CN2566460Y - 具有多级散热结构的热管散热器 - Google Patents

Abstract

一种具有多级散热结构的热管散热器，由至少两级板翅式散热结构构成，该散热结构包括基板[1]、一次散热片组以及二次散热片组，其中一次散热片组的端部固定在基板[1]的散热面上，且平行相间排列；二次散热片组固定设在一次散热片组中的两相邻一次散热片之间，且形成的通道与基板[1]散热面平行，其特征在于：基板[1]中设有贮液腔[7]，贮液腔[7]中设有工质液体[5]，一次散热片中设有冷凝腔[8]，冷凝腔[8]与贮液腔[7]连通并构成封闭结构。本方案将板翅式多级散热结构与热管设计进行有效组合，使两者的优缺点得到相补，从而获得了一种散热面积大，散热效率高，结构紧凑，体积可以做得很小的散热器，尤其适合作为功率元件的散热器。

Description

具有多级散热结构的热管散热器

                        技术领域

本实用新型涉及一种散热器，具体涉及一种具有多级散热结构的热管型高效散热器。该散热器将热管设计与板翅式散热结构相结合，从而获得一种单位散热面积大，散热效率高，结构紧凑，体积可以做得很小的散热器，尤其适合作为电子电力行业中功率元件的散热器。

                        背景技术

对电子元器件及微型组件进行散热是电子设备向前发展的重要问题。近年来，由于技术的进步电子设备向大功率、紧凑化方向发展，因此，单位体积内产生的热量增长很快，与此同时，有效的散热面积却相应缩小，从而使散热问题更为突出。由于电子元器件的温度与可靠性成反比，因此提高电子元器件的散热性能也成了保障电子元器件工作可靠性的措施之一。为了解决上述问题，本申请人曾于2000年4月24日向国家知识产权局专利局申请过名称为《多级散热结构的散热器》的实用新型专利，该申请于2001年2月14日授权公告，公告号为CN2419686Y，专利号为00220109.7。该专利包括基板和固定相间排列在基板散热面上的一次散热片，两相邻一次散热片之间设有二次散热片，二次散热片与两相邻一次散热片固定连接，且形成的通道与基板散热面平行，两相邻二次散热片之间可以设有三次散热片。其技术核心是由一次、二次、三次散热片构成多级次散热结构，从基板到散热末级呈相互交差连接的树支状，并构成连接紧密、结构紧凑的传热散热整体。该散热器一般采用金属薄片通过整体真空钎焊制成，特点是体积小，重量轻，散热面积大，散热效率极高，但由于受材料自身热阻的限制，不足之处在于：1、散热片的第一级不能做得很长，否则其末端往往没有散热效果，换句话说即便理论上散热效果再好，但超过一定距离的远端无散热效果，从尺寸上限制了散热器的特点不能得到充分发挥；2、为了减少热阻，该散热器的基板和第一级散热片都要做得很厚，这就导致散热器重量增加，通道截面减小，风阻增大，最终失去了多级散热结构的优势。

另外，热管是一种效率传热元件自六十年代问世以来，在传热技术领域里的影响越来越大，它的工作原理是：在一个封闭的管腔内通过工质液体用毛细抽吸原理代替循环泵来使冷凝液体回流，由于它的热阻很小，具有热的超导效应，因此在电器和电子设备及器件的冷却等方面的应用都取得了进展。以往公知技术中，应用于电子元器件的热管散热器大体有三种形式，第一种是在制成的热管外套上一些散热片以增加散热面积，但由于散热片与热管之间有间隙，热阻很大效率不高；第二种是利用挤压工艺制成的热管散热器，由于受工艺的限制，散热片无法做得很薄很密，因此散热面积不大；第三种是在大功率的热管散热器中往往采用大量独立热管，这些独立的热管都要单独封装制造工艺过于复杂。

本实用新型目的是将热管设计与板翅式散热结构相结合，提供一种单位空间内散热面积大、重量轻、散热效率高、散热性能更好的新型热管散热器。

                        发明内容

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种具有多级散热结构的热管散热器，由至少两级板翅式散热结构构成，该散热结构包括基板、一次散热片组以及二次散热片组，其中一次散热片组的端部固定在基板的散热面上，且平行相间排列；二次散热片组固定设在一次散热片组中的两相邻一次散热片之间，且形成的通道与基板散热面平行，基板中设有贮液腔，贮液腔中设有工质液体，一次散热片中设有冷凝腔，冷凝腔与贮液腔连通并构成封闭结构。

上述技术方案的有关内容和变化解释如下：

1、所述“基板”是指紧贴发热电子器元件起传热作用的导热体。所述“基板散热面”是相对传热面而言，具体指与一次散热片相联的面。基板散热面可以是平面、曲面或折面，但一般情况下以平面为最佳，而且结构简单。

2、所述“一次散热片组”和“二次散热片组”是按传热路径的次序来分的，即电子元器件的热量→基板→一次散热片组→二次散热片组→三次散热片组，以此类推，其中一次散热片组中由许多并列的一次散热片组成；二次散热片组由许多并列的二次散热片组成。散热片组可以为相互联系的一个整体，也可以为相互分立的两组或两组以上的群体构成。一组中的同级散热片往往是相互平行设置的，但一次散热片与二次散热片之间呈一定角度。

3、上述技术方案中，所述在基板中设置贮液腔和在一次散热片中设置冷凝腔，而且冷凝腔与贮液腔连通并构成封闭，贮液腔中设有工质液体，这实际上是在基板和散热片中设计了一种热管结构，利用热管的热超导效应将热量输送到各一次散热片的远端位置，本方案的技术核心正是将这两者进行巧妙的组合，从而争取最大的散热效果。所述工质液体是指热管封闭管腔中的工作介质，比如氟里昂、氨水、丙烷、丁烷等。

4、上述技术方案中，为了使散热器中热管的传热效果更好，可以在贮液腔中设有一组排列的齿片结构，该齿片固定在贮液腔底部并向上延伸。同时也可以在冷凝腔中设有一组排列的齿片结构，该齿片固定在冷凝腔的侧壁上。

5、上述技术方案中，散热器通常采用两级或三级散热结构，当散热结构为两级时，二次散热片组作为多级散热结构的末级，此时二次散热片组采用一个基片弯折呈波浪结构工艺上比较简单，波峰和波谷分别与两相邻一次散热片固定连接。当散热结构为三级时，末级散热片组采用上述同样结构为最佳。上述波浪可以为方波形，也可以为正弦波形，还可以为锯齿波形。

6、上述技术方案中，在多次散热结构的未级散热片上可以开有气流孔，以增加气流扰动，从而提高散热效率。所述气流孔可以为圆形、百叶窗形等。

7、上述技术方案中，所述散热片由金属薄片构成，其整体结构的连接采用整体焊接，一般为钎焊，可以是真空钎焊，也可以是气体保护焊或其它焊接方法。为了保持散热器本身传热与散热的平衡，在散热器结构设计中，应考虑传热路径中的热阻问题，理论上从基板到散热结构未级热阻从小到大为最佳，为此应将基板到散热结构末极的板材厚度逐渐减小，这样基板处传热快，散热慢，而到末级时传热慢，散热快，中间逐步过渡。

本实用新型工作原理是：使用时将散热器的基板与电子元器件散热面紧贴固定，电子元器件所产生的热量通过其散热面传导到基板，基板的热量使贮液腔的液体蒸发，蒸发的液体迅速带走大量的相变潜热，贮液腔内的齿片增加了与液体的接触，使换热面积增加，有利于热传导。液体蒸发后的蒸气上升到冷凝腔时冷凝并将冷凝热量释放，冷凝热量通过一次散热片和二次、三次散热片进行传递，同时冷凝液在重力帮助下回到贮液腔参与接下来的蒸发冷凝循环。尤其是采用热管后可以将将热量传递到一次散热片组的远端位置，在发挥远端散热结构作用的同时，提高整体散热效率。基板是热端，一、二、三次散热片是冷端。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本实用新型将板翅式多级散热结构与热管设计进行有效组合，使两者的优缺点得到相补，从而获得了一种散热效果更好的散热器。

2、本实用新型可将多级散热器的基板和第一级起传热作用的散热片减薄，一方面可以节约材料，降低重量，另一方面可以增加单位体积内一次散热片数量。

3、本实用新型采用热管设计后，可使多级散热器的第一级做得较长，突破了原有板翅式多级散热器在热传导路径长度方面的局限。

4、本实用新型由于易采用钎焊技术，使散热片与热管的热阻接近材料本身的热阻，可极大的提高热管的传热效率。

5、由于本实用新型传热路径长度增加，散热片的选择有较大的灵活性，因此换热面积可做得较大。另外该散热器只有一个相连通的空腔，封装工艺也大大减化。

                        附图说明

附图1为本实用新型三级散热结构立体示意图；

附图2为本实用新型二级散热结构立体示意图(一)；

附图3为本实用新型二级散热结构立体示意图(二)(增加顶部剖切)；

附图4为本实用新型安装使用示意图(一)；

附图5为本实用新型安装使用示意图(二)；

附图6为现有二级散热结构的板翅式散热器示意图；

附图7为现有三级散热结构的板翅式散热器示意图；

附图8为末级散热片上的气流孔示意图；

附图9为末级散热片上的百叶窗示意图。

以上附图中：1、基板；2、一次散热片；3、二次散热片；4、侧板；5工质液体；6、三次散热片；7、贮液腔；8、冷凝腔；9、齿片；10、齿片；11、电子元器件；12、风扇；13、气流孔；14、百叶窗。

                        具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：参见附图1、图4、图5所示，一种三级散热结构的热管散热器，由一个三级板翅式散热结构与热管结构组合构成。所述散热结构由基板1、一次散热片组、二次散热片组、三次散热片组和侧板4组成，其中，基板1是起传热作用的导热体位于底层，一次散热片组由三块竖立的一次散热片2组成，其底端固定在基板1的散热面上，且平行相间排列。两块侧板4位于左右两侧，并且与一次散热片2平行。二次散热片组由16块二次散热片3组成，其平行设在一次散热片组中的两相邻一次散热片2之间，且与一次散热片2垂直，所形成的通道与基板1散热面平行。三次散热片6由一个基片弯折呈波浪结构构成，波峰和波谷分别与两相邻二次散热片3固定连接，且形成的通道方向与二次散热片3通道一致，所述波浪为方波形。三次散热片6的基片上开有气流孔13，气流孔为圆孔。基板1中设有贮液腔7，贮液腔7中设有工质液体5，一次散热片中设有冷凝腔8，冷凝腔8与贮液腔7连通并构成封闭结构。为了提高热管的传热效果，贮液腔7中设有一组排列的齿片9结构，该齿片9固定在贮液腔7底部并向上延伸，冷凝腔8中设有一组排列的齿片10结构，该齿片10固定在冷凝腔8的侧壁上。本实施例散热器采用真空钎焊整体连接。

为了进一步增强散热效果本实施例可以配置一个风扇12加强空气流动。电子元器件11可以安装在基板1的底部，也可以安装在基板1的两侧，如图5所示。

Claims (8)

1、一种具有多级散热结构的热管散热器，由至少两级板翅式散热结构构成，该散热结构包括基板[1]、一次散热片组以及二次散热片组，其中一次散热片组的端部固定在基板[1]的散热面上，且平行相间排列；二次散热片组固定设在一次散热片组中的两相邻一次散热片之间，且形成的通道与基板[1]散热面平行，其特征在于：基板[1]中设有贮液腔[7]，贮液腔[7]中设有工质液体[5]，一次散热片中设有冷凝腔[8]，冷凝腔[8]与贮液腔[7]连通并构成封闭结构。

2、根据权利要求1所述的热管散热器，其特征在于：所述贮液腔[7]中设有一组排列的齿片[9]结构，该齿片[9]固定在贮液腔[7]底部并向上延伸。

3、根据权利要求1所述的热管散热器，其特征在于：所述冷凝腔[8]中设有一组排列的齿片[10]结构，该齿片[10]固定在冷凝腔[8]的侧壁上。

4、根据权利要求1所述的热管散热器，其特征在于：所述散热器由两级散热结构构成，其中，设在两相邻一次散热片之间的二次散热片组由一个基片弯折呈波浪结构构成，波峰和波谷分别与两相邻一次散热片固定连接。

5、根据权利要求1所述的热管散热器，其特征在于：所述散热器由三级散热结构构成，其中，设在两相邻二次散热片之间的三次散热片组由一个基片弯折呈波浪结构构成，波峰和波谷分别与两相邻二次散热片固定连接，且形成的通道方向与二次散热片通道一致。

6、根据权利要求4或5所述的热管散热器，其特征在于：所述波浪为方波形或正弦波形或锯齿波形。

7、根据权利要求4或5所述的热管散热器，其特征在于：所述基片上冲有气流孔[13]。

8、根据权利要求7所述的热管散热器，其特征在于：所述气流孔[13]呈百叶窗形[14]。

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