CN112512264B - 一种散热装置及散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热装置，包括：蒸发器，冷凝管以及翅片组。所述蒸发器内设有第一毛细芯和第二毛细芯。至少有一根所述冷凝管与所述蒸发器有至少两个连通口。在每根与所述蒸发器至少有两个所述连通口的所述冷凝管的至少一个所述连通口处有所述第二毛细芯，以阻止气态工质穿过该所述连通口，相反的，在该所述冷凝管与所述蒸发器的剩余所述连通口处无所述第二毛细芯。所述翅片组敷设在所述冷凝管的外部。本发明散热装置能够克服均温板和热管的缺陷，具有散热能力大，散热效率高，简单可靠的优点，为电力电子产品日益严峻的散热问题提供了更先进的解决方案。此外，本发明还公开了一种使用上述散热装置的散热系统。

Description

一种散热装置及散热系统

技术领域

本发明属于散热技术领域，涉及一种散热装置及散热系统。

背景技术

风冷散热装置以简单、可靠、价低等优势，在电力电子散热领域应用广泛。但是随着大数据、AI、物联网等产业的快速发展，硬件集成电路的功耗越来越大，发热量和热流密度也越来越大。传统的风冷散热装置如热管散热器、均温板的散热能力较小，越来越不能满足目前电子设备的散热需求。而液冷系统复杂，故障频率高，且存在漏液风险，使用受限。因此，目前电子设备亟需一种更高效可靠的散热装置。

发明内容

为了解决当前电力电子设备散热困难的问题，本发明提出了一种散热装置及散热系统，能够克服均温板和热管的固有技术缺陷，具有散热能力大、效率高、体积小、使用方便等优点，而且继承了风冷散热装置简单、可靠、价低的优点，为电力电子产品日益严峻的散热问题提供了更先进的解决方案。

为了解决上述问题，本发明提供一种散热装置。本发明还提供一种使用该散热装置的散热系统。

本发明采用如下技术方案：

一种散热装置，包括：蒸发器，冷凝管以及翅片组，其特征在于：

所述蒸发器包括底板和上盖，所述底板和所述上盖焊接形成蒸发器腔体，所述蒸发器腔体内设有第一毛细芯和第二毛细芯，所述第一毛细芯为粉末制成的多孔结构并且与所述底板位于所述蒸发器腔体侧的表面冶金结合在一起，所述第二毛细芯在所述上盖位于所述蒸发器腔体侧的表面，所述第一毛细芯与所述第二毛细芯直接和/或间接地连接在一起。

所述冷凝管位于所述蒸发器的外部，所有所述冷凝管均与所述蒸发器连通，至少有一根所述冷凝管与所述蒸发器有至少两个连通口，在每根与所述蒸发器至少有两个所述连通口的所述冷凝管的至少一个所述连通口处有所述第二毛细芯，以阻止气态工质穿过该所述连通口，相反的，在该所述冷凝管与所述蒸发器的剩余所述连通口处无所述第二毛细芯。

所述翅片组热耦合连接于所述冷凝管的外部。

可选的，所述第一毛细芯上有向所述第二毛细芯凸起部分以直接连接所述第二毛细芯和/或所述第二毛细芯上有向所述第一毛细芯凸起部分以直接连接所述第一毛细芯。

可选的，所述蒸发器内有毛细支撑结构，所述毛细支撑结构分别与所述第一毛细芯和所述第二毛细芯直接连接，以实现所述第一毛细芯和所述第二毛细芯通过所述毛细支撑结构间接连接在一起。

可选的，所述第一毛细芯为等厚度或不等厚度的连续的整块芯体。

可选的，所述第一毛细芯为等厚度或不等厚度的不连续的多块芯体，并且，每一块所述第一毛细芯均与所述第二毛细芯直接和/或间接地连接在一起。

可选的，所述冷凝管与所述蒸发器的所述连通口可位于所述蒸发器的所述上盖的上壁或侧壁中的任意一种或者两种的组合。

可选的，所述上盖为板材加工制成，所述底板与所述上盖焊接结合，所述冷凝管与所述蒸发器的所述连通口位于所述底板与所述上盖焊接结合处。

可选的，在所述冷凝管与所述蒸发器的具有所述第二毛细芯的所述连通口处，还设置毛细隔离结构，所述毛细隔离结构与所述第二毛细芯直接连接在一起。

可选的，所述冷凝管为光管。

可选的，所述冷凝管内沿所述冷凝管长度方向有第三毛细芯，所述第三毛细芯的横截面占据所述冷凝管的部分流通面积。

可选的，所述第二毛细芯、所述第三毛细芯、所述毛细支撑结构以及所述毛细隔离结构，均为毛细结构，可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。

本发明还提供一种散热系统，包括上述任一种所述的散热装置。

可选的，热源通过导热材料和/或传热元件与所述散热装置的所述蒸发器的所述底板和/或所述上盖进行热耦合连接，所述传热元件优选热管。

可选的，多个所述散热装置的所述蒸发器的所述底板和/或所述上盖通过导热材料和/或传热元件进行热耦合连接，所述传热元件优选热管。

本发明的有益效果：

(1)、本发明可增大蒸发器与热源的有效接触面积，提高热源温度均匀性，缩短热量从热源至工质汽化处的传热路径，增强蒸发器换热能力。

(2)、本发明中所有冷凝管在工质同一饱和压力下工作，增强了传热效率；减小了工质循环流通阻力，增大了传热能力。因此，本发明散热装置具有很高的热量传输效率和传输能力。

(3)、本发明中冷凝管可比热管更长，敷设更多数量的翅片，散热面积大；所述冷凝管可以比热管有更小的弯曲半径，从而保证冷凝管在翅片组中的分布更均匀、更合理，增强了翅片的等温性，因此，本发明散热装置在散热端也拥有相对更好的散热效率。

综上所述，本发明散热装置散热能力大，高效，克服了传统风冷散热装置热管和均温板的固有缺陷，并且简单、可靠、使用方便。本发明散热装置及散热系统为电力电子产品日益严峻的散热问题提供了更先进的解决方案，具有较大的经济价值。

附图说明

图1为本发明一种散热装置的第一实施例的截面图；

图2为本发明一种散热装置的第二实施例的截面图；

图3为本发明一种散热装置的第三实施例的截面图；

图4为本发明一种散热装置的第四实施例的截面图；

图5为本发明一种散热装置的第五实施例的截面图；

图6为本发明一种散热装置的第六实施例的截面图；

图6a为本发明一种散热装置的第六实施例中第三毛细芯与冷凝管的相对位置的截面图；

图7为本发明一种散热装置的第七实施例的截面图；

图8为应用本发明散热装置的一种散热系统的实施例的结构示意图。

以上图中：1-蒸发器，2、2a、2b-冷凝管，3-翅片组，4-毛细隔离结构，5-充液口，6-第三毛细芯，11-蒸发器底板，12-蒸发器上盖，13-第一毛细芯，14-第二毛细芯，15-毛细支撑结构，100a、100b、100c-本发明散热装置，200a、200b-热管，A、B、C、D-热源。

具体实施方式

在以下具体实施方式中，参考了形成本文的一部分的附图，其中在整个说明书中，相似的附图标记表示相似的部分，并且其中通过举例说明的方式示出了可以实践本发明的主题内容的实施例。

出于本公开内容的目地，术语“A和/或B”，表示(A)、(B)或(A和B)。

本文中，“一根冷凝管”是指以冷凝管与蒸发器的连通口为边界，所有不经过蒸发器而能实现相互连通的连通口所围成的冷凝管为一根冷凝管。所以，一根冷凝管可以有多个与蒸发器内部连通的连通口。

本文中，术语“连接”指两个物体通过外力作用接触在一起或者通过冶金结合形成不可自动分离的整体。

如图1所示为本发明一种散热装置的第一实施例的截面图。其包括蒸发器1、多根冷凝管2、翅片组3、毛细隔离结构4和充液管5。蒸发器1包括底板11和上盖12，底板11和上盖12焊接，其内部空间形成蒸发器腔体。蒸发器腔体内有第一毛细芯13和第二毛细芯14。第一毛细芯13为粉末制成的多孔结构并且与底板11位于蒸发器腔体侧的表面冶金结合。第二毛细芯14设置在上盖12的上壁位于蒸发器腔体侧的表面。第一毛细芯13为等厚度的整块毛细芯体，且第一毛细芯13上有向第二毛细芯14方向凸起的部分用以直接连接第二毛细芯14。毛细隔离结构4和第二毛细芯14可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。翅片组3敷设在冷凝管2上。每根冷凝管2与蒸发器1有两个连通口，两个连通口均位于上盖12的上壁，一个连通口直接与蒸发器1腔体连通，另一个连通口处有毛细隔离结构4和第二毛细芯14，阻止气态工质通过该连通口。毛细隔离结构4和第二毛细芯14连接。

具体工作原理：通过充液管5对蒸发器1抽真空，充注工质后进行焊接密封。蒸发器1与热源接触，蒸发器1内的工质在第一毛细芯13处汽化。由于毛细隔离结构4和第二毛细芯14的毛细压差作用，致使产生的蒸汽无法穿透毛细隔离结构4和第二毛细芯14所在的连通口(以下简称液端)而被迫从无毛细结构的连通口(以下简称汽端)进入冷凝管2。蒸汽在冷凝管2中通过翅片组3对外放热后逐渐冷凝，冷凝液体在蒸汽携带和压差作用下回流至液端。由于工质在第一毛细芯13处汽化后形成毛细压差，致使第一毛细芯13的液体侧具有比冷凝管2的液端相对低的压力，该压差引导液体通过毛细隔离结构4，经由第二毛细芯14返回至第一毛细芯13内。如此循环，热量便从热源散至环境中。

如图2所示为本发明一种散热装置的第二实施例的截面图。其蒸发器1腔体内有第一毛细芯13、第二毛细芯14和毛细支撑结构15。第一毛细芯13为不等厚度的整块毛细芯体。毛细支撑结构15分别与第一毛细芯13和第二毛细芯14直接连接。因此第一毛细芯13通过毛细支撑结构15与第二毛细芯14实现间接连接。第二毛细芯14和毛细支撑结构15可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。每根冷凝管2与蒸发器1有两个连通口，两个连通口均位于上盖12的上壁，一个连通口直接与蒸发器1腔体连通，另一个连通口处有第二毛细芯14，以阻止气态工质通过该连通口。本实施例其他部分的结构及工作原理同本发明第一实施例，不再赘述。

如图3所示为本发明一种散热装置的第三实施例的截面图。其蒸发器1腔体内有第一毛细芯13、第二毛细芯14和毛细支撑结构15。第一毛细芯13为不等厚度的多块毛细芯体。其中一块第一毛细芯13上有向第二毛细芯14凸起的部分直接连接第二毛细芯14。另一块第一毛细芯13通过毛细支撑结构15与第二毛细芯14间接连接在一起。第二毛细芯14和毛细支撑结构15可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。本实施例中第一毛细芯13为不等厚度的多块毛细芯体，多块第一毛细芯13可以对应同一个热源，或者对应多个热源进行散热，本实施例散热装置特别适用于多个热源且位置靠近的情况。本实施例其他部分的结构及工作原理同本发明第二实施例，不再赘述。

如图4所示为本发明一种散热装置的第四实施例的截面图。其包括蒸发器1、冷凝管2a和2b、翅片组3、毛细隔离结构4以及充液管5。冷凝管2a与蒸发器1有两个连通口，两个连通口均位于上盖12的上壁，一个连通口直接与蒸发器1腔体连通，另一个连通口处有毛细隔离结构4和第二毛细芯14。冷凝管2b与蒸发器1有三个连通口，三个连通口均位于上盖12的上壁，其中两个连通口直接与蒸发器1腔体连通，另一个连通口处有毛细隔离结构4和第二毛细芯14。毛细隔离结构4和第二毛细芯14连接。本实施例其他部分的结构同本发明第一实施例，不再赘述。

具体工作原理：通过充液管5对蒸发器1抽真空，充注工质后进行焊接密封。蒸发器1与热源接触，蒸发器1内的工质在第一毛细芯13处汽化。由于毛细隔离结构4和第二毛细芯14的毛细压差作用，致使产生的蒸汽无法穿透毛细隔离结构4和第二毛细芯14所在的连通口(以下简称液端)而被迫从冷凝管2a和冷凝管2b的无毛细结构的连通口(以下简称汽端)分别进入冷凝管2a和2b。蒸汽在冷凝管2a和2b中通过翅片组3对外放热后逐渐冷凝，冷凝液体在蒸汽携带和压差作用下回流至液端。另一方面，工质在第一毛细芯13处汽化后形成毛细压差，致使第一毛细芯13液体侧具有比冷凝管2a和2b的液端相对低的压力，该压差引导液体通过毛细隔离结构4，经由第二毛细芯14返回至第一毛细芯13内。如此循环，热量便从热源散至环境中。

如图5所示为本发明一种散热装置的第五实施例的截面图。其包括蒸发器1、冷凝管2、翅片组3以及充液管5。蒸发器1包括底板11和上盖12，底板11和上盖12焊接，其内部空间形成蒸发器腔体。蒸发器腔体内有第一毛细芯13和第二毛细芯14。第一毛细芯13为粉末多孔结构并且与底板11位于蒸发器腔体侧的表面冶金结合。第一毛细芯13为等厚度的整块毛细芯体。第二毛细芯14可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。冷凝管2与蒸发器1有两个连通口，两个连通口对称地分布于上盖12的两侧壁上。一个连通口直接与蒸发器1腔体连通，另一个连通口处有第二毛细芯14，以阻止气态工质通过该连通口。此处的第二毛细芯14由蒸发器上盖上壁的第二毛细芯14延伸而来，且一直延伸至与第一毛细芯13连接。本实施例的工作原理与本发明一种散热装置的第一实施例的工作原理相同，不再赘述。

如图6所示为本发明一种散热装置的第六实施例的截面图。其包括蒸发器1、多根冷凝管2、翅片组3、毛细隔离结构4、充液管5以及第三毛细芯6。每根冷凝管2内有第三毛细芯6。第三毛细芯6的一端与毛细隔离结构4冶金结合。毛细隔离结构4与第二毛细芯14冶金结合。第二毛细芯14、毛细隔离结构4以及第三毛细芯6可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。如图6a所示，第三毛细芯6的横截面占据冷凝管2的部分流通面积，可以是沿冷凝管2内壁的一个圆环；或者是沿冷凝管2内壁的一个圆弧段；或者占据冷凝管2横截面的任意部分，不与冷凝管2的内壁接触。本实施例其他部分的结构同本发明第一实施例，不再赘述。

具体工作原理：由于电子器件具体使用中，通常方位不确定，即热源空间朝向不同。当本发明散热装置倾斜或者倒置使用时，液态工质由于重力作用聚集在散热装置底部。特别在倒置情况下，液态工质聚集在冷凝管2的水平管段内，而蒸发器1内的第一毛细芯13处无液态工质，散热装置将无法启动。本实施例中冷凝管2内的第三毛细芯6可以将液态工质经由毛细隔离结构4、第二毛细芯14引至第一毛细芯13，使第一毛细芯13充分浸润，以保证启动。本实施例的基本工作原理同前所述，不再赘述。

如图7所示为本发明一种散热装置的第七实施例的截面图。其包括蒸发器1、冷凝管2、翅片组3、毛细隔离结构4以及充液管5。蒸发器1内部的毛细结构同本发明第一实施例，不再赘述。蒸发器1的上盖12部分凸起，凸起部分连通冷凝管2。冷凝管2与蒸发器1有三个连通口，其中，与蒸发器1凸起部分的连通口处无任何毛细结构，另两个连通口处均有毛细隔离结构4和第二毛细芯14。本实施例其他部分的结构和工作原理同本发明第一实施例，不再赘述。本实施例中，气态工质从蒸发器1的一端进入冷凝管2，到达蒸发器1的另一端，在其上部的冷凝2内冷凝。本实施例特别适用于热源正上方空间狭小的情况，可以将热量传输至热源外部空间较大的位置进行散热。

如图8所示为应用本发明散热装置的一种散热系统的实施例的结构示意图。如图所示，有四个热源，热源A、热源B、热源C和热源D。其中热源A、热源B和热源C热负荷较大，均通过本发明散热装置散热，对应标注分别为100A，100B和100C。热源D发热功率较小且与热源A有一定距离，所以，通过热管200a将热源D的发热量传输至散热装置100A的蒸发器上盖，再通过散热装置100A将该热量排散掉。热源B和热源C的峰值发热功率不一定同时出现，为了充分利用散热装置100B和100C的冷却资源，通过热管200b将散热装置100B和100C的上盖进行热耦合连接，使热源发热功率低的散热装置分担另一个发热功率高的热源的一部分热负荷，且能提高两个热源的等温性。热管200a和200b均可以包含一根或多根热管。200a和200b也可以用其他高效传热元件或高导热率材料替代。

综合本发明散热装置的上述实施例所述，本发明散热装置采用工质单向循环流动的方式传输热量，克服了热管和均温板散热的缺陷，能够更好地适应高功率、高效率的散热需求。且本发明散热装置结构紧凑、性能可靠、使用灵活、成本低，为电力电子产品日益严峻的散热问题提供了更先进的解决方案，具有较大的经济价值。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种散热装置，包括：蒸发器，冷凝管以及翅片组，其特征在于：

所述蒸发器包括底板和上盖，所述底板和所述上盖焊接形成蒸发器腔体，所述蒸发器腔体内设有第一毛细芯和第二毛细芯，所述第一毛细芯为粉末制成的多孔结构并且与所述底板位于所述蒸发器腔体侧的表面冶金结合在一起，所述第二毛细芯在所述上盖位于所述蒸发器腔体侧的表面，所述第一毛细芯与所述第二毛细芯直接和/或间接地连接在一起；

所述冷凝管位于所述蒸发器的外部，所有所述冷凝管均与所述蒸发器连通，至少有一根所述冷凝管与所述蒸发器有至少两个连通口，在每根与所述蒸发器至少有两个所述连通口的所述冷凝管的至少一个所述连通口处有所述第二毛细芯，以阻止气态工质穿过该所述连通口，相反的，在该所述冷凝管与所述蒸发器的剩余所述连通口处无所述第二毛细芯；

所述翅片组热耦合连接于所述冷凝管的外部。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述第一毛细芯上有向所述第二毛细芯凸起部分以直接连接所述第二毛细芯和/或所述第二毛细芯上有向所述第一毛细芯凸起部分以直接连接所述第一毛细芯。

3.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述蒸发器内有毛细支撑结构，所述毛细支撑结构分别与所述第一毛细芯和所述第二毛细芯直接连接，以实现所述第一毛细芯和所述第二毛细芯通过所述毛细支撑结构间接连接在一起。

4.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述第一毛细芯为等厚度或不等厚度的连续的整块芯体。

5.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述第一毛细芯为等厚度或不等厚度的不连续的多块芯体，并且，每一块所述第一毛细芯均与所述第二毛细芯直接和/或间接地连接在一起。

6.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述冷凝管与所述蒸发器的所述连通口可位于所述蒸发器的所述上盖的上壁或侧壁中的任意一种或者两种的组合。

7.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述上盖为板材加工制成，所述底板与所述上盖焊接结合，所述冷凝管与所述蒸发器的所述连通口位于所述底板与所述上盖焊接结合处。

8.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

在所述冷凝管与所述蒸发器的具有所述第二毛细芯的所述连通口处，还设置毛细隔离结构，所述毛细隔离结构与所述第二毛细芯连接在一起。

9.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述冷凝管为光管。

10.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述冷凝管内沿所述冷凝管长度方向有第三毛细芯，所述第三毛细芯的横截面占据所述冷凝管的部分流通面积。

11.根据权利要求1、2、3、5、8或10所述的散热装置，其特征在于：

所述第二毛细芯为毛细结构，可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。

12.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于：

所述毛细支撑结构为毛细结构，可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。

13.根据权利要求8所述的散热装置，其特征在于：

所述毛细隔离结构为毛细结构，可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。

14.根据权利要求10所述的散热装置，其特征在于：

所述第三毛细芯为毛细结构，可以由丝网、泡沫金属、金属毡、纤维束、金属粉末烧结多孔结构中的一种或几种构成。

15.一种散热系统，其特征在于：

包括根据权利要求1-14任一项所述的散热装置。

16.根据权利要求15所述的散热系统，其特征在于：

热源通过导热材料和/或传热元件与所述散热装置的所述蒸发器的所述底板和/或所述上盖进行热耦合连接。

17.根据权利要求16所述的散热系统，其特征在于：

所述传热元件为热管。

18.根据权利要求15所述的散热系统，其特征在于：

多个所述散热装置的所述蒸发器的所述底板和/或所述上盖通过导热材料和/或传热元件进行热耦合连接。

19.根据权利要求18所述的散热系统，其特征在于：

所述传热元件为热管。