CN111664733A - 一种微通道换热器结合热管的散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微通道换热器结合热管的散热装置，主要由微通道换热器、热管以及基板所组成。基板中有设热管的蒸发段，并且热管表面与基板表面为同一水平面，即热源工作时与热管蒸发段直接接触；微通道换热器有上中下三部分组成，上下部分为热管冷凝段部分，中间部分为微通道，并在换热器两端分别安装有冷却剂的进出口。该装置在应用重力和热管工作原理以及微通道卓越的散热效果，热源通过热管传递热量到微通道换热器进行冷却降温。本发明联合热管突出的换热性与微通道有效的冷却效果，形成一种散热装置，充分吸收热源热量和显著有助于热管理技术从而提高被冷却物的综合应用，并且该散热装置结构紧凑、使用简单、维护方便、高效环保。

Description

一种微通道换热器结合热管的散热装置
技术领域
本发明涉及散热装置领域，尤其涉及一种微通道换热器结合热管的散热装置。
背景技术
随着现代科学技术的迅速发展，许多现代电子设备在工作时产生大量热量，导致设备损坏、可靠性降低和寿命缩短。而恰恰对许多电子设备来说，热管理问题是至关重要的，以LED灯为例，由于LED灯的发光效率一般都低于35％，致使剩余部分以热量形式散发，若不能得到合理的散热处理，则会大大降低它的可持续性与可靠性。
受到传统冷却方法的局限，不管是空冷还是液冷方式都不能很好地对实际应用中的电子设备进行热管理。凭借着大量的微通道，有研究表明，微通道散热器(MEMS)与冷却剂结合使用的冷却***是现代电子设备冷却的最有效办法。近些年来，MEMS技术得到了发展并不断成熟，因其可以弥补传统散热器的一些缺陷，人们对于微通道的使用愈加重视。
热管是一种具有高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量。热管技术，是一种新型的散热技术，它充分利用了热传导原理和相变介质的快速热传递性质，其强劲的导热能力超过任何已知金属的导热能力。此外，热管的设计安装相当的灵活，可以在不同场合中投入使用，是高效环保的导热元件。
如今，散热设备已经得到了很大的发展，不同的装置分别在许多领域也得到了使用，但在高功率电子设备的热管理问题上至今还没得到完善。因此，现有技术需要进一步改进和完善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微通道换热器结合热管的散热装置。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种微通道换热器结合热管的散热装置，主要包括基板、热管组、以及换热器。所述基板设置在热源上，并与热源接触吸收热量。所述换热器设置在基板上方，并与基板平行设置。所述热管组设置在基板上，其一端与换热器的一侧连接接触，另一端与换热器的另一侧连接接触。
具体的，所述热管组由若干连接基板与换热器的热管并排设置而成，所述热管包括蒸发段、第一过渡段、第二过渡段、第一冷凝段、以及第二冷凝段。所述蒸发段设置在基板上，与基板固定连接。所述第一冷凝段设置在换热器靠近基板的侧面上，与换热器固定连接。所述第二冷凝段设置在换热器远离基板的另一侧面上，与换热器固定连接。所述第一过渡段的一端与蒸发段的一端连接，另一端与第一冷凝段的一端连接，第一冷凝段的另一端封闭。所述第二过渡段的一端与蒸发器的另一端连接，另一端与第二冷凝段的一端连接，第二冷凝段的另一端封闭。
具体的，所述换热器采用微通道式换热器，包括换热器本体、冷却液入口、冷却液出口、以及微通道。所述冷却液入口设置在换热器本体的一端，并与换热器本体固定连接，冷却液入口的一端与外界连通，另一端与换热器本体内部连通。所述冷却液出口设置在换热器本体的另一端，并与换热器本体固定连接，冷却液出口的一端与外界连通，另一端与换热器本体内部连通。所述微通道卷曲设置在换热器本体内，其一端与冷却液入口连接，另一端与冷却液出口连接。
作为本发明的优选方案，所述热管组内的相邻热管一侧的第一过渡段与第二过渡段相间设置。
作为本发明的优选方案，所述第一过渡段与第二过渡段均采用弧形或半圆形结构设计。
作为本发明的优选方案，所述微通道的卷曲形状采用蛇形、回形、螺旋形、之字形的结构设计。
作为本发明的优选方案，所述微通道内填充水或纳米流体作为冷却液。
作为本发明的优选方案，所述热管内填充相变材料作为冷却工质，该相变材料为水、石蜡与石墨粉、金属粉末组成的混合物。
作为本发明的优选方案，所述热管采用方管或圆管结构设计。
作为本发明的优选方案，所述蒸发段部分嵌入或完全嵌入基板内，增大与基板的接触面积。
作为本发明的优选方案，所述冷凝段部分嵌入或完全嵌入换热器内，增大与换热器的接触面积。
本发明的工作过程和原理是：使用时，将本发明安装在小型换热场合，热源在该装置下进行散热。热源及其导热层，可通过导热硅脂与基板粘合在一起，当热源开始工作时，散热量增加从而温度随之上升，使得与热源相接触的热管吸热，热管蒸发段中的相变工质从液体蒸发为气体传递到热管冷凝段处，而热管冷凝段又与微通道换热器紧密接触，微通道换热器通过冷却剂的流进流出带走热管冷凝段的热量，使得热管冷凝段中的气体冷凝为液体，并在重力作用下将液体回流至热管蒸发段，以此形成一个封闭的循环回路，不断循环。该装置的使用情况有两种，当热源热量较少时，热管蒸发段的气体只能传递到离基板较近的热管冷凝段；而当热源热量较大时，产生足够多的气体，使得热管蒸发段气体能够传递到微通道换热器两侧的热管冷凝段进行散热，达到“双冷凝段”的效果，有效吸收更多热量。本发明巧妙地将微通道换热器和热管结合使用在一起，具有结构紧凑、性能突出、高效环保等的特点，可投入使用在小空间而功率大的场合。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
(1)本发明所提供的微通道换热器结合热管的散热装置采用热源与热管蒸发段直接接触，极大地提高了传热效果，充分吸收热源热量。
(2)本发明所提供的微通道换热器结合热管的散热装置在热量较大时，热管与微通道换热器实现“双冷凝段”的效果，也是一种长短管结合的热管得到的效果，使微通道换热器的冷却液体即不影响换热效果又使得液体受热均匀。
(3)本发明所提供的微通道换热器结合热管的散热装置的微通道换热器对电子设备的冷却效果十分突出，且热阻极低，显著地促进了热管理问题的解决；将微通道换热器与热管相结合使用，该装置不但简单实用，而且高效环保。
附图说明
图1是本发明所提供的微通道换热器结合热管的散热装置的结构示意图。
图2是本发明所提供的微通道换热器结合热管的散热装置的立体图。
图3是本发明所提供的基板与热管蒸发段的结构示意图。
图4是本发明所提供的微通道换热器结合热管的散热装置的侧视图。
图5是本发明所提供的热管整体结构示意图。
图6是本发明所提供的换热器的内部结构示意图。
上述附图中的标号说明：
1-换热器，2-冷却液入口，3-冷却液出口，4-基板，5/A-蒸发段，6/(B1和B2)-过渡段，7/(C1和C2)-冷凝段。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1至图6所示，本实施例公开了一种微通道换热器结合热管的散热装置，该散热装置的结构简单且紧凑、耗电量少、换热和散热效果优异，为高功率电子设备的散热问题提供一种有效途径。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种微通道换热器结合热管的散热装置，包括基板4，基板4的顶部安装有热管的蒸发段5，热源安置于基板4顶部，微通道换热器1的上下部分表面安装热管的冷凝段7，热管的过渡段6弯曲连接蒸发段5与冷凝段7，热管在基板4和微通道换热器1表面均匀分布，微通道换热器1中部则设计有蛇形管道并带有冷却剂进出口管道。
所述热源底面有导热层，可通过导热胶时导热层底面与基板4顶部相贴合，实现热管蒸发段5与其直接接触的效果；
所述基板4与微通道换热器1平衡且中心点对称，微通道换热器1因其设置有冷却剂进出口(冷却液入口2和冷却液出口3)，微通道换热器1的长度比基板4略长；
所述热管内部带有相变工质，有受热蒸发和降温冷凝的效果，使用时可将基板4顶部朝向下方，在重力作用下使得工质在冷凝后形成回流从而达到循环；
所述热管的过渡段6，呈弯曲形态为180°，形成U型结构后，通过导热胶分别固定连接基板4上的热管蒸发段5与冷凝段7；
可选地，所述热管内的相变材料为水、石蜡与石墨粉、金属粉末的混合物；
可选地，所述基板4和微通道换热器1的规格大小选择，可根据热源的要求进行合理的设计加工；
可选地，所述热管的大小和数量根据实际需求进行设定，在保持均匀分布和结构紧凑的原则下进行设计加工；
可选地，所述热管可采用不同材料，如铜、铝、不锈钢等，基板4和微通道换热器1可选用铜或铝等导热性能好的材料；
可选地，所述流入微通道换热器1的液体，可采用水或纳米流体等其他冷却剂；
可选地，所述微通道换热器1，其内部微通道结构为蛇型。
如图1所示，为本发明提供的整体散热装置的结构示意图；主要包括基板4、热管和微通道换热器1三大部分，基板4和微通道换热器1是通过热管来相接。如图2，微通道换热器1的上下表面安装热管的冷凝段7，并且有规律的均匀分布；如图3，基板4的顶部安装有热管的蒸发段5，使用时，将热源安置于基板4顶部；如图4，是该散热装置的侧视图，能够表明结构的紧凑和热管的均匀分布情况；如图5，热管的过渡段(B1和B2)弯曲连接着蒸发段A与冷凝段(C1和C2)，热管在基板4和微通道换热器1表面均匀分布；如图6，是微通道换热器1的中心部位，微通道换热器1中设计有蛇型管道并带有液体进出口管道。
微通道换热器1、基板4、热管等的仪器规格大小，可以根据实际需要的热源进行相应的计算从而得到确定。
使用时，将本发明安装在小型换热场合，热源在该装置下进行散热。热源及其导热层，可通过导热硅脂与基板4粘合在一起，当热源开始工作时，散热量增加从而温度随之上升，使得与热源相接触的热管吸热，热管蒸发段5中的相变工质从液体蒸发为气体传递到热管冷凝段7处，而热管冷凝段7又与微通道换热器1紧密接触，微通道换热器1通过冷却剂的流进流出带走热管冷凝段7的热量，使得热管冷凝段7中的气体冷凝为液体，并在重力作用下将液体回流至热管蒸发段5，以此形成一个封闭的循环回路，不断循环。该装置的使用情况有两种，当热源热量较少时，热管蒸发段5的气体只能传递到离基板4较近的热管冷凝段7；而当热源热量较大时，产生足够多的气体，使得热管蒸发段5气体能够传递到微通道换热器1两侧的热管冷凝段7进行散热，达到“双冷凝段”的效果，有效吸收更多热量。本发明，巧妙地将微通道换热器1和热管结合使用在一起，具有结构紧凑、性能突出、高效环保等的特点，可投入使用在小空间而功率大的场合。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，包括基板、热管组、以及换热器；所述基板设置在热源上，并与热源接触吸收热量；所述换热器设置在基板上方，并与基板平行设置；所述热管组设置在基板上，其一端与换热器的一侧连接接触，另一端与换热器的另一侧连接接触；
所述热管组由若干连接基板与换热器的热管并排设置而成，所述热管包括蒸发段、第一过渡段、第二过渡段、第一冷凝段、以及第二冷凝段；所述蒸发段设置在基板上，与基板固定连接；所述第一冷凝段设置在换热器靠近基板的侧面上，与换热器固定连接；所述第二冷凝段设置在换热器远离基板的另一侧面上，与换热器固定连接；所述第一过渡段的一端与蒸发段的一端连接，另一端与第一冷凝段的一端连接，第一冷凝段的另一端封闭；所述第二过渡段的一端与蒸发器的另一端连接，另一端与第二冷凝段的一端连接，第二冷凝段的另一端封闭。
2.根据权利要求1所述的微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，所述换热器采用微通道式换热器，包括换热器本体、冷却液入口、冷却液出口、以及微通道；所述冷却液入口设置在换热器本体的一端，并与换热器本体固定连接，冷却液入口的一端与外界连通，另一端与换热器本体内部连通；所述冷却液出口设置在换热器本体的另一端，并与换热器本体固定连接，冷却液出口的一端与外界连通，另一端与换热器本体内部连通；所述微通道卷曲设置在换热器本体内，其一端与冷却液入口连接，另一端与冷却液出口连接。
3.根据权利要求1所述的微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，所述热管组内的相邻热管一侧的第一过渡段与第二过渡段相间设置。
4.根据权利要求1所述的微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，所述第一过渡段与第二过渡段均采用弧形或半圆形结构设计。
5.根据权利要求2所述的微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，所述微通道的卷曲形状采用蛇形、回形、螺旋形、之字形的结构设计。
6.根据权利要求2所述的微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，所述微通道内填充水或纳米流体作为冷却液。
7.根据权利要求1所述的微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，所述热管内填充相变材料作为冷却工质，该相变材料为水、石蜡与石墨粉、金属粉末组成的混合物。
8.根据权利要求1所述的微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，所述热管采用方管或圆管结构设计。
9.根据权利要求1所述的微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，所述蒸发段部分嵌入或完全嵌入基板内，增大与基板的接触面积。
10.根据权利要求1所述的微通道换热器结合热管的散热装置，其特征在于，所述冷凝段部分嵌入或完全嵌入换热器内，增大与换热器的接触面积。
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