CN1885530A - 散热模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种散热模组，包括一蒸发器；一外部冷凝通道；以及一充满该蒸发器与外部冷凝通道中的工作流体。其中，该蒸发器包括一中空壳体，并具有一侧壁；一吸液芯，形成在该侧壁的内表面上；及一隔板，设在中空壳体内，用以将中空壳体的内腔分为由吸液芯相连通的两腔体。该外部冷凝通道用于外部连通该中空壳体的两腔体，并冷凝由蒸发器中排出的工作流体蒸气。本发明提供的散热模组通过一隔板将蒸发器分为由吸液芯相连通的两腔体，使得工作流体蒸汽与回流的工作流体相互隔离，可避免两种状态的工作流体发生剪切干扰，因而消除了液体回流阻力以及蒸气流动阻力，使整个散热模组能快速稳定地对热源进行散热。

Description

散热模组

【技术领域】

本发明关于散热系统，特别涉及一种利用流体蒸发性能的散热模组。

【背景技术】

目前，电子技术迅速发展，电子元件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子元件发热量剧增。传统解决方案采用一贴附在电子元件上的散热装置，该散热装置包括一散热底座及形成在散热底座表面的多个散热鳍片。该散热装置工作时，散热底座将热量传递到散热鳍片，通过散热鳍片与周围空气进行自然对流，并采用一风扇源源不断地将冷空气吹向散热鳍片，同时热空气上升，经过如此不断的循环对流过程，可将热量散出，确保电子元件能稳定运转。然而，即使该散热装置的散热底座及散热鳍片都采用铜或铝等导热能力强的金属材料，也难以满足目前高频、高速电子元件的散热要求，因此，散热装置的导热、散热效率仍有待于提高。

现有技术提供一种热管及其工作流体，该热管包括一管壳、紧贴管壳内壁的毛细吸液芯以及充满毛细吸液芯的工作流体，其中工作流体为悬浮液，其包括纯水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷中任意一种纯液体和悬浮在液体中的纳米碳球，该纳米碳球是由多层石墨层以球中球结构所组成的多面体碳簇，粒径范围为2～60纳米，其内部填充有高导热性金属。但是，该热管对电子元件单位面积可散出的热量有限，无法满足越来越严苛的电子元件散热要求。此外，使用热管散热时，还需在电子元件外加入一散热片，若散热片与电子元件接触不良，会产生局部热点，造成电子元件运转不稳定，减低电子元件的可靠性和寿命。

现有技术提供另一种热管散热装置，包括一与发热电子元件接触的基座；一热管，包括一蒸发部和一冷凝部，该蒸发部与该基座热性结合；一散热片组，与该热管的冷凝部热性结合，该散热片组包括多个与基座平行且相互间隔一定距离的散热片，该散热片组在多个散热片之间形成多个折缘；及一风扇，固定在该散热片组一侧，该风扇的气流方向与该多个折缘呈一夹角。该热管散热装置体积较大，不适于往轻薄短小的趋势发展的电子系统，且对于此种管状蒸发器，回流液体易与蒸发气体接触，增加蒸发气体的流阻，提高内蒸发器中的热阻，从而减少该热管散热装置的散热量。

有鉴于此，提供一种无回流阻力，能快速稳定工作的散热模组实为必要。

【发明内容】

以下，将以实施例说明一种无回流阻力，能快速稳定工作的散热模组。

为实现上述内容，提供一种散热模组，包括：一蒸发器；一外部冷凝通道；以及一充满所述蒸发器与外部冷凝通道中的工作流体。其中，该蒸发器包括一中空壳体，其具有一侧壁；一吸液芯，形成在所述侧壁的内表面上；及一隔板，设在所述中空壳体内，用以将中空壳体的内腔分为由所述吸液芯相连通的两腔体；所述外部冷凝通道用于外部连通所述中空壳体的两腔体，并冷凝由蒸发器中排出的工作流体蒸气。

其中，所述中空壳体包括一第一金属块及与第一金属块相密封配合的第二金属块。

所述隔板与所述第一金属块成一体结构。

所述中空壳体具有两个分别连通所述中空壳体的两腔体与所述外部冷凝通道的开口。

所述吸液芯形成于所述第二金属块的内表面。

所述外部冷凝通道包括一冷凝装置以及连接所述冷凝装置与蒸发器的管道。

所述冷凝装置包括多个散热鳍片及一与所述多个散热鳍片相匹配的风扇。

所述吸液芯采用纳米碳管结构或毛细结构。

所述第一金属块横截面形状选自下列形状之一：方形、拱形或梯形。

以及，一种散热模组，包括：一蒸发器，具有一中空壳体；一外部冷凝通道；以及充满所述蒸发器与外部冷凝通道中的工作流体；其特征在于：所述中空壳体被一隔板分为相邻的第一部分及第二部分，所述中空壳体具有一连通所述第一部分及第二部分的侧壁；所述侧壁内表面形成有一吸液芯，用以连通所述第一部分及第二部分；所述外部冷凝通道从外部连通所述中空壳体的第一部分及第二部分，并冷凝由蒸发器所蒸发的工作流体蒸气。

相对于现有技术，本实施例提供的散热模组通过隔板将蒸发器分成两个相邻腔体，并通过连通两腔体的吸液芯的毛细作用，将该两腔体内的工作流体相导通，而吸液芯中的工作流体受热蒸发的蒸气通过外部冷凝通道冷凝成液态工作流体，然后回流到蒸发器，从而使得回流的液态工作流体与蒸发的气态工作流体相互隔离，避免气态工作流体与液态回流的工作流体发生剪切干扰，使整个散热模组不会出现回流阻力，使散热膜组能快速、稳定、长程高效地对热源循环散热。

【附图说明】

图1是本技术方案的实施例中散热模组结构示意图。

图2是图1中的蒸发器沿II-II截面第一种结构示意图。

图3是图1中的蒸发器沿II-II截面第二种结构示意图。

图4是图2或图3中蒸发器沿III-III截面第一种结构示意图。

图5是图2或图3中蒸发器沿III-III截面第二种结构示意图。

图6是图2或图3中蒸发器沿III-III截面第三种结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本技术方案作进一步详细说明。

请参阅图1，为本技术方案提供的散热模组结构示意图。散热模组1包括一蒸发器10与一外部冷凝通道20。该蒸发器10具有一中空壳体11，该中空壳体11由第一金属块112与第二金属块114紧密配合而成。该外部冷凝通道20包括一冷凝装置21以及连通该冷凝装置21与蒸发器10的管道22，当然，该外部冷凝通道20也可仅采用足够长度的管道22来冷凝蒸发器10中所蒸发出的蒸气，采用该冷凝装置21为本实施例的优选方式，其可加强对蒸气的冷凝效果。该蒸发器10与外部冷凝通道20构成一循环通道，该循环通道内通常具有一定真空度，以确保工作流体30在该通道内快速循环流动，因而，工作流体30的液体及其饱和蒸气充满在该循环通道内。

另外，外部冷凝通道20中的冷凝装置21包括形成在管道22外壳表面的多个散热鳍片210以及与多个散热鳍片210配套设置的风扇212，同时，该冷凝装置21可作为其它热源的散热装置或机壳的排风装置。

请参阅图2，是图1中蒸发器沿II-II截面示意图。该蒸发器10除具有中空壳体11外，还包括一吸液芯12及一隔板13。其中，该吸液芯12形成于该中空壳体11的第二金属块114的内表面，该第二金属块114可与一热源40相贴靠，同时该吸液芯12所覆盖的第二金属块114对应外表面与热源40的表面相重叠，或者大于热源40的表面，以使得吸液芯12可作用于整个热源40表面，实现对其充分均匀的散热。因而，当热源40表面小于与其相贴靠的侧壁时，如图3所示，蒸发器10中吸液芯12覆盖侧壁面可根据热源40表面大小，设置与热源40表面相当的覆盖面。该隔板13设于中空壳体11内，可采用由第一金属块112内壁伸设的一块凸板，其将中空壳体11的内腔分为两个藉由所述吸液芯12相连通的腔体，即将中空壳体11分为相互隔离的两部分，储液腔体14与蒸气腔体14’，使得储液腔体14中液态工作流体30可通过吸液芯12的毛细作用流到蒸气腔体14’内的吸液芯12中，储液腔体14的容积可小于蒸气腔体14’的容积。隔板13可采用与第一金属块112成一体的结构，如采用一体成型、焊接或胶接等技术使隔板13与中空壳体11成为一体结构。

优选地，在中空壳体11与热源40相贴靠的接触界面设置一热界面材料50，以降低热源40与蒸发器10间的热阻，提高散热模组1的散热效率。

另外，为将该蒸发器10的两个腔体14、14’与所述外部冷凝通道20相连通，需在中空壳体11的两腔体14、14’分别设置一开口，即一进液口116及一排气口116’，以使相应腔体与所述外部冷凝通道20中管道22相连通，同时用于输入液态工作流体30及排出气态工作流体30。进液口116及排气口116’设在两金属块112、114的壳体未被吸液芯12所覆盖的任意位置，并分别连通由隔板13所隔开的中空壳体11两腔体14、14’。

其中，所述中空壳体11的材质可采用选自铜、铝、铁、镍、钛或其合金以及钢、碳钢、不锈钢。中空壳体11的长度范围为几毫米至几十米，可根据热源40大小设定。中空壳体11中与热源接触的侧壁厚度最好为0.1毫米～1毫米，以减少热阻，本实施例中即将第二金属块114的壁厚设计为0.1毫米～1毫米。

所述吸液芯12采用纳米碳管材料或毛细结构材料，毛细结构材料如碳纤维、纳米金属丝网、多孔陶瓷材料或烧结金属粉末等，或者采用形成于中空壳体11内壁的纳米沟槽。吸液芯12厚度范围为0.1毫米～0.5毫米，优选为0.2毫米～0.3毫米，具体厚度可根据热源40发热量大小而定，发热量高时可采用较厚的吸液芯12，反之，发热量低时可采用较薄的吸液芯12。

工作流体30选自沸点低的液体，如纯水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷等液体或其混合液体，并可在液体中添加具有高导热系数及高热容的高导热性材料，如纳米碳管、纳米碳球、纳米铜粉或其任意组合，以增加工作流体30的导热性能。

请一起参阅图4、图5和图6，分别是图2或图3中蒸发器沿III-III截面的三种结构示意图。蒸发器10的第一金属块112的横截面可采用方形、拱形或梯形三种结构，分别对应于图4、图5和图6所示的结构。然而并不限于上述几种形状，只要不影响第一金属块112与第二金属块114密封配合，且可方便与隔板13形成一体结构即可，同时还可考虑其它电子元件布置来确定第一金属块112所占空间。然而，不管第一金属块112的横截面采用何种形状，隔板13最好与吸液芯12外表面相抵接触，当蒸发器10需要直立放置时，隔板13可不必与吸液芯12外表面紧密接触，即使少量储液腔体14内工作流体30溢流到蒸气腔体14’时，并不会影响吸液芯12的毛细作用。

请再参阅图1和图2，以说明本实施例提供的散热模组1的工作过程。首先，吸液芯12通过毛细作用将储液腔体14中液体工作流体30吸至蒸气腔体14’部分的吸液芯12中，当热源40工作产生热量时，通过第二金属块114的热传递，将热源40的热量产生传递到吸液芯12，使吸液芯12内液态工作流体30蒸发成气态工作流体30，进入蒸气腔体14’；然后，该气态工作流体30通过蒸气腔体14’的排气口116’进入管道22中，并流到冷凝装置21被冷凝成液态工作流体30，最后流回蒸发器10的储液腔体14中，接着进行下一个循环过程。通过工作流体30如此循环流动，即可将热源40工作产生的热量散发，实现整个散热模组1的散热功能。

上述工作过程表明，本实施例提供的散热模组1通过隔板13将蒸发器10分成两个相邻腔体14、14’，并通过连通两腔体的吸液芯的毛细作用，将该两腔体14、14’内的工作流体30相导通，而且吸液芯12中工作流体30受热蒸发的蒸气通过外部冷凝通道20冷凝成液态工作流体30，然后回流到蒸发器10中，如此即可将回流的液态工作流体30与蒸发的气态工作流体30相互隔离，从而避免气态工作流体30与液态回流的工作流体30发生剪切干扰，可完全消除液体回流阻力以及蒸气流动阻力，使整个散热模组能快速、稳定、长程高效地进行循环散热。

另外，该外部冷凝通道20中的冷凝装置21可同时作为其它热源的散热装置或机壳的排风装置，以充分利用散热资源，节省内部空间。

Claims (14)

1.一种散热模组，包括：一蒸发器，具有一中空壳体，所述中空壳体具有一侧壁；一外部冷凝通道；以及充满所述蒸发器与外部冷凝通道中的工作流体；其特征在于：所述蒸发器还包括一形成于所述侧壁的内表面的吸液芯；及一设在中空壳体内的隔板，用以将中空壳体的内腔分为两个由所述吸液芯相连通的腔体；所述外部冷凝通道从外部连通所述中空壳体的两腔体，并用于冷凝由蒸发器所蒸发的工作流体蒸气。

2.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于：所述中空壳体包括一第一金属块及与第一金属块相密封配合的第二金属块。

3.如权利要求2所述的散热模组，其特征在于：所述隔板与所述第一金属块成一体结构。

4.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于：所述中空壳体具有两个分别连通所述中空壳体的两腔体与所述外部冷凝通道的开口。

5.如权利要求2所述的散热模组，其特征在于：所述吸液芯形成于所述第二金属块的内表面上。

6.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于：所述外部冷凝通道包括一冷凝装置以及连接所述冷凝装置与蒸发器的管道。

7.如权利要求6所述的散热模组，其特征在于：所述冷凝装置包括多个散热鳍片及一与所述多个散热鳍片相匹配的风扇。

8.如权利要求1至7任一项所述的散热模组，其特征在于：所述吸液芯采用纳米碳管结构或毛细结构。

9.如权利要求2所述的散热模组，其特征在于：所述第一金属块横截面形状选自下列形状之一：方形、拱形或梯形。

10.一种散热模组，包括：一蒸发器，具有一中空壳体；一外部冷凝通道；以及充满所述蒸发器与外部冷凝通道中的工作流体；其特征在于：所述中空壳体被一隔板分为相邻的第一部分及第二部分，所述中空壳体具有一连通所述第一部分及第二部分的侧壁；所述侧壁内表面形成有一吸液芯，用以连通所述第一部分及第二部分；所述外部冷凝通道从外部连通所述中空壳体的第一部分及第二部分，并冷凝由蒸发器所蒸发的工作流体蒸气。

11.如权利要求10所述的散热模组，其特征在于：所述中空壳体包括一第一金属块及与第一金属块相密封配合的第二金属块。

12.如权利要求11所述的散热模组，其特征在于：所述隔板与所述第一金属块成一体结构。

13.如权利要求10所述的散热模组，其特征在于：所述外部冷凝通道包括一冷凝装置以及连接于所述冷凝装置与蒸发器间的管道。

14.如权利要求13所述的散热模组，其特征在于：所述冷凝装置包括多个散热鳍片及一与所述多个散热鳍片相匹配的风扇。

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