CN106981464A - 一种用于大尺寸散热装置的均温装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种用于大尺寸散热装置的均温装置，设置在散热装置的基板底部，包括驱动泵、流管和低熔点液态金属；流管内设置有流通通道，并且流管在散热装置的基板底部平面内分布；低熔点液态金属设置在流管的流通通道内；驱动泵与流管连接，并能驱动低熔点液态金属在流管的流通通道内流动。本发明提供的均温装置具有以下优点：通过采用低熔点液态金属作为流动工质，本均温装置适用于大尺寸的冷板或散热片的均温需求，并且均温效果显著且稳定。

Description

一种用于大尺寸散热装置的均温装置

技术领域

本发明涉及元件散热领域，具体涉及一种用于大尺寸散热装置的均温装置。

背景技术

当前工控产品中IGBT模块及大型LED屏模块的热功耗已高达上千瓦，为有效降低IGBT模块或LED基座温度，常采用大型散热片或冷板进行散热或传导热量，散热片或冷板的尺寸(长度或宽度)常在800mm以上，其基板或冷板表面温度分布极不均匀。根据热量传递的基本原理，相同传热路径情况下，热阻越小，传递相同的热量温差越低。提升基板或冷板表面温度均匀性，减小热量传递过程中的热阻，可有效降低发热器件的温度。

目前，散热片基板或冷板常采用热管或VC均温板作为均温的方式。热管和VC均温板用于大尺寸散热片或冷板均温有如下两个方面的限制：

1)毛细传热限制，当热负荷达到一定程度，毛细力作用抽回的液体不足以满足蒸发所需的量时，导致蒸发段干涸。此时，蒸发段管壁温度会逐渐上升，严重时甚至出现烧坏热管或VC均温板的现象。

2)尺寸限制，无论热管还是VC均温板，其内部工质工作过程中，受流体粘性和运动惯性的影响，存在沿程和局部阻力损失，热管或VC均温板尺寸越大，沿程损失越高，传热效能越差。一般热管长度超过300mm，传热效果下降明显；VC均温板的热量传递原理与热管相同，也存在相似的问题，同时VC均温板的制造成本较高。

因此，需要一种用于大尺寸散热装置的均温装置，在大尺寸、高热负荷环境下具有均温效果好，均温效果稳定，同时经济性好的特点。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种用于大尺寸散热装置的均温装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于大尺寸散热装置的均温装置，其设置在散热装置的基板底部，均温装置包括驱动泵、流管和低熔点液态金属；流管内设置有流通通道，并且流管在散热装置的基板底部平面内分布；低熔点液态金属设置在流管的流通通道内；驱动泵与流管连接或接触，并能驱动低熔点液态金属在流管的流通通道内流动。

进一步地，流管在散热装置的基板底部平面内均匀分布。

进一步地，流管为扁管或圆管。

进一步地，均温装置镶嵌在散热装置的基板底部。

进一步地，散热装置的尺寸远大于热源的尺寸。

进一步地，低熔点液态金属是镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铟铋铜合金。

进一步地，流管内的流通通道是循环封闭的，或流管内的流通通道与所述驱动泵内的流道形成循环封闭流道。

进一步地，流管的材料为导热率高且化学性能稳定的金属材料。

进一步地，流管的材料为紫铜。

进一步地，驱动泵为电磁泵或蠕动泵。

本发明通过以上技术方案，能够获得以下有益技术效果：

(1)通过采用低熔点液态金属作为流动工质，本均温装置适用于大尺寸的冷板或散热片的均温需求，并且均温效果显著且稳定；

(2)通过流管采用紫铜，即方便焊接又能提高流管与冷板或散热片基板间的换热性能；

(3)经济性好，便于加工。

当然，实施本发明的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的用于大尺寸散热装置的均温装置的俯视图；

图2为本发明实施例所述的用于大尺寸散热装置的均温装置的侧视图。

图中：1.驱动泵；2.流管；3.低熔点液态金属；4.热源；5.散热装置。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供的一种用于大尺寸散热装置的均温装置，该均温装置设置在散热装置5的基板底部，该均温装置包括驱动泵1、流管2和低熔点液态金属3；流管2内设置有流通通道，并且流管2在散热装置5的基板底部平面内分布；低熔点液态金属3设置在流管2的流通通道内；驱动泵1与流管2连接或接触，并能驱动低熔点液态金属3在流管2的流通通道内流动。其中，流管2为扁管，也可以是圆管或其他适合形状，并且在散热装置的基板底部平面内的分布形式为均匀分布；均温装置是镶嵌在散热装置5的基板底部的，并且散热装置5的尺寸相对于热源的尺寸较大；流管2内的流通通道是循环封闭的，或者流管2内的流通通道与驱动泵1内的流道形成循环封闭流道。

具体地，流管2的材料为导热率高且化学性能稳定的金属材料，优选地为紫铜，这里的化学性能稳定尤其是指与低熔点液态金属3接触时化学性能稳定；流管2通过焊接的方式镶嵌在散热装置5的基板底部；驱动泵1为电磁泵或蠕动泵，以及其他适用的泵或驱动装置，当均温装置应用在尺寸较小的散热装置5上时，驱动泵1可采用小型泵或微型泵；低熔点液态金属3是镓、镓铟合金、镓铟锡合金或铟铋铜合金等二元或三元合金。散热装置5可以是冷板或散热片，以及其他用于散热的装置。散热装置5的大尺寸可以是指相对于普通家用计算机处理器的散热装置的尺寸要大很多，例如面积为计算机处理器散热装置的面积的10倍、20倍或更大，还可以是相对于热源的尺寸较大或者远大于，例如一个高温点热源，具有均温装置的大尺寸的散热装置5对该高温点热源进行均温、散热。

具体地，流管2具有分布为均匀的连续U形的部分，U形部分之间弯曲连接，驱动泵1位于流管2的连续U形的一侧并且与流管2连接连通。

均温装置通过驱动泵1驱动流管2内的低熔点液态金属3流动构成均温循环***，利用液态金属高效的对流换热性能，将局部高点处的热量传递至如金属冷板的散热装置5的表面，实现大尺寸的散热装置5的均温。由于低熔点液态金属3良好的导热和流动性能，并且其构成的均温循环***均温性能不受热量传递极限和尺寸限制，使得如大尺寸散热片冷板或冷板的散热装置5的均温效果显著。

低熔点液态金属3的导热系数(20-60W/mK)约为水导热系数(0.6W/mK)的40倍，相同流速下，低熔点液态金属3与水相比，其对流换热系数高约1个数量级，达到30000-50000W/m²K，对流换热热阻甚至小于热管和VC均温板。流量控制恰当的条件下，低熔点液态金属3的温升很小，是一种良好的均温工质，可有效避免热管或VC均温板的性能限制。本均温装置的流管2在散热装置5的表面分布越均匀，均温效果越好。散热装置5的温度仅与低熔点液态金属3的流量相关，流量越大，散热装置5的温度越低。当作为热源的元件/器件热功耗较高时，可优化管路布局或改变如电磁泵的驱动泵1的线圈数量及通电电流，以实现均温和降温的目的。低熔点液态金属3在循环***中的流量可通过驱动泵1调节，避免均温装置的循环***出现工质沸腾现象，从而有效避免了热量传递的极限限制。低熔点液态金属3对流换热过程中热量的传递只与流速和流通通道结构形式相关，而与流管2的长度无关。流管2的长度仅影响***的流动压力损失，流管2越长，流动过程中的压力损失越高。低熔点液态金属3循环过程中，由驱动泵1提供动力来源，驱动泵1例如可以是电磁泵，一方面，可通过增加电磁泵线圈数量或提高通电电流的方式，增强电磁泵驱动能力。另一方面，由压力损失与流速的关系可知(压力损失与流速的二次方成正比)，通过优化流管2中流通通道截面尺寸的方式，也可实现降低***压力损失的目的。应用低熔点液态金属3的循环***的均温装置，不受散热装置5的尺寸的限制。

本实施例提供的一种用于大尺寸散热装置的均温装置适用于尺寸较大的均温环境，也可以适用无风扇电子产品，如无风扇笔记本计算机等产品。

本实施例提供的均温装置的运行过程如下：

散热装置5的与热源接触的基板内嵌有该均温装置，该均温装置的流管2均匀分布在散热装置5的基板平面内，流管2内有低熔点液态金属3，驱动泵1与流管2连接，并能驱动低熔点液态金属3在流管2内流动，低熔点液态金属3的流动实现对热源的热量均匀分布到散热装置5，实现均温。

本实施例提供的一种用于大尺寸散热装置的均温装置，具有以下优点：

(1)通过采用低熔点液态金属作为流动工质，本均温装置适用于大尺寸的冷板或散热片的均温需求，并且均温效果显著且稳定；

(2)通过流管采用紫铜，即方便焊接又能提高流管与冷板或散热片基板间的换热性能；

(3)经济性好，便于加工。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的若干实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，其设置在所述散热装置(5)的基板底部，所述均温装置包括驱动泵(1)、流管(2)和低熔点液态金属(3)；

所述流管(2)内设置有流通通道，并且所述流管(2)在所述散热装置(5)的基板底部平面内分布；

所述低熔点液态金属(3)设置在所述流管(2)的流通通道内；

所述驱动泵(1)与所述流管(2)连接或接触，并能驱动所述低熔点液态金属(3)在所述流管(2)的流通通道内流动。

2.根据权利要求1所述的用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，

所述流管(2)在所述散热装置(5)的基板底部平面内均匀分布。

3.根据权利要求1所述的用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，

所述流管(2)为扁管或圆管。

4.根据权利要求1所述的用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，

所述均温装置镶嵌在所述散热装置(5)的基板底部。

5.根据权利要求1或2所述的用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，

所述散热装置(5)的尺寸远大于热源的尺寸。

6.根据权利要求1所述的用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，

所述低熔点液态金属(3)是镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铟铋铜合金。

7.根据权利要求1所述的用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，

所述流管(2)内的流通通道是循环封闭的，或所述流管(2)内的流通通道与所述驱动泵(1)内的流道形成循环封闭流道。

8.根据权利要求1-3任一项所述的用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，

所述流管(2)的材料为导热率高且化学性能稳定的金属材料。

9.根据权利要求8所述的用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，

所述流管(2)的材料为紫铜。

10.根据权利要求1所述的用于大尺寸散热装置的均温装置，其特征在于，

所述驱动泵(1)为电磁泵或蠕动泵。