CN208655616U - 一种相变芯片散热器 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种相变芯片散热器，包括：蒸发段，冷凝段及相变流体管路；所述蒸发段用于吸收芯片热量，转化液态相变流体为气态相变流体；所述冷凝段用于转化气态相变流体为液态相变流体；所述蒸发段与所述冷凝段通过所述相变流体管路相连通，形成封闭回路；所述冷凝段包括至少两个微通道换热管，及与所述微通道换热管换热的散热件，与现有技术相比，能有效避免气相与液相相互间流动阻力，提高换热效率。

Description

一种相变芯片散热器

技术领域

本申请涉及热能技术领域，更具体地说，特别涉及一种相变芯片散热器。

背景技术

当今数字经济时代正突飞猛进，各种大数据机房雨后春笋般茁壮，信息时代需要大量服务器，而服务器散热依然是一个很大难题，尤其是针对芯片散热相当于质点散热问题，而有关质点散热问题解决起来非常困难，因为质点表面积非常有限，可以拓展的散热面积相应受到极大限制，再加上服务器空间所能提供的空间也是非常有限的，散热面积无法展开，尤其面临着芯片体积越来越小，其散热越来越困难，必须要采用高热流密度方式在狭小导热通道里可以带走足够的热量以保证芯片正常的运行，而狭小的传热通道要带走散热面积不相称的热量确实不是很容易的事情。若芯片散热效果不佳，极易造成服务器死机，甚至造成数据丢失以及芯片被烧毁，造成难以挽回的经济损失，要想使电脑服务器运行更加可靠必须满足芯片在较低温度下运行。

目前，当今芯片散热方式主要是用热管散热器来加以解决，散热量不大的靠散热铝合金翅片来实现，也有采用较先进的均热板技术，而均热板用于芯片散热被誉为散热技术一场革命，这是因为其微通道加相变换热的缘故，但其成本目前无法与制作工艺非常成熟的热管散热器相抗衡，并且与热管一样依然存在着气相与液相相互间阻力；当两相流体有相互接触时，总会有气相流体被重新拉回到液面，而液面流体也总会逃逸出液面形成一种动态平衡，这样相互间就有了流动阻力，从而影响换热效率。

因此，提供一种能有效避免气相与液相相互间流动阻力，提高换热效率的相变芯片散热器，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种能有效避免气相与液相相互间流动阻力，提高换热效率的相变芯片散热器。

本申请提供的技术方案如下：

一种相变芯片散热器，包括：

蒸发段，冷凝段及相变流体管路；所述蒸发段用于吸收芯片热量，转化液态相变流体为气态相变流体；所述冷凝段用于转化气态相变流体为液态相变流体；所述蒸发段与所述冷凝段通过所述相变流体管路相连通，形成封闭回路；所述冷凝段包括至少两个微通道换热管，及与所述微通道换热管换热的散热件。

优选地，所述微通道换热管竖直设置。

优选地，所述微通道换热管为扁管。

优选地，所述散热件具体为散热风扇。

优选地，所述散热件具体为空气侧翅片；所述空气侧翅片设于不同的所述微通道换热管之间。

优选地，所述蒸发段包括导热基座，及设于所述导热基座上方，与所述导热基座可拆卸连接的导热基座外壳；所述导热基座用于导出芯片热量；所述导热基座外壳内设有流体腔；所述流体腔用于吸收从所述导热基座导出的热量，并将所述流体腔内的液态相变流体蒸发为气态相变流体。

优选地，所述导热基座上设置有相变侧翅片或沟槽。

优选地，所述相变侧翅片上均设有通孔。

优选地，所述相变流体管路包括蒸发连接管、蒸发管、冷凝管及冷凝连接管；所述蒸发管侧壁与所述冷凝管侧壁通过所述微通道换热管相连通；所述蒸发连接管一端与所述蒸发段连通，另一端与所述蒸发管连通；所述冷凝连接管一端与所述冷凝管连通，另一端与所述蒸发段连通。

本实用新型提供的一种相变芯片散热器，包括：蒸发段，冷凝段及相变流体管路；所述蒸发段用于吸收芯片热量，转化液态相变流体为气态相变流体；所述冷凝段用于转化气态相变流体为液态相变流体；所述蒸发段与所述冷凝段通过所述相变流体管路相连通，形成封闭回路；所述冷凝段包括至少两个微通道换热管，及与所述微通道换热管换热的散热件；本实用新型蒸发段吸收芯片的热量，将液态相变流体蒸发为气态相变流体，气态相变流体通过相变流体管路流出，热量也随着气态相变流体流出，气态相变流体流经冷凝段，由高焓值内动力扩散到微通道换热管内与其外侧空气换热，散热件提高微通道换热管与其外侧空气的换热效率，气态相变流体又重新冷凝成液态，通过相变流体管路重新流回蒸发段；与现有技术相比，本实用新型通过多根微通道换热管及散热件的设置，多根微通道换热管极大的增加了气态相变流体冷凝面积，同时气态相变流体在微通道换热管冷凝成液态，直接流入相变流体管路，不存在两相流体相互间接触，气相走气相专门通道，当气相流体演变成液相流体时就走专门的液相通道了，有效地避免了气相与液相相互间阻力，提高了换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的相变芯片散热器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请如图1所示，本申请实施例提供一种相变芯片散热器，包括：蒸发段，冷凝段及相变流体管路；蒸发段用于吸收芯片热量，转化液态相变流体为气态相变流体；冷凝段用于转化气态相变流体为液态相变流体；蒸发段与冷凝段通过相变流体管路相连通，形成封闭回路；冷凝段包括至少两个微通道换热管10，及与微通道换热管10换热的散热件。

本实用新型提供的一种相变芯片散热器，包括：蒸发段，冷凝段及相变流体管路；蒸发段用于吸收芯片热量，转化液态相变流体为气态相变流体；冷凝段用于转化气态相变流体为液态相变流体；蒸发段与冷凝段通过相变流体管路相连通，形成封闭回路；冷凝段包括至少两个微通道换热管10，及与微通道换热管10换热的散热件；本实用新型蒸发段吸收芯片的热量，将液态相变流体蒸发为气态相变流体，气态相变流体通过相变流体管路流出，热量也随着气态相变流体流出，气态相变流体流经冷凝段，由高焓值内动力扩散到微通道换热管10内与其外侧空气换热，散热件提高微通道换热管10与其外侧空气的换热效率，气态相变流体又重新冷凝成液态，通过相变流体管路重新流回蒸发段；与现有技术相比，本实用新型通过多根微通道换热管10及散热件的设置，多根微通道换热管10极大的增加了气态相变流体冷凝面积，同时气态相变流体在微通道换热管10冷凝成液态，直接流入相变流体管路，不存在两相流体相互间接触，气相走气相专门通道，当气相流体演变成液相流体时就走专门的液相通道了，有效地避免了气相与液相相互间阻力，提高了换热效率。

本实用新型实施例中，微通道换热管竖直设置；气态相变流体在微通道换热管10内冷凝成液态相变流体时，由于微通道换热管10竖直设置，经冷凝成的液态相变流体直接从换热管流出，更好的避免了两相流体相互间接触，相互间产生流动阻力，有效地提高了换热效率；同时，需注意的是，本实用新型所提到的竖直设置，不仅包括微通道换热管10相对地面垂直设置，还包括微通道换热管10相对于地面非垂直，而是呈一定角度的竖向设置。

具体地，微通道换热管10为扁管；扁管有着较高的通风比率，降低了风阻；扁管也有着板式换热器换热之特性可以实现换热面积最大化并联的低热阻优势，同时，进一步增大了散热面积，提高了散热效率；同时，本方案中的扁管还可以用其他有助于加大微通道外表面积的其他管代替，如椭圆管等。

具体地，散热件具体为散热风扇；外侧空气与微通道换热管10换热，散热风扇加快了微通道换热管10外侧的空气流速，提高了外侧空气与微通道换热管10的换热效率，加快了散热速率，提高了散热效率。

具体地，散热件具体为空气侧翅片11；空气侧翅片11设于不同的微通道换热管10之间；通过在不同的微通道换热管10之间设置空气侧翅片11，空气侧翅片11可以将微通道换热管10管壁的部分热量导出，与微通道换热管10进行换热，增加散热面积，提高散热效率。

在本实用新型实施例中，蒸发段包括导热基座7，及设于导热基座7上方，与导热基座7可拆卸连接的导热基座外壳9；导热基座7用于将芯片的热量导出；导热基座外壳9内设有流体腔；流体腔用于吸收从导热基座7导出的热量，并将流体腔内的液态相变流体蒸发为气态相变流体；导热基座7与导热基座外壳9可拆卸连接，方便安装及拆卸；通过导热基座7将芯片的热量导出，导出的热量通过蒸发导热基座外壳9内的流体腔存储的液态相变流体，热量通过气态相变液体导出；用于芯片的散热。

具体地，导热基座7上设置有相变侧翅片6或沟槽；通过设置相变侧翅片6或沟槽，增大导热基座7的散热面积，提高导热基座7的散热量及散热效率。

更为具体地，空气侧翅片11与相变侧翅片6上均设有通孔；进一步提高导热基座7或微通道换热管10的散热量及散热效率。

在本实用新型实施例中，相变流体管路包括蒸发连接管3、蒸发管1、冷凝管4及冷凝连接管5；蒸发管1侧壁与冷凝管4侧壁通过微通道换热管10相连通；蒸发连接管3一端与蒸发段连通，另一端与蒸发管1连通；冷凝连接管5一端与冷凝管4连通，另一端与蒸发段连通。在本方案中，导热基座外壳9上设置有液态相变流体入口，及气态相变流体出口；蒸发连接管3一端与气态相变流体出口连接，另一端与蒸发管1相连通；冷凝连接管5一端与冷凝管4连通，另一端与液态相变流体入口相连；形成一个闭合回路，集蒸发冷却于一体，循环散热，降低制造成本，且结构简单，便于制造，便于维修；在本方案中，液态相变流体入口设置于导热基座外壳9一侧与导热基座7连接处，气态相变流体设置于导热基座外壳9上背离液态相变流体入口一侧上端；加大液态相变流体在导热基座外壳9内流体腔流经的面积，进一步提高散热效率。

本实用新型实施例中；导热基座7将芯片的热量导出，导热基座7设置有相变侧翅片6或沟槽，增加导热基座7的散热量，导热基座外壳9内设置有流体腔，液态相变流体从导热基座7上的液态相变流体入口流入流体腔，导热基座7散发的热量传递到导热基座外壳9，将流体腔内的液态相变流体蒸发为气态相变流体；热量通过气态相变流体从气态相变流体出口流出，再经蒸发连接管3，进入蒸发管1，蒸发管1侧壁与冷凝管4侧壁通过多根微通道换热管10相连通，微通道换热管10竖直设置，且微通道换热管10之间设置有空气侧翅片11，及微通道换热管10周围设置有散热风扇，气态相变流体进入蒸发管1后，再进入微通道换热管10进行冷凝，空气侧翅片11将微通道换热管10内的热量导出，增大了散热面积，同时，散热风扇加快了空气流速及换热速率，使得气态相变流体充分冷凝成液态，由于微通道换热管10相对地面竖向设置，使得冷凝好的液态相变流体在其自身重力作用下和微通道表面张力作用下往下流直至冷凝管4内，有效地避免了气相与液相相互接触，而相互间产生阻力，提高了换热效率；冷凝后的液态相变流体从冷凝管4流出，经冷凝连接管5和液态相变流体入口，流入导热基座外壳9内的流体腔，实现循环散热。

在本实用新型实施例中，采用微通道换热管10垂直地面等距离放置，微通道换热管10之间有换热翅片，所有微通道换热管10上端采用蒸发管1联通起来，所有微通道换热管10下端采用冷凝管4联通起来，微通道换热管10表面与空气侧翅片11一起与空气接触，扁管内部流通的中间介质相变流体通过冷凝与其外部空气进行热量交换，此时相变流体释放潜热给微通道换热管10之间的空气侧翅片11后便冷凝成液态流体，液态流体在其自身重力作用下和微通道表面张力作用下往下流直至冷凝管4内，再通过冷凝管4所连接的冷凝通道流至导热基座7上表面，也就是相变侧翅片6的下部，液态相变流体在此获得由芯片传来的热量得以重新蒸发，气相流体再次由高焓值内动力扩散到微通道换热管10内与其外侧空气换热，又重新冷凝成液态，就这样周而复始地热力循环，无须循环泵的助力就实现了。蒸发管1、冷凝管4、微通道换热管10、空气侧翅片11，再加上风扇2构成了与空气换热的冷凝段；而导热基座7与相变侧翅片6及导热基座外壳9一起构成了蒸发段。而冷凝段与蒸发段用冷凝通道和蒸发通道连通形成一个相变流体闭式回路。本实施例是这样实现的：当芯片工作所产生的热量通过导热基座7传至相变侧翅片6，相变翅片及导热基座外壳9里面的液态相变流体获得相变侧翅片6的热量后蒸发成气态相变流体，并把相变侧翅片6温度降下来，而获热蒸发的气态相变流体通过蒸发通道进一步扩散到蒸发管1内并进入到微通道扁管10里与扁管外侧空气进行热量交换后便冷凝成液体相变流体，在其自身重力作用下和微通道表面张力作用下液体相变流体流至冷凝管4内，液体流体再次流入冷凝通道5内，再次流入相变翅片及导热基座外壳9内，完成相变流体热力循环，并把芯片所产生的热量带走，实现了远距离高热流密度散热，本实用新型综合了微通道扁管传热优势和复合式相变换热器优势，这比现行的热管散热和均热板散热都要，其成本优势也要显著些，因为扁管及空气侧翅片11的，不仅更为紧凑结构，而且制造工艺也非常成熟；同时也有效的避免了气态相变流体与液态相变流体相接触，产生相互阻力，影响散热效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种相变芯片散热器，其特征在于，包括：

蒸发段，冷凝段及相变流体管路；所述蒸发段用于吸收芯片热量，转化液态相变流体为气态相变流体；所述冷凝段用于转化气态相变流体为液态相变流体；所述蒸发段与所述冷凝段通过所述相变流体管路相连通，形成封闭回路；所述冷凝段包括至少两个微通道换热管，及与所述微通道换热管换热的散热件。

2.根据权利要求1所述的相变芯片散热器，其特征在于，所述微通道换热管竖直设置。

3.根据权利要求1所述的相变芯片散热器，其特征在于，所述微通道换热管为扁管。

4.根据权利要求1所述的相变芯片散热器，其特征在于，所述散热件具体为散热风扇。

5.根据权利要求1所述的相变芯片散热器，其特征在于，所述散热件具体为空气侧翅片；所述空气侧翅片设于不同的所述微通道换热管之间。

6.根据权利要求1所述的相变芯片散热器，其特征在于，所述蒸发段包括导热基座，及设于所述导热基座上方，与所述导热基座可拆卸连接的导热基座外壳；所述导热基座用于导出芯片热量；所述导热基座外壳内设有流体腔；所述流体腔用于吸收从所述导热基座导出的热量，并将所述流体腔内的液态相变流体蒸发为气态相变流体。

7.根据权利要求6所述的相变芯片散热器，其特征在于，所述导热基座上设置有相变侧翅片或沟槽。

8.根据权利要求7所述的相变芯片散热器，其特征在于，所述相变侧翅片上均设有通孔。

9.根据权利要求1所述的相变芯片散热器，其特征在于，所述相变流体管路包括蒸发连接管、蒸发管、冷凝管及冷凝连接管；所述蒸发管侧壁与所述冷凝管侧壁通过所述微通道换热管相连通；所述蒸发连接管一端与所述蒸发段连通，另一端与所述蒸发管连通；所述冷凝连接管一端与所述冷凝管连通，另一端与所述蒸发段连通。