-A向剖面视图。

实施例1

本实施例的具体结构如附图1-A和1-B所示，是一种空腔壳体内部为曲面的曲面热管散热器。1是散热器曲面热管空腔壳体的内部曲面，2是曲面热管壳体，散热器的吸热件体为热管的下面曲面壳体，散热件体为热管的上面曲面壳体，传热件体为热管空腔，上下曲面壳体由金属铝片材挤压制成。其热源放在底部，通过曲面热管将热量传至顶部散热。

实施例2

本实施例的具体结构如附图2-A和2-B所示，是一种空腔壳体外部为曲面的曲面热管散热器，散热器的吸热件体为热管的下面平面壳体，散热件体为热管的上面曲面壳体，传热件体为热管空腔和外部曲面，由金属铝材模压制成，适用于固体热源的散热，固体热源被置于底部通过曲面热管传至顶部散热。

实施例3

本实施例的具体结构如附图3-A和3-B所示。是一种空腔壳体内外部为同一曲面的曲面热管散热器，散热器的吸热件体为热管的下面平面壳体，散热件体为热管的上面曲面壳体，传热件体为热管空腔。空腔壳体内壁面上设置有保证工质汽液形成循环的多孔固体介质。热管的上部曲面壳体内外为同一种曲面，由金属片材加工制成。适用于固体热源的散热。

实施例4

本实施例的具体结构如附图4-A和4-B所示。是一种空腔壳体内外部为不同曲面的曲面热管散热器；散热器的吸热件体和散热件体分别为热管的上下面曲面壳体，传热件体为热管的空腔。热管空腔内设置有保证工质汽液形成循环的丝网，上下曲面壳体内外为不同的曲面，都由金属铝片材挤压成型。可适用于热源为液体或固体的散热。

实施例5

本实施例的具体结构如附图5所示。3为固体热源体。散热器的吸热件体为一个热管，散热件体为一个曲面热管，传热件体为将两个热管连通的联接管，作为散热件体的曲面热管，其上面的壳体为内外为同一种曲面的壳体，由金属铝片材挤压成型。整个散热器含有一个独立的使工质汽液形成循环的闭环回路密闭空腔。适用于热源与冷源相距较远，且热源为固体热源的散热。

实施例6

本实施例的具体结构如附图6-A和6-B所示。散热器的吸热件体为热管侧平面壳体，散热件体为热管另一侧面的“回”型曲面壳体，传热件体为热管的空腔。热管空腔为一个含有多个工质汽液循环的多个闭环回路的密闭空腔。适用于立式结构固体热源或液体热源的散热，特别是变压器的散热。

实施例7

本实施例的具体结构如附图7所示。散热器的吸热件体为曲面热管的齿轮形底平面，散热件体为热管齿轮柱形面曲面壳体，传热件体为热管腔体。齿轮柱形面曲面壳体由金属铝片材挤压成型。可适用于固体热源或液体热源的散热。

实施例8

本实施例的具体结构如附图8所示。散热器的吸热件体为曲面热管的底平面，散热件体为热管的上面曲面壳体，传热件体为热管空腔。曲面壳体由金属铜材通过冲压形成基本的“IM”型后再经粘接制成。适应于固体热源散热。

实施例9

本实施例的具体结构如附图9所示。散热器的吸热件体为一个平板热管，散热件体为另一个曲面热管，传热件体为连通两个热管的可弯曲的柔性连接管。作为散热件体的曲面热管设计成被散热装置壳体的一部分，曲面热管的曲面壳体由金属铝片材挤压成型，3是固体热源器件。适用于固体热源且较长距离的散热。

实施例10

本实施例的具体结构如附图10所示，是一种用于手提电脑的散热器。散热器的吸热件体为一平板热管，散热件体为被设计成手提电脑上盖的曲面热管，传热件体为连通两热管的联接热管。

实施例11

本实施例的具体结构如附图11所示。散热器的吸热件体为曲面热管的底平面，散热件体为热管的上面曲面壳体，传热件体为热管的空腔。热管的空腔为一个含有多个工质汽环路的密闭空腔，曲面壳体外壁面设计有三角形凸起结构。为了强化散热效果还配置有风扇4。风扇与散热件体对应设置。3是固体热源件。适用于固体热源的强制性散热。

实施例12

本实施例的具体结构如附图12所示，是一个有多个吸热件体的散热器。散热器的吸热件体有独立的四个，一个为整体式热管，另一个为整体曲面式热管，又另一个为热量传输管的一端，再另一个为环路式传输管的一部分。散热件体为一个曲面热管。曲面热管的曲面壳体外壳壁之间设计有曲面翅片5。传热件体为热量传输管6。可适用于多个不同形态的热源散热。

实施例13

本实施例的具体结构如附图13所示，散热器的吸热件体为两个各含有一个密闭空腔的热管，散热件体为一曲面热管，传热件体为热量传输管和含有一个密闭空腔的热管组成，有两组。作为传热件体的热管与作为散热件体的热管为嵌入联接。作为散热件体的曲面热管，其侧面的曲面壳体为散热部分，由金属铝片材挤压成型。适用于电子产品设备中的器件热源散热。

实施例14

本实施例的具体结构如附图14所示，为用于液体热源散热的散热器。散热器含有多个垂直平行排列的曲面热管，每个热管含有一独立的密闭空腔。热管的根部蒸发端位于密闭的液池内的液体中，热管根部8与折流板7构成了液池曲折流道。散热器的吸热件体为位于热源液体内的曲面热管根部，散热件体为曲面热管上部的曲面壳体，传热件体为曲面热管的空腔。被散热的流体从进口进入散热器，流经多个曲面热管的根部，由出口流出，其热量即被散去。为了流体有足够的流速，还配有液体输送泵。

实施例15

本实施例的具体结构如附图15所示，也为适用于液体热源散热的散热器。散热器含有多个上下平行排列的曲面热管，每个曲面热管又成弯析结构，其位于密闭的液柜内的部分为水平设置，位于液柜外的部分倾斜设置，倾斜角为15°左右。其倾斜角在5°至175°均可。相对的相邻曲面热管位于液柜内的部分为错位布置，以便使液体从上至下流下时能形成弯折流。被散热的热源流体从上流到下，其要散除的热量即被散去。

实施例16

本实施例的具体结构如附图16所示，散热器的吸热件体为一热管，散热件体为曲面热管，传热件体为一将两个热管空腔连通的联接管，联接管内设置有工质流体流动控制装置9。10是工质液体循环回路管，本实施例的散热器用于有温度控制的热源散热。当温度超过控制温度时，作为吸热件体的热管内的工质汽化后的汽体压力增高，控制装置开启，工质汽体进入作为散热件体的曲面热管，工质汽体冷凝为液体后，从循环回路管道回流到作为吸热件的热管内。当热源的温度不高于控制温度，控制装置关闭，散热停止。

实施例17

本实施例的具体结构如附图17所示。散热器的吸热件体为曲面热管的一侧平面，散热件体为曲面热管的侧曲面壳体，传热件体热管的空腔。作为传热件体的空腔内设置有工质流体流动的控制装置，其控制原理与实施例16基本相同，该散热器适用于有温度控制的固体热源散热。

本发明的具体实施方式不限上述实施例所描述的形式，本领域的一般技术员还很容易根据本发明公开的内容设计出其他具体实施方式，但鉴于本发明为社会作出的贡献，凡是根据本发明揭示的发明思想完成的散热器，不论其采用何种结构，都应属于本发明的保护范围。

Claims (18)

1、一种曲面热管散热器，主要由吸热件体、传热件体、散热件体和辅助件体构成，其特征在于构成散热器的吸热件体、传热件体、散热件体中的至少一部分是由至少一部分壳体为曲面的热管构成。

2、根据权利要求1所述的曲面热管散热器，其特征在于构成散热器的曲面热管的曲面壳体的结构可以是仅外表面为曲面、仅内表面为曲面、内外表面为同一种曲面和内外表面为不同曲面结构形式中的一种。

3、根据权利要求1所述的曲面热管散热器，其特征在于吸热件体直接与被散热热源紧密接触部位的结构为平面、圆柱面、曲面、环面和折面形式中的一种。

4、根据权利要求1所述的曲面热管散热器，其特征在于构成散热器的曲面热管至少为一个独立的热管，一个独立的热管至少含有一个独立的密封空腔，一个独立的密闭空腔内至少含有一个使工质形成汽液循环的相互连通的闭环回路。

5、根据权利要求1所述的曲面热管散热器，其特征在于构成散热器的曲面热管至少含有两个独立的密闭空腔，并可相互联接在一起，联接方式可为嵌插联接与平面联接中的至少一种。

6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的曲面热管散热器，其特征在于构成散热器的吸热件体、传热件体和散热件体中的至少一部分结构件体上设计有用于增大传热面积与增加其刚性的凸起结构、凹下结构，或凸凹结构。

7、根据权利要求1或2或3或4或5所述的曲面热管散热器，其特征在于构成散热器的曲面热管的曲面壳体相邻壳体面之间设计有用于增大传热面积的曲面金属翅片。

8、根据权利要求1或2或3或4或5所述的曲面热管散热器，其特征在于构成散热器的曲面热管密闭空腔内壁的至少一部分上设置有促进工质汽液循环的丝网、疏水介质、多孔固体介质中的至少一种。

9、根据权利要求1或2或3或4或5所述的曲面热管散热器，其特征在于构成散热器的散热件体可设计成被散热器件壳体的至少一部分，或设计成其至少一部置于被散热器件壳体内或置于被散热器件壳体外。

10、根据权利要求1或2或3或4或5所述的曲面热管散热器，其特征在于在曲面热管壳体的内部设计有用于增加壳体钢性的内筋。

11、根据权利要求10所述的曲面热管散热器，其特征在于在吸热件体其与被散热器件紧密接触面相对应的部位设计有用于通过螺栓、夹具或扣具将吸热件体与被散热器固置在一起的结构。

12、根据权利要求1或2或3或4所述的曲面热管散热器，其特征在于构成散热器的传热件体的材质可以是金属、非金属或金属与非金属复合物中的一种。

13、根据权利要求1或2或3或4或5所述的曲面热管散热器，其特征在于所说的传热件体含有可以构成封闭环路的腔体，腔体内有流动的液体，并设计有用于使液体循环或输送的泵。

14、根据权利要求1或2或3或4或5所述的曲面热管散热器，其特征在于吸热件体或传热件体或散热件体的曲面热管空腔内部设计有用于控制工质流体流动速度、流量、温度的控制装置。

15、根据权利要求1或2或3或4或5所述的曲面热管散热器，其特征在于所说的散热件体由多个相互联通的空腔或多个不相互联通的曲面热管构成，热管并排设置，热管底部蒸发端与被散热的热源接触，其上部冷凝端通过自然风或强制风或循环液体散热。

16、权利要求1至15所述的曲面热管散热器的应用方法，其特征在于将曲面热管散热器应用于电力、电子产品设备对其运行中产生的热量进行温度控制、散热、传热。

17、根据权利要求16所述的曲面热管散热器的应用方法，其特征在于所说的电子产品设备为计算机、通讯设备、游戏机、家用电器、工业控制设备、车辆控制设备。

18、根据权利要求16所述的曲面热管散热器的应用方法，其特征在于所说的电力产品设备为发电设备、电力传输设备、电动设备、电源设备、高压输变电设备。

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