CN205491593U - 用于电子设备的散热结构及散热部件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于电子设备的散热结构及散热部件。散热结构包括设置在电子设备的散热部件中的循环封闭流道，循环封闭流道用于容纳互不相溶且不反应的低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金。散热部件包括上述散热结构。低沸点液态工质受热气化提供的强大动力来驱动液态单质金属/金属合金流动，液态单质金属/金属合金因其高效的对流换热能力而实现了对流热量展开，进而提高了电子设备的散热效率。

Description

用于电子设备的散热结构及散热部件

技术领域

本实用新型涉及电设备散热领域，尤其涉及一种用于电子设备的散热结构及散热部件。

背景技术

手机是现代生活中必不可少的电子设备。随着手机功能的日益强大，计算要求的不断提高，其发热问题也越来越严重。手机发热会引起人体不舒适，降低用户体验。手机局部过热会降低电子元器件效率和寿命，甚至会造成器件不可逆损坏。因此，可靠的热管理和热设计对于手机的安全性，高效性和舒适性十分重要。

具体而言，手机的主要发热源是处理器，其尺寸往往较小，这使得其热流密度较大。受限于手机的狭小空间和功耗要求，其热管理一般使用被动式散热方式，也就是采用高热导率的散热膜将处理器产生的热量传递并分散到面积更大的手机背壳和侧板(可理解，手机背壳和侧板即为最终的散热部件)，然后利用空气的对流换热将散热部件的热量带走。传统的散热膜往往是铜片或石墨片，其传热方式是单纯的被动式热传导。散热膜往往很薄，在膜平面方向的热阻较大，在应对更高功率的热流时，其传热效果也不尽理想。

目前，也有采用液态单质金属/金属合金(也就是低熔点单质金属/金属合金)散热的应用。液态单质金属/金属合金是自然界中具有最高热导率的冷却工质，有着优异的对流换热能力，利用液态单质金属/金属合金作为冷却工质来散热已被广泛应用于高性能CPU、大功率LED和大功率激光器的散热，并获得很好的冷却效果，但是液态单质金属/金属合金自身受热后膨胀小，很难实现热自驱动。仍然局限于被动式热传导。由此，目前主要采用被动式热传导的手机散热方式，散热效果仍然有待提高。

相比于被动式散热，主动式散热具有传热效率高、能够有效应对高热流密度等优势。传统的主动式散热主要包括空气对流、液体对流、热管、热电冷却等。然而，这种主动散热方式往往需要风机、泵或者电能来驱动，这在手机狭小的空间内以及有限的功率供给条件下显然不太现实。

由此，基于目前的散热方式，手机散热效果如何提高遇到了瓶颈。

当然，上述仅以手机为例，在诸如手机的其他小型密封电子设备中也存在散热效果有待提高的问题，例如平板电脑。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供一种散热效率高的用于电子设备的散热结构及散热部件。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型一方面提供一种用于电子设备的散热结构，包括：设置在电子设备的散热部件中的循环封闭流道，循环封闭流道用于容纳互不相溶且不反应的低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金；其中，循环封闭流道的一部分对应于电子设备的发热源设置，低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金用于吸收发热源的热量，通过低沸点液态工质吸热气化后产生的气体来驱动液态单质金属/金属合金在循环封闭流道中流动，液态单质金属/金属合金在流动的过程中向散热部件传热。

根据本实用新型，低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金以能够保证低沸点液态工质气化形成的气体能够推动液态单质金属/金属合金在循环封闭流道中循环流动的方式布置在循环封闭流道中。

根据本实用新型，循环封闭流道包括储液腔和扩散流道，储液腔对应于发热源设置，扩散流道的两端均与储液腔连通以构成循环回路。

根据本实用新型，散热部件包括散热主体和与散热主体连接的储液盒；储液盒对应于发热源设置，储液腔设置在储液盒中，储液盒的盒壁上设置有两个与储液腔连通的流体通道；扩散流道设置在散热主体中，散热主体上设置有与扩散流道的两端分别连通的两个通孔；两个流体通道与两个通孔一一对应地连通。

根据本实用新型，低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金的体积量设置为：使得低沸点液态工质始终位于液态单质金属/金属合金的相反于扩散流道的一侧。

根据本实用新型，液态单质金属/金属合金为单质镓、水银、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金、钠钾合金；低沸点液态工质为异戊烷、五氟丙烷、全氟正戊烷、正戊烷或五氟丁烷。

根据本实用新型，扩散流道为微流道。

本实用新型另一方面提供一种用于电子设备的散热部件，散热部件中设置有上述用于电子设备的散热结构；散热部件由金属材料制成或由金属材料和非金属材料共同制成，散热部件的围合循环封闭流道的内表面上设置有氧化保护层或镀有保护层；或者散热部件由非金属材料制成。

根据本实用新型，金属材料为不锈钢、钛合金或铝合金；非金属材料为硅、硅基材料、石墨、陶瓷或塑料。

根据本实用新型，电子设备为手机，散热部件为手机壳；或电子设备为平板电脑，散热部件为平板电脑的外壳。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：

本实用新型的用于电子设备的散热结构，散热部件中设置有设置在电子设备的散热部件中的循环封闭流道，循环封闭流道用于容纳互不相溶且不反应的低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金；其中，低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金用于吸收电子设备中的发热源的热量，通过低沸点液态工质吸热气化后产生的气体来驱动液态单质金属/金属合金在循环封闭流道中流动，液态单质金属/金属合金在流动的过程中向散热部件传热。由此，利用低沸点液态工质受热气化提供的强大动力来驱动液态单质金属/金属合金的流动，即利用发热源的热量来提供动力而无需外部电功或泵功供给，同时液态单质金属/金属合金在循环封闭流道中流动的过程中因其高效的对流换热能力而实现了对流热量展开，二者结合实现了自驱动对流换热，大大提高了热量的展开效果，提高了电子设备的散热能力及效率。并且，进一步，热展开效果可以自行调节，发热源的发热越高，低沸点液态工质气化越快，产生的驱动力越大，液态单质金属/金属合金流动越迅速，热展开效果越强。

本实用新型的用于电子设备的散热部件，包括上述散热结构，具有上述散热结构的全部优点。

附图说明

图1是本实用新型的用于电子设备的散热部件的一个实施例的立体示意图，其中，该散热部件为手机壳，其中设置有本实用新型的用于电子设备的散热结构；

图2为图1中的散热部件的储存盒的结构示意图；

图3为图1中的散热部件的散热主体的剖视图。

图1中：

1：散热部件；2：储液腔；3：扩散流道；4：散热主体；5：储液盒；6：流体通道；7：通孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的用于电子设备的散热部件

本实用新型的用于电子设备的散热部件1中设置有本实用新型的用于电子设备的散热结构，该散热结构包括循环封闭流道，循环封闭流道设置在电子设备的散热部件1中，并且循环封闭流道的一部分对应于电子设备的发热源设置。循环封闭流道用于容纳低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金，将低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金这两种流体密封在循环封闭流道内，也即密封在散热部件1内。其中，液态单质金属/金属合金为常温下呈液态的金属/金属合金，低沸点液态工质在常温下呈液态并且电子设备的发热源发出的热量即会使其气化。低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金互不相溶并且不反应，即在常温下，在低沸点液态工质呈液态时，低沸点液态工质与液态单质金属/金属合金不溶合在一起也不发生反应。位于循环封闭流道中的低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金用于吸收电子设备中的发热源的热量(具体为循环封闭流道的对应于发热源设置的部分的侧壁，也即散热部件1的对应于循环封闭流道的部分，与发热源直接或间接接触，吸收发热源的热量，该部分侧壁处的低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金从侧壁吸收了热量)，通过低沸点液态工质吸热气化后产生的气体来驱动液态单质金属/金属合金在循环封闭流道中流动，液态单质金属/金属合金在流动的过程中向散热部件1传热，随后通过散热部件1将热量散出，例如，散热部件1暴露在空气中，通过空气对流将散热部件1的热量带走。本文中所涉及的“液态单质金属/金属合金”意为液态单质金属或液态金属合金。

采用将低沸点液态工质加热气化并利用气化产生的高压气体来提供动力的驱动方式称之为热力气动驱动，该驱动方式将热能直接转化为驱动力，其中用于气动驱动的低沸点液态工质往往是沸点在室温附近的工质，其热导率低，对流换热能力差。

而本实用新型的散热结构，将热力气动驱动与液态单质金属/金属合金对流散热有机结合，充分发挥其各自的优势，利用低沸点液态工质受热气化提供的强大动力来驱动液态单质金属/金属合金的流动，即利用发热源的热量来提供动力而无需外部电功或泵功供给，同时液态单质金属/金属合金在循环封闭流道中流动的过程中因其高效的对流换热能力而实现了对流热量展开(即将热量传递给较大面积的散热部件1)，由此利用发热源产生的热量来间接驱动液态单质金属/金属合金的流动，实现自驱动对流换热，从而实现热量的对流展开。这将有效地提高了电子设备应对更高散热需求的能力，大大提高了热量的展开效果，提高了电子设备的散热能力及效率。并且，进一步，热展开效果可以自行调节，发热源的发热越高，低沸点液态工质气化越快，产生的驱动力越大，液态单质金属/金属合金流动越迅速，热展开效果越强。

如下简述本实用新型的散热部件1和散热结构的一个实施例。

参照图1至图3，本实施例中，电子设备为手机，散热部件1为手机壳，更加具体地为手机背壳，由此，本实施例提供了一种双流体自驱动散热的手机壳。

在本实施例中，散热部件1(即手机壳)包括散热主体4和与散热主体4连接的储液盒5，储液盒5连接在散热主体4的面向电子设备内部的内侧面，并且突出于散热主体4的内侧面。储液盒5对应于发热源设置，优选地，储液盒5与发热源(即手机芯片)直接或间接接触，吸收发热源产生的热量。储液盒5中设置有对应于发热源设置的储液腔2，并且储液腔2是封闭在储液盒5中的。散热主体4中设置有扩散流道3，并且扩散流道3是封闭在散热主体4中的。扩散流道3的两端均与储液腔2连通以构成循环回路，该循环回路为上述循环封闭流道。由此，储液盒5将热量传递给储液腔2中的低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金，低沸点液态工质受热气化形成气体带有强大的推动力推动液态单质金属/金属合金在扩散流道3和储液腔2内循环流动，并主要在经过扩散流道3的过程中将热量传递给散热主体4，从而实现将发热源产生的热量高效地扩散到整个散热部件1并散失到环境中的目的。

其中，储液腔2与扩散流道3的组合，一方面通过储液腔2的大体积来提高吸热速度和效率，另一方面通过扩散流道3的分布将热量快速扩散到整个散热部件1。由此，根据散热需要，储液腔2的体积的大小，尤其是储液腔2的平行于发热源的截面积的大小，优选地与发热源的尺寸相适应，以最大限度的快速吸热；扩散流道3截面面积、数目、路径、长度以最大限度地将热量分布到整个散热部件1为最优，其中，扩散流道3的横截面的形状可以为圆形、方形、长方形或其它形状，扩散流道3整体可以呈U型。优选地，扩散流道3设计为微流道。

进一步，在本实施例中，储液盒5的盒壁上设置有两个与储液腔2连通的流体通道6，具体参照图3，两个流体通道6错开设置。散热主体4上设置有与扩散流道3的两端分别连通的两个通孔7，两个流体通道6与两个通孔7一一对应地连通，以将扩散流道3的两端与储液腔2连通。

更进一步，低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金的体积量设置为：使得低沸点液态工质始终位于液态单质金属/金属合金的相反于扩散流道3的一侧。在本实施例中，在未进行散热工作时，低沸点液态工质全部以液态形式存在于储液腔2中，并与液态单质金属/金属合金明显分界，位于液态单质金属/金属合金的一侧。而无论散热部件1在空间上的形态是何种(平放、竖放、倾斜等)，液态单质金属/金属合金一部分容纳在储液腔2中，另一部分容纳在储液腔2中或至少是液态单质金属/金属合金能够浸没流体通道6。由此，能够保证在低沸点液态工质气化形成的气体能够推动液态单质金属/金属合金从储液腔2进入扩散流道3进而以循环方式在储液腔2和扩散流道3中流动。

当然，低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金的布置方式因循环封闭流道的形状和结构的不同而不同。总而言之，低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金以能够保证低沸点液态工质气化形成的气体能够推动液态单质金属/金属合金在循环封闭流道中循环流动的方式布置在循环封闭流道中。

此外，本实施例的散热部件1由具有良好导热能力的金属材料或非金属材料制成、或由具有良好导热能力的金属材料和非金属材料共同制成。

优选地，金属材料为不锈钢、钛合金或铝合金。非金属材料为硅、硅基材料、石墨、陶瓷或塑料等具有较高的热导率的非金属材料。

在散热部件1具有金属材料时，尤其是散热部件1中的金属材料容易被液态单质金属/金属合金和低沸点液态工质侵蚀破坏时，散热部件1的围合循环封闭流道的内表面上设置有氧化保护层或镀有保护层。诸如阳极氧化、高温纯氧作用或化学反应处理后的保护层，以保证散热部件1不被液态单质金属/金属合金和低沸点液态工质侵蚀破坏。

优选地，液态单质金属/金属合金为低熔点单质金属/金属合金，如镓、镓铟合金、镓铟锡合金、钠钾合金或水银。

优选地，低沸点液态工质为异戊烷、五氟丙烷、全氟正戊烷、正戊烷、五氟丁烷或其它沸点在室温附近的工质，并且保证低沸点液态工质与液态单质金属/金属合金不互溶且不反应。

此外，储液盒5以及储液腔2的位置可以根据发热源所在位置进行灵活调整，储液腔2的大小可以根据发热源的大小调整，使其大于或等于发热源大小；储液盒5以及储液腔2的高度可以根据电子设备的可允许空间调整。

当然，不局限于上述实施例，在本实用新型的其他实施例中，根据电子设备的实际结构和尺寸，可不设置储液盒5，而将散热部件1设计为一整体平滑部件，储液腔2和扩散流道3均设置在该整体平滑部件中，并且储液腔2和扩散流道3组合起来是封闭的即可，而二者可选地并非必须地构造为各自封闭后通过流体通道6连接。另外，在其他实施例中，电子设备可为其他小型封闭电子设备，例如，电子设备为平板电脑，相应的散热部件1为平板电脑的外壳。

此外，散热部件1不局限于上述实例，任何电子设备中用于将热量进行扩散、散热的部件均可作为本实用新型的散热结构的载体。

本实用新型的电子设备的散热方法

本实用新型的电子设备的散热方法，包括如下散热步骤：

采用低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金共同吸收电子设备中的发热源的热量，通过低沸点液态工质吸热气化后产生的气体来驱动液态单质金属/金属合金流动，液态单质金属/金属合金在流动过程中向电子设备的散热部件1传热。

其中，液态单质金属/金属合金为常温下呈液态的金属/金属合金，低沸点液态工质在常温下呈液态并且电子设备的发热源发出的热量即会使其气化。低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金互不相溶并且不反应，即在常温下，在低沸点液态工质呈液态时，低沸点液态工质与液态单质金属/金属合金不溶合在一起也不发生反应。

由此，利用低沸点液态工质受热气化提供的强大动力来驱动液态单质金属/金属合金的流动，即利用发热源的热量来提供动力而无需外部电功或泵功供给，同时液态单质金属/金属合金在流动过程中因其高效的对流换热能力而实现了对流热量展开，实现了自驱动对流换热，大大提高了热量的展开效果，提高了电子设备的散热能力及效率。并且，进一步，热展开效果可以自行调节，发热源的发热越高，低沸点液态工质气化越快，产生的驱动力越大，液态单质金属/金属合金流动越迅速，热展开效果越强。

其中，液态单质金属/金属合金为镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金、钠钾合金或水银；低沸点液态工质为异戊烷、五氟丙烷、全氟正戊烷、正戊烷或五氟丁烷。

本实用新型的用于电子设备的散热方法可用上述散热结构和散热部件1实现。

综合上述对于本实用新型的用于电子设备的散热结构及散热部件1的描述，本实用新型的散热方法、散热结构及散热部件1具有如下优点：

1.通过低沸点液态工质气化来为液态单质金属/金属合金提供驱动力所实现的主动式对流传热方式，大大提高了热量的展开效果，提升了应对更高热流密度的能力；

2.利用低沸点液态工质的热力气动驱动作为推动力，无需外部电功或磁场；

3.利用液态单质金属/金属合金作为对流换热工质，对流换热效率高；

4.热展开效果可以自行调节，发热越高，低沸点液态工质气化越快，产生的驱动力越大，液态单质金属/金属合金流动越迅速，热展开效果越强。

5.相比于热管散热方式而言，实现本实用新型的散热方法的结构(包括上述散热结构)简单，无需精细的毛细结构以形成回流毛细力。

6.实现本实用新型的散热方法(包括上述散热结构)的结构可多变，循环封闭流道的形状、位置和尺寸可根据实际情况设置。

7.性能稳定，液态单质金属/金属合金与低沸点液态工质互不相溶且不发生反应。

8.应用灵活，可应用于多种小型密封电子设备。

9.将上述散热方法、散热结构及散热部件1应用到手机中时，首次实现将自驱动对流换热的冷却方式应用于手机散热，提高了手机应对更高热流密度的能力，无需任何泵功、电功消耗，无需外部电磁场作用；双流体自驱动散热充分利用了低沸点工质优异的热力气动驱动能力和液态金属高效的对流换热的能力，可以实现手机处理器局部热源的高效展开并散失到空气中，从而保证手机的安全性、高效性和舒适性。尤其可以提供一种具有优秀的自适应热展开能力的手机背壳。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于电子设备的散热结构，其特征在于，包括：

设置在电子设备的散热部件(1)中的循环封闭流道，所述循环封闭流道用于容纳互不相溶且不反应的低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金；

其中，所述循环封闭流道的一部分对应于所述电子设备的发热源设置，所述低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金用于吸收所述发热源的热量，通过低沸点液态工质吸热气化后产生的气体来驱动液态单质金属/金属合金在循环封闭流道中流动，液态单质金属/金属合金在流动的过程中向所述散热部件(1)传热。

2.根据权利要求1所述的用于电子设备的散热结构，其特征在于，

所述低沸点液态工质和液态单质金属/金属合金以能够保证低沸点液态工质气化形成的气体能够推动液态单质金属/金属合金在所述循环封闭流道中循环流动的方式布置在所述循环封闭流道中。

3.根据权利要求1或2所述的用于电子设备的散热结构，其特征在于，

所述循环封闭流道包括储液腔(2)和扩散流道(3)，所述储液腔(2)对应于所述发热源设置，所述扩散流道(3)的两端均与所述储液腔(2)连通以构成循环回路。

4.根据权利要求3所述的用于电子设备的散热结构，其特征在于，

所述散热部件(1)包括散热主体(4)和与所述散热主体(4)连接的储液盒(5)；

所述储液盒(5)对应于所述发热源设置，所述储液腔(2)设置在所述储液盒(5)中，所述储液盒(5)的盒壁上设置有两个与所述储液腔(2)连通的流体通道(6)；

所述扩散流道(3)设置在所述散热主体(4)中，所述散热主体(4)上设置有与所述扩散流道(3)的两端分别连通的两个通孔(7)；

所述两个流体通道(6)与所述两个通孔(7)一一对应地连通。

5.根据权利要求3所述的用于电子设备的散热结构，其特征在于，

所述低沸点液态工质和所述液态单质金属/金属合金的体积量设置为：

使得低沸点液态工质始终位于所述液态单质金属/金属合金的相反于扩散流道(3)的一侧。

6.根据权利要求1或2所述的用于电子设备的散热结构，其特征在于，

所述液态单质金属/金属合金为单质镓、水银、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金、钠钾合金；

所述低沸点液态工质为异戊烷、五氟丙烷、全氟正戊烷、正戊烷或五氟丁烷。

7.根据权利要求3所述的用于电子设备的散热结构，其特征在于，

所述扩散流道(3)为微流道。

8.一种用于电子设备的散热部件，其特征在于，所述散热部件中设置有权利要求1-7中任一项所述的用于电子设备的散热结构；

所述散热部件(1)由金属材料制成或由金属材料和非金属材料共同制成，所述散热部件(1)的围合所述循环封闭流道的内表面上设置有氧化保护层或镀有保护层；或者

所述散热部件(1)由非金属材料制成。

9.根据权利要求8所述的用于电子设备的散热部件，其特征在于，

所述金属材料为不锈钢、钛合金或铝合金；

所述非金属材料为硅、硅基材料、石墨、陶瓷或塑料。

10.根据权利要求8或9所述的用于电子设备的散热部件，其特征在于，

所述电子设备为手机，所述散热部件(1)为手机壳；或

所述电子设备为平板电脑，所述散热部件为所述平板电脑的外壳。