CN219876605U - 一种三维相变散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种三维相变散热器，包括翅片模组，包括设有翅片流道的若干翅片；基板，基板的第一面与热源接触，基板与第一面相对的第二面设有基板流道；基板流道包括若干互不相通的流道段；盖板，盖设于第二面，以封闭基板流道，盖板设有若干连通孔，每个连通孔均可用于连通一翅片流道和一对应的流道段，以构成脉动热管回路；其中，脉动热管回路中预先充注有相变工质。本实用新型所提供的散热器，所有的相变工质均可参与相变循环，能够充分利用翅片的空间进行换热，提高了换热效率，且热源的安装不受限制，可以有效改善现有技术中热虹吸散热器竖直摆放且热源位于热虹吸散热器上方时散热效果不佳的问题。

Description

一种三维相变散热器

技术领域

本实用新型涉及散热设备领域，特别是涉及一种三维相变散热器。

背景技术

为了满足高功率电子元器件的散热需求，市场上推出了热虹吸散热器，其翅片与基板内部为互相连通的空腔，空腔中具有可以进行相变的工质，通过工质的相变换热和两相流动，能够有效的提高换热效率。然而，由于两相循环完全由重力驱动，当热虹吸散热器竖直摆放，且热源位于热虹吸散热器上方时，相变工质会沉积在腔体的下部分，使下方的液态工质无法参与相变循环，从而不能充分利用翅片上方空间进行换热，影响换热效率，散热效果不佳。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种三维相变散热器，以改善现有技术中热虹吸散热器竖直摆放且热源位于热虹吸散热器上方时散热效果不佳的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种三维相变散热器，包括：

翅片模组，包括设有翅片流道的若干翅片；

基板，所述基板的第一面与热源接触，所述基板与所述第一面相对的第二面设有基板流道；所述基板流道包括若干互不相通的流道段；

盖板，盖设于所述第二面，以封闭所述基板流道，所述盖板设有若干连通孔，每个所述连通孔均可用于连通一所述翅片流道和一对应的流道段，以构成脉动热管回路；其中，所述脉动热管回路中预先充注有相变工质。

可选地，还包括：

充液管，与一翅片流道或者一流道段连通，以向脉动热管回路中充注相变工质。

可选地，每一所述翅片面朝向所述盖板的一侧均分别设有第一开口和第二开口，每一所述翅片流道均自一所述第一开口向一对应的第二开口延伸形成，所述第一开口和所述第二开口分别与不同的所述流道段连通。

可选地，每一所述翅片流道均为蜿蜒曲折延伸的形状。

可选地，所述基板流道包括循环流道段和若干过渡流道段，每一所述过渡流道段均连通于相邻的两所述翅片流道，所述循环流道段的两端分别连通于边缘位置的两所述翅片流道。

可选地，所述若干过渡流道段包括若干第一过渡流道段和若干第二过渡流道段，每一所述第一过渡流道段的两端均分别与相邻的两所述翅片的第一开口连通，且每一所述第二过渡流道段的两端均分别与相邻的两所述翅片的第二开口连通；

所述第一过渡流道段与所述第二过渡流道段错位排列；

所述第一过渡流道段和所述第二过渡流道段均呈U型，且两者开口方向相反。

可选地，每一所述翅片均包括第一板体和第二板体，所述第一板体与一对应的第二板体中至少有一者设有流道槽，所述第一板体与一对应的第二板体连接后形成所述翅片流道。

可选地，所述基板上设有若干热源连接孔，可用于连接所述热源。

可选地，所述基板的第二面上与所述热源连接孔对应的位置均设有连接柱，所述连接柱用于与所述热源配合连接，所述连接柱凸出于所述基板的第二面表面，所述盖板上设有若干定位孔，所述连接柱与所述定位孔配合定位。

可选地，所述盖板上设有若干安装槽，每一所述翅片对应安装于一所述安装槽内，所述连通孔开设在所述安装槽内部与对应的翅片的开口相对应的位置；

所述基板与所述盖板之间以及所述盖板和所述翅片之间均通过焊接方式固定。

本实用新型所提供的三维相变散热器，包括：翅片模组，包括设有翅片流道的若干翅片；基板，基板的第一面与热源接触，基板与第一面相对的第二面设有基板流道；基板流道包括若干互不相通的流道段；盖板，盖设于第二面，以封闭基板流道，盖板设有若干连通孔，每个连通孔均可用于连通一翅片流道和一对应的流道段，以构成脉动热管回路；其中，脉动热管回路中预先充注有相变工质。本实用新型所提供的三维相变散热器，基于基板流道、连通孔、翅片流道构成脉动热管回路，在高功率电子元器件，即热源与第一面接触且热源运行时，脉动热管回路中的相变工质吸热发生相变反应，在压差的作用下，相变工质会在脉动热管回路中往复振荡运动，以此实现了相变工质的循环流动，因此所有的相变工质均可参与相变循环，能够充分利用翅片的空间进行换热，提高了换热效率，对高功率电子元器件的散热效果更好，且热源的安装不受限制，可以有效改善现有技术中热虹吸散热器竖直摆放且热源位于热虹吸散热器上方时散热效果不佳的问题。另一方面，本实用新型所提供的三维相变散热器，基板流道包括若干互不相通的流道段，使得基板的多个位置具有可供相变工质流动的通道，缩短了热源到相变工质的传热路径，工质可以更近距离的接触热源，从而降低了脉动热管启动的门槛，更易于启动，且通过内部工质的往复振荡运动，使热量能够充分在散热器各个位置扩散，提高散热器的均温性，从而有效提高了散热器的性能。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的三维相变散热器一种具体实施方式的整体结构示意图；

图2为图1所示三维相变散热器的分解结构示意图；

图3为图1所示三维相变散热器中翅片与基板的位置关系示意图；

其中：基板100；基板流道101；循环流道段101-1；第一过渡流道段101-2；第二过渡流道段101-3；热源连接孔102；盖板200；连通孔201；定位孔202；安装槽203；翅片模组300；翅片流道301；充液管400。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

随着电子信息产业的迅速发展，对电子信息设备性能的要求越来越高，同时电子元件功率也随之大幅度增加。所以，如何将高功率电子元器件产生的热量快速传导出来达到散热目的是当前亟待解决的问题。

现有技术中，传统的散热器依靠热传导将热量传递到外部的翅片上，利用足够的散热面积进行散热，具有良好的可靠性、易加工、成本较低等优势。然而，传统的散热器由于重量大，散热效率低、效果不佳，难以满足新型高功率电子元器件的散热需求。

为了满足高功率电子元器件的散热需求，市场上推出了热虹吸散热器，其翅片与基板内部为互相连通的空腔，空腔中具有可以进行相变的工质，通过工质的相变换热和两相流动，能够有效的提高换热效率。然而，由于两相循环完全由重力驱动，即热虹吸散热器的工质循环完全由重力驱动，当热虹吸散热器竖直摆放，且热源位于热虹吸散热器上方时，相变工质会沉积在腔体的下部分，使下方的液态工质无法参与相变循环，即沉积在腔体的下部分的相变工质无法参与相变循环，从而不能充分利用翅片的空间进行换热，也即不能充分利用翅片上方空间进行换热，影响换热效率，散热效果不佳。

因此，如何改善散热器对高功率电子元器件散热效果不佳，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。可以理解的是，热虹吸散热器竖直摆放指的是热虹吸散热器沿重力方向布置，使得空腔内工质可沿与重力方向平行的路径流通。

基于此，本实用新型提供一种三维相变散热器，该三维相变散热器利用脉动热管的特性，具备一定的抗重力能力。当热源处于散热器上方时，相变工质不会受重力影响而沉积在散热器的下部空间，散热器下部空间的液态工质可以参与相变循环，能够充分利用翅片的空间进行换热，提高了换热效率，能够解决传统散热器无法满足高功率电子元器件散热要求的问题，也能够改善热虹吸散热器存在的当散热器竖直摆放且热源位于散热器上方时对高功率电子元器件散热效果不佳的问题，并且该三维相变散热器的相变工质距离热源的距离更近，散热效果更好，能够更好地满足高功率电子元器件的散热需求。

请参考图1至图3，图1为本实用新型所提供的三维相变散热器一种具体实施方式的整体结构示意图；图2为图1所示三维相变散热器的分解结构示意图；图3为图1所示三维相变散热器中翅片与基板的位置关系示意图。

在该实施方式中，三维相变散热器包括：

翅片模组300，包括设有翅片流道301的若干翅片；可以理解的是，翅片模组300可以是部分翅片设置翅片流道301，另一部分翅片不设置翅片流道301，即翅片模组300可以部分采用固体翅片，当然，翅片模组300也可以是全部翅片均设置翅片流道301，可根据需求进行配置；翅片模组300的翅片全部采用设置翅片流道301的翅片时，散热效果最佳；

基板100，基板100的第一面与热源接触，基板100与第一面相对(或称相背)的第二面设有基板流道101；基板流道101包括若干互不相通的流道段；可以理解的是，热源可以直接安装于基板100的第一面，以增大与基板100的第一面的接触面积，以提高换热效率；这里的互不相通的流道段指的是流道段之间不直接相通，流道段均可供相变工质流动，即基板的多个位置具有可供相变工质流动的通道，如此，可缩短热源到相变工质的传热路径，工质可以更近距离的接触热源；

盖板200，盖设于第二面，以封闭基板流道101；盖板200设有若干连通孔201，每个连通孔201均可用于连通一翅片流道301和一对应的流道段，以构成脉动热管回路；可以理解的是，基板流道101是直接在基板100的其中一个表面(第二面)加工而成，盖板200可以对基板流道101进行封闭，以保证相变工质在基板流道101内流动；翅片模组300连接于盖板200，盖板200设有若干连通孔201，每个连通孔201均可连通一翅片流道301和一对应的流道段，且每一翅片流道301均可连通于两个对应的流道段，以构成脉动热管回路；也就是说，翅片流道301与相应的流道段通过相应的连通孔201连通，以构成脉动热管流道，每一翅片流道301均可连通不同的流道段，使不同的脉动热管流道相连通，以构成脉动热管回路；

其中，脉动热管回路中预先充注有相变工质，在热源与第一面接触且热源运行时，相变工质于脉动热管回路中往复振荡运动。可理解的是，热源可以是高功率电子元器件，具体此处不做限定。

本实用新型所提供的三维相变散热器，基于基板流道101、连通孔201、翅片流道301构成脉动热管回路，在高功率电子元器件，即热源与第一面接触且热源运行时，脉动热管回路中的相变工质吸热发生相变反应，在压差的作用下，相变工质会在脉动热管回路中往复振荡运动，以此实现了相变工质的循环流动，因此所有的相变工质均可参与相变循环，能够充分利用翅片的空间进行换热，提高了换热效率，对高功率电子元器件的散热效果更好，且热源的安装不受限制，可以有效改善现有技术中热虹吸散热器竖直摆放且热源位于热虹吸散热器上方时散热效果不佳的问题。另一方面，本实用新型所提供的三维相变散热器，基板流道包括若干互不相通的流道段，使得基板的多个位置具有可供相变工质流动的通道，缩短了热源到相变工质的传热路径，工质可以更近距离的接触热源，从而降低了脉动热管启动的门槛，更易于启动，且通过内部工质的往复振荡运动，使热量能够充分在散热器各个位置扩散，提高散热器的均温性，从而有效提高了散热器的性能。

进一步的，三维相变散热器还包括：

充液管400，与一翅片流道301或者一流道段连通，以向脉动热管回路中充注相变工质。当然，也可通过充液管400抽出脉动热管回路中气体，或者抽出脉动热管回路中的相变工质。

基板100与盖板200之间以及盖板200和翅片模组300的翅片之间均通过焊接方式固定。

也就是说，本实用新型所提供的三维相变散热器可以包括：

翅片模组300，翅片模组300具有若干设有翅片流道301的翅片，其中，翅片流道301靠近翅片边缘的位置可以设置开口，以供相变工质流入以及流出；

基板100，基板100的第一面与热源接触，基板100的第二面上设有基板流道101，基板流道101包括若干互不相通的流道段，即各流道段之间间断设置，其中，单个流道段可用于连通不同的翅片流道301；

盖板200，安装于基板100的第二面，即盖板200连接在基板100的第二面上，从而封闭基板流道101，盖板200上设有上述翅片模组300，盖板200上还设有若干连通孔201，翅片流道301可通过相应的连通孔201与基板流道101的相应流道段连通以构成脉动热管流道，所有脉动热管流道连接后构成脉动热管回路；可以理解的是，当盖板200与基板100定位连接后，可以对盖板200与基板100的四周进行焊接固定。

充液管400，可供相变工质充注用，充液管400可与任一翅片流道301连通，或者与任一流道段连通。可以理解的是，充液管400还可用于抽出脉动热管回路中的相变工质。

具体的，如图1所示，盖板200位于翅片模组300与基板100之间，翅片模组300安装在盖板200上，翅片模组300的每一设有翅片流道301的翅片的开口位于该翅片的侧面边缘；每一设有翅片流道301的翅片均包括翅片主体和翅片盖板，即每一设有翅片流道301的翅片均包括两片板体，热源可以安装在基板100的第一面的上部、中部或者下部，热源的安装位置没有特殊要求，基板流道101的各流道段用于连接不同的翅片流道301，各流道段之间独立设置，间断排列；盖板200一方面用于固定翅片模组300，另一方面用于分别连通翅片流道301和基板流道101，从而使得翅片流道301和基板流道101的相应流道段连通后构成脉动热管流道；充液管400连通至某一翅片流道301或者基板流道101的某一流道段上，为了方便设置，优选将充液管400与基板流道101的某一流道段连通，用于向由翅片流道301、连通孔201、基板流道101构成的脉动热管回路内充注相变工质；基板流道101仅设置于基板100朝向盖板200的一侧。

本实用新型所提供的三维相变散热器，基板流道101包括若干互不相通的流道段，使得基板100的多个位置具有可供相变工质流动的通道，缩短了热源到相变工质的传热路径，工质可以更近距离的接触热源，从而降低了脉动热管启动的门槛，更易于启动，且通过内部工质的往复振荡运动，也即通过内部工质的脉动运动，使热量能够充分在散热器各个位置扩散，提高散热器的均温性，从而有效提高了散热器的性能。

该三维相变散热器，通过基板100与翅片模组300的流道设计和连接，在散热器内部形成一个互相连通的三维流动路径，该流动路径构成脉动热管回路，在注入相变工质之前，先对脉动热管回路抽真空，然后注入相变工质后，以形成气液交替分布，基于脉动热管的特性，减少重力对相变工质的影响；通过利用脉动热管回路内部液态工质沸腾换热，将热源的热量快速提取；再利用两相气液塞流动的方式，将热量快速传递至整个三维相变散热器；最后通过气态工质冷凝释放热量，并通过翅片模组300的翅片的外表面将热量释放至环境中，从而实现整个散热器的高效取热，传热，放热过程，提高散热器整体的温度均匀性，从而提高散热效率。

在一些实施方式中，如图2所示，每一设有翅片流道301的翅片的开口包括第一开口和第二开口，第一开口和第二开口均位于翅片的侧面边缘，该翅片的侧面边缘为设有翅片流道301的翅片面朝向盖板200的一侧的边缘，即每一上述翅片面朝向盖板200的一侧均分别设有第一开口和第二开口，每一翅片流道301均自一第一开口向一对应的第二开口延伸形成，第一开口和第二开口分别与不同的流道段连通。具体的，第一开口和第二开口优选位于设有翅片流道301的翅片的上下两侧，即翅片流道301自设有翅片流道301的翅片上部的第一开口延伸至其下部的第二开口；单个设有翅片流道301的翅片仅设置一个翅片流道301，流入翅片流道301内的相变工质，会在整个翅片内流动完成后，再次进入基板流道101的相应流道段，实现热交换和循环往复动作。上述设置，利用基板流道101的各流道段对不同翅片的翅片流道301进行连通，通过第一开口和第二开口实现相变工质在翅片流道301内的流入和流出，翅片流道301自一第一开口向一对应的第二开口蜿蜒曲折延伸，以形成脉动热管流道的结构形式，以减少重力对相变工质的影响，保证散热器的可靠性和散热稳定性。

在一些实施方式中，每一翅片流道301均自一第一开口向一对应的第二开口呈蜿蜒曲折延伸，即每一翅片流道301蜿蜒曲折延伸的形状，如此设置，是为了匹配脉动热管的工作原理，且翅片流道301在转弯处沿弧形延伸，在方便相变工质流动的前提下，提高翅片流道301的整体长度。

在一些实施方式中，翅片模组300包括第一翅片、第二翅片…和第N翅片，第一翅片、第二翅片…和第N翅片中有若干翅片设有翅片流道301，基板流道101包括循环流道段101-1和若干过渡流道段，每一过渡流道段均与相邻的两设有翅片流道301的翅片的翅片流道301连通，即每一过渡流道段均连通于相邻的两翅片流道301，循环流道段101-1的两端分别与边缘位置的两设有翅片流道301的翅片的翅片流道301连通，即循环流道段101-1的两端分别连通于边缘位置的两翅片流道301，或者说，循环流道段101-1的两端分别连通于所有设有翅片流道301的翅片中最外侧(即两个边缘处)的两个翅片的翅片流道301，可以理解的是，当第一翅片、第二翅片…和第N翅片均为设有翅片流道301的翅片时，则循环流道段101-1的两端可以是分别与第一翅片的第一开口和第N翅片的第一开口连通。具体的，过渡流道段用于连接相邻两个上述翅片的翅片流道301，以实现翅片流道301与过渡流道段的交替排列，循环流道段101-1是为了将整个翅片流道301与基板流道101连通，以构成循环通道，也即构成上述脉动热管回路。

在一些实施方式中，如图3所示，上述的若干过渡流道段包括第一过渡流道段101-2和第二过渡流道段101-3，第一过渡流道段101-2和第二过渡流道段101-3的个数均为若干个，即若干过渡流道段包括若干第一过渡流道段101-2和若干第二过渡流道段101-3，每一第一过渡流道段101-2的两端均分别与相邻的两上述翅片的第一开口连通，即每一第一过渡流道段101-2的两端均分别与相邻的两第一开口连通，每一第二过渡流道段101-3的两端分别与相邻两上述翅片的第二开口连通，即每一第二过渡流道段101-3的两端均分别与相邻的两第二开口连通，且第一过渡流道段101-2与第二过渡流道段101-3错位排列。具体的，第一过渡流道段101-2和第二过渡流道段101-3分别位于基板100的上下两侧，即第一过渡流道段101-2用于连接相邻的两设有翅片流道301的翅片上侧的第一开口，第二过渡流道段101-3用于连接相邻的两设有翅片流道301的翅片下侧的第二开口；并且，第一过渡流道段101-2与第二过渡流道段101-3错位排列，也就是说，同一翅片流道301可以分别与一第一过渡流道段101-2和一第二过渡流道段101-3连通，从而将翅片流道301、基板流道101连接形成三维循环通道。

在一些实施方式中，第一过渡流道段101-2和第二过渡流道段101-3均呈U型，且第一过渡流道段101-2和第二过渡流道段101-3的U型开口方向相反，即所有第一过渡流道段101-2和所有第二过渡流道段101-3均呈U型，且两者开口方向相反，如此设置，可以尽可能的提高过渡流道段的长度，以提高基板100的散热效果和热交换效率。

在一些实施方式中，循环流道段101-1同样呈U型。可选地，当第一翅片、第二翅片…和第N翅片均为设有翅片流道301的翅片时，可将循环流道段101-1设置成横跨全部的第一过渡流道段101-2，从而实现第一翅片的第一开口与第N翅片的第一开口之间的连通，以使所有翅片流道301、循环流道段101-1、所有第一过渡流道段101-2、所有第二过渡流道段101-3可以连接构成三维的脉动热管回路。

在一些实施方式中，每一设有翅片流道301的翅片均包括第一板体和第二板体，第一板体与第二板体中至少有一者设有流道槽，第一板体与第二板体连接后形成翅片流道301，且第一板体与第二板体连接固定后安装在盖板200上。可以理解的是，可以在第一板体与第二板体的表面均开设流道槽，第一板体与第二板体连接后，即可形成翅片流道301；当然，也可以仅在第一板体与第二板体的其中一者的表面开设流道槽，然后将另一者板体与该板体贴合连接以形成翅片流道301，从而形成相变工质的流动通道，该方式，加工方便，避免了在两个板体上均开设流道的高成本方式，并且有效避免漏液现象，提高使用可靠性。

在一些实施方式中，基板100上设有若干热源连接孔102，热源连接孔102可供热源与基板100的第一面实现可拆卸连接，即热源连接孔102用于供热源安装用，热源连接孔102还可供盖板200与基板100的第二面实现可拆卸连接。可选地，采用螺栓依次穿过热源、热源连接孔102，来将热源安装在基板100的第一面。

在一些实施方式中，基板100的第二面上与热源连接孔102对应的位置均设有若干连接柱，连接柱用于与热源配合连接，即实际安装中连接柱可与热源配合连接，连接柱凸出于基板100的第二面表面，盖板200上设有若干定位孔202，连接柱与定位孔202配合定位。具体的，连接柱优选为螺纹柱，可与螺杆直接配合；通过连接柱的设置，可以实现基板100与盖板200的快速定位，从而保证翅片流道301、连通孔201与基板流道101的准确配合。

在一些实施方式中，盖板200上设有若干安装槽203，翅片模组300的翅片安装在相应安装槽203内，即翅片模组300的每个翅片均对应安装在一安装槽203内，连通孔201开设在安装槽203内部与对应的翅片的开口对应的位置，即连通孔201开设在安装槽203内部与上述翅片的第一开口、第二开口对应的位置。可选地，各安装槽203平行排列，使得翅片模组300的各翅片平行排列，从而减少翅片模组300的翅片占用空间，可以放置更多数量的翅片，提高散热效果。

在一些实施方式中，基板100与盖板200之间以及盖板200和翅片模组300之间均通过焊接方式固定。在组装该散热器时，通过盖板200的定位孔202与连接柱的配合，实现盖板200与基板100的快速定位，然后将盖板200与基板100焊接固定，通过螺栓贯穿连接柱后与热源连接，翅片模组300的翅片则放置在安装槽203内，然后将翅片与盖板200焊接固定即可。

在一些实施方式中，翅片模组300中设有翅片流道301的翅片的加工形式有很多种，可以通过机加焊接、冲压焊接、吹胀等多种方式制造。

在一些实施方式中，翅片流道301和基板流道101的截面形状可以为圆形、半圆形、矩形、三角形等多种，脉动热管的截面形状对脉动热管内相变工质的流型转化以及分布有很大影响，尤其当截面形状不是圆形时，尖角区域对流型的影响非常明显，在尖角区域的毛细作用下，相变工质会在尖角区域形成一层液膜，有效防止了脉动热管因液塞无法及时回流而导致的烧干现象。

在一些实施方式中，相变工质可以选用R134a制冷剂、R22制冷剂、R1233zd制冷剂、氟化液等多种工质。

这里需要说明的是，也可以采用该三维相变散热器与其他相同结构或者不同结构的散热器进行组合，形成新的散热器。

该三维相变散热器，利用了脉动热管的特性，在加入相变工质之前，先将流道内抽真空，然后加入相变工质即可，该散热器具备一定的抗重力能力，当热源处于散热器上方时，相变工质可以通过脉动热管回路进行循环流动，不会受重力影响而沉积在腔体下方，散热器下方的液态相变工质可以参与相变循环，能够充分利用翅片的空间进行换热，提高换热效率，满足新型高功率电子元器件的散热需求。

具体的，在一种具体实施例中，该散热器包括基板100、盖板200、翅片模组300，基板100的第一面用于与热源接触，基板100上与其第一面相背的第二面连接盖板200的第一面，盖板200上与其第一面相背的第二面安装翅片模组300，翅片模组300的翅片按照排布方向布置在盖板200的第二面上；翅片模组300的翅片均是由两片板体组合，并在其中设有翅片流道301，即翅片模组300的每个翅片均设有翅片流道301，每个翅片均包括两片板体，两片板体分为第一板体和第二板体，第一板体与第二板体中至少有一者设有流道槽，使两片板体(第一板体和第二板体)组合在一起时形成翅片流道301，即形成工质流道，相变相变工质可以在该流道中流动，盖板200上设有若干连通孔201，且基板100上也设有基板流道101，通过盖板200上的连通孔201，将翅片模组300的翅片和基板100的流道连通，相邻两翅片间的翅片流道301可以通过基板100的基板流道101及连通孔201实现连通，从而形成一个三维的脉动热管散热器。可以立即的是，每一设有翅片流道301的翅片均包括翅片主体和翅片盖板，翅片主体和翅片盖板可以视为上述两片板体，即翅片主体是第一板体和第二板体中的其中一者，翅片盖板是第一板体和第二板体中的另一者。

工作时，将相变工质注入到脉动热管回路，即翅片模组300中设有翅片流道301的翅片的翅片流道301和基板100的基板流道101共同构成的空腔中，相变工质将会分布在脉动热管回路中，而分布在脉动热管回路中的相变工质，在表面张力的共同作用下，管内的相变工质为气、液塞随机间隔分布的状态。热源可处于任意位置，无论处于基板100的上方还是下方，当热源的热量通过基板100传递到回路内时，回路内液态的相变工质受热后，会发生相变反应，即脉动热管回路内的液相工质在蒸发段吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，并推动液塞向冷凝段运动。气态相变工质到达冷凝段后，在设有翅片流道301的翅片内的壁面冷凝后形成液滴并会释放出热量。由于蒸发段和冷凝段以及相邻管道间存在压差，气泡收缩后压力下降，气态相变工质冷凝后形成的液滴回到蒸发段以及基板100的底部，如此便形成了相变工质的往复振荡运动和热量传递的过程，即脉动热管回路中的相变工质吸热发生相变反应，在压差的作用下，相变工质会在脉动热管回路中往复振荡运动，以此实现了相变工质的循环流动，因此所有的相变工质均可参与相变循环，能够充分利用翅片的空间进行换热，提高了换热效率。该三维相变散热器利用了脉动热管一定的抗重力能力，散热器竖直放置时脉动热管回路内相变工质可以进行循环流动。并且基板100是通过延展的流道设计，使在基板100的各个位置都有流道段，缩短了热源到相变工质的传热路径，相变工质可以更近距离的接触热源，降低了脉动热管启动的门槛，更易于启动，且通过内部工质的往复振荡运动，使热量能够充分在散热器各个位置扩散，提高散热器的均温性，从而提高了散热器性能。

该三维相变散热器，具有以下有益效果：

1、在翅片模组300的翅片内设置翅片流道，既能提高换热效率，又能减轻散热器自身的重量。2、当热源处于散热器上方时，相变工质可以通过流道进行循环流动，不会受重力影响而沉积在散热器下方，散热器下方的液态相变工质可以参与相变循环，能够充分利用翅片模组300的翅片进行换热，提高换热效率，满足高功率电子元器件的散热需求。3、脉动热管散热器的基板100是通过延展的流道设计，使在基板100的各个位置都有可供相变工质流动的流道段，缩短了热源到相变工质的传热路径，相变工质可以更近距离的接触热源，从而降低了脉动热管启动的门槛，进而提高了散热器性能。

进一步，本实用新型所提供的三维流道相变散热器利用了脉动热管一定的抗重力能力，散热器竖直放置时脉动热管回路内工质可以进行循环流动，并且基板100是通过延展的流道设计，使在基板100的各个位置都有可供相变工质流动的通道(即流道段)，缩短了热源到工质的传热路径，工质可以更近距离的接触热源，降低了脉动热管启动的门槛，更易于启动，从而提高了散热器性能；

另外，脉动热管回路的有效运行主要靠管内气、液塞的往复振荡来实现，而脉动热管内径的大小会对气、液塞的初始分布以及工质的流动产生巨大的影响；由翅片模组300中设有翅片流道301的翅片的流道单体与基板流道101的单个流道段所形成的脉动热管流道，只有脉动热管流道的内径，即脉动热管的管径尺寸足够小，脉动热管内工质所受表面张力才能克服其自身重力作用而形成气液塞随机分布的状态；管径尺寸太小，工质所受阻力会随着通道内径的减小而急剧增加，阻力过大导致其无法振荡，传热能力下降；

表面张力和重力的关系可用准则数Bo或Eo来表示：

当Bo≤2或1.84时，由脉动热管流道构成的脉动热管回路内可形成稳定的气液塞交替分布的状态；由此可得，脉动热管回路的临界管径D计算公式如下：

其中，σ为表面张力；ρ_l为液体密度；ρ_g为蒸汽密度；g为重力加速度。

通道内径大小也跟充注的工质类型有关，工质可选用R134a制冷剂、R22制冷剂、R1233zd制冷剂、氟化液等多种工质，不同温度下工质的密度不同，所以流道的内径需要根据具体工质的参数计算来选择最佳值。脉动热管回路的弯头数存在某临界值，一定条件下可以实现水平甚至反重力下成功启动并运行。而弯头的临界值与脉动热管的管径、管长、运行工况和工质物性等参数存在联系。脉动热管回路的截面形状为圆形、三角形、方形等多种形式，截面形状对脉动热管内工质流型的转化以及分布有很大影响，尤其当截面形状不是圆形时，尖角区域对流型的影响非常明显。在尖角区域的毛细作用下，工质会在尖角区域形成一层液膜，有效防止了脉动热管因液塞无法及时回流而导致的烧干现象。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的三维相变散热器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种三维相变散热器，其特征在于，包括：

翅片模组(300)，包括设有翅片流道(301)的若干翅片；

基板(100)，所述基板(100)的第一面与热源接触，所述基板(100)与所述第一面相对的第二面设有基板流道(101)；所述基板流道(101)包括若干互不相通的流道段；

盖板(200)，盖设于所述第二面，以封闭所述基板流道(101)，所述盖板(200)设有若干连通孔(201)，每个所述连通孔(201)均可用于连通一所述翅片流道(301)和一对应的流道段，以构成脉动热管回路；其中，所述脉动热管回路中预先充注有相变工质。

2.根据权利要求1所述的三维相变散热器，其特征在于，还包括：充液管(400)，与一所述翅片流道(301)或者一所述流道段连通，以向所述脉动热管回路中充注相变工质。

3.根据权利要求1所述的三维相变散热器，其特征在于，每一所述翅片面朝向所述盖板(200)的一侧均分别设有第一开口和第二开口，每一所述翅片流道(301)均自一所述第一开口向一对应的第二开口延伸形成，所述第一开口和所述第二开口分别与不同的所述流道段连通。

4.根据权利要求3所述的三维相变散热器，其特征在于，每一所述翅片流道(301)均为蜿蜒曲折延伸的形状。

5.根据权利要求3所述的三维相变散热器，其特征在于，所述基板流道(101)包括循环流道段(101-1)和若干过渡流道段，每一所述过渡流道段均连通于相邻的两所述翅片流道(301)，所述循环流道段(101-1)的两端分别连通于边缘位置的两所述翅片流道(301)。

6.根据权利要求5所述的三维相变散热器，其特征在于，所述若干过渡流道段包括若干第一过渡流道段(101-2)和若干第二过渡流道段(101-3)，每一所述第一过渡流道段(101-2)的两端均分别与相邻的两所述翅片的第一开口连通，且每一所述第二过渡流道段(101-3)的两端均分别与相邻的两所述翅片的第二开口连通；

所述第一过渡流道段(101-2)与所述第二过渡流道段(101-3)错位排列；

所述第一过渡流道段(101-2)和所述第二过渡流道段(101-3)均呈U型，且两者开口方向相反。

7.根据权利要求1所述的三维相变散热器，其特征在于，每一所述翅片均包括第一板体和第二板体，所述第一板体与一对应的第二板体中至少有一者设有流道槽，所述第一板体与一对应的第二板体连接后形成所述翅片流道(301)。

8.根据权利要求1所述的三维相变散热器，其特征在于，所述基板(100)上设有若干热源连接孔(102)，可用于连接所述热源。

9.根据权利要求8所述的三维相变散热器，其特征在于，所述基板(100)的第二面上与所述热源连接孔(102)对应的位置均设有连接柱，所述连接柱用于与所述热源配合连接，所述连接柱凸出于所述基板(100)的第二面表面，所述盖板(200)上设有若干定位孔(202)，所述连接柱与所述定位孔(202)配合定位。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的三维相变散热器，其特征在于，所述盖板(200)上设有若干安装槽(203)，每一所述翅片对应安装于一所述安装槽(203)内，所述连通孔(201)开设在所述安装槽(203)内部与对应的翅片的开口相对应的位置；

所述基板(100)与所述盖板(200)之间以及所述盖板(200)和所述翅片之间均通过焊接方式固定。