CN103997877A - 一种高热流密度均温散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高热流密度均温散热装置，下部是冷板，上部是冷却水套，冷却水套的下端与冷板的上端固接，冷板和冷却水套的内腔中有数根平行布置的热管，热管的下段是蒸发段且在冷板的内腔中，热管的上段是冷凝段且在冷却水套的内腔中，所有热管的下端均与下部集散管固接且相通，所有热管的上端均与上部集散管固接且相通；热管由管壳、多孔泡沫铜吸液芯层、纳米流体工质和丝网支撑架组成，热管最外部是管壳，管壳的内壁上紧贴有多孔泡沫铜吸液芯层，多孔泡沫铜吸液芯层由孔径大小不一的多孔泡沫铜吸液芯组成，多孔泡沫铜吸液芯层的内壁上紧贴丝网支撑架，增加热管的传热能力，整个冷板结构传热能力增加，等温性良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热设备，特指一种散热装置，适用于阵列式电子设备的高热流散热。
背景技术
电子设备的高效散热一直是现代传热技术的主要应用之一，电子元器件可靠性的改善，功率容量的增加以及结构的微小型化等都直接取决于器件本身热控制的完善程度。随着电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集和小型化，使得单位容积电子器件的发热量快速增大，电子器件正常的工作温度范围一般为-5～+65℃，超过这个范围，元件性能将显著下降，不能稳定工作，会影响***运行的可靠性。研究和实际应用表明，单个半导体元件的温度每升高10℃，***的可靠性将降低50%。因此电子技术的发展需要有良好的散热手段来保证。由于电子元器件的小型化和集成化，这种散热手段要求具有紧凑性、可靠性、灵活性、高散热效率、不需维修等特点。
传统的冷却方法是强制水冷冷却，这种冷却方法已经无法满足现代电子设备短时、快速、高效的散热要求。近年来对新型冷却剂特性、接触热阻研究，促进了一批新颖、有效的冷却方式在工程上的应用，主要有：浸渍冷却、冷板冷却、相变冷却、温差致冷和热管冷却等，浸渍冷却方式不适用于非接触散热，温差致方式无法满足高热流密度散热要求。中国专利申请号为99108950.2、名称为“电子器件的散热装置”，是一个具有热管部分的金属本体和安装在本体上的散热片组合而成的散热器，采用热管相变散热技术，不能满足均温性好的高热流密度散热冷却问题和反重力情况下的冷却问题。
发明内容
本发明的目的是结合热管相变散热技术和冷板散热技术二者之间的优势，提供一种既能将受限空间内阵列式电子设备的高密度热流带走、又能够为阵列电子设备提供均温性良好的支承面、且不受重力影响的散热装置。
本发明采用的技术方案是：本发明下部是冷板，上部是冷却水套，冷却水套的下端与冷板的上端固接，冷板和冷却水套的内腔中有数根平行布置的热管，热管的下段是蒸发段且在冷板的内腔中，热管的上段是冷凝段且在冷却水套的内腔中，所有热管的下端均与下部集散管固接且相通，所有热管的上端均与上部集散管固接且相通；热管由管壳、多孔泡沫铜吸液芯层、纳米流体工质和丝网支撑架 组成，热管最外部是管壳，管壳的内壁上紧贴有多孔泡沫铜吸液芯层，多孔泡沫铜吸液芯层由孔径大小不一的多孔泡沫铜吸液芯组成，多孔泡沫铜吸液芯层的内壁上紧贴丝网支撑架，热管内充有纳米流体工质，纳米流体工质是金属氧化物水基纳米流体工质，金属氧化物是氧化铝、氧化铜或二氧化硅。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用以纳米流体为工质、多孔泡沫铜为吸液芯的热管作为热管单元，能减少工作液体接触热阻和回流阻力，大大增加芯体的毛细压力，增加热管的传热能力，使得整个冷板结构传热能力增加，等温性良好，采用该热管制成的热管冷板可以冷却空间任意位置电子设备。
2、本发明中热管的蒸发段和冷凝段分别采用支管与集散管相连的结构形式，有利于实现均温散热，整个装置结构紧凑，可满足电子设备热流密度高趋势的散热要求。
3、本发明较好地综合运用冷板冷却、相变冷却、热管冷却技术，既能保持阵列电子设备的紧凑，又能有效带走其功率消耗所产生的高密度热流。
附图说明
图1是本发明一种高热流密度均温散热装置安装在阵列电子设备上的结构示意图；
图2是图1中本发明结构的主视剖视放大图；
图3 是图1中单根热管的截面剖视放大图；
图中：1.电子设备；2.冷板；3.热管；4.冷却水套；5.上部集散管；6.下部集散管；7.多孔泡沫铜吸液芯层；8.纳米流体工质；9.丝网支撑架；10.热管管壳。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明的下部有冷板2，上部有冷却水套4，冷却水套4的下端直接与冷板2的上端固定焊接在一起。本发明使用时，将阵列电子设备1紧密贴在冷板2的两侧外表面上，将冷板2的两个大表面作为安装阵列电子设备1的支承表面。
在冷板2和冷却水套4的内腔中有数根热管3，数根热管3平行布置，热管3的下段是蒸发段，蒸发段在冷板2的内腔中，所有热管3的蒸发段的下端均与下部集散管6固定连接，并且均与下部集散管6相通，下部集散管6也位于冷板2的内腔中。热管3的上段是冷凝段，冷凝段在冷却水套4的内腔中，所有热管3的冷凝段的上端均与上部集散管5固定连接，并且均与上部集散管5相通，上部集散管5也位于冷却水套4的内腔中。
热管3安装时，可在冷板2和冷却水套4内部通过机加工多个平行的孔道，该孔道用于安装热管3。
参见图3，热管3由紫铜材料制作，热管3由管壳10、多孔泡沫铜吸液芯层7、纳米流体工质8和丝网支撑架9 组成。热管3最外部是管壳10，在管壳10的内壁上紧贴有多孔泡沫铜吸液芯层7，多孔泡沫铜吸液芯层7由孔径大小不一的多孔泡沫铜吸液芯组成，多孔泡沫铜吸液芯层7的壁厚为0.2 ~1.0 mm，孔隙率为50%~80%。多孔泡沫铜吸液芯层7的内壁上紧贴丝网支撑架9，丝网支撑架9由孔密度为20 PPI的大孔径丝网制成。在热管3内充有纳米流体工质8，使热管3内为负压。纳米流体工质8是金属氧化物水基纳米流体工质，金属氧化物是氧化铝、氧化铜或二氧化硅，金属氧化物的质量浓度为纳米流体工质8的0.5%，所充纳米流体工质8的体积为热管3的蒸发段的体积的40%-60%。
阵列电子设备1工作时，功率消耗所产生的高密度热流被冷板2所吸收，热量传给热管3，纳米流体工质8在蒸发段吸收热量后发生沸腾，相变成气体，气态工质在蒸发段流向冷凝段，在冷却水套4冷却下释放热量后转变为液态，液态工质通过依靠多孔泡沫铜吸液芯的毛细力回留至蒸发段，形成循环回路，实现源源不断的散热，同时由于热管3的良好的等温性能能够保证冷板2的外表面支承面均温性也很好。
Claims (4)
1.一种高热流密度均温散热装置，下部是冷板（2），上部是冷却水套（4），冷却水套（4）的下端与冷板（2）的上端固接，其特征是：冷板（2）和冷却水套（4）的内腔中有数根平行布置的热管（3），热管（3）的下段是蒸发段且在冷板（2）的内腔中，热管（3）的上段是冷凝段且在冷却水套（4）的内腔中，所有热管（3）的下端均与下部集散管（6）固接且相通，所有热管（3）的上端均与上部集散管（5）固接且相通；热管（3）由管壳（10）、多孔泡沫铜吸液芯层（7）、纳米流体工质（8）和丝网支撑架（9）组成，热管（3）最外部是管壳（10），管壳（10）的内壁上紧贴有多孔泡沫铜吸液芯层（7），多孔泡沫铜吸液芯层（7）由孔径大小不一的多孔泡沫铜吸液芯组成，多孔泡沫铜吸液芯层（7）的内壁上紧贴丝网支撑架（9），热管（3）内充有纳米流体工质（8），纳米流体工质（8）是金属氧化物水基纳米流体工质，金属氧化物是氧化铝、氧化铜或二氧化硅。
2.根据权利要求1所述一种高热流密度均温散热装置，其特征是：下部集散管（6 ）上部集散管（5）均位于冷却水套（4）的内腔中。
3.根据权利要求1所述一种高热流密度均温散热装置，其特征是：金属氧化物的质量浓度为纳米流体工质（8）的0.5%，纳米流体工质（8）的体积为热管（3）的蒸发段的体积的40%-60%。
4.根据权利要求1所述一种高热流密度均温散热装置，其特征是：多孔泡沫铜吸液芯层（7）的壁厚为0.2 ~1.0 mm，孔隙率为50%~80%。
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