CN212113700U - 散热结构和散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种散热结构和散热器。其中，散热结构包括温差发电片、液冷箱及热电制冷组件，所述温差发电片与所述热源抵接，所述温差发电片用以接受所述热源辐射的热量并转换为电能；所述液冷箱装载有散热介质，所述液冷箱底部朝向所述温差发电片背离所述热源的一端设置，所述散热介质的温度最大值低于所述热源工作时的温度；所述热电制冷组件与所述温差发电片的电性连接，所述热电制冷组件朝向所述液冷箱的顶部设置。本实用新型技术方案旨在解决散热结构的散热效率无法保证和体积过大的技术问题。

Description

散热结构和散热器

技术领域

本实用新型涉及散热技术领域，特别涉及一种散热结构以及应用该散热结构的散热器。

背景技术

相关技术中，芯片技术的主流发展趋势是集成度越来越高，体积逐渐变小，在这种情况下，芯片的散热问题就变得日益突出，而现有的芯片若直接采用散热片进行散热，在工作一段时间后容易使得散热片散热的两侧的温度变得相差不大，从而无法有效保证散热效率，而若直接采用散热液进行散热时，则需要很大的散热面积使得散热液的蒸汽液化，从而越来越不满足发展需求，因此有必要对芯片的散热进行改进。

上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种散热结构，旨在解决散热结构散热效率无法保证和体积过大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的散热结构，包括:

温差发电片，所述温差发电片朝向热源设置，所述温差发电片用以接受所述热源辐射的热量并转换为电能；

液冷箱，所述液冷箱装载有散热介质，所述液冷箱底部与所述温差发电片背离所述热源的一端设置，所述散热介质的温度最大值低于所述热源的温度；及

热电制冷组件，所述热电制冷组件与所述温差发电片的电性连接，所述热电制冷组件朝向所述液冷箱的顶部设置，以实现所述热电制冷组件与所述散热介质的热交换。

在本申请的一实施例中，所述液冷箱包括两抵接段和两连接段，两所述抵接段相对设置，两所述连接段连接于两所述抵接段，并围合形成框体结构，所述框体结构内形成容腔，所述散热介质位于所述容腔内，一所述抵接段抵接于所述温差发电片，另一所述抵接段抵接于所述热电制冷组件。

在本申请的一实施例中，在所述液冷箱的延伸方向上，所述连接段的横截面积小于所述抵接段的横截面积。

在本申请的一实施例中，所述散热介质为水冷液；

且/或，所述散热介质的沸点温度低于所述热源的温度。

在本申请的一实施例中，所述温差发电片包括第一导电模块和第二导电模块，所述第一导电模块和所述第二导电模块的一表面相互连接，所述第一导电模块朝向所述热源设置，所述第二导电模块朝向所述液冷箱设置，所述热电制冷组件的两电极端分别与所述第一导电模块和所述第二导电模块连接。

在本申请的一实施例中，所述第一导电模块和所述第二导电模块均为半导体，且所述第一导电模块和所述第二导电模块所采用的半导体材料不同。

在本申请的一实施例中，所述温差发电片还包括两导热垫，一所述导热垫贴设于所述第一导电模块背离所述第二导电模块的表面，所述第一导电模块通过一所述导热垫与所述热源抵接，另一所述导热垫贴设于所述第二导电模块背离所述第一导电模块的表面，所述第二导电模块通过另一所述导热垫与所述液冷箱底部抵接。

在本申请的一实施例中，所述热电制冷组件包括N型半导体、P型半导体以及连接模块，所述连接模块与所述N型半导体和所述P型半导体电性连接，所述N型半导体和所述P型半导体设于所述连接模块的同一侧；

所述连接模块用以接收所述温差发电片产生的电能并传输到所述N型半导体和所述P型半导体，以使所述N型半导体和所述P型半导体背离所述连接模块的一端形成所述制冷端，所述制冷端与所述液冷箱的顶部抵接。

在本申请的一实施例中，所述散热结构还包括变压组件，所述变压组件连接于所述温差发电片和所述热电制冷组件之间，以用于对所述温差发电片产生的电能转换后传输到所述热电制冷组件。

本实用新型还提出一种散热器，包括散热结构，所述散热结构包括:

温差发电片，所述温差发电片朝向热源设置，所述温差发电片用以接受所述热源辐射的热量并转换为电能；

液冷箱，所述液冷箱装载有散热介质，所述液冷箱底部朝向所述温差发电片背离所述热源的一端设置，所述散热介质的温度最大值低于所述热源的温度；及

热电制冷组件，所述热电制冷组件与所述温差发电片的电性连接，所述热电制冷组件朝向所述液冷箱的顶部设置。

本实用新型散热结构的技术方案包括朝向热源设置的温差发电片，该温差发电片用以接受热源辐射的热量并转换为电能，同时还设有装载有散热介质的液冷箱。液冷箱底部朝向温差发电片背离热源的一端设置。散热介质的温度最大值低于热源的温度。此外还设有热电制冷组件与温差发电片的电性连接，该热电制冷组件朝向液冷箱的顶部设置。

如此在热源稳定运行时，温差发电片靠近热源一端从而会形成温度较高的热端，而温差发电片背离热源的一端则会形成温度较低的冷端。温差发电片在接受热源辐射的热量后使得整体温度逐渐升高，由于液冷箱的底部朝向温差发电片背离热源的一端设置，且散热介质的温度最大值低于热源的温度，会保证温差发电片的冷端温度会一直低于热源的温度，从而使温差发电片的热端和冷端确保存在一定的温差值，进而温差发电片的冷端可以持续对热端吸收热量，为热源进行散热，并且还可以确保温差发电片可以有效持续供给电能到热电制冷组件，热电制冷组件通过接收温差发电片所产生的电能，从而形成制冷端和制热端。当散热介质沸腾后产生的蒸汽流向液冷箱的顶部时，该制冷端朝向液冷箱的顶部设置，使得液冷箱顶部的蒸汽迅速液化，重新流向液冷箱底部，以此实现散热循环。

由于温差发电片的冷端的温度最大值低于热源的温度，因此使得温差发电片的热端和冷端之间保持一定的温差，进而保证散热的效率，而同时通过热电制冷装置的制冷端来使液冷箱的散热介质的蒸汽进行液化，从而避免需要设置较大的散热面积，因此本申请的散热结构的散热能力更强，体积更小，运行更稳定，适用于高功耗热源的散热。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型散热结构一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型散热结构另一视角的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	散热结构	22	连接段
10	温差发电片	30	热电制冷组件
				11	第一导电模块	31	N型半导体
12	第二导电模块	32	P型半导体
				13	导热垫	33	连接模块
20	液冷箱	40	变压组件
				21	抵接段	200	热源

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种散热结构100。

参照图1和图2，在本实用新型实施例中，该散热结构100包括温差发电片10、液冷箱20、及热电制冷组件30，所述温差发电片10朝向热源200设置，所述温差发电片10用以接受所述热源200辐射的热量并转换为电能；所述液冷箱20装载有散热介质，所述液冷箱20底部朝向所述温差发电片10背离所述热源200的一端设置，所述液冷箱20底部的温度最大值低于所述热源200的温度；所述热电制冷组件30与所述温差发电片10的电性连接，所述热电制冷组件30朝向所述液冷箱20的顶部设置，以实现所述热电制冷组件30与所述散热介质的热交换。

其中，该热源200可以为芯片等具有高功耗的电子器件，同时，该散热介质可以是散热液或者冷媒等，只需保证该散热介质所能达到最大温度值会小于热源200正常工作时的温度。液冷箱20的材质可以为铜管等散热材质较好，铜的导热效果好，散热效果相对好，当然液冷箱20的材质还可以为铝，钢等材质。而该热电制冷组件30接收温差散热片的电力而产生制冷端和制热端，该制冷端可以朝向液冷箱20的顶部设置，以实现所述热电制冷组件30与所述散热介质的热交换。对于散热结构100整体而言，就是将一部分热源200散出的热量转移到热电制冷组件30的制热端输出，而热电制冷组件30的制冷端又可以帮助加速热循环。

本实用新型散热结构100的技术方案包括朝向热源200设置的温差发电片10，该温差发电片10用以接受热源200辐射的热量并转换为电能，同时还设有装载有散热介质的液冷箱20。液冷箱20底部朝向温差发电片10背离热源200的一端设置。散热介质的温度最大值低于热源200的温度。此外还设有热电制冷组件30与温差发电片10的电性连接，该热电制冷组件30朝向液冷箱20的顶部设置，以实现所述热电制冷组件30与所述散热介质的热交换。

如此在热源200稳定运行时，温差发电片10靠近热源200一端从而会形成温度较高的热端，而温差发电片10背离热源200的一端则会形成温度较低的冷端。温差发电片10在接受热源200辐射的热量后使得整体温度逐渐升高，由于液冷箱20的底部朝向温差发电片10背离热源200的一端设置，且散热介质的温度最大值低于热源200的温度，会保证温差发电片10的冷端温度会一直低于热源200的温度，从而使温差发电片10的热端和冷端确保存在一定的温差值，进而温差发电片10的冷端可以持续对热端吸收热量，为热源200进行散热，并且还可以确保温差发电片10可以有效持续供给电能到热电制冷组件30，热电制冷组件30通过接收温差发电片10所产生的电能，从而形成制冷端和制热端。当散热介质沸腾后产生的蒸汽流向液冷箱20的顶部时，该制冷端朝向液冷箱20的顶部设置，使得液冷箱20顶部的蒸汽迅速液化，重新流向液冷箱20底部，以此实现散热循环，可选地制冷端可与液冷箱20抵接。

由于温差发电片10的冷端的温度最大值低于热源200的温度，因此使得温差发电片10的热端和冷端之间保持一定的温差，进而保证散热的效率，而同时通过热电制冷装置的制冷端来使液冷箱20的散热介质的蒸汽进行液化，从而避免需要设置较大的散热面积，因此本申请的散热结构100的散热能力更强，体积更小，运行更稳定，适用于高功耗热源200的散热。

在本申请的一实施例中，结合参照图1和图2，液冷箱20包括两抵接段21和两连接段22，两抵接段21相对设置，两连接段22连接于两抵接段21，并围合形成框体结构，框体结构内形成容腔，散热介质于容腔内流动，一抵接段21抵接于温差发电片10，另一抵接段21抵接于所述热电制冷组件30。具体地，该两连接段22与两抵接段21可以为一体结构，从而保证液冷箱20整体结构的支撑强度，同时还省去了安装过程，当然两连接段22与两抵接段21也可以通过卡扣等连接方式进行连接，方便安装维修。需要说明的是，其中一抵接段21位于液冷箱20的底部，另一抵接段21位于液冷箱20的顶部，每一连接段22的两端分别连接两抵接段21，如此以形成该框体结构，该框体结构可以呈矩形状，当然也可以为其它规则形状，如弧形等。而散热介质由于重力的作用下会堆积在位于液冷箱20底部的抵接段21中，当散热介质沸腾后，沸腾产生的蒸汽会经过连接段22流向位于顶部的抵接段21内，从而再将位于顶部的抵接段21与热电制冷组件30的制冷端进行抵接，以使水蒸气遇冷重新液化而经由连接段22流向位于液冷箱20底部的抵接段21中，以此形成散热循环，同时该两连接段22和两抵接段21围合形成框体结构，从而通过框体结构使得液冷箱20与外界的接触面积增大，进而更便于液冷箱20容腔内的散热介质与外界进行散热，从而可有效地对散热介质进行降温。

进一步地，在液冷箱20的延伸方向上，连接段22的横截面积小于抵接段21的横截面积。其中，在液冷箱20的延伸方向上，可以具体沿为液冷箱20的高度方向上，通过将该连接段22的横截面积小于抵接段21的横截面积，从而确保两抵接段21分别与温差发电片10和热电制冷组件30之间的接触面积，进而保证其传导效率，同时由于连接段22主要用于连通两抵接段21以通过重新液化的水蒸气，因此为了加快重新液化的散热介质回流的速度，可缩小该连接段22的横截面积，以加快散热介质回流的流速。

在本申请的一实施例中，散热介质为水冷液。其中，由于水冷液的比热容较大，相同质量的水冷液能比其他液体带走更多的热量，吸收同样热量升高温度比其他液体要小，因此可带走热源200的更多的热量，同时水冷液的价格较为便宜，因此该散热介质可以为水冷液，当然散热介质的还可以为乙醇等，具体可根据本领域技术人员进行选择，在此不再阐述。

可选地，所述散热介质的沸点温度低于所述热源200的温度。而为了保证散热介质的温度最大值低于热源200的温度，当散热介质为散热液时，而热源200为芯片时，可以选择使散热液的沸点温度低于芯片工作时的温度，如此，当散热液温度达到沸点时温度不再上升，从而转换为蒸汽上升到液冷箱20的顶部，以此保证散热介质的温度最大值低于所述热源的温度，如此可实现液冷箱20底部朝向温差发电片10设置的一端可以持续地对温差发电片10进行吸热，进而使温差发电片10的冷端可以持续对热端吸收热量，为热源200进行散热，以保证散热效率。

在本申请的一实施例中，结合参照图1和图2，温差发电片10包括第一导电模块11和第二导电模块12，第一导电模块11和第二导电模块12的一表面相互连接，第一导电模块11朝向热源200设置，第二导电模块12朝向液冷箱20设置，热电制冷组件30的两电极端分别与第一导电模块11和第二导电模块12连接。

具体地，在实施例中，第一导电模块11和第二导电模块12可选为不同金属导体或者不同的半导体，例如铁和铜，不同的金属导体具有不同的自由电子密度或载流子密度，当两种不同的金属导体相互接触时，在接触面上的电子就会由高浓度向低浓度扩散。而电子的扩散速率与接触区的温度成正比，而可以设置第一导电模块11朝向热源200设置并与热源200抵接，第二导电模块12背向热源200设置并与液冷箱20底部抵接，从而第一导电模块11的温度会高于第二导电模块12的温度，而两导电模块若一直存在温差，就能使电子持续扩散，就可以在两块金属导体的另两个端点形成稳定的电压，从而使得温差发电片10可以持续为热电制冷组件30进行供电，进而保证热电制冷组件30可持续制冷，以保证液冷箱20的蒸汽可以不断回流，如此加速热循环，保证散热结构100的散热更加稳定可靠。

进一步地，第一导电模块11和第二导电模块12均为半导体，且第一导电模块11和第二导电模块12所采用的半导体材料不同。具体地，为了在温差的差距比较小时，温差发电件也能起到相应的作用时，则第一导电模块11和第二导电模块12可选用不同的半导体材料，例如硅和锗，或者硼和磷等，使得温差发电片10即使温差在10℃也可以产生电压，从而可有效地为热电制冷组件30进行供电，促进散热循环。

可选地，温差发电片10还包括两导热垫13，一导热垫13贴设于第一导电模块11背离第二导电模块12的表面，第一导电模块11通过一导热垫13与热源200抵接，另一导热垫13贴设于第二导电模块12背离第一导电模块11的表面，第二导电模块12通过另一导热垫13与液冷箱20底部抵接。具体地，通过设置两导热垫13分别位于温差发电片10的第一导电模块11和第二导电模块12处，从而使得温差发电片10与热源200和液冷箱20抵接散热时可以保证散热均匀，进而不仅可以保证温差发电片10对热源200的散热效率，同时还确保温差发电片10与液冷箱20之间热量的传导效率。该导热垫13可通过粘接等方式抵接固定于第一导电模块11和第二导电模块12，具体连接方式可根据本领域技术人员进行选择，在此不再阐述。

在本申请的一实施例中，结合参照图1和图2，热电制冷组件30包括N型半导体31、P型半导体32以及连接模块33，连接模块33与N型半导体31和P型半导体32电性连接，N型半导体31和P型半导体32设于连接模块33的同一侧；连接模块33用以接收温差发电片10产生的电能并传输到N型半导体31和P型半导体32，以使N型半导体31和P型半导体32背离连接模块33的一端形成制冷端，制冷端与液冷箱20的顶部抵接。需要说明的是，N型半导体31也称为电子型半导体。N型半导体31即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。P型半导体32，也称为空穴型半导体。P型半导体32即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。具体该热电制冷装置是利用帕尔帖效应的原理，该帕尔帖效应是指当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。从而该热电制冷组件30通过N型半导体31和P型半导体32以及连接模块33组合构成，当温差发电输出稳定电流供给热电致冷装置时，热电制冷组件30会形成制冷端和制热端，通过该制冷端可对液冷箱20的顶部的蒸汽进行液化，如此实现散热循环。而为了使传导更高效，可以使制冷端与液冷箱的顶部抵接。同时通过热电制冷组件30使得整个散热结构100更高效，散热能力增强，从而无需增加过大液冷箱20的顶部用于液化蒸汽的面积，可缩小液冷箱20的体积，以减小散热结构100的体积。

进一步地，散热结构100还包括变压组件40，变压组件40连接于温差发电片10和热电制冷组件30之间，以用于对温差发电片10产生的电能转换后传输到热电制冷组件30。为了保证温差发电片10所产生的电能可以稳定的供给到热电制冷组件30，从而设置变压组件40分别连接于温差发电片10和热电制冷组件30，进而使传输到热电制冷组件30的电流较为稳定，需要说明的是，该变压组件40是用来变换交流电压、电流而传输交流电能的一种静止的电器设备。它是根据电磁感应的原理实现电能传递的，就其用途可分为电能变压器、试验变压器、仪用变压器及特殊用途的变压器，具体可根据本领域技术人员进行选择，在此不再阐述。

本实用新型还提出一种散热器，该散热器包括散热结构100，该散热结构100的具体结构参照上述实施例，由于本散热器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种散热结构，其特征在于，所述散热结构包括:

温差发电片，所述温差发电片朝向热源设置，所述温差发电片用以接受所述热源辐射的热量并转换为电能；

液冷箱，所述液冷箱装载有散热介质，所述液冷箱底部朝向所述温差发电片背离所述热源的一端设置，所述散热介质的温度最大值低于所述热源的温度；及

热电制冷组件，所述热电制冷组件与所述温差发电片电性连接，所述热电制冷组件朝向所述液冷箱的顶部设置，以实现所述热电制冷组件与所述散热介质的热交换。

2.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述液冷箱包括两抵接段和两连接段，两所述抵接段相对设置，两所述连接段连接于两所述抵接段，并围合形成框体结构，所述框体结构内形成容腔，所述散热介质位于所述容腔内，一所述抵接段抵接于所述温差发电片，另一所述抵接段抵接于所述热电制冷组件。

3.如权利要求2所述的散热结构，其特征在于，在所述液冷箱的延伸方向上，所述连接段的横截面积小于所述抵接段的横截面积。

4.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述散热介质为水冷液；

且/或，所述散热介质的沸点温度低于所述热源的温度。

5.如权利要求1至4任意一项所述的散热结构，其特征在于，所述温差发电片包括第一导电模块和第二导电模块，所述第一导电模块和所述第二导电模块的一表面相互连接，所述第一导电模块朝向所述热源设置，所述第二导电模块朝向所述液冷箱设置，所述热电制冷组件的两电极端分别与所述第一导电模块和所述第二导电模块连接。

6.如权利要求5所述的散热结构，其特征在于，所述第一导电模块和所述第二导电模块均为半导体，且所述第一导电模块和所述第二导电模块所采用的半导体材料不同。

7.如权利要求5所述的散热结构，其特征在于，所述温差发电片还包括两导热垫，一所述导热垫贴设于所述第一导电模块背离所述第二导电模块的表面，所述第一导电模块通过一所述导热垫与所述热源抵接，另一所述导热垫贴设于所述第二导电模块背离所述第一导电模块的表面，所述第二导电模块通过另一所述导热垫与所述液冷箱底部抵接。

8.如权利要求1至4任意一项所述的散热结构，其特征在于，所述热电制冷组件包括N型半导体、P型半导体以及连接模块，所述连接模块与所述N型半导体和所述P型半导体电性连接，所述N型半导体和所述P型半导体设于所述连接模块的同一侧；

所述连接模块用以接收所述温差发电片产生的电能并传输到所述N型半导体和所述P型半导体，以使所述N型半导体和所述P型半导体背离所述连接模块的一端形成制冷端，所述制冷端与所述液冷箱的顶部抵接。

9.如权利要求8所述的散热结构，其特征在于，所述散热结构还包括变压组件，所述变压组件连接于所述温差发电片和所述热电制冷组件之间，以用于对所述温差发电片产生的电能转换后传输到所述热电制冷组件。

10.一种散热器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的散热结构。

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