WO2017128812A1 - 一种一体化散热器及散热方法 - Google Patents

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Abstract

一种一体化散热器及散热方法，散热器包括换热面、壳体和热接口（8），壳体、热接口（8）与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体（2），腔体（2）内设置有循环介质。该散热器利用循环介质的导热能力实现从热接口（8）到换热面的热量输出，有效缩短了导热距离，实现了单级导热；另一方面，应用虹吸或真空重力或真空吸液芯原理，腔体（2）内部循环介质可以达成温度一致性较好的循环状态，由于换热面所在的结构件的内表面全部接触循环介质，固液对流换热后向换热面传热，使得换热面与空气接触面的温度一致性较好，能够实现类均热状态，有效提高了换热效率。

Description

　一种一体化散热器及散热方法
实施例6
一种一体化散热器，包括换热面、壳体和热接口8，壳体、热接口8与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体2，腔体2内设置有循环介质。其中，换热面所在的结构件的一面与循环介质接触，另一面与空气接触，该与空气接触的面即为换热面。换热面为涵道式，此处的换热面也可采用非涵道式。采用真空吸液芯汽液循环方法。腔体2内为真空，循环介质为设置在腔体2内的部分循环液体(水、酒精或其他)，所述腔体2内沿腔体2内壁设置有吸液芯。热接口8的位置不受限制。
真空吸液芯汽液循环与实施例5中的真空重力汽液循环原理基本类似，差异在于液体的回流方式，吸液芯吸收液体后会通过结构内传递将液体回流至热接口8区域。
本实施例还公开了一种散热方法，负压环境下液体的气化温度低于常压环境，热源产热经热接口8传递给腔体2内的循环液体后，循环液体气化并充满腔体2，此过程中腔体2内的负压环境被破坏，气化的循环介质在换热面区域液化并放热，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
本实施例提供的一体化散热器适用于计算机机箱或内燃机或空调或冷凝器或采暖散热器，但并不局限于上述应用。在其中需要散热的设备和领域中，本实施例提供的一体化散热器同样适用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
一种一体化散热器及散热方法
技术领域
本发明属于散热技术领域，涉及一种散热器和散热方法，具体涉及一种一体化散热器及散热方法。
背景技术
目前，公知的散热器由集热、导热、换热三种功能部分组成，尤其在高性能散热器中，三种结构均对应相应的功能部件。传统散热器中，提升基础换热能力(非强制对流条件下的换热面效率)仅能依靠增大换热面积，由于其三段式结构，造成传统散热器必须采用热阻较高的多段式导热，尤其在换热面导热阶段，其翅片构造特点导致热阻巨大。由于热阻问题，传统散热器换热面温度一致性较差，换热面效率较低。
发明内容
为了克服传统散热器工作热阻高，换热面效率低下的不足，本发明提供了一种一体化散热器，将换热面、壳体和热接口围成一个密闭腔体，利用腔体内部的循环介质实现单级高效导热。此外，本发明还提供了一种基于一体化散热器的散热方法，具体包括利用液体虹吸热驱循环的散热方法、利用真空重力汽液循环的散热方法以及利用真空吸液芯汽液循环的散热方法。
本发明为了实现上述目的，采用的技术方案为：
一种一体化散热器，包括换热面、壳体和热接口，所述壳体、热接口与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体；所述腔体内设置有循环介质；所述换热面所在的结构件的一面与循环介质接触，另一面与空气接触，该与空气接触的面即为换热面。
进一步的，所述换热面为涵道式或非涵道式。
更进一步的，所述涵道式换热面所在的结构件包括贯穿腔体的至少一根涵道式导流管，各涵道式导流管的截面为圆形或椭圆形或三角形或多边形。
一种应用如上所述的一体化散热器进行散热的方法，热源产热经热接口传递给腔体内的循环介质，循环介质再将热传递给换热面，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
优选的，所述循环介质为充满所述腔体的循环液体，所述热接口设置在散热器的侧面或底面。
一种应用如上所述的一体化散热器进行散热的方法，热源产热经热接口传递给腔体内的循环液体，循环液体受热后产生向上的动力，在虹吸的作用下，形成稳定的循环状态，循环液体作为载热介质将热传递给换热面，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
优选的，所述腔体内为真空，所述热接口设置在散热器的底端，所述循环介质为设置在腔体底部的部分循环液体，该部分循环液体可满足依靠重力作用相变。
优选的，所述腔体内为真空，所述循环介质为设置在腔体内的部分循环液体，该部分循环液体可满足相变循环，所述腔体内沿腔体内壁设置有吸液芯。
一种应用如上所述的两种一体化散热器进行散热的方法，负压环境下液体的气化温度低于常压环境，热源产热经热接口传递给腔体内的循环液体后，循环液体气化并充满腔体，腔体内的负压环境被破坏后，气化的循环介质在换热面区域液化并放热，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
一种应用一体化散热器的计算机机箱或内燃机或空调或冷凝器或采暖散热器，所述一体化散热器包括换热面、壳体和热接口，所述壳体、热接口与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体；所述腔体内设置有循环介质；所述换热面所在的结构件的一面与循环介质接触，另一面与空气接触。
进一步的，所述换热面为涵道式或非涵道式。
更进一步的，所述涵道式换热面所在的结构件包括贯穿腔体的至少一根涵道式导流管，各涵道式导流管的截面为圆形或椭圆形或三角形或多边形。
优选的，所述循环介质为充满所述腔体的循环液体，所述热接口设置在散热器的侧面或底面。
优选的，所述腔体内为真空，所述热接口设置在散热器的底端，所述循环介质为设置在腔体底部的部分循环液体。
优选的，所述腔体内为真空，所述循环介质为设置在腔体内的部分循环液体，所述腔体内沿腔体内壁设置有吸液芯。
本发明的有益技术效果为：本发明将换热面所在的结构件、散热器外壳和热接口围成一个密闭腔体，腔体内设置有循环介质，利用循环介质的高效导热能力实现从热接口到换热面的热量输送，大大缩短了传统散热器热阻极高自然材料导热行程，实现了单级导热；另一方面，应用虹吸或真空重力或真空吸液芯原理，腔体内部循环介质可以达成温度一致性较好的循环状态，由于换热面所在的结构件的一面全部接触循环介质，固液对流换热后向换热面所在的结构件的另一面传热，也就是向换热面传热，使得换热面与空气接触面的温度一致性提升，能够实现类均热状态，有效提高了换热效率。此外，本发明提供的散热器结构简单、制造成本低廉，易于被广泛采用。
附图说明
附图1为内液虹吸热驱一体化散热器的内部结构示意图；
附图2为附图1中散热器的另一侧的内部结构示意图；
附图3为塔式结构的一体化散热器的立体结构示意图；
附图4为附图3中散热器的剖视图；
附图5为单管真空重力一体化散热器的立体结构示意图；
附图6为附图5中散热器的剖视图；
附图7为桥式真空重力一体化散热器的立体结构示意图；
附图8为附图7中散热器的剖视图；
其中：1、外壳；2、腔体；3、排气孔；4、涵道式导流；5、盖板5；6、接口区；7、隔板；8、热接口；9、螺孔；10、防水槽；11、底座；12、空腔；13、翅板；14、蒸发室；15、连接段腔体；16、冷凝室；17、固定装置；18、固定螺孔；19、设备舱；20、防水凸榫。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。
下面结合附图1～8对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
实施例1
一种一体化散热器，包括换热面、壳体和热接口8，壳体、热接口8与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体2，腔体2内设置有循环介质。其中，换热面所在的结构件的一面与循环介质接触，另一面与空气接触，该与空气接触的面即为换热面，换热面所在的结构件将循环介质传过来的热传递到空气中，实现换热。壳体由散热器的外壳1、隔板7、底座11等基本支撑结构以及螺孔9、接口区6等连接结构组成。热接口8与热源接触，将热源产热传给内部的循环介质。循环介质可以是气体或液体，其中液体可以是水、水与酒精的混合、汞等等。如图1～8所示。
本实施例还公开了一种散热方法，热源产热经热接口8传递给腔体2内的循环介质，循环介质再将热传递给换热面，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
本实施例提供的一体化散热器适用于计算机机箱或内燃机或空调或冷凝器或采暖散热器，但并不局限于上述应用。在其中需要散热的设备和领域中，本实施例提供的一体化散热器同样适用。
实施例2
一种一体化散热器，包括换热面、壳体和热接口8，壳体、热接口8与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体2，腔体2内设置有循环介质。其中，换热面所在的结构件的一面与循环介质接触，另一面与空气接触，该与空气接触的面即为换热面。本实施例中，换热面所在的结构件的外表面与循环介质接触，内表面与空气接触，该内表面即为换热面。换热面为涵道式，如图1、2、5～8所示。涵道式换热面能够对空气的运动进行约束以提高与换热面接触的空气的运动速度，提高换热效率。
涵道式换热面所在的结构件包括贯穿腔体2的至少一根涵道式导流管4。各涵道式导流管4的截面形状不限，常见的有圆形或椭圆形或三角形或多边形。换热面即为各涵道式导流管4与空气接触的面。涵道式导流管4的设置角度无限制。应用于自然对流状态时，涵道式导流管4的轴线与水平面的夹角为75°～90°；应用于强制对流状态时，有外部风机的辅助，涵道式导流管4的轴线与水平面的夹角为任意角度。
本实施例还公开了一种散热方法，热源产热经热接口8传递给腔体2内的循环介质，循环介质再将热传递给换热面，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
本实施例提供的一体化散热器适用于计算机机箱或内燃机或空调或冷凝器或采暖散热器，但并不局限于上述应用。在其中需要散热的设备和领域中，本实施例提供的一体化散热器同样适用。
实施例3
一种一体化散热器，包括换热面、壳体和热接口8，壳体、热接口8与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体2，腔体2内设置有循环介质。其中，换热面所在的结构件的一面与循环介质接触，另一面与空气接触，该与空气接触的面即为换热面。本实施例中，换热面所在的结构件的内表面与循环介质接触，外表面与空气接触，该外表面即为换热面。换热面为非涵道式，如图3、4所示。换热面也可以采用非涵道式的结构，只需有换热面能与空气进行接触，将热量散发出去即可，换热面的具体结构不限。
图3、4给出了一种塔式结构的一体化散热器，换热面采用非涵道式的结构。壳体为设置在中间的主体，该主体包括外壳1和底座11。换热面所在的结构件包括分别设置在主体两侧的两组翅板13组，每组翅板13组包括沿主体垂直方向设置的平行排列并向上倾斜的若干个翅板13，每个翅板13内部设有供循环介质流动的空腔12，该空腔12为腔体2的一部分，换热面即为各翅板13与空气接触的面。该种换热面结构大大增加了与空气的接触面积，有利于进行散热。热接口8的位置根据内部循环介质的种类来确定。
本实施例还公开了一种散热方法，热源产热经热接口8传递给腔体2内的循环介质，循 环介质再将热传递给换热面，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
本实施例提供的一体化散热器适用于计算机机箱或内燃机或空调或冷凝器或采暖散热器，但并不局限于上述应用。在其中需要散热的设备和领域中，本实施例提供的一体化散热器同样适用。
实施例4
一种一体化散热器，包括换热面、壳体和热接口8，壳体、热接口8与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体2，腔体2内设置有循环介质。其中，换热面所在的结构件的一面与循环介质接触，另一面与空气接触，该与空气接触的面即为换热面。换热面为涵道式，此处的换热面也可采用非涵道式。采用内液虹吸热驱循环方法，如图1、2所示。循环介质为充满所述腔体2的循环液体(水、酒精或其他)，热接口8设置在散热器的侧面或底面。主要利用重力与分子间粘聚力原理，当液体内部一点受力会连动其整体运动，在方向性设计的介入下形成稳定循环。
腔体2内充入循环液体，热接口8收集热量后会将其内部腔体2内循环液体加热，加热后的循环液体会有一个向上的动力，在虹吸的介入下，当形成温度的放热通道后便可形成单向闭环的循环状态，而非普通烧水时的无序对流。在循环状态下，内部液体的基本达成温度一致性较好的循环状态。由于换热面所在的结构件的内表面全部埋于循环液体中，固液对流换热后向外表面传热，该外表面也就是换热面，因此换热面的温度一致性极好，由此获得导热热阻降低和换热能力上升的双重效率增效。
本实施例还公开了一种散热方法，热源产热经热接口8传递给腔体2内的循环液体，循环液体受热后产生向上的动力，在虹吸的作用下，形成稳定的循环状态，循环液体作为载热介质将热传递给换热面，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
本实施例还公开了一种设有上述一体化散热器的计算机机箱。优选的，直接将散热器作为计算机机箱的箱体，如图1、2中所示的散热器即可作为计算机机箱的箱体，将箱体需要的接口区6等直接设置在散热器上。散热器上设置部分空间用来容置计算机主机器件。具体地，换热面所在的结构件、壳体和热接口8围成一个密闭腔体2，该腔体2用盖板5封装，盖板5的边缘设有防水凸榫20，换热槽的相应位置设有与防水凸榫20配合的防水槽10，在腔体2的另一侧设置容置计算机主机器件的设备舱19，设备舱19的顶部还设置有排气孔3。
本实施例提供的一体化散热器还适用于内燃机或空调或冷凝器或采暖散热器，但并不局限于上述应用。在其中需要散热的设备和领域中，本实施例提供的一体化散热器同样适用。
实施例5
一种一体化散热器，包括换热面、壳体和热接口8，壳体、热接口8与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体2，腔体2内设置有循环介质。其中，换热面所在的结构件的一面与循环介质接触，另一面与空气接触，该与空气接触的面即为换热面。换热面为涵道式，此处的换热面也可采用非涵道式。采用真空重力汽液循环方法，如图5～8所示。腔体2内为真空，热接口8设置在散热器的底端，循环介质为设置在腔体2底部的部分循环液体。
换热面所在的结构件、壳体和热接口8围成的密闭腔体2内设计成真空状态，内部充入少量液体(水、酒精或其他)，热接口8设置于散热器腔体2的最底部，在负压状态下液体的气化温度相应变低，散热器工作时，内部液体会快速气化并充满腔体2，因此腔体2内的负压环境被破坏，因此腔体2内部液体的低温气化条件也被破坏，需要快速液化，这时气化的液体会在换热面区域处强制放热后相变，成为液体后依靠重力作用回流至散热器最底部，完成内部导热循环。相变换热导热能力极强，因此整个此时散热器均热效果更佳。
图5、6公开了一种单管真空重力一体化散热器，换热面为涵道式，涵道式换热面所在的结构件包括贯穿腔体2一根涵道式导流管4，该根涵道式导流管4的与空气接触的面为换热面，腔体2包括蒸发室14、位于蒸发室14上方的冷凝室16和连接蒸发室14与冷凝室16的连接段腔体152，涵道式导流管4位于冷凝段，循环液体放置在蒸发室14的底部，液体在蒸发室14内受热气化，汽体经过连接段腔体152进入冷凝室16内，通过换热面将热量散出去，汽体在换热面所在区域处相变为液体，液体经连接段腔体152回流至蒸发室14。散热器上还设有固定装置17，该固定装置17设有固定螺孔18。热接口8设置在蒸发室14的底部。
图7、8公开了一种桥式真空重力一体化散热器，换热面为涵道式，涵道式换热面所在的结构件包括贯穿腔体2若干根涵道式导流管4，各涵道式导流管4的与空气接触的面为换热面，腔体2包括蒸发室14、位于蒸发室14上方的连接段腔体152、设置在连接段腔体152两侧的两冷凝室16，涵道式导流管4分别设置在两个冷凝室16内，形成一个桥式结构。
本实施例还公开了一种散热方法，负压环境下液体的气化温度低于常压环境，热源产热经热接口8传递给腔体2内的循环液体后，循环液体气化并充满腔体2，此过程中腔体2内的负压环境被破坏，气化的循环介质在换热面区域液化并放热，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
本实施例提供的一体化散热器适用于计算机机箱或内燃机或空调或冷凝器或采暖散热器，但并不局限于上述应用。在其中需要散热的设备和领域中，本实施例提供的一体化散热器同样适用。

Claims (14)

  1. 一种一体化散热器，包括换热面、壳体和热接口，其特征在于，所述壳体、热接口与换热面所在的结构件围成一个密闭腔体；所述腔体内设置有循环介质；所述换热面所在的结构件的一面与循环介质接触，另一面与空气接触。
  2. 如权利要求1所述的一体化散热器，其特征在于，所述换热面为涵道式或非涵道式。
  3. 如权利要求2所述的一体化散热器，其特征在于，所述涵道式换热面所在的结构件包括贯穿腔体的至少一根涵道式导流管，各涵道式导流管的截面为圆形或椭圆形或三角形或多边形。
  4. 如权利要求1或2所述的一体化散热器，其特征在于，所述循环介质为充满所述腔体的循环液体，所述热接口设置在散热器的侧面或底面。
  5. 如权利要求1或2所述的一体化散热器，其特征在于，所述腔体内为真空，所述热接口设置在散热器的底端，所述循环介质为设置在腔体底部的部分循环液体。
  6. 如权利要求1或2所述的一体化散热器，其特征在于，所述腔体内为真空，所述循环介质为设置在腔体内的部分循环液体，所述腔体内沿腔体内壁设置有吸液芯。
  7. 一种应用如权利要求1-6中任一项所述的一体化散热器的计算机机箱。
  8. 一种应用如权利要求1-6中任一项所述的一体化散热器的内燃机。
  9. 一种应用如权利要求1-6中任一项所述的一体化散热器的空调。
  10. 一种应用如权利要求1-6中任一项所述的一体化散热器的冷凝器。
  11. 一种应用如权利要求1-6中任一项所述的一体化散热器的采暖散热器。
  12. 一种应用如权利要求1-3中任一项所述的一体化散热器进行散热的方法，其特征在于，热源产热经热接口传递给腔体内的循环介质，循环介质再将热传递给换热面，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
  13. 一种应用如权利要求4所述的一体化散热器进行散热的方法，其特征在于，热源产热经热接口传递给腔体内的循环液体，循环液体受热后产生向上的动力，在虹吸的作用下，形成稳定的循环状态，循环液体作为载热介质将热传递给换热面，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
  14. 一种应用如权利要求5或6所述的一体化散热器进行散热的方法，其特征在于，负压环境下液体的气化温度降低，热源产热经热接口传递给腔体内的循环液体后，循环液体气化并充满腔体；此过程中腔体内的负压环境被破坏，气化的循环介质在换热面区域液化并放热，换热面与空气进行对流换热完成散热工作。
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