CN2329925Y - 平面型热管散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种平面型热管散热器,它由翅片管和蒸发基板组合而成,热管为一封闭的,充有可进行气液相转换的工质的空心管子,热管两端分别构成蒸发段和冷凝段,散热翅片为一般散热冷却器结构上所用的圆形或方形的翅片形式,本实用新型的特征是热管的蒸发段或冷凝段至少两者之一设计成平面型基板,在大多数使用操作中,平面型基板是作为蒸发段,而带有散热翅片的管身即翅片管是作为冷凝段。

Description

平面型热管散热器

本实用新型述及一种平面型热管散热器，属热交换器件或散热冷却部件领域。

目前在工业技术上对热源或发热体的散热冷却，例如对电子器件或热电半导体制冷器的散热，大多数采用挤压成型的铝型材散热器，这种铝型材散热器虽成本低，便于大量机械化生产，但其缺点是单位底面积的散热面积小，散热效果较差。这是由于受到挤压成型工艺的限制，也就是说该种散热器在其助片高度、厚度和肋片间距等方面受到一定的限制，不大可能挤压成型为高肋片，小肋片间距的散热器。以往为了提高单位底面积的散热面积，增加单位长度的肋片数目和肋片高度，曾在工艺制造方法上加以改进，设计制造一种粘接型或钎焊型高密度肋片散热器。其方法是先用挤压型的方法加工一个散热器的基板，此基板上有很多平行的凹槽，凹槽的间距就是肋片的间距；然后将所需之肋片插入槽内，用粘结剂或铝钎焊法加以固定，也可以用外力挤压法加以固定，由于凹槽间距小，肋片高度又不受该工艺的限制，因此这种散热器单位底面积的散热面积较大，使用时往往配上风扇，其散热效果优于前述挤压成型的散热器，其缺点是成本较高，另外另一缺点是：若热源体或发热体本身面积较小，那么热源体或发热体与散热器的接触面积当然也小，此时大部份热量必须通过基板的横截面传递到边缘区的散热肋片，然后再散发到空气中去。这样就造成远离发热体的肋片其散热效率很低(即肋片效率低)，散热效果并不与散热面积的增加成正比。这一现象特别明显地发生在热电半导体制冷器的热端散热问题上。

本实用新型的目的是排除和克服现有技术中如上述的挤压成型铝制散热器或粘结型钎焊型高密度肋片散热器等存在的散热效率低下的缺陷，以及散热器其边缘肋片效率低的缺陷。本实用新型的另一目的是将热管技术和散热器有机地结合起来，创建一种新型的平面型热管式散热器，既可极大限度地增加空气端的散热面积，又能排除上述散热器边缘肋片效率低的缺陷。

本实用新型的目的是通过下述技术手段来达到的。

热管技术已在工业技术中广泛使用，其主要结构和原理如下：热管为一金属管子，其内壁设置有微孔多孔结构的吸液芯或称管芯，管子内盛放有可进行相转换的工质(如氨气)，热管管身两端分别构成冷凝段和蒸发段。冷凝段被冷凝的液相工质籍管子内壁的吸液芯或管芯的毛细管泵吸作用，回流到热管的另一端蒸发段，而在蒸发段吸热后又变成气相工质，通过热管管身中间通道又流向冷凝段，构成循环作业；利用热管的吸热或放热原理，可应用在需要冷却或加热的地方。当热管冷凝段的位置高于蒸发段位置时(在垂直放置情况下，即冷凝段在上面而蒸发段在下面)，也可以不设置管芯，此时的热管即称之为重力热管，冷凝的液相工质可籍重力作用流至下面蒸发段。

本实用新型平面型热管散热器主要为一热管，在技术概念上是将热管和传统的散热器有机地组合成为一整体。热管为一封闭的、充有可进行气液相转换的工质的空心管子，管子内壁设置有微孔多孔结构物质构成的管芯，热管两端分别构成蒸发段和冷凝段；冷凝段或蒸发段可在其管身外壁设置散热翅片，构成翅片管，散热翅片(肋片)则为传统散热冷却器结构上所用的各种形式的翅片(肋片)，其特征是热管蒸发段或冷凝段两者之一是一个平面型基板，此平面型基板具有光滑平整的平面，并且它与翅片管有机地组合成一整体。在一般情况下，即当热管垂直放置而且其冷凝段在上，蒸发段在下的工况下，则可称之为重力热管，此时其管子内壁可不设置微孔多孔物质构成的管芯。本实用新型的平面型热管散热器，在一般情况下，采用了重力热管，而且其下部的蒸发段设计成一平面型基板，它具有光滑平整的平面，以便与热源体或发热体的平面紧密平面接触，也可与半导体制冷器的热端实现相互紧密的平面接触。热管上部的管身及管身外面沿其长度方向设置的翅片一起构成了翅片管，实质上该翅片管是作为热管的冷凝段。平面型基板可以是实心的或空心的，可以在基板内设置有孔道或分隔的腔室，该孔道或腔室内充有传热工质，且与热管管身相通。热管管身外面沿其长度方向可设置相当数量的散热翅片构成翅片管。该翅片可以为一般散热器所用的圆形翅片或方形翅片以及其他形式翅片。

本实用新型平面型热管散热器，其热管管身可以是单根管子，也可以是两根管子或更多根管子来构成。至于基板，可根据热源体、或发热体的放置或接触状态，作成垂直放置或水平放置形式，并根据发热体尺寸及发热量的大小来决定基板的尺寸及内部孔道的尺寸及数量。

本实用新型平面型热管散热器的具体散热冷却操作情况略述于下。

当热源体或发热体，或半导体制冷器的热端与重力热管下部作为蒸发段的基板作平面接触时，其大量的热被蒸发段的基板所吸收，使传热工质吸热而蒸发，由液相变成气相，气相工质向上流动，在热管上部的冷凝段带放热量而被冷凝成液相，液相工质籍重力沿管壁流下，而流至热管蒸发段，如此往复循环，最后使发热体得到冷却。在冷凝段气相工质的热量，通过管壁传至管身外面设置的许多翅片，并将热量散发于外界空气中。

本实用新型另一种形式是将平面型基板设置于热管管身之上部，而其下部管身设置有许多翅片构成翅片管，此时上部基板就构成冷凝段，而翅片管变成为蒸发段，此种型式特别可应用于半导体制冷器的冷端的传热。

可进行相转换的传热工质可以有好多种，如水、甲醇、乙醇、丙酮、氟利昂或氨等，热管的材料一定要与传热工质相容，可以是铜、铁、不锈钢、铝等。但对于半导体制冷器冷热端散热和一般的电子器件冷却，最佳的选择是传热工质采用氨，而热管材料是采用铝金属。

本实用新型的优点是明显的，其传热散热效果非常良好，其散热面积大，散热效率高(即翅片效率高)，可比传统所用的高密度肋片散热器好很多，良好的设计可以提高一倍以上。这种高效率的散热器特别适用于热电半导体制冷器的热端散热。

下面列出各附图并加以说明：

图1是已有技术中传统所用的挤压成型铝型材散热器(作比较参考用)。

图2是已有技术中改进的粘结型或钎焊型高密度肋片散热器(作比较参考用)。

图3是本实用新型平面型热管散热器之基本形式，即单管式热管散热器的简单示意图。

图4是双管式热管散热器的简单示意图。

图5是具有垂直型基板(即大的垂直侧平面)的热管散热器的示意图。

图6是多管式(六根并列的支管)热管散热器的示意图。

图7是本实用新型平面型热管散热器的另一种特殊形式，即基板设计成水平重力热管的结构示意图。

现结合附图进一步将本实用新型的实施例叙述于后：实施例一

参见图3，它为本实用新型平面型热管散热器的基本形式，它具有一根翅片管，故为单管式热管散热器。热管具有一封闭的，内充有可进行气液相转换的工质的空心管子3，管子3内壁设置有微孔多孔结构物质构成的管芯6，热管两端分别构成蒸发和冷凝段。本实施例中热管作垂直放置，而且蒸发段在下，冷凝段在上，此时称作重力热管，重力热管的管子内壁可不设置管芯6。管子3由铝金属制成，其内的传热工质采用氨。铝金属空心芯子3下端焊接有一基板它的底面为一平整光滑的平面，此处基板1是实心的铝块。基板1是当作为热管的蒸发段。在空心管子3管身外面沿其长度方向设有许多散热翅片4，构成了翅片管，它是作为冷凝段，起散热作用。散热翅片4为一般传统散热器所用的圆形翅片，可以将圆形翅片套入管身而焊接固定之，也可以是圆形翅片与管子一次加工成的一个整体。具体操作时，将一热源体或发热体，或者一个半导体制冷器的热端7紧密与基板1的底平面相接触(可以用导热脂紧压在基板1的平面上)，物体的发热量在基板蒸发段被传热工质氨液所吸收，氨由液相变为气相、气体由下部上升到热管之顶部，也即流经翅片管冷凝段，气体与管壁接触时通过散热翅片4大量放出热量，氨由气相冷凝为液相，氨液从上部沿管壁或经管芯6流回底部蒸发段，如此往复循环，使物体最终得到冷却。

在某种情况下，本实施例中的基板可以放在热管的上面，而将翅片管设在下面，此时上部基板就当作为冷凝段，而下部翅片管就成为蒸发段，这种形式可用于半导体制冷器冷端的散热。实施例二

图4是双管式热管散热器，它是一种典型的平面型热管散热器，可非常有效地用於标准的热电半导体制冷器(例如俄罗斯NORD公司的TM127-1.4-6.0M)，此时，其热端散发的热量可在45～70W之间变化。

本实施例中，热管由并列的二根铝金属空心管子3构成，在其下面各自由连接支管2与基板1相连接，基板1内部有孔道通过连接支管2与铝金属空心管子3相通，管子内放有传热工质氨。基板1的底面为一平整光滑的平面。本实施例中，热管下部的基板是蒸发段，热管上部二根管子3的管身外面都设有许多圆形散热翅片4，圆形翅片4可以与管子3一次加工成一整体，也可以用圆形翅片套入管身再钎焊固定之，如此构成的翅片管即成为热管的冷凝段。具体设计如下：蒸发段基板1可用铝块，其尺寸为50×50×20mm，在实际应用中基板1的底面积可根据不同的发热体而变化其尺寸；连接管2为Ф13×1.5的铝管；作为冷凝段的翅片管，其金属铝空心管子3的外径为Ф34.5mm，内径为29.5mm，圆形翅片4其外径为Ф60mm，翅片间距为2.3mm，翅片高度为130mm。

本实施例中采用了两个左右对称的圆形翅片管，在不同散热功率情况下，也可采用不同形式不同数量的翅片管，多个翅片管的排列布局可以是方阵顺排方式或交义排列方式，或者其他排列布局方式。本实施例也为重力型热管，故不需安装管芯。本实施例中的基板1具有较大的底平面，它适用于水平放置的热源体或发热体的散热冷却。实施例三

参见图5，本实施例的平面型热管散热器为具有垂直型基板即具有较大垂直侧平面的一种形式，本例中为单管式热管散热器；当然也可作双管式的，其结构和形式可与实施例二一样。也可作成多管式的。主要不同点是，本实施例中的基板1是垂直放置的基板形式。所以本实施例是适用于热源体或发热体、或半导体制冷器热端在垂直放置状态，其平面(发热平面)需要垂直地与基板1的侧平面紧密接触的操作状况。实施例四

参见图6，本实施例是一种将热管与传统所用的管翅式热交换器相结合的形式，该平面型热管散热器适用于垂直放置的热源体或发热体，如半导体制冷器的热端散热。图6中，热管具有六根垂直并列的支管3和一水平总管5构成，总管5下面有二根对称布置的连接支管2与平面型长方形基板1相连接，基板1内部有孔道或空腔与连接支管2相通。所述的所有管子都由铝金属制成，且管内都充有传热工质氨。基板1的底而或侧而均为光滑平整的平面。本实施例中的基板实质上是作为热管的蒸发段；在六根垂直并列的支管4之间，即在相邻两支管之间沿管身长度方向均焊接有散热翅片4(或肋片)，形成了一组翅片管(或肋片管)，该翅片管是当作为冷凝段。本实用新型平面型热管散热器的特点是结构紧凑，尺寸较小，但单位容积的传热面积很大，其缺点是制造成本较高。实施例五

参见图7，本实施例是平面型热管散热器的另一种特殊形式，它是在已有的平面型高密度肋片散热器的基础上改进的，即将基板设计成水平重力热管。特殊设计的基板在水平方向被分隔成几个腔室，各腔室间有孔相通，腔室内放有传热工质氨。基板底平面8为一光滑平整的平面，基板上部顶面具有许多高密度平行布置的散热肋片10。本实施例可适用于水平或垂直放置的半导体制冷器的冷热端。若半导体制冷器的热端与基板底平面8接触，则在底平面8构成了蒸发段；而基板上部顶面9和肋片10构成了冷凝段。反之，若半导体制冷器冷端与基板底平面8接触，则在底平面8构成冷凝段：而基板顶面9和肋片10构成蒸发段。分成几个腔室的目的是便于液体回流，各腔室有孔相通，可使热量相互平衡，不致局部过载。

Claims (8)

1、一种平面型热管散热器，其主要为一热管，热管为一封闭的、充有可进行气液相转换的工质的空心管子(3)，管子(3)内壁设置有微孔多孔结构物质构成的管芯(6)，热管两端分别构成蒸发段和冷凝段，冷凝段或蒸发段可在其管身外壁设置散热翅片(4)，构成翅片管；其特征是热管之蒸发段或冷凝段二者之一为一平面型基板(1)，该平面型基板与翅片管有机地组合成一整体。

2、一种平面型热管散热器，其主要为一热管，热管为一封闭的，充有可进行气液相转换的工质的空心管子(3)，热管两端分别构成蒸发段和冷凝段，在热管冷凝段高于蒸发段的情况下，则为重力热管，其管子内壁可不设置微孔多孔物质构成的管芯；在热管上方冷凝段的管身外壁设置有散热翅片(4)，构成翅片管；其特征是热管下方之蒸发段为一平面型基板(1)，该平面型基板(1)与翅片管有机地组合成一整体。

3、如权利要求2所述的一种平面型热管散热器，其特征是热管为一根金属空心管子(3)，下部特设有一个基板(1)，基板可以是实心的可以是空心的，其内有孔道或空腔与空心管子相通，且其内存有传热工质；基板(1)的底面为一光滑平整的平面；此处的基板实质上是作为热管的蒸发段；空心管子管身外面沿其长度方向设有相当数量的散热翅片(4)构成翅片管，该翅片管实质上是作为热管的冷凝段。

4、如权利要求3所述的平面型热管散热器，其特征是基板(1)内的通道或空腔内壁和空心管子(3)内壁可以设置有管芯(6)，也可以当作重力热管而不设置有管芯；空心管子管身外面沿其长度方向设置的翅片(4)可以是圆形翅片或方形翅片。

5、如权利要求2所述的平面型热管散热器，其特征是热管为并列的二根金属空心管子(3)构成，下部设有一个基板(1)，基板(1)内部有若干通道或空腔与相应的空心管子(3)相通，且存在有传热工质，基板(1)内部通道或空腔通过连接支管(2)与空心管子(3)相连接，基板(1)的底面为一光滑平整的平面，此处的基板(1)实质上是作为热管的蒸发段；二根空心管管身的外面沿各自管身长度方向各设置有相当数量的散热翅片(4)，翅片(4)可以是圆形翅片。

6、如权利要求5所述的平面型热管散热器，其特征是所述的基板(1)根据散热物体的放置接触状态，可作成垂直放置或水平放置形式，并根据发热体尺寸及发热量大小来决定基板的尺寸及内部孔道的尺寸和数量；基板(1)的底平面或侧平面为非常光滑平整的平面。

7、如权利要求2所述的平面型热管散热器，其特征是热管具有六根垂直并列的热管支管(3)和一水平总管(5)构成，总管(5)下面有二根对称布置的连接支管(2)与平面型长方形基板(1)相连接；基板(1)内有孔道或空腔与连接支管(2)相通，所述的管内都存在有传热工质；基板(1)的底面或侧面为一光滑平整的平面；此处的基板实质上是作为热管的蒸发段；在六根垂直并列的支管之间，即在相邻两支管之间沿管身长度方向均设置有散热翅片(4)(或肋片)，该翅片管实质上是作为热管的冷凝段。

8、如权利要求2所述的平面型热管散热器，其特征是热管为一水平放置的重力热管，而且此处设置的特殊设计的基板本身即构成了重力热管，特殊设计的基板在水平方向被分隔成几个腔室，各腔室间有孔相通，基板底面(8)为一光滑平整的平面，基板顶面(9)设置有许多高密度平行布置的散热肋片(10)；基板腔室内存在有传热工质；一般情况下，腔室下部构成蒸发段，而腔室上部及肋片(10)构成冷凝段。

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