CN212231981U - 3d相变超导散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种3D相变超导散热器，解决了现有的热管散热器均温性差，散热效率低，以及受热端与散热端因不能分离调整布局，而容易造成附近的电子元器件工作环境温度长期升高，从而影响使用寿命及损坏的问题。其包括内部具有空腔且填充有用于相变换热的液态工质的蒸发室、连通于蒸发室的传输管、连通于传输管远离蒸发室一端的第一汇流排、垂直配置于第一汇流排的多个支线管道、以及连通于支线管道远离第一汇流排一端的第二汇流排，相邻两支线管道之间均连接有散热翅片，第一汇流排、支线管道、第二汇流排以及散热翅片形成为一个远离蒸发室的区块化冷凝器。本实用新型受热端与散热端相远离，有利于对电子元器件进行保护。

Description

3D相变超导散热器

技术领域

本实用新型涉及热管散热器的技术领域，尤其是涉及一种3D相变超导散热器。

背景技术

随着对整机安全性要求的提高，以及电子元器件运行频率越来越高，体积越来越小，但发热量却越来越大，水冷系统不仅体积大、水泵有能耗，且存在潜在漏水而导致系统短路、漏电、甚至烧毁等隐患，严重威胁设备安全性，给使用人员带来生命财产威胁。而现有铝挤、铲齿技术远远满足不了高热流密度的散热需求，随着科技的发展，热管散热器的出现很大程度上解决了电子元器件的散热问题。

热管散热器由密封管、吸液芯和蒸气通道组成，吸液芯环绕在密封管的管壁上，浸有能挥发的饱和液体，这种液体可以是蒸馏水，也可以是氨、甲醇或丙酮等。热管散热器运行时，其蒸发段吸收热源(功率半导体器件等) 产生的热量，使其吸液芯管中的液体沸腾化成蒸气，带有热量的蒸气就从热管散热器的蒸发段向其冷却段移动，当蒸气把热量传给冷却段后，蒸气就冷凝成液体，冷凝的液体便通过管壁上吸液芯的毛细管作用返回到蒸发段，如此重复上述循环过程不断地散热。

在申请公布号为CN103591819A的中国发明专利中公开了一种整体式热管散热器，能够有效地解决大功率电子设备中高发热密度元器件的散热问题。该热管散热器由平板热管与热管散热器集合而成，平板热管与热管散热器的内部空间互相联通，热管工质及其蒸气在两者之间自由移动并传递热量；平板热管的前后面板外侧用于安装发热元器件，内侧具有毛细槽，内部具有贯穿前后面板的加强筋提供元器件打孔安装，顶部具有连接座，用于安装固定热管散热器，连接座上的热管安装孔大小与热管散热器的热管相适应；热管散热器由传热热管与套片式散热翅片组成，也可以采用一系列热管壁与散热翅片一体化成型的螺旋翅片热管。相比传统的电子设备散热装置，该热管散热器具有散热效率高、结构紧凑、重量轻等优势。

但是现有技术相关的热管散热器未能将受热端与散热端进行分离，散热端紧接有控温需求的电子元器件时，会使周围环境温度有所提高，降低了元器件的使用寿命。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种3D相变超导散热器，其优势在于：散热端与受热端相远离，散热效果好，有利于对电子元器件进行保护。

本实用新型的目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种3D相变超导散热器，包括内部具有空腔且填充有用于相变换热的液态工质的蒸发室、连通于所述蒸发室的传输管、连通于所述传输管远离所述蒸发室一端的第一汇流排、至少两个连通于所述第一汇流排上的支线管道、以及连通于所述支线管道远离所述第一汇流排一端的第二汇流排，相邻两所述支线管道之间均连接有散热翅片，所述第一汇流排、所述支线管道、所述第二汇流排以及所述散热翅片形成为一个远离所述蒸发室的区块化冷凝器，所述蒸发室内部进行抽真空处理。

通过采用上述技术方案，在使用时将发热源与蒸发室的侧面紧贴，发热源上的热量会传递到蒸发室上，蒸发室内的液态工质因吸收热量而气化，蒸气导致蒸发室内的气压升高，由于蒸发室以及冷凝器内部经抽真空处理，因此蒸气会沿传输管快速流向冷凝器，在蒸气流经第一汇流排和支线管道时，散热翅片会对蒸气中的热量进行散发冷却，经冷却后的蒸气流向第二汇流排内，蒸气在第二汇流排内进行冷却，然后经第二汇流排进入支线管道，再次经散热翅片冷却冷凝为液体进入第一汇流排，并通过传输管回流至蒸发室内，如此循环不断进行散热，第一汇流排、支线管道、第二汇流排以及散热翅片形成的区块化冷凝器散热效果好，散热效率高，并且由于冷凝器与受热端相远离，有利于对电子元器件进行保护，避免散热端与受热端距离过近而导致周围的电子元器件温度较高，防止电子元器件损坏。

本实用新型进一步设置为：所述支线管道为扁平状，所述支线管道的扁平侧朝向所述散热翅片，所述散热翅片与所述支线管道的扁平侧相焊接。

通过采用上述技术方案，支线管道设为扁平状能够增大与散热翅片的接触面积，进而提高了散热效果，使散热翅片能够更快地将热量散掉。

本实用新型进一步设置为：所述散热翅片由所述第一汇流排向所述第二汇流排呈波浪形弯折设置，所述散热翅片波浪弯折的波幅是所述散热翅片波浪弯折的波长的两倍以上。

通过采用上述技术方案，散热翅片设为波浪形能够增大支线管道与散热翅片的焊接面积，进一步提高了散热效果，并且将散热翅片波浪弯折的波幅设为散热翅片波浪弯折的波长的两倍以上来增大散热翅片的表面积，以便于更快地进行散热，提高了散热效率。

本实用新型进一步设置为：所述第一汇流排与所述蒸发室之间连通有至少两个所述传输管。

通过采用上述技术方案，设置至少两个传输管能够加快蒸气的传输效率，进而提高了散热的效率，以便于更快地将热量散去。

本实用新型进一步设置为：所述冷凝器与所述蒸发室呈3D立体结合。

通过采用上述技术方案，冷凝器与蒸发室设为3D立体结合进一步使冷凝器与发热源相远离，有利于提高散热效果，同时也进一步避免了冷凝器散去的热量对电子元器件造成干扰。

本发明进一步设置为：所述蒸发室用于贴附发热源一面的内壁上设置有多孔毛细体。

通过采用上述技术方案，当发热源的热量传递到蒸发室时，热量会传递到多孔毛细体上，多孔毛细体能有效增加与蒸发室内液态工质接触的热交换面积，从而使多孔毛细体中吸收的液态工质快速吸收热量，并相变为气体，提高了散热效率，同时多孔毛细体还具有吸液能力，使散热器具有抗重力能力。

本发明进一步设置为：所述多孔毛细体由金属网叠加焊接成型或由金属粉烧结成型，所述多孔毛细体内部以及表面均具有相互连通的孔隙。

通过采用上述技术方案，多孔毛细体的孔隙能够提高与液态工质的热交换面积，进一步加快了散热效率。

本发明进一步设置为：所述蒸发室的内壁之间连接有加强筋。

通过采用上述技术方案，加强筋能够提高蒸发室的结构强度，避免蒸发室因内部液态工质相变产生的压力变化而变形受损，并且当使用工况需要较大体积的蒸发室时，加强筋能够使蒸发室保持良好的结构稳固性，避免蒸发室受力变形。

本发明进一步设置为：所述第一汇流排的两端部与所述第二汇流排的两端部之间连接有连接护件，所述支线管道以及所述散热翅片位于两所述连接护件之间。

通过采用上述技术方案，连接护件用于对支线管道以及散热翅片进行保护，能够防止支线管道和散热翅片受到碰撞而损坏，同时也能够对第一汇流排和第二汇流排的连接进行加固，提高了冷凝器的结构强度。

本发明进一步设置为：所述连接护件的端部设有安装孔。

通过采用上述技术方案，安装孔可用于安装风扇，以便于对散热翅片进行风冷，加快散热速度。

综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：

第一汇流排、支线管道、第二汇流排以及散热翅片形成的区块化冷凝器散热效果好，散热效率高，并且由于冷凝器与受热端相远离，有利于对电子元器件进行保护，避免散热端与受热端距离过近而导致周围的电子元器件温度较高，防止电子元器件损坏；

支线管道设为扁平状能够增大与散热翅片的接触面积，进而提高了散热效果，使散热翅片能够更快地将热量散掉；

散热翅片设为波浪形能够增大支线管道与散热翅片的焊接面积，进一步提高了散热效果，并且将散热翅片波浪弯折的波幅设为散热翅片波浪弯折的波长的两倍以上来增大散热翅片的表面积，以便于更快地进行散热，提高了散热效率；

冷凝器与蒸发室设为3D立体结合进一步使冷凝器与受热端相远离，有利于提高散热效果，同时也进一步避免了冷凝器散去的热量对电子元器件造成干扰，也便于适配不同的安装空间；

多孔毛细体的设置能有效增加与蒸发室内液态工质接触的热交换面积，从而使多孔毛细体中吸收的液态工质快速吸收热量并相变为气体，有利于提高整体散热的能力，同时多孔毛细体还具有吸液能力，使散热器具有抗重力能力。

附图说明

图1是本实用新型的示意图；

图2是本实用新型的剖面示意图；

图3是冷凝器的结构示意图。

图中，1、蒸发室；11、多孔毛细体；12、加强筋；2、传输管；31、第一汇流排；32、支线管道；33、第二汇流排；34、散热翅片；4、连接护件；41、安装孔。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种3D相变超导散热器，包括内部具有空腔且填充有用于相变换热的液态工质的蒸发室1、连通于蒸发室1的传输管2、连通于传输管2远离蒸发室1一端的第一汇流排31、至少两个连通于第一汇流排31上的支线管道32、以及内部具有空腔且连通于支线管道32远离第一汇流排31一端的第二汇流排33。相邻两支线管道32之间均安装有散热翅片34，第一汇流排31、支线管道32、第二汇流排33以及散热翅片34形成为一个远离蒸发室1的区块化冷凝器，蒸发室1、传输管2以及冷凝器构成连通的3D空腔传热网络系统，蒸发室1内填充完液态工质后经高真空度抽真空处理并进行焊接密封，使蒸发室1、传输管2、第一汇流排31、支线管道32以及第二汇流排33构成的整个3D空腔传热网络系统内部形成负压。

在使用时将发热源与蒸发室1的贴附面紧贴，发热源上的热量会传递到蒸发室1，蒸发室1内的液态工质因吸收热量而气化，蒸气导致蒸发室1内的气压升高，由于整个3D空腔传热网络系统经抽真空处理，因此蒸气会沿传输管2快速流向冷凝器，在蒸气流经第一汇流排31和支线管道32时，蒸气的热量会传导至散热翅片34并与空气进行热交换，将热量释放到周围环境中，初次冷却的蒸气继续流向第二汇流排33内并经第二汇流排33进入支线管道32，然后再次经散热翅片34冷却冷凝为液体进入第一汇流排31，并通过传输管2回流至蒸发室1内，如此循环不断进行散热。

第一汇流排31、支线管道32、第二汇流排33以及散热翅片34形成的区块化冷凝器散热效果好，散热效率高，并且由于冷凝器与受热端相远离，进而避免了冷凝器散去的热量再次回流到电子元器件，有利于对电子元器件进行保护，避免散热端与受热端距离过近而导致周围的电子元器件温度较高，防止电子元器件损坏。另外受热端与散热端通过传输管2相连通，方便根据工况使散热器的受热端与散热端随电子元器件机箱内部布局而进行位置调整，有利于整机控温。

参照图2，蒸发室1用于贴附发热源一面的内壁上设有多孔毛细体11，多孔毛细体11由多层金属丝网叠加焊接成型或由金属粉体烧结成型，本实施例中多孔毛细体11为铝粉烧结成型，在其它实施例中，多孔毛细体11还可以由不锈钢粉或者铜粉等金属粉烧结成型或通过多层叠加的金属网焊接/烧结成型。带多孔毛细体11的蒸发室1与发热源紧密接触，能够有效控制并降低吸热区域的接触热阻，当发热源的热量传递到蒸发室1时，热量会传递到多孔毛细体11上，多孔毛细体11能有效增加与蒸发室1内液态工质接触的热交换面积，从而使多孔毛细体11中吸收的液态工质快速吸收热量，并相变为气体，热量通过气化的工质快速传导到冷凝器上的散热翅片34并与空气进行热交换，将热量释放到周围环境中，工质释放热量后冷凝并回流到蒸发室1内的多孔毛细体11上，从而形成高效的3D循环热量交换系统。

通过多孔毛细体11与液态工质配合可有效降低电子元器件的芯片Tcase温度，保护器件正常运行。另外蒸发室1内部的多孔毛细体11使散热器内的液体工质具有抗重力的能力，安装时可根据工况调整传输管2的安装方式，使受热端可水平使用，也可垂直使用，便于多工况下安装使用。

液态工质采用绝缘性液体以保证使用安全性，本实施例中，液态工质为氟化液，氟化液不仅散热效果好，而且具有良好的绝缘性能，无漏电短路的风险。

参照图3，为了增大支线管道32与散热翅片34的接触面积，提高散热效果，本实施例中将支线管道32设为扁平状，相邻两支线管道32的扁平侧相对设置且相互平行，每个支线管道32的扁平侧均朝向散热翅片34。

散热翅片34由第一汇流排31向第二汇流排33呈波浪形弯折设置，散热翅片34波浪弯折的波幅是散热翅片34波浪弯折的波长的两倍以上，散热翅片34的弯折处与支线管道32的扁平侧相焊接。散热翅片34设为波浪形能够增大支线管道32与散热翅片34的焊接面积，进一步提高了散热效果，使散热翅片34能够更快地将热量散掉，并且将散热翅片34波浪弯折的波幅设为散热翅片34波浪弯折的波长的两倍以上来增大散热翅片34的表面积，以便于更快地进行散热，提高了散热效率。

参照图1，第一汇流排31与蒸发室1之间连通有至少两个传输管2，本实施例中传输管2的数量为两个且两传输管2相互平行，通过设置两个传输管2能够加快蒸气的传输效率，进而提高了散热效率，以便于更快地将热量散去。

本实施例中，支线管道32与传输管2相垂直，进而使第一汇流排31、支线管道32、第二汇流排33以及散热翅片34形成的区块化冷凝器与蒸发室1呈3D立体结合，即冷凝器与蒸发室1不排列在同一平面上，以便于进一步使冷凝器与受热端相远离，有利于提高散热效果，同时也进一步避免了冷凝器散去的热量回流到电子元器件而导致电子元器件的性能弱化。

参照图2，蒸发室1内焊接有加强筋12，加强筋12的两端分别焊接于蒸发室1两贴附面内壁的中部，加强筋12能够提高蒸发室1的结构强度，避免蒸发室1因内部液态工质相变产生的压力变化而变形受损，并且当使用工况需要较大体积的蒸发室1时，加强筋12能够使蒸发室1保持良好的结构稳固性，避免蒸发室1受力变形。

参照图1和图3，第一汇流排31的两个端部与第二汇流排33的两个端部之间分别连接有一连接护件4，支线管道32以及散热翅片34均位于两连接护件4之间。连接护件4用于对支线管道32以及散热翅片34进行保护，以防止支线管道32和散热翅片34受到碰撞而损坏，同时也能够对第一汇流排31和第二汇流排33的连接进行加固，提高了冷凝器的结构强度。

每个连接护件4的两个端部均开设有一个安装孔41，使用时可使用螺栓或者销轴与安装孔41配合安装风扇，通过风扇对散热翅片34进行强制风冷，以加快散热速度，由于冷凝器内部相互连通，在强制风冷的情况下冷凝器上各点的温差依然能保持在5℃以内。

本实施例的实施原理为：通过设置传输管2使第一汇流排31、支线管道32、第二汇流排33以及散热翅片34形成的区块化冷凝器与蒸发室1以及发热源相远离，在使用时将发热源与蒸发室1的贴附面紧贴，发热源上的热量会传递到蒸发室1，蒸发室1内的液态工质因吸收热量而气化，蒸气导致蒸发室1内的气压升高，由于蒸发室1、传输管2、第一汇流排31、支线管道32以及第二汇流排33构成的3D空腔传热网络系统内部经抽真空处理，因此蒸气会沿传输管2快速流向冷凝器，在蒸气流经第一汇流排31和支线管道32时，蒸气的热量会传导至散热翅片34并与空气进行热交换，将热量释放到周围环境中，部分较热的蒸气经支线管道32流向第二汇流排33内，第二汇流排33与各支线管道32相连通并均匀分配支线管道32内蒸气的热量，蒸气经第二汇流排33进入较冷的支线管道32后再次经散热翅片34冷却冷凝为液体进入第一汇流排31，通过传输管2回流至蒸发室1的多孔毛细体11内，如此循环不断进行散热，形成闭环循环系统。第一汇流排31、支线管道32、第二汇流排33以及散热翅片34形成的区块化冷凝器散热效果好，散热效率高，并且由于冷凝器与受热端以及发热源相远离，进而避免了冷凝器散去的热量再次回流到电子元器件而导致电子元器件损坏，有利于对电子元器件进行保护。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D相变超导散热器，其特征在于：包括内部具有空腔且填充有用于相变换热的液态工质的蒸发室（1）、连通于所述蒸发室（1）的传输管（2）、连通于所述传输管（2）远离所述蒸发室（1）一端的第一汇流排（31）、至少两个连通于所述第一汇流排（31）上的支线管道（32）、以及连通于所述支线管道（32）远离所述第一汇流排（31）一端的第二汇流排（33），相邻两所述支线管道（32）之间均连接有散热翅片（34），所述第一汇流排（31）、所述支线管道（32）、所述第二汇流排（33）以及所述散热翅片（34）形成为一个远离所述蒸发室（1）的区块化冷凝器，所述蒸发室（1）内部进行抽真空处理。

2.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器，其特征在于：所述支线管道（32）为扁平状，所述支线管道（32）的扁平侧朝向所述散热翅片（34），所述散热翅片（34）与所述支线管道（32）的扁平侧相焊接。

3.根据权利要求2所述的3D相变超导散热器，其特征在于：所述散热翅片（34）由所述第一汇流排（31）向所述第二汇流排（33）呈波浪形弯折设置。

4.根据权利要求3所述的3D相变超导散热器，其特征在于：所述散热翅片（34）波浪弯折的波幅是所述散热翅片（34）波浪弯折的波长的两倍以上。

5.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器，其特征在于：所述第一汇流排（31）与所述蒸发室（1）之间连通有至少两个所述传输管（2），所述冷凝器与所述蒸发室（1）呈3D立体结合。

6.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器，其特征在于：所述蒸发室（1）用于贴附发热源一面的内壁上设置有多孔毛细体（11）。

7.根据权利要求6所述的3D相变超导散热器，其特征在于：所述多孔毛细体（11）由金属网叠加焊接成型或由金属粉烧结成型，所述多孔毛细体（11）内部以及表面均具有相互连通的孔隙。

8.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器，其特征在于：所述蒸发室（1）的内壁之间连接有加强筋（12）。

9.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器，其特征在于：所述第一汇流排（31）的两端部与所述第二汇流排（33）的两端部之间连接有连接护件（4），所述支线管道（32）以及所述散热翅片（34）位于两所述连接护件（4）之间。

10.根据权利要求9所述的3D相变超导散热器，其特征在于：所述连接护件（4）的端部设有安装孔（41）。

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