CN1779955A - 集合扁管式热管散热器 - Google Patents

Abstract

集合扁管式热管散热器是由多个并排扁管1、密集翅片2、扁盒式沸腾腔3、风扇以及热管工作介质等组成，其特征是热管的冷凝段为多个并排扁管，扁管外密集的翅片使部分或全部扁管连接为一体，且多个并排扁管在沸腾段相连通而共有一个扁盒式沸腾腔。集合扁管式热管散热器，不仅结构紧凑、体积小、重量轻、制造成本相对较低，而且还具有优良的散热特性，在相同散热条件下的体积及重量是现有散热器的20％－80％，在高热流和大功率条件下优势更为突出。

Description

集合扁管式热管散热器

技术领域

本发明涉及一种电子器件热管散热器，属于热管散热技术领域。

背景技术

随着微电子技术的发展，电子器件的发热量越来越大，其散热问题也越来越突出。对于广泛使用的台式计算机的CPU，普通的挤压翅片型散热器已难以满足要求，目前CPU最有效的散热方式为水冷式和热管式。随着集成度的成倍提高，显卡芯片(GPU)的发热量也随之呈阶梯状增长，CPU经历过的散热难题同样也出现了在GPU上。由于水冷式散热器的结构尺寸较大以及附件(如泵、连接管等)较多等原因，在台式计算机CPU的散热中采用的也不多见。而热管式散热器具有优良的散热特性，在台式计算机CPU的散热中采用热管式散热器越来越多。但目前热管式散热器的结构主要还是沿用传统的圆管翅片型，难以满足电子器件发展的高热流和大功率的要求，而且其结构和制造较复杂，体积和重量较大，价格也比较昂贵。

发明内容

本发明的目的是克服或弥补现有技术的不足，提供一种新型结构的热管散热器。新型结构的热管散热器，在具有优良的散热特性的同时，其结构紧凑、体积小、重量轻、制造成本相对较低。

本发明的技术方案如下：散热器采用集合扁管式热管结构，即其热管的冷凝段采用多个并排的扁管，并排扁管外有密集的翅片，翅片使部分或全部扁管连接为一体，且多个并排的扁管在沸腾段相连通而共有一个扁盒式沸腾腔。相对于传统的圆管翅片型结构，并排的翅片扁管结构更为紧凑，因而其散热器的体积也较小。扁管的外翅片除增加空冷侧的换热面积外，还具有显著提高扁管的承压能力的作用，使扁管可采用薄壁结构，因而其重量较轻。翅片除采用平板式翅片外，还可采用百叶窗式、波纹式、穿孔式、凸起式等结构的翅片，以进一步强化换热。共有一个扁盒式沸腾腔的结构，也有利于在热管与器件接触的热传导板内表面采用微肋、微翅、微凸起、微槽、小孔、网孔或涂层等结构，进一步强化沸腾侧的换热，以适应电子器件的高热流的要求，从而使新型热管具有更优良的散热特性，而且其结构也较为简单和紧凑。

本发明与现有技术相比，不仅具有更优良的散热特性，而且还具有结构紧凑、体积小、重量轻和成本低的优势。本发明可以满足电子器件的高热流和大功率的要求。在相同散热条件下，集合扁管式热管散热器的体积及重量是现有散热器的20％-80％，特别是高热流和大功率条件下优势更为突出。

附图说明

图1是本发明的一种集合扁管式热管散热器的垂直安装三维示图。

图2至4是图1所示的集合扁管式热管散热器的局部剖视三维视图。

图5是本发明的又一种集合扁管式热管散热器的水平安装三维示图。

图6是本发明的又一种集合扁管式热管散热器的水平安装三维示图。

图7是本发明的又一种集合扁管式热管散热器的水平安装三维示图。

图8是本发明的又一种集合扁管式热管散热器的垂直安装三维示图。

图9是图8所示的集合扁管式热管散热器的局部剖视三维示图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体结构。

实施例1：

图1是一种集合扁管式热管散热器的三维示图，需要散热的器件的散热面为垂直安装。图2、图3和图4为图1所示的集合扁管式热管散热器的局部剖视三维视图。在图1、图2、图3和图4中，1为多个并排扁管，2为带孔波纹翅片，3为扁盒式沸腾腔，4为工作介质灌装封堵管，5为风扇，6为器件安装位置标示，7为沸腾腔的加强用支撑，8为热管工作介质的设计液面，9为翅片开孔，L为扁管长度，B为扁管短径，A为扁管长径，M为扁盒式沸腾腔的宽度，N为扁盒式沸腾腔的厚度，Q为扁管的轴线与散热器件的散热面的夹角。集合扁管式热管散热器是由多个并排薄壁扁管1、扁管外密集的翅片2、一个扁盒式沸腾腔3、工作介质灌装封堵4、风扇5以及热管工作介质等组成。密集的翅片2通过焊接等方法将部分或全部并排薄壁扁管1相互连接在一起，以提高薄壁扁管的承压能力。实施例1的扁管的长、宽高具有一致性，以便于制造，但不限于此，也可不相同。

集合扁管式热管散热器的多个并排扁管1，扁盒式沸腾腔3和工作介质灌装封堵4等构成一个封闭空间。热管工作介质在此封闭空间内为微正压或负压状态。热管工作介质采用低沸点的丙酮、甲醇、乙醇、水等物质以及多组分的复合介质，可满足微正压(表压小于0.3MPa)和/或负压的工作状态要求。集合扁管式热管散热器的工作过程是：器件产生的热量通过与器件散热面接触的沸腾腔3的热传导板传导给热管工作介质，使液态的工作介质在热传导板内表面区域沸腾，产生的气态工作介质在浮力和压差的作用下流动至扁管1内，在扁管内壁冷凝并将热量传递至扁管，然后热量再通过扁管1及翅片2传导至空气中，风扇5驱动空气或依靠自然对流将热量带走。在扁管内壁冷凝的液态的工作介质在重力等的作用下流至和/或吸至热传导板内壁附近区域，形成一个工作循环。

不包含风扇时实施例1的集合扁管式热管散热器的外形近似为“L”型。扁管长度L与扁管短径B之比L/B为4至30，扁管长径A与短径B之比A/B为2至20。实施例1的L/B≈15，A/B≈10。这种“L”型集合扁管式热管散热器内封闭空间，可使热管无论是水平安装(需要散热的器件散热面为水平)还是垂直安装(需要散热的器件散热面为垂直)以及倾斜安装均能正常工作，即该实施例的热管散热器既可垂直安装也可水平安装或倾斜安装。而目前的圆形截面重力热管式散热器一般无此特性。实施例1的扁管内无加强件，也可设置一些加强肋板等结构以增加扁管的承压能力。

为了不影响沸腾介质的流通，扁盒式沸腾腔的厚度N应不小于扁管短径B。为了使结构更为紧凑，扁盒式沸腾腔的厚度N与宽度M的比值N/M应不大于1/3。实施例1的N/B≈2.5，N/M≈1/6。

实施例1的多个并排扁管1、波纹翅片2和共有的沸腾腔3用薄壁铜和铜合金材料制造，并采用焊接方法将其连接为一个整体。实施例1为薄壁铜材，也可采用铝合金、碳钢、不锈钢以及复合材料等材料，但制造工艺有所不同。扁管的承压能力一般比较差，而这种多个并排扁管及其扁管外密集翅片的结构可使扁管的承压能力显著提高，从而使其可采用薄壁结构，明显减少散热器的重量。实施例1的并排扁管数为6个，一般扁管的数量应为3个或3个以上，且并排布置。实施例1的并排扁管为1列，可以为多列。支撑7的作用是以提高薄壁扁盒式沸腾腔的承压能力。支撑7可以是管形、板形、柱形等结构。与器件接触的沸腾腔热传导板也为薄壁结构，有利于热量的传导。在与器件接触的沸腾腔热传导板内表面还可采用高孔隙率的涂层的结构，以及微肋、微翅、微凸起、微槽、小孔、网孔等其它结构，进一步强化沸腾侧的换热，从而适应电子器件的高热流的要求，使新型热管具有更优良的散热特性。这种扁盒式结构也便于采用这些强化措施。翅片除采用普通平板翅片外，还可采用开孔波纹形翅片、百叶窗形翅片、涡流发生器、凸起等结构，以强化空气侧的换热。为了进一步提高热管的安全性、改善热管的工作特性和减少热管工作介质的重量等，在热管内还可设置毛细材料。

实施例1的并排扁管的轴线垂直于扁盒式沸腾腔与电子器件的接触面，即Q＝90°，也可以为不垂直。对于实施例1的安装方式，当Q略小于90°时更有利于冷凝液的回流。

由于散热器的结构紧凑并采用了薄壁结构以及强化换热措施，单位散热负荷的散热器重量较现有散热器可轻20％-80％，特别是本发明可以满足电子器件的高热流和大功率的要求，在高热流和大功率条件下优势更为突出。如实施例1的重量为0.245kg，设计散热量为200w，设计热阻为0.1K/w。而现有技术的台式计算机的CPU散热器散热量一般在100w以下，重量最小的也在0.25kg以上，一般为0.4至0.6kg左右，热阻大于0.25K/w，一般为0.45至0.8K/w之间。对于目前台式计算机80w以下的CPU，采用集合扁管式热管散热器可以采用低速散热器风扇，甚至还可以依靠自然对流散热而不需要或部分停止散热器风扇工作，以降低工作噪音。

实施例2：

图5是本发明的又一种集合扁管式热管散热器的水平安装三维示图。实施例2与实施例1的区别在于，实施例2的扁盒式沸腾腔的部分位置有凹陷和变形，以减少非有用空间，从而进一步降低散热器的重量。实施例2也可为立式安装或倾斜安装。

实施例3：

图6是本发明的又一种集合扁管式热管散热器的水平安装三维示图。由于电子器件的散热面为水平，热管工作介质可以覆盖扁盒式沸腾腔热传导板内表面而不会影响扁管内的冷凝和扁盒内沸腾，因而与实施例1相比可节省部分储液空间，即除风扇外散热器的外形设计为近似长方体结构。但此种结构的散热器当器件散热面为垂直时其散热特性会受到一定的影响。

实施例4：

图7是本发明的又一种集合扁管式热管散热器的水平安装三维示图。与实施例3所不同的是，该实施例的扁盒式沸腾腔为扁圆形结构。即扁盒式沸腾腔的结构除采用长方体结构外，也可采用扁圆形、圆柱形、圆台形、梯形、楔形等，以及它们的凹陷和变形结构。但无论是那种结构，其外形为扁盒式，即其厚度比其宽度和长度小得多，扁盒的厚度与其宽度或长度的比值不大于1/3。

实施例5：

图8是又一种集合扁管式热管散热器的三维示图，需要散热的器件的散热面为垂直安装。图9为图8所示的集合扁管式热管散热器的局部剖视三维视图。在图8和图9中，1为多个并排扁管，2为扁管外密集翅片，3为扁盒式沸腾腔，4为沸腾腔的盒盖，在盒盖内壁有微型针肋，5为扁管封堵，6为工作介质灌装封堵，7为风扇，8为器件安装位置标示。该实施例的扁管1、翅片2和盒式沸腾腔3的底座为铸造的一体式结构。这种结构便于采用铝合金铸造成型。该实施例的翅片为相互分离，也可为部分翅片相互连通为一体。该实施例的全部扁管通过翅片连接为一体，也可部分相连接。

实施例5的集合扁管式热管散热器，其扁管端部封堵为非一体式结构，这主要是与其铸造成型工艺有关。扁管也可采用如实施例1的一体式盲端结构，还可以采用端部部分连通结构或用扁管连通结构。并排扁管的一端推荐选用盲端结构即相互不连通或选用扁管连通结构，以免影响其紧凑性。实施例5的扁管内壁为光滑面，也可为粗糙元或微肋等可强化冷凝换热的壁面。实施例5的工作介质灌装封堵6为柱销型胀接结构，也可为实施例1所示的管型封堵结构。集合扁管式热管散热器的零件装配可采用胀接、焊接和/或粘接等方式。

Claims (3)

1.集合扁管式热管散热器，由沸腾段、冷凝段、翅片和热管工作介质等组成，其特征是热管的冷凝段为多个并排的扁管，并排扁管之间有密集的翅片，翅片使部分或全部扁管连接为一体，且多个并排扁管在沸腾段相连通而共有一个扁盒式沸腾腔；扁管长度L与扁管短径B之比L/B为4至30，扁管长径A与短径B之比A/B为2至20；扁盒式沸腾腔的厚度N应不小于扁管短径B，扁盒式沸腾腔的厚度N与宽度M的比值N/M应不大于1/3。

2.根据权利要求1所述的集合扁管式热管散热器，其特征在于：扁管的数量为3个或3个以上，且并排布置。

3.根据权利要求1所述的集合扁管式热管散热器，其特征在于：不包含风扇的散热器外形为近似“L”形或近似长方体形。

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