CN201306960Y - 高功率回路式热管散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了高功率回路式热管散热装置，包括蒸发器外壳、真空管和工作流体，其设计要点在于还包括有多孔毛细结构的芯材，芯材设置在蒸发器外壳内并与蒸发器外壳壁面紧密接合，蒸发器外壳两端口与真空管两端相连形成封闭回路；工作流体填充在蒸发器外壳和真空管所形成的封闭空间内，芯材上设有分隔开的第一沟槽阵列和第二沟槽阵列，第一沟槽阵列上的各沟槽向蒸发器外壳一端延伸形成与蒸发器外壳端口连通的出口，第二沟槽阵列上的各沟槽向蒸发器外壳另一端延伸形成与蒸发器外壳另一端口连通的入口。本实用新型目的是提供一种结构简单、散热效率高的高功率回路式热管散热装置。

Description

高功率回路式热管散热装置

[技术领域]

本实用新型涉及一种用于电子元件的散热装置，特别涉及到一种高功率回路式热管散热装置。

[背景技术]

电子组件的热源主要来自芯片本身，只要通电使用，会因芯片本身的电阻与流通的电流而产生热量。随着集成电路制程的不断缩小化，越来越多的功能被整合在单一芯片上，在笔记本电脑中，主芯片CPU也因运算频率的提高及多颗核心处理器被封装在同一颗CPU上，虽然计算机运算速度与作业时间可大大的被提升，但相对于CPU所产生的热量也从低瓦数升至高瓦数。

目前笔记本电脑的散热方式大都由热管、散热鳍片与风扇三种散热组件所构成，其散热模式主要是由CPU所产生的大量热源，经热管接触后由热管内部的二相流变化，快速将热量传送至笔记本电脑外壳边缘与鳍片接合，再经风扇施予强制对流方式进行冷却。由于热管的长短与管径大小和形状的不同皆会影响其最大传热效率；同时由于热管结构受笔记本内散热空间的限制，而热管导热面小，使得单一采用热管来散热的效率低，往往会造成在笔记本电脑的有效空间下因热管热传量不足而使系统损坏。为了能达到较好的散热效果，现有技术中往往采用加多与热管配套的散热鳍片或将风扇内置在靠近热管处位置，不利于笔记本内部结构优化设计。

[实用新型内容]

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种结构简单、散热效率高的高功率回路式热管散热装置。

为了解决上述问题，本实用新型采用下述技术方案：

高功率回路式热管散热装置，包括蒸发器外壳、真空管和工作流体，其特征在于还包括有多孔毛细结构的芯材，芯材设置在所述蒸发器外壳内并与蒸发器外壳壁面紧密接合，蒸发器外壳两端口与所述真空管两端相连形成封闭回路；所述工作流体填充在蒸发器外壳和真空管所形成的封闭空间内，芯材上设有分隔开的第一沟槽阵列和第二沟槽阵列，第一沟槽阵列上的各沟槽向蒸发器外壳一端延伸形成与蒸发器外壳端口连通的出口，第二沟槽阵列上的各沟槽向蒸发器外壳另一端延伸形成与蒸发器外壳另一端口连通的入口；

所述第一沟槽阵列位于所述芯材吸热蒸发一端下侧，第一沟槽阵列由平行排列的多个沟槽组成，第一沟槽阵列上的沟槽深度小于或等于所述芯材厚度；所述第二沟槽阵列位于所述芯材另一端，第二沟槽阵列由平行排列的多个沟槽组成，第二沟槽阵列上的沟槽深度小于或等于所述芯材厚度；

所述第二沟槽阵列两侧沟槽的内端延伸至第一沟槽阵列两侧，第二沟槽阵列两侧沟槽与其最邻近的第一沟槽阵列上沟槽之间的距离大于1mm；

所述真空管外部设置有便于其散热的散热片，所述散热片的材质为高导热性的金属铜、铜合金或铝合金。

所述真空管材质为铜、铝或不锈钢，真空管的管体外径大于1mm；

所述蒸发器外壳为平板型金属壳体，所述金属壳体材质为铜、铜合金、铝合金或不锈钢；

所述芯材由铜粉、镍粉、不锈钢粉、合金粉末、二氧化硅、三氧化铝或陶瓷粉末烧结而成；

所述第二沟槽阵列中部沟槽的内端延伸至第一沟槽阵列上方，第一沟槽阵列与位于其上方的第二沟槽阵列上沟槽深度之和小于所述芯材厚度。

除上述结构外，第一沟槽阵列还可以位于芯材吸热蒸发一端下侧，第一沟槽阵列上的沟槽深度小于或等于芯材厚度。第二沟槽阵列位于芯材另一端，第二沟槽阵列上的沟槽深度小于或等于芯材厚度，第一沟槽阵列上的任一沟槽和第二沟槽阵列上的任一沟槽长度之和小于所述芯材长度。

本实用新型的有益效果是：

1、多孔毛细结构的芯材处于浸湿状态，多孔毛细结构能够吸收工作流体，芯材上的沟槽阵列有利于工作流体循环、且蒸发器外壳加热面为平面，可减少发热组件与蒸发器外壳之间的接触热阻和蒸发室热阻，增加散热功率，同时多孔毛细结构的芯材还能作为支撑结构使蒸发器外壳保持平整；

2、平板型蒸发器外壳厚度较薄，可有效节省空间；

3、实际使用时，真空管可以设计较长以实现长距离传热，长真空管还可以加大冷凝面积而实现自然对流，而且真空管结构和制作工艺简单，可实现大量生产；

4、真空管外部设置有便于其散热的散热片，散热片表面积可以做大，实现自然对流，散热功率大且达到无噪音的目的。

5、蒸发器外壳由多孔毛细结构的芯材分为蒸发室和补偿室，蒸发室位于芯材上第一沟槽阵列区，蒸发室与散热组件的发热面接触吸热；补偿室位于蒸发器内芯材上第二沟槽阵列区以及与第二沟槽阵列连通的空间，补偿室内填充工作流体，第二沟槽阵列上沟槽内端延伸至第一沟槽阵列上方或两侧，这样能扩大芯材上补偿室体积，使芯材能够充分润湿，减小工作流体在芯材内的流动阻力，使工作流体更容易进入蒸发室内而防止烧干，增加传热功率。

[附图说明]

图1本实用新型主视方向剖示图；

图2为本实用新型俯视方向剖示图；

图3为实施例一中芯材仰视图；

图4为图3中芯材立体结构示意图；

图5为实施例二中芯材仰视图；

图6为图5中芯材立体结构示意图；

图7为实施例三中芯材仰视图；

图8为图7中芯材立体结构示意图。

[具体实施方式]

下面结合附图与本实用新型的实施方式作进一步详细的描述：

如图所示，高功率回路式热管散热装置，包括蒸发器外壳11、真空管12、工作流体13和多孔毛细结构的芯材14，真空管12外部还设置有便于其散热的散热片17，芯材14填充在成型后的蒸发器外壳11内并与蒸发器外壳11壁面紧密接合，蒸发器外壳11是利用成型模具(图中未示出)采用油压机油压成型，蒸发器外壳11两端口与真空管12两端相连形成封闭回路，工作流体13填充在蒸发器外壳11和真空管12所形成的封闭空间内，芯材14上设有分隔开的第一沟槽阵列15和第二沟槽阵列16，第一沟槽阵列15上的各沟槽向蒸发器外壳11一端延伸形成与蒸发器外壳11端口连通的出口151，第二沟槽阵列16上的各沟槽向蒸发器外壳11另一端延伸形成与蒸发器外壳11另一端口连通的入口161。其中第一沟槽阵列15位于芯材14吸热蒸发一端，其由平行排列的多个沟槽组成；第二沟槽阵列16位于芯材14另一端，其由平行排列的多个沟槽组成。

蒸发器外壳11为平板型金属壳体，金属壳体与发热电子元件相对的一面为薄板状且厚度大于0.1毫米。为了使热量快速传递，金属壳体材质为铜、铜合金、铝合金或不锈钢；真空管12材质为铜、铝或不锈钢。蒸发器外壳11由多孔毛细结构的芯材14分为蒸发室111和补偿室112，蒸发室111位于芯材14上第一沟槽阵列15区，蒸发室111与外界电子元件的发热面接触吸热；补偿室112位于芯材14上第二沟槽阵列16区以及与第二沟槽阵列16连通的空间，补偿室112内填充工作流体13。

真空管12与蒸发器外壳11的两端口通过焊接进行密封连接，真空管12分成蒸汽段121、冷凝段122和液体段123，蒸汽段121与蒸发器外壳11上蒸发室111所在端的端口相连接，液体段123与蒸发器外壳11上补偿室112所在端的端口相连接，工作流体13充满在补偿室112和液体段123空间。散热片17的材质为高导热性的金属铜、铜合金或铝合金。芯材14可采用铜粉、镍粉、不锈钢粉、合金粉末、二氧化硅、三氧化铝或陶瓷粉末烧结而成。散热片17可以焊接在真空管12上的冷凝段122外，也可以采用其它方式连接在一起。本实用新型中，真空管12的管体外径大于1mm，真空管12形状可以为任意形状，如矩形、三角形、圆形或梯形等，实际使用时，真空管12可以设计较长以实现长距离传热，长真空管12还可以加大冷凝面积而实现自然对流，而且真空管12结构和制作工艺简单，可实现大量生产。工作流体13可选用水、煤油、甲醇、氨水或酒精。

下面对工作原理进行描述：当蒸发室111一端受热时，芯材14内位于受热端的工作流体13蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下经第一沟槽阵列15流向真空管12并在真空管12内发生汽液两相变化，即在真空管12的冷凝段122冷凝成液态的工作流体13并且释放蒸汽潜热，随后液态的工作流体13经过真空管12的液体段123流向芯材14上补偿室112一端，然后靠芯材14的多孔毛细结构的毛细力的作用流回芯材14位于蒸发室111一端。如此循环。

如图3、图4所示，本实用新型实施例一，第一沟槽阵列15位于芯材14吸热蒸发一端下侧，第一沟槽阵列15上的沟槽深度小于或等于芯材14厚度。第二沟槽阵列16位于芯材14另一端，第二沟槽阵列16上的沟槽深度小于或等于芯材14厚度，第一沟槽阵列15上的任一沟槽和第二沟槽阵列16上的任一沟槽长度之和小于所述芯材14长度。

如图5、图6所示，本实用新型实施例二，第一沟槽阵列15位于芯材14吸热蒸发一端下侧中部，第一沟槽阵列15上的沟槽深度小于或等于芯材14厚度。第二沟槽阵列16位于芯材14另一端，第二沟槽阵列16上的沟槽深度小于或等于芯材14厚度，第二沟槽阵列16两侧沟槽的内端延伸至第一沟槽阵列15两侧，第二沟槽阵列16两侧沟槽与其最邻近的第一沟槽阵列15上沟槽之间的距离大于1mm。这样的结构设计能扩大补偿室112体积，还可以减小工作流体进入蒸发室111的流动距离，减小流动阻力，使工作流体13更容易进入蒸发室而防止烧干，增加传热功率。

如图7、图8所示，本实用新型实施例三，其是在上述实施例二基础上所作的进一步改进，第二沟槽阵列16两侧沟槽的内端延伸至第一沟槽阵列15两侧，第二沟槽阵列16两侧沟槽与其最邻近的第一沟槽阵列15上沟槽之间的距离大于1mm，同时第二沟槽阵列16中部沟槽的内端延伸至第一沟槽阵列15上方，第一沟槽阵列15与位于其上方的第二沟槽阵列16上沟槽深度之和小于芯材14厚度。第二沟槽阵列16中部沟槽内端延伸至第一沟槽阵列上方，能进一步扩大补偿室112体积，使芯材14能够充分润湿，减小工作流体13流动阻力，使工作流体13更容易进入蒸发室内而防止烧干，增加传热功率。

Claims (10)

1、高功率回路式热管散热装置，包括蒸发器外壳(11)、真空管(12)和工作流体(13)，其特征在于还包括有多孔毛细结构的芯材(14)，芯材(14)设置在所述蒸发器外壳(11)内并与蒸发器外壳(11)壁面紧密接合，蒸发器外壳(11)两端口与所述真空管(12)两端相连形成封闭回路；所述工作流体(13)填充在蒸发器外壳(11)和真空管(12)所形成的封闭空间内，芯材(14)上设有分隔开的第一沟槽阵列(15)和第二沟槽阵列(16)，第一沟槽阵列(15)上的各沟槽向蒸发器外壳(11)一端延伸形成与蒸发器外壳(11)端口连通的出口(151)，第二沟槽阵列(16)上的各沟槽向蒸发器外壳(11)另一端延伸形成与蒸发器外壳(11)另一端口连通的入口(161)。

2、根据权利要求1所述的高功率回路式热管散热装置，其特征在于所述第一沟槽阵列(15)位于所述芯材(14)吸热蒸发一端下侧，第一沟槽阵列(15)由平行排列的多个沟槽组成，第一沟槽阵列(15)上的沟槽深度小于或等于所述芯材(14)厚度。

3、根据权利要求2所述的高功率回路式热管散热装置，其特征在于所述第二沟槽阵列(16)位于所述芯材(14)另一端，第二沟槽阵列(16)由平行排列的多个沟槽组成，第二沟槽阵列(16)上的沟槽深度小于或等于所述芯材(14)厚度。

4、根据权利要求3所述的高功率回路式热管散热装置，其特征在于所述第二沟槽阵列(16)两侧沟槽的内端延伸至第一沟槽阵列(15)两侧，第二沟槽阵列(16)两侧沟槽与其最邻近的第一沟槽阵列(15)上沟槽之间的距离大于1mm。

5、根据权利要求4所述的高功率回路式热管散热装置，其特征在于所述第二沟槽阵列(16)中部沟槽的内端延伸至第一沟槽阵列(15)上方，第一沟槽阵列(15)与位于其上方的第二沟槽阵列(16)上沟槽深度之和小于所述芯材(14)厚度。

6、根据权利要求1或3所述的高功率回路式热管散热装置，其特征在于所述第一沟槽阵列(15)上的任一沟槽和第二沟槽阵列(16)上的任一沟槽长度之和小于所述芯材(14)长度。

7、根据权利要求1所述的高功率回路式热管散热装置，其特征在于所述真空管(12)外部设置有便于其散热的散热片(17)，所述散热片(17)的材质为高导热性的金属铜、铜合金或铝合金。

8、根据权利要求1或7所述的高功率回路式热管散热装置，其特征在于所述真空管(12)材质为铜、铝或不锈钢，真空管(12)的管体外径大于1mm。

9、根据权利要求1所述的高功率回路式热管散热装置，其特征在于所述蒸发器外壳(11)为平板型金属壳体，所述金属壳体材质为铜、铜合金、铝合金或不锈钢。

10、根据权利要求1所述的高功率回路式热管散热装置，其特征在于所述芯材(14)由铜粉、镍粉、不锈钢粉、合金粉末、二氧化硅、三氧化铝或陶瓷粉末烧结而成。

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