CN209433353U

CN209433353U - 一种组合热管cpu散热器

Info

Publication number: CN209433353U
Application number: CN201920433733.2U
Authority: CN
Inventors: 赵蔚琳; 徐郡; 王聪伶; 王晓智; 王波
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2019-09-24
Anticipated expiration: 2029-04-02

Abstract

本实用新型涉及一种组合热管CPU散热器,属于热交换技术领域。本实用新型包括一个水平平板热管、至少一个U型圆柱热管、至少两个竖直平板热管和至少两个散热风扇；所述的U型圆柱热管竖着放置，水平段为加热段，左、右两侧竖直段为冷凝段；所述的水平平板热管壳体下壁面为加热段，上壁面为冷凝段，内部包裹U型圆柱热管的水平段；所述的竖直平板热管的左右两侧壳体壁面厚度尺寸不等，厚壁一侧为竖直平板热管的加热段，壁面上有尺寸与U型圆柱热管半径相等的槽道，能使U型圆柱热管的竖直段嵌入；壁薄一侧为竖直平板热管的冷凝段，与散热风扇连接。所述的散热风扇为轴向散热风扇，垂直放置，通过硅胶粘结剂衔接在竖直平板热管的薄壁上。

Description

一种组合热管CPU散热器

技术领域

本实用新型涉及一种组合热管CPU散热器, 属于热交换技术领域，用以解决CPU散热问题。

背景技术

热管技术自引入散热器制造行业，改变了传统散热器的设计思路, 拓宽了散热器的应用范围。热管就是利用工作介质发生的相变过程快速完成热量传递。在电子电器行业领域里，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，提高了电子电器产品的功效。随着计算机技术的发展，对CPU散热装置的要求越来越高。本实用新型提出一种组合热管CPU散热器，将U型圆柱热管和平板热管组合在一起，充分发挥圆柱热管与平板热管的各自优势，有效地强化了CPU散热器的散热效果。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种组合热管CPU散热器，强化了CPU散热器的功能。

为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案如下。

一种组合热管CPU散热器，本实用新型包括一个水平平板热管、至少一个U型圆柱热管、至少两个竖直平板热管和至少两个散热风扇；所述的U型圆柱热管竖着放置，水平段为加热段，左、右两侧竖直段为冷凝段；所述的水平平板热管壳体下壁面为加热段，上壁面为冷凝段，内部包裹U型圆柱热管的水平段；所述的竖直平板热管的左右两侧壳体壁面厚度尺寸不等，厚壁一侧为竖直平板热管的加热段，壁面上有尺寸与U型圆柱热管半径相等的槽道，能使U型圆柱热管的竖直段嵌入；壁薄一侧为竖直平板热管的冷凝段，与散热风扇连接。所述的散热风扇为轴向散热风扇，垂直放置，通过硅胶粘结剂衔接在竖直平板热管的薄壁上。

作为上述方案的进一步优化，所述的U型圆柱热管、水平平板热管、竖直平板热管的壳体均为真空密闭，真空密闭的压力为10^-3～10^-5帕。

作为上述方案的进一步优化，所述的U型圆柱热管、水平平板热管、竖直平板热管的真空密闭壳体内壁面上均附有一层100～400目铜吸液芯丝网。

作为上述方案的进一步优化，所述的U型圆柱热管、水平平板热管、竖直平板热管的真空密闭壳体内充有纳米流体，填充率为15～30%；纳米流体为粒度10～60μm纳米颗粒被分散到去离子水中，通过磁力搅拌20～40分钟和超声振动30～60分钟而获得。

作为上述方案的进一步优化，所述的U型圆柱热管的密闭壳体材质为金属铜，直径为4～6mm，长度为200～240mm；其中水平段长度是40～60mm，左、右两侧立着的竖直段高度为60～100mm。

作为上述方案的进一步优化，所述的水平平板热管密闭壳体材质为铝合金，为水平放置的长方体，高度为10～14mm，其上下表面为正方形，长度和宽度为40～60mm；密闭壳体壁面厚度为1～2mm。

作为上述方案的进一步优化，所述的竖直平板热管的壳体是竖直放置、壁面厚度尺寸不相等的长方体，左右两侧壁面为正方形，长度和宽度为50～80mm；厚壁一侧壳体厚度尺寸为4～6mm，薄壁一侧厚度尺寸为1～2mm。

作为上述方案的进一步优化，所述的散热风扇尺寸为40～80mm，由外壳、叶片和带有小电机的轮毂组成。

本实用新型有益效果：通过平板热管将CPU在工作时产生的大量热，导入到轴向热管，再通过轴向热管，并利用竖直平板热管及散热风扇将这些大量的热量及时散发出去，更好地保证CPU的正常工作。该实用新型充分利用平板热管和圆柱热管的各自优势，巧妙地组合成结构新颖的CPU散热器，多方位的进行全面散热，有效地强化了CPU散热器的散热效果，强化热管在电子工程领域的应用。

附图说明

图1为U型圆柱热管被弯曲前的水平轴向圆柱热管内部结构示意图。

图2为U型圆柱热管和水平平板热管内部结构示意图。

图3为竖直平板热管的内部结构示意图。

图4为散热风扇结构示意图。

图5为组合热管CPU散热器主视图（包括一个水平平板热管、二个U型圆柱热管、4个竖直平板热管和4个散热风扇）。

图6为组合热管CPU散热器俯视图（包括一个水平平板热管、二个U型圆柱热管、4个竖直平板热管和4个散热风扇）。

图7为组合热管CPU散热器侧视图（包括一个水平平板热管、二个U型圆柱热管、4个竖直平板热管和4个散热风扇）。

图8组合热管CPU散热器与普通翅片热管CPU散热器散热效果对比图。

图中1为U型圆柱热管弯曲前的水平轴向圆柱型热管；2为吸液芯丝网；3为U型圆柱热管弯曲前的水平轴向圆柱型热管的壳体；4为U型圆柱热管；5为U型圆柱热管的壳体；6为U型圆柱热管的水平段；7为U型圆柱热管的左侧竖直段；8为U型圆柱热管右侧竖直段；9为水平平板热管；10为水平平板热管的壳体；11为水平平板热管壳体的加热段；12为水平平板热管壳体的冷凝段；13为竖直平板热管；14为竖直平板热管的壳体；15为竖直平板热管壳体的厚壁面；16为竖直平板热管壳体的薄壁面；17为散热风扇；18为散热风扇的外壳；19为散热风扇的叶片；20为散热风扇叶片的轮毂。

具体实施方式

下面结合附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8对本实用新型的具体实施作进一步描述。

图1、图2、图3中的U型圆柱热管4、水平平板热管9、竖直平板热管13内填充的纳米流体的制备是将10～60μm金属纳米颗粒，或是非金属纳米颗粒、或石墨稀纳米颗粒、或碳纳米管纳米颗粒添加到去离子水中，再通过磁力搅拌20～40分钟和超声振动30～60分钟而获得。

图1中的水平轴向圆柱型热管1的加工制作是将水平轴向圆柱型热管的壳体3和吸液芯丝网2经超声波清洗去油污，将吸液芯丝网2塞入水平圆柱型热管的壳体3内并使其紧紧地贴在壳体内表面上，再次超声波清洗后，焊缝一端后抽真空至10^-3～10^-5帕，同时填充10～30%的纳米流体，再封装焊接成为水平轴向圆柱型热管1。

图2中的水平平板热管9的加工是将水平平板热管壳体10、吸液芯丝网2超声波清洗去油污后，将吸液芯丝网2由强压技术使其紧紧地贴附在水平平板热管壳体10的内表面上，再挤压和冲压成型为左右两侧面各具有2-6个4～6mm圆形孔的长方体壳体；将水平轴向圆柱型热管1穿过水平平板热管壳体10的两侧圆形孔，使水平平板热管的壳体10在水平轴向圆柱形热管1的中部，同时焊接密封水平平板热管的壳体10与水平圆柱热管1左侧衔接处，再次超声波清洗后，通过水平平板热管的壳体10与水平轴向圆柱型热管1右侧衔接处抽真空至10^-3～10^-5帕，并注入10～30%的纳米流体后，焊接密封右侧衔接处。90度弯曲暴露在水平平板热管的壳体10 外部的水平轴向圆柱型热管1两端，使其成为包含有水平段6、左侧竖直段7、右侧竖直段8的U型圆柱热管4。

图3中的竖直平板热管13的壳体14都是经由厚度为4～6mm的厚壁面15和1～2mm薄壁面16、表面形状为正方形的铝合金平板挤压和冲压而成，正方形的边长为50～80mm；厚壁面15外表面上有两个半径为3～4mm的水平槽经铣床加工而成；挤压和冲压前将吸液芯丝网2由强压技术使其紧紧地贴附在两块正方形铝合金平板厚壁面15和薄壁面16的内表面上，然后超声波清洗厚壁面15和薄壁面16以及和吸液芯丝网2去油污；挤压和冲压成型过程中在其边壁处留有一小孔便于抽真空至10^-3～10^-5帕，并注入10～30%的纳米流体，然后再封装焊接竖直平板热管13。

图4中的散热风扇17属于静电变频轴流式风扇，由外壳18、叶片19和带有小电机的轮毂20组成，风扇外壳框尺寸为40～80mm；散热风扇通过硅胶粘结剂粘结在竖直平板热管的薄壁面16上。

图5、图6和图7为一组合热管CPU散热器主视图、俯视图和侧视图，包含有一个水平平板热管、二个U型圆柱热管、4个竖直平板热管和4个散热风扇。这个组合热管CPU散热器的制作过程如下：将水平轴向圆柱型热管1加工成2个；将水平平板热管9左右两侧面加工成均匀具有2个能将水平轴向圆柱型热管1穿过的孔，使水平平板热管壳体10在水平轴向圆柱形热管1的中部，抽真空，注纳米流体后焊接密封水平平板热管的壳体10与水平圆柱热管1衔接处；90度弯曲暴露在水平平板热管壳体10 外部的两个水平轴向圆柱型热管1的两端，使其成为2个含有水平段6、左侧竖直段7、右侧竖直段8的U型圆柱热管4；将竖直平板热管13加工成4块且垂直放置，每两块竖直平板热管厚壁面15分别从左右两个方向包裹在两个U型圆柱热管壳体5的左侧竖直段7和右侧竖直段8上，而且使U型圆柱热管的壳体5正好嵌入到竖直平板热管厚壁面15的槽道里；将4个散热风扇分别通过硅胶粘结剂粘结在4个竖直平板热管的薄壁面16上。这个其工作过程为：当水平平板热管壳体10的下壁面11接受外界大量热量后，密闭壳体10内的传热介质纳米流体受热蒸发向上流向水平平板热管壳体10的上壁面12，同时将热量传递给两个U型圆柱热管4的水平段6；纳米流体在水平平板热管9的上壁面12受冷后沿着吸液芯丝网2流向水平平板热管壳体10的两个侧面后返回到下壁面11，再次受热，重复循环上述过程，使热量连续不断地从水平平板热管9传递给U型圆柱热管4的水平段6；被加热的U型圆柱热管4的水平段6作为受热段又将热量传递给其内部的工作介质纳米流体，纳米流体受热后蒸发沿着水平段6左右两个方向流向U型圆柱热管4的竖直冷凝段7和8，释放出热量后再沿着U型圆柱热管4内的吸液芯丝网2返回到U型圆柱热管4的水平段6，再次接受水平平板热管9传递的热量，重复循环，使热量源源不断地从U型圆柱热管4的水平段6传递到其竖直的冷凝段7和8；U型圆柱热管4的冷凝段7和8释放出的热量又传递给在竖直平板热管13 的厚壁面15，厚壁面15受热后，竖直平板热管壳体14内的传热介质纳米流体受热蒸发流向竖直平板热管13的薄壁面16，在薄壁面16上被散热风扇17冷凝后沿吸液芯丝网2流回到竖直平板热管13的厚壁面15；厚壁面15再次接受来自U型圆柱热管4的冷凝段7和8释放出的热量受热，重复循环，使热量不断地从竖直平板热管13的厚壁面15传递到薄壁面16上，并通过散热风扇17的强化冷却完成了组合热管元件CPU 的热量传递过程。

图5、图6和图7的组合热管CPU散热器，由于水平平板热管9、竖直平板热管13内部为真空密闭壳体，水平平板热管9、竖直平板热管13内部发生的是气液两相流动和相变传热，因此水平平板热管9、竖直平板热管13的当量导热系数比同样材质的实心铝平板相比高5～10倍；竖直平板热管13作为散热翅片，在相同功率加热下，散热量将比同样材质的实心铝平板散热量高出400～900倍，而且散热速率快，等温性强；因此，本发明实现了CPU高效散热。

为了说明组合热管CPU散热器的散热效果，将组合热管CPU散热器与市场上一种普通翅片热管CPU散热器进行对比。普通翅片热管CPU散热器与组合热管CPU散热器的差异在于：实心铝平板替代组合热管CPU散热器中的水平平板热管9，翅片替代组合热管CPU散热器的竖直平板热管13，传热介质为水的U型圆柱热管替代组合热管CPU散热器中的U型圆柱热管4。在基本尺寸相同、加热功率为5W的情况下进行散热效果对比, 如图8所述, 横坐标为时间，纵坐标为温度，对比发现在相同的温度时间内，组合热管CPU散热器U型圆柱热管4的加热段温度比普通翅片热管CPU散热器热管加热段温度高3.1度，且升温速率快；而组合热管CPU散热器U型圆柱热管冷凝段末端的温度比普通的翅片热管CPU散热器温度低2.2度，表明组合热管CPU散热器的传热效率高，散热效果好。

Claims

1.一种组合热管CPU散热器，其特征在于：包括一个水平平板热管、至少一个U型圆柱热管、至少两个竖直平板热管和至少两个散热风扇；所述的U型圆柱热管竖着放置，水平段为加热段，左、右两侧竖直段为冷凝段；所述的水平平板热管壳体下壁面为加热段，上壁面为冷凝段，内部包裹U型圆柱热管的水平段；所述的竖直平板热管的左右两侧壳体壁面厚度尺寸不等，厚壁一侧为竖直平板热管的加热段，壁面上有尺寸与U型圆柱热管半径相等的槽道，能使U型圆柱热管的竖直段嵌入；竖直平板热管壁薄一侧为竖直平板热管的冷凝段，与散热风扇连接；所述的散热风扇为轴向散热风扇，垂直放置，通过硅胶粘结剂衔接在竖直平板热管的薄壁上。

2.如权利要求1所述的组合热管CPU散热器，其特征在于：所述的U型圆柱热管、水平平板热管、竖直平板热管的壳体均为真空密闭，真空密闭的压力为10^-3～10^-5帕。

3.如权利要求1所述的组合热管CPU散热器，其特征在于：所述的U型圆柱热管、水平平板热管、竖直平板热管的真空密闭壳体内壁面上均附有一层100～400目铜吸液芯丝网。

4.如权利要求1所述的组合热管CPU散热器，其特征在于：所述的U型圆柱热管、水平平板热管、竖直平板热管的真空密闭壳体内充有纳米流体，填充率为15～30%；纳米流体为粒度10～60μm纳米颗粒被分散到去离子水中，通过磁力搅拌20～40分钟和超声振动30～60分钟而获得。

5.如权利要求1所述的组合热管CPU散热器，其特征在于：所述的U型圆柱热管的密闭壳体材质为金属铜，直径为4～6mm，长度为200～240mm；其中水平段长度是40～60mm，左、右两侧立着的竖直段高度为80～100mm。

6.如权利要求1所述的组合热管CPU散热器，其特征在于：所述的水平平板热管密闭壳体材质为铝合金，为水平放置的长方体，高度为10～14mm，其上下表面为正方形，长度和宽度为40～60mm；密闭壳体壁面厚度为1～2mm。

7.如权利要求1所述的组合热管CPU散热器，其特征在于：所述的竖直平板热管的壳体是竖直放置、壁面厚度尺寸不相等的长方体，左右两侧壁面为正方形，长度和宽度为50～80mm；厚壁一侧壳体厚度尺寸为4～6mm，薄壁一侧厚度尺寸为1～2mm。

8.如权利要求1所述的组合热管CPU散热器，其特征在于：所述的散热风扇尺寸为40～80mm，由外壳、叶片和带有小电机的轮毂组成。

9.如权利要求1-8任一项所述的组合热管CPU散热器，其特征在于：所述U型圆柱热管为两个、水平平板热管为一个，竖直平板热管为四个；两个U型圆柱热管并排平行竖着放置；水平平板热管密闭壳体内部包裹有两个U型圆柱热管的水平段；竖直平板热管厚壁一侧壳体外壁面中间有两个与U型圆柱热管半径相等的槽道，能使两个U型圆柱热管的竖直段嵌入；每侧的两个竖直平板热管厚壁一侧槽道相对，且每侧两块竖直平板热管槽道通与同侧两个U型圆柱热管的冷凝段左右两侧相衔接；散热风扇为四个轴向散热风扇，垂直放置，分别通过硅胶粘结剂粘结在四个竖直平板热管的薄壁冷凝段上进行强化散热。