CN110278696A - 重力热管散热器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重力热管散热器及电子设备，涉及散热技术领域。重力热管散热器包括箱体，箱体内设置有腔室，腔室内设置有液相通道和气相通道。液相管路和气相管路分别设置于箱体，气相管路同时连通于腔室和液相管路。液相通道与液相管路连通，液相通道具有第一出口以与腔室连通。气相通道位于腔室内靠近热源的一侧，气相通道具有第二出口以与腔室连通。第一出口在预设平面上的投影与第二出口在预设平面上的投影相互错开，或者液相通道在预设平面上的投影和气相通道在预设平面上的投影相互交叉，预设平面垂直于重力方向。本重力热管散热器具有较高的换热效率，进而使包括上述重力热管散热器的电子设备具有良好的散热效果。

Description

重力热管散热器及电子设备

技术领域

本发明涉及散热技术领域，具体而言，涉及一种重力热管散热器及电子设备。

背景技术

重力热管技术作为一种有效的热交换技术，在电器设备散热、电子器件冷却、半导体元件以及大规模集成电路板的散热等方面得到了广泛使用。但电子技术的飞速发展对热管技术提出了更高的换热要求，例如高热流密度服务器芯片以及高功率IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的散热。然而目前大多数的重力热管散热器换热效率有待提高。

发明内容

本发明的目的包括提供一种重力热管散热器，其具有较高的换热效率。

本发明的目的还包括提供一种电子设备，其散热效果良好。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种重力热管散热器，包括：

用于连接于热源的箱体，箱体内设置有腔室；

液相管路和气相管路，液相管路和气相管路分别设置于箱体的上方，气相管路的一端连通于腔室，另一端用于连通于液相管路；

设置于腔室内的液相通道，液相通道与液相管路连通，液相通道具有第一出口以与腔室连通，从而能够将冷凝后的液相引流至腔室内；

设置于腔室内的气相通道，气相通道位于腔室内靠近热源的一侧，气相通道具有第二出口以与腔室连通，从而能够使气相通道内的液相受热气化后经气相通道溢出；

第一出口在预设平面上的投影与第二出口在预设平面上的投影相互错开，预设平面垂直于重力方向。

在可选的实施方式中，箱体的底面用于连接于热源，气相通道设置于腔室的底部，液相通道设置于气相通道的上方。

在可选的实施方式中，气相管路设置于箱体靠近第二出口的位置。

第二方面，本发明实施例提供一种重力热管散热器，包括：

用于连接于热源的箱体，箱体内设置有腔室；

液相管路和气相管路，液相管路和气相管路分别设置于箱体的上方，气相管路的一端连通于腔室，另一端用于连通于液相管路；

设置于腔室内的液相通道，液相通道与液相管路连通，液相通道与腔室连通，从而能够将冷凝后的液相引流至腔室内；

设置于腔室内的气相通道，气相通道位于腔室内靠近热源的一侧，气相通道与腔室连通，从而能够使气相通道内的液相受热气化后经气相通道溢出；

液相通道在预设平面上的投影和气相通道在预设平面上的投影相互交叉，预设平面垂直于重力方向。

在可选的实施方式中，液相通道沿第一预设方向延伸，气相通道沿第二预设方向延伸，第一预设方向与第二预设方向之间具有夹角。

在可选的实施方式中，第一预设方向与第二预设方向垂直。

在可选的实施方式中，液相通道包括至少两个并列设置的第一分流管，每个第一分流管均连通于液相管路，第一分流管沿第一预设方向延伸，每个第一分流管均具有第一出口。

在可选的实施方式中，气相通道包括至少两个并列设置的第二分流管，每个第二分流管均连通于气相管路，第二分流管沿第二预设方向延伸，每个第二分流管均具有第二出口。

在可选的实施方式中，每个第二分流管的两端均具有第二出口，气相管路的数量为两个且两个气相管路沿第二预设方向相对设置，一个气相管路与第二分流管的一端的第二出口对应，另一个气相管路与第二分流管的另一端的第二出口对应。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括上述重力热管散热器。

本发明实施例的有益效果包括：

重力热管散热器包括用于连接于热源的箱体、液相管路和气相管路，箱体内设置有腔室，腔室内设置有液相通道和气相通道。液相管路和气相管路分别设置于箱体的上方，气相管路的一端连通于腔室，另一端用于连通于液相管路。液相通道与液相管路连通，液相通道具有第一出口以与腔室连通，从而能够将冷凝后的液相引流至腔室内。气相通道位于腔室内靠近热源的一侧，气相通道具有第二出口以与腔室连通，从而能够使气相通道内的液相受热气化后经气相通道溢出。第一出口在预设平面上的投影与第二出口在预设平面上的投影相互错开，或者液相通道在预设平面上的投影和气相通道在预设平面上的投影相互交叉，预设平面垂直于重力方向。电子设备包括上述重力热管散热器。在本重力热管散热器中，冷凝后的液相经液相通道的第一出口流入腔室后充盈于整个腔室，液相进入气相通道后在气相通道内受热气化以气泡形式从气相通道经第二出口溢出，同时使液相通道的第一出口与气相通道的第二出口在预设平面上的投影相互错开，或者液相通道在预设平面上的投影和气相通道在预设平面上的投影相互交叉，进而避免从液相通道流出的液相与溢出气相通道的气相相互串扰，因此能够降低两相间的流动阻力，提高整个重力热管散热器的换热效率，进而使安装有本重力热管散热器的电子设备具有良好的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中第一预设方向与第二预设方向之间的夹角为直角时的重力热管散热器的结构示意图；

图2为本发明实施例中图1结构所对应的液相通道和气相通道的分布的俯视图；

图3为本发明实施例中第一预设方向与第二预设方向之间的夹角为非直角时重力热管散热器的结构示意图；

图4为本发明实施例中图3结构所对应的液相通道和气相通道的分布的俯视图。

图标：100-重力热管散热器；110-箱体；112-腔室；120-液相管路；130-气相管路；140-液相通道；142-第一出口；144-第一分流管；160-气相通道；162-第二出口；164-第二分流管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供了一种重力热管散热器100，其包括用于连接于热源的箱体110、液相管路120和气相管路130。箱体110内设置有腔室112，腔室112内设置有液相通道140和气相通道160。液相管路120和气相管路130分别连接于箱体110的上方。气相管路130的一端连通于腔室112，另一端用于连通于液相管路120。液相通道140与液相管路120连通，液相通道140具有第一出口142以与腔室112连通，从而能够将冷凝后的液相引流至腔室112内。气相通道160位于腔室112内靠近热源的一侧，气相通道160具有第二出口162以与腔室112连通，从而能够使气相通道160内的液相受热气化后经气相通道160溢出。第一出口142在预设平面上的投影与第二出口162在预设平面上的投影相互错开，预设平面垂直于重力方向f。

其中，热源为高热流密度服务器芯片等易发热的电子器件，在本实施例中，为更好地匹配电子器件的结构和形状，箱体110呈长方体结构，长方体内部空心，形成长方形的腔室112。在其他实施例中，箱体110和腔室112也可以采用圆柱体等结构，仅需根据实际情况进行合理设置。在本实施例中，箱体110的底面用于连接于热源。由此，气相通道160设置于腔室112的底部，从而更靠近热源，液相通道140设置于气相通道160的上方，减少受到热源的影响，也就是说在本实施例中液相通道140和气相通道160沿重力方向f依次设置。可以理解，在其他实施例中，在水平方向(即垂直于重力方向f的方向)上，若热源的位置较为集中于箱体110底面的一侧，可相应在腔室112内靠近热源的一侧设置气相通道160，在腔室112内的另一侧设置液相通道140，同时对液相通道140和气相通道160在竖直方向(即重力方向f)上的布置顺序不做限定，并使第一出口142和第二出口162的朝向相互背离，也可起到减小气液串扰阻力、提高换热效果的作用。

在本实施例中，液相管路120竖直地设置于箱体110上方并与液相通道140连通，从而使冷凝的液相在重力作用下从液相管路120流入腔室112内。在其他实施例中，液相管路120也可以倾斜地设置于所述箱体110上方，具体可根据安装环境进行设计。具体地，为了提高换热效率，加大流体流量，液相管路120的数量为至少两个，且至少两个液相管路120沿第一预设方向(图示ab方向)间隔设置，每个液相管路120均连通于液相通道140。液相管路120可以采用长方体形状，如图1，多个长方体结构的液相管路120并列设置，相邻液相管路120之间的间距由安装空间和所需散热效果决定。液相管路120也可以采用圆柱体形状，如图3，仅需与周围安装环境相匹配即可，即根据实际需求具体设计。同时，若换热需求有限，液相管路120也可以仅设置一个，如图3，一个液相管路120竖直地连接于箱体110并连通于液相通道140，使冷凝的液相能够经液相通道140进入腔室112。此外，液相管路120可以设置有散热翅片以增强散热效果，也可以根据实际需求不设置散热翅片。

在本实施例中，气相管路130竖直地连接于箱体110上方，其一端连通腔室112，另一端用于连通液相管路120，从而构成一个循环回路。在其他实施例中，气相管路130也可以倾斜地设置于所述箱体110上方，具体可根据安装环境进行设计。其中，气相管路130可以通过冷却单元(图中未示出)连通于液相管路120，冷却单元可以是暴露于外部环境直接进行放热的一段冷凝管，也可以冷凝室，仅需能够使热的气相在冷却单元处放热，冷凝为液相，经液相管路120回流即可。在此循环回路中，腔室112所在一侧为吸热侧，用于吸收热源产生的多余热量；腔室112内受热产生的气相经气相管路130沿e方向上升，进入冷却单元进行放热，重新冷凝成液相后经液相管路120沿方向f回流进腔室112内，往复循环，实现换热。当腔室112内产生气相时，以气泡形式经气相通道160的第二出口162溢出，气相管路130设置于箱体110靠近第二出口162的位置，以方便气相快速溢出腔室112，进一步提高换热效率。同时，气相管路130内产生的气压可作用于液相管路120中，加速流体循环。此外，与液相管路120类似，气相管路130可以只设置一个，也可设置多个；气相管路130可以采用长方体结构，也可采用圆柱体等其他结构；气相管路130可以设置散热翅片，也可以不设置，上述结构均需根据实际的安装空间和所需散热效果进行具体设计。

请参照图2，腔室112内设置有液相通道140和气相通道160。具体地，液相通道140具有第一出口142以与腔室112连通，气相通道160具有第二出口162以与腔室112连通。第一出口142在预设平面上的投影与第二出口162在预设平面上的投影相互错开，使得气相通道160内的液相受热后产生的气相从第二出口162溢出进入腔室112内时，不会与从第一出口142流入腔室112的冷凝液相相互串扰或者相互冲撞。

在本实施例中，液相通道140在预设平面上的投影和气相通道160在预设平面上的投影相互交叉，交叉是指液相通道140在预设平面上的投影和气相通道160在预设平面上的投影两者在投影的非端部相交。液相通道140沿第一预设方向(图示ab方向)延伸，气相通道160沿第二预设方向(图示cd方向)延伸，即液相通道140和气相通道160延伸路径呈直线。第一预设方向(图示ab方向)与第二预设方向(图示cd方向)之间具有夹角，液相通道140内液相流出的方向和气相通道160内气体溢出的方向不同，由此，气相通道160内的液相受热后产生的气相从第二出口162溢出进入腔室112内时，不会与从第一出口142流入腔室112的冷凝液相相互串扰或者相互冲撞，有效减小两相间的流动阻力，提高流动速度，进而提升换热效率。另外，在其他实施例中，液相通道140和气相通道160也可以不是直线延伸而是弯曲延伸，即流体流动路径为弯曲状，仅需使液相通道140在预设平面上的投影和气相通道160在预设平面上的投影相互交叉或者保证第一出口142和第二出口162在预设平面上的投影相互错开即可。

可以理解，第一出口142与第二出口162可以分别设置在相互平行的不同面上，第一出口142与第二出口162也可以分别设置在不平行的不同面上，仅需第一出口142与第二出口162的位置设置使得气相通道160内的液相受热后产生的气相从第二出口162溢出进入腔室112内时，不会与从第一出口142流入腔室112的冷凝液相相互串扰或者相互冲撞即可。

可以理解，第一预设方向(图示ab方向)与第二预设方向(图示cd方向)之间的夹角可以是直角，即第一预设方向(图示ab方向)与第二预设方向(图示cd方向)垂直，也可以是非直角，即第一预设方向(图示ab方向)与第二预设方向(图示cd方向)不垂直。

请参照图1和图2，当第一预设方向(图示ab方向)与第二预设方向(图示cd方向)垂直时，液相通道140与气相通道160在预设平面上的投影相互正交。在本实施例中，液相通道140包括至少两个并列设置的第一分流管144，每个第一分流管144均连通于液相管路120。第一分流管144沿第一预设方向(图示ab方向)延伸，每个第一分流管144均具有第一出口142。在本实施例中，为加速液相流动，每个第一分流管144的两端均具有第一出口142，也就是说，第一分流管144的两端同时流出液相，即液相通道140在腔室112内双向出液。气相通道160包括至少两个并列设置的第二分流管164，每个第二分流管164均连通于气相管路130，第二分流管164沿第二预设方向(图示cd方向)延伸，每个第二分流管164均具有第二出口162。在本实施例中，为加速液相流动，每个第二分流管164的两端均具有第二出口162，也就是说，第二分流管164的两端同时溢出气相，即气相通道160在腔室112内双向出气。相应地，气相管路130的数量为两个且两个气相管路130沿第二预设方向(图示cd方向)相对设置，一个气相管路130与第二分流管164的一端的第二出口162对应，另一个气相管路130与第二分流管164的另一端的第二出口162对应，从而使气相管路130靠近第二出口162的位置，方便气相从气相管路130上升。此外，为减小占用空间并保证结构的合理性和规整性，液相通道140和气相通道160均为扁状的长方体管道结构，液相通道140叠放在气相通道160上方，液相通道140的顶壁接触腔室112的顶部内表面，液相通道140的底壁与气相通道160的顶壁贴合，气相通道160的底壁接触腔室112的底部内表面，从而使得整个腔室112被划分为上下两层空间，使得冷凝回流的液相很容易充盈于整个腔室112，且便于液相从第二出口162进入到气相通道160。

在其他实施例中，液相通道140和气相通道160也可以分别仅设置为一个管路而不做分流，从而在一定程度上降低流道结构对流体的阻力，具体可根据实际需要进行设置。并且在其他实施例中，第一分流管144也可以设置成仅一端具有第一出口142，即液相通道140单向出液，第二分流管164也可以设置成仅一端具有第二出口162，即气相通道160单向出气，仅需满足第一出口142在预设平面上的投影与第二出口162在预设平面上的投影相互错开，减少气相溢出与液相流动之间的相互影响即可。

在本实施例中，液相通道140和气相通道160均为实体管路结构。可以理解，在其他实施例中，也可以在腔室112内设置隔板(即液相通道140与气相通道160具有共用壁)，隔板将腔室112分隔为上层区域和下层区域。隔板的四周与腔室112侧壁之间存在间隙以使上层区域和下层区域连通。腔室112的顶壁、侧壁与隔板共同构成液相通道140，使液相在上层区域流动。腔室112的底壁、侧壁与隔板共同构成气相通道160，使气相在下层区域流动。隔板的上表面连接有向腔室112顶壁延伸的翅片，隔板的下表面连接有向腔室112底壁延伸的翅片，翅片用于对液相通道140、气相通道160内的流体进行导流与分流。并且，上层区域的翅片与下层区域的翅片在预设平面上的投影相互交叉，从而使上层区域的液相流向与下层区域的气相流向相互交错，也能够使得气相通道160内的液相受热后产生的气相从第二出口162溢出进入腔室112内时，不会与从第一出口142流入腔室112的冷凝液相相互串扰或者相互冲撞。

请参照图3和图4，当第一预设方向(图示ab方向)与第二预设方向(图示cd方向)不垂直时，液相通道140与气相通道160在预设平面上的投影相互交叉。与上述垂直的情况同理，液相通道140可以设置为包括至少两个并列设置的第一分流管144，也可以设置为一个管路而不做分流。液相通道140在腔室112内可以是双向出液也可以单向出液。气相通道160可以设置为包括至少两个并列设置的第二分流管164，也可以设置成一个管路而不做分流。气相通道160在腔室112内可以是双向出气，也可以是单向出气。

重力热管散热器100的工作原理和工作过程如下：

首先，液相管路120竖直地设置于箱体110上方并与腔室112内的液相通道140连通，冷凝的液相在重力作用下从液相管路120经第一出口142流入腔室112内，液相充盈整个腔室112。

然后，腔室112内设置有气相通道160，气相通道160位于液相通道140的下方且更靠近热源。气相通道160具有第二出口162以与腔室112连通，进而气相通道160中也充盈着液相。气相通道160中的液相受热后气化，气相以气泡形式经第二出口162溢出，进入腔室112内。由于第二出口162和第一出口142在预设平面上的投影相互错开，预设平面垂直于重力方向f，从而，经第二出口162溢出气相通道160继而进入腔室112的气相与经第一出口142流入腔室112的冷凝液相之间能够避免串扰或者冲撞的发生，有效减小整个循环回路的流动阻力，提升换热效率。由于气相管路130设置于箱体110且连通于腔室112，其位置靠近第二出口162，气相快速溢出腔室112进入气相管路130，进而不断沿e方向上升，直至进入冷却单元进行放热，放热后冷凝成液相。

最后，冷却单元连通于液相管路120，冷却产生的冷凝液相经液相管路120在重力作用下沿方向f继续回流至腔室112。如此往复循环，完成热交换，实现热源的散热。

本实施例还提供一种电子设备，其本身为热源或者包括热源，电子设备包括重力热管散热器100，将重力热管散热器100连接于热源并使气相通道160靠近热源，利用重力热管散热器100对热源进行散热。

重力热管散热器100通过在腔室112内设置液相通道140和气相通道160以控制气相与液相在腔室112内的流向。冷凝后的液相经第一出口142流入腔室112后充盈于整个腔室112，液相进入气相通道160后在气相通道160内受热气化以气泡形式从气相通道160经第二出口162溢出。同时使液相通道140的第一出口142在预设平面上的投影与气相通道160的第二出口162在预设平面上的投影相互错开，或者液相通道140在预设平面上的投影和气相通道160在预设平面上的投影相互交叉，进而避免流入腔室112的液相与溢出气相通道160的气相相互串扰，降低两相间的流动阻力，提高整个重力热管散热器100的换热效率，进而使安装有重力热管散热器100的电子设备具有良好的散热效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种重力热管散热器，其特征在于，包括：

用于连接于热源的箱体，所述箱体内设置有腔室；

液相管路和气相管路，所述液相管路和所述气相管路分别设置于所述箱体的上方，所述气相管路的一端连通于所述腔室，另一端用于连通于所述液相管路；

设置于所述腔室内的液相通道，所述液相通道与所述液相管路连通，所述液相通道具有第一出口以与所述腔室连通，从而能够将冷凝后的液相引流至所述腔室内；

设置于所述腔室内的气相通道，所述气相通道位于所述腔室内靠近所述热源的一侧，所述气相通道具有第二出口以与所述腔室连通，从而能够使所述气相通道内的液相受热气化后经所述气相通道溢出；

所述第一出口在预设平面上的投影与所述第二出口在所述预设平面上的投影相互错开，所述预设平面垂直于重力方向。

2.根据权利要求1所述的重力热管散热器，其特征在于，所述箱体的底面用于连接于所述热源，所述气相通道设置于所述腔室的底部，所述液相通道设置于所述气相通道的上方。

3.根据权利要求1所述的重力热管散热器，其特征在于，所述气相管路设置于所述箱体靠近所述第二出口的位置。

4.一种重力热管散热器，其特征在于，包括：用于连接于热源的箱体，所述箱体内设置有腔室；

液相管路和气相管路，所述液相管路和所述气相管路分别设置于所述箱体的上方，所述气相管路的一端连通于所述腔室，另一端用于连通于所述液相管路；

设置于所述腔室内的液相通道，所述液相通道与所述液相管路连通，所述液相通道与所述腔室连通，从而能够将冷凝后的液相引流至所述腔室内；

设置于所述腔室内的气相通道，所述气相通道位于所述腔室内靠近所述热源的一侧，所述气相通道与所述腔室连通，从而能够使所述气相通道内的液相受热气化后经所述气相通道溢出；

所述液相通道在预设平面上的投影和所述气相通道在所述预设平面上的投影相互交叉，所述预设平面垂直于重力方向。

5.根据权利要求4所述的重力热管散热器，其特征在于，所述液相通道沿第一预设方向延伸，所述气相通道沿第二预设方向延伸，所述第一预设方向与所述第二预设方向之间具有夹角。

6.根据权利要求5所述的重力热管散热器，其特征在于，所述第一预设方向与所述第二预设方向垂直。

7.根据权利要求5所述的重力热管散热器，其特征在于，所述液相通道包括至少两个并列设置的第一分流管，每个所述第一分流管均连通于所述液相管路，所述第一分流管沿所述第一预设方向延伸，每个所述第一分流管均具有第一出口以与所述腔室连通。

8.根据权利要求5所述的重力热管散热器，其特征在于，所述气相通道包括至少两个并列设置的第二分流管，每个所述第二分流管均连通于所述气相管路，所述第二分流管沿所述第二预设方向延伸，每个所述第二分流管均具有第二出口以与所述腔室连通。

9.根据权利要求8所述的重力热管散热器，其特征在于，每个所述第二分流管的两端均具有所述第二出口，所述气相管路的数量为两个且两个所述气相管路沿所述第二预设方向相对设置，一个所述气相管路与所述第二分流管的一端的所述第二出口对应，另一个所述气相管路与所述第二分流管的另一端的所述第二出口对应。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的重力热管散热器。