CN220152678U - 复合相变散热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种复合相变散热装置，该装置中，内部嵌有平板热管的平板热管结构固定在散热主体下面，并封堵散热主体的相变传热腔；光源组件固定在平板热管结构下表面。本实用新型将金属均温板替换成内部含有相变微结构的平板热管结构，热导率可从金属铝合金的201W/m·K提升至2000W/m·K以上，大大提高了散热装置的散热效果。
Description
技术领域
本实用新型属于散热装置技术领域，具体涉及一种复合相变散热装置。
背景技术
中国专利公报公开的“一种高均温复合型散热器”(申请号：2022220225934)中，散热内胆的底面与均温板内表面接触，散热内胆的底部内侧面分布微槽群；光源支架可以通过导热硅脂固定在均温板外表面；铝合金均温板导热率仅能够达到201W/m·K，导热效率低，散热器散热性能较差。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种复合相变散热装置，该装置能够增强散热器导散热性能。
为了解决上述技术问题，本实用新型的复合相变散热装置中，内部嵌有平板热管的平板热管结构固定在散热主体下面，并封堵散热主体的相变传热腔；光源组件固定在平板热管结构下表面。
所述平板热管结构顶面对应相变传热腔的部位具有微槽群结构。
所述的平板热管结构包括热管下盖、平板热管和热管上盖；平板热管的下半部嵌入热管下盖顶面的下嵌管槽，上半部嵌入热管上盖底面的上嵌管槽，热管下盖与热管上盖固定连接；热管上盖固定在散热主体下面并封堵散热主体的相变传热腔。
所述的平板热管结构包括热管下盖、平板热管和热管上盖；平板热管整体嵌入热管下盖顶面的下嵌管槽或者热管上盖底面的上嵌管槽；热管下盖与热管上盖固定在一起；热管上盖固定在散热主体下面并封堵散热主体的相变传热腔。
所述平板热管内部灌注液态相变工质，液态相变工质灌注量为平板热管容积的5％-75％。
所述的平板热管为弯曲成一根首尾相连闭合回路的铜管或铝管。
本实用新型的有益效果：
1.将金属均温板替换成内部含有相变微结构的平板热管结构，热导率可从金属铝合金的201W/m·K提升至2000W/m·K以上。
2.通过平板热管结构和微槽群结构的结合，实现横向和纵向多维度方向的散热提升，保证散热器散热途径的各个方向均能将热阻降至最低，热导率最大。同时平板热管内部的相变微结构通过毛细力和温差产生的压差进行热量输送，可减小散热器在有角度的使用环境下重力产生的影响，可加强照明器在有角度工况下的散热效果。
附图说明
图1是本实用新型的立体图。
图2是本实用新型的侧视图。
图3是本实用新型的剖视图。
图4、图5是本实用新型的爆炸图。
图6是热管下盖俯视图。
图7是平板热管结构剖面图。
图8是平板热管的剖切示意图。
图9是焊接凹槽示意图。
图中：1.散热主体；11.相变传热腔；12.散热翅片；13.冷凝回流上盖；14.抽真空螺丝；2.光源组件；21.光源；22.光源基板；4.平板热管结构；41.热管下盖；411.下嵌管槽；412.焊接凹槽结构；42.平板热管；421.相变工质；43.热管上盖；431.上嵌管槽；432.微槽群结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触，而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本实用新型的复合相变散热器包括散热主体1和平板热管结构4；平板热管结构4固定在散热主体1下面，并封堵散热主体1的相变传热腔11；光源组件2固定在平板热管结构4的下表面。
如图2、3所示，所述的散热主体1包含相变传热腔11及相变传热腔周围太阳花形式向外伸展的散热翅片12；相变传热腔11横截面可为圆形或方形；相变传热腔11底部由平板热管结构4顶面的微槽群结构部分封堵，顶部由冷凝回流上盖13封堵；散热主体与冷凝回流上盖13以过盈配合方式压装固定，抽真空螺丝14安装在冷凝回流上盖13的螺纹孔上并通过二者间的硅胶圈和导热密封硅胶密封，使相变传热腔11形成密闭腔体，真空度可达-95kpa以上；相变传热腔11内部填充液态传热工质，周围的散热翅片用于增加散热面积，提高散热效果。散热主体采用镁铝合金或者铝合金。
所述的散热主体1还可以采用中央通孔中嵌入热传输模块(如中国专利公报公开的“一种相变液及包含该相变液的热传输模块”，申请号：CN201811049591.6)，周围分布太阳花形式向外伸展的散热翅片的结构。对于该种结构的散热主体，平板热管结构4的顶面可以与热传输模块底面接触并焊接固定。
如图4、5所示，所述的光源组件2包括光源21和光源基板22；光源21固定在光源基板22上；光源基板22利用焊片通过焊接方式固定在平板热管结构4底面。
如图4、5所示，所述的平板热管结构4包括热管下盖41、平板热管42和热管上盖43；热管下盖41的下表面具有焊接凹槽结构412，顶面具有与平板热管42形状相应的下嵌管槽411；热管上盖43的底面具有与热管42形状相应的上嵌管槽431，顶面具有微槽群结构432；平板热管42的下半部嵌入下嵌管槽411，上半部嵌入上嵌管槽431，并以焊接方式固定；热管下盖41与热管上盖43焊接固定在一起；热管上盖41固定在散热主体1下面并封堵散热主体的相变传热腔11。
为加强光源组件2与平板热管结构4之间的焊接效果，在热管下盖41底面中心位置通过激光微刻制备焊接凹槽结构412，改变焊片融化后金属液滴和散热器表面的浸润性，分散冷却时温度不均产生的中心与四周之间的内聚性及吸附性，降低空洞化情况，加强焊接效果。
如图9所示，所述的焊接凹槽结构为方柱形凹槽矩阵，方柱形凹槽槽深在0.1mm-1mm之间，槽宽在1mm-10mm之间。槽宽即方柱形凹槽底面边长。
所述光源21产生的热量途经平板热管结构后直接传递给相变传热腔11进行导散热，能够降低散热途径中的热阻。
所述焊接凹槽结构412将焊接面分割成若干个小平面。
如图8所示，所述平板热管12由一根首尾相连的铜管或铝管制成，内部灌注液态相变工质421，基于相变原理进行传导热量，具有高导热率；液态相变工质灌注量为平板热管容积的5％-75％。
平板热管结构4有利于对光源21进行热扩散，具有质量轻、良好的启动性和均温性等优势；顶面带有微槽群结构的相变传热腔具有换热系数高、工作稳定等特点。本实用新型可被广泛应用在大功率高密度电子设备，通过微槽群中液体工质的毛细力形成的弯月面处进行高强度蒸发或核态沸腾的复合相变换热，实现高强度的换热。
所述平板热管可以采用内部烧结金属粉末芯、槽道、丝网屏三种芯体的热管。当平板热管受热时，管内液体迅速蒸发，蒸汽在压力及毛细力作用下流向冷凝段进行冷凝释放热量，重新凝结成液体后沿着多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段进行快速循环。基于相变进行导热，能够有效解决散热并减小温度梯度，降低平面热阻达到高导热率，保证热量快速及时地传递，用平板热管代替金属基板能够最大程度的强化基板的热扩散，其优异的等温性也有利于降低热阻。热源产生的热量可迅速被带到周围，极高的导热率降低了平面的温度梯度，并将热量传递到另一端的微槽道进行相变散热。
所述平板热管42内部及相变传热腔11内部的液态相变工质为水、甲醇、乙醇、丙酮、R134a、R410a或R22等其中一种或多种混合的物质。
对本实用新型进行实测以及模拟实验，实验过程中使用的材料及热导率见表1。
表1
| 结构 | 热导率(W/m·K) |
| 导热硅脂 | 6.5 |
| 焊片 | 67 |
| 纯金属均温板 | 201 |
| 平板热管结构 | 2000 |
依据以上数据对散热器进行实测和仿真，得到各对比例和实施例温升对比，数据见表2。
表2
对比例1：传统散热器，光源通过导热硅脂粘接在金属均温板下表面。
对比例2：传统散热器，光源通过焊片焊接固定在金属均温板下表面。
实施例1：将纯金属均温板替换成带有相变热管结构的平板热管结构(平板热管结构底面不加工焊接凹槽结构)。
实施例2：将纯金属均温板替换成带有相变热管结构的平板热管结构(平板热管结构底面加工焊接凹槽结构)。
由表2可知，对比传统使用导热硅脂和纯金属均温板的散热器，通过焊片焊接的方式替换导热硅脂后，焊点温升有略微下降，此时由于工艺和结构的限制，使焊接不能完全贴合接触面，因此在焊接接触面加入焊接凹槽结构，数据表明焊接凹槽结构的加入可使焊点温升有下降，焊接面空洞化情况有所降低，提升接触位置热导率。将纯金属均温板替换成带有相变热管结构的平板热管结构后，焊点温升有明显降低，平板热管结构加入提高了光源接触面的均温性，增大导热系数，避免了热量积累在光源位置。平板热管结构底面增加焊接凹槽结构，可最大程度将散热路径热导率最大化，热阻最小化，最大程度降低焊点温升。
本实用新型不限于上述实施例，所述的平板热管结构1中，还可以采用整个热管12均嵌入于热管下盖11的管槽内，热管上盖13为未加工管槽的平板的结构形式，或者采用整个热管12均嵌入于热管上盖13的管槽内，热管下盖13为未加工管槽的平板的结构形式。
Claims (6)
1.一种复合相变散热装置，其特征在于该装置中，内部嵌有平板热管的平板热管结构(4)固定在散热主体(1)下面，并封堵散热主体的相变传热腔(11)；光源组件(2)固定在平板热管结构(4)下表面。
2.根据权利要求1所述的复合相变散热装置，其特征在于所述平板热管结构(4)顶面对应相变传热腔的部位具有微槽群结构。
3.根据权利要求1所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的平板热管结构(4)包括热管下盖(41)、平板热管(42)和热管上盖(43)；平板热管的下半部嵌入热管下盖顶面的下嵌管槽(411)，上半部嵌入热管上盖底面的上嵌管槽(431)，热管下盖与热管上盖固定连接；热管上盖固定在散热主体下面并封堵散热主体的相变传热腔。
4.根据权利要求1所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的平板热管结构(4)包括热管下盖(41)、平板热管(42)和热管上盖(43)；平板热管整体嵌入热管下盖顶面的下嵌管槽(411)或者热管上盖底面的上嵌管槽(431)；热管下盖与热管上盖固定在一起；热管上盖固定在散热主体下面并封堵散热主体的相变传热腔。
5.根据权利要求3或4所述的复合相变散热装置，其特征在于所述平板热管内部灌注液态相变工质，液态相变工质灌注量为平板热管容积的5％-75％。
6.根据权利要求3或4所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的平板热管为弯曲成一根首尾相连闭合回路的铜管或铝管。
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