一种具有工质导流结构的散热装置的制作方法

1.本发明属于散热装置技术领域，涉及一种具有工质导流循环结构的散热装置。

背景技术：

2.当今导散热技术，有热管技术、热柱技术、微槽相变技术等相关技术制作的散热装置。以上所有的导散热器技术都是使用了毛细现象制作散热器，热管、热柱的工质导通力较大，制造成本偏高一些。微槽相变技术工质导通力较弱，毛细现象没有热管热柱明显，而且有明显的方向性要求，相对制造工艺简单，成本较低。
3.中国专利公报公布公开了一种“热柱制造方法”(专利号：cn 101846472 b)，制造衍生出两款产品。1是“一种工矿灯散热器”(专利号：cn 203857440 u)，2是“一种组装式大功率led灯具散热器”(专利号：cn 211011275 u)。以上专利是使用热柱制造了两款散热器和具有散热需要的led灯具。该方法的缺点是：1.铜管热柱虽然是从传统细热管，创新而来，热柱的最大直径还是相对偏小，从“一种工矿灯散热器”来看，因为铜管热柱比较小，产品只能在压合更大的散热片，增加散热面积。2.使用热柱制作散热器，会产生热阻，轴套和热柱两个结构通过过盈压合而成，由于散热面积不够，需要增加散热片，又增加过盈配合，进一步产生热阻。3.从“一种组装式大功率led灯具散热器”来看，因为铜管热柱的直径无法增加那么大，只能采用多个热柱进行制造，局限性大。4.增加多个热柱后，制造费用相对增加。5.热柱本身是靠冷凝形成液滴后，再回流，热柱不按竖直方向设置时散热效果相对变差。
4.中国专利公报公开了一种“一种热管散热装置”(专利号：cn 214960711 u)，该方法的缺点是：1.制造工艺复杂，成本较高。2.散热器需要占用产品空间，需要配合额外的外观配件，不能节约材料一体化产品。
5.中国专利公报公开了一种“鳍片式散热装置”(专利号：cn 216357981 u)，该散热采用传统热管散热器。缺点是1.制造工艺复杂，成本较高。2.散热器需要占用产品空间，需要配合额外的外观配件，不能节约材料一体化产品。3.具有较高的条件约束行，产品拓展性不强。

技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种具有工质导流结构的散热装置，该装置无重力方向要求，任何方向都能达到很好散热效果。
7.为了解决以上技术问题，本发明的具有工质导流结构的散热装置，可以采用以下两种技术方案。
8.技术方案一
9.本发明的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于散热主体的传热腔内部设置工质循环结构并灌注有工质；工质循环结构为底部开口的单层圆筒结构；传热腔内的蒸发面及工质循环结构的侧壁外表面均具有毛细结构；传热腔内壁与工质循环结构的侧壁外表面间的距离为la，0.05dg≤la≤0.8dg；dg为常温常压状态下工质的理想液滴直径。
10.所述工质循环结构的侧壁内表面具有毛细结构。
11.技术方案二
12.本发明的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于散热主体的传热腔内部设置工质循环结构并灌注有工质；工质循环结构为底部开口的2-3层圆筒结构，传热腔内的蒸发面和各层侧壁外表面均具有毛细结构；传热腔内壁与第一层侧壁外表面间的距离、相邻两层侧壁之间空气间隔均大于等于0.05dg并小于等于0.8dg；dg为常温常压状态下工质的理想液滴直径。
13.所述的各层侧壁内表面均具有毛细结构。
14.所述工质循环结构具有一层顶部回流层，其上表面具有毛细结构；顶部回流层的上表面与传热腔顶面之间的距离为lb，0.05dg≤lb≤dg。
15.所述的顶部回流层的下表面具有毛细结构。
16.所述工质循环结构的具有2-3层顶部回流层，各层顶部回流层的上表面均具有毛细结构；第一层顶部回流层上表面与传热腔顶面之间的距离、相邻两层顶部回流层之间空气间隔均大于等于0.05dg并小于等于dg。
17.所述各层顶部回流层的下表面均具有毛细结构。
18.所述顶部回流层为全回流层或半回流层。
19.所述工质循环结构的各侧壁上分布有侧面过孔，各顶部回流层上分布有顶部过孔。
20.所述的工质为水、脂类、醇类液体，或者固体类工质。
21.所述的传热腔下盖的上表面为蒸发面，下表面作为热源端；热源端放置热源，热源加热工质后，工质发生相变，转化为气体，气体到达冷端，冷凝成液体；工质循环结构利用液体张力和毛细现象，使液体回流至热端。如此反复，实现热量的传递。热量通过传热腔，再通过改变散热鳍片，大部分通过对流的方式，将热源端的热量导入大气。通过改变传热腔内部压力或真空度，可以改变工质沸点，从而适应不同温度段的散热装置需求。
22.本发明有如下优点：
23.1.利用毛吸力和工质张力双重作用力作用在工质上，使工质回流到蒸发层表面上，对散热装置无重力方向要求，实现了无方向性的限制，并提升了工质回流效果，从而提高了散热效果。
24.2.可以省去外壳，实现产品一体化设计，使产品更加紧凑，节约了产品的设计空间。
25.3.可以充分使用压铸、型材等工艺制作，结构简单，制造成本更低。
26.4.因为传热结构在内部，可以使产品传热一体化，节约产品使用空间。
27.本发明可保证需要散热的热元件在长时间使用过程中的稳定性和可靠性，适用于高性能计算机、大功率激光器、大功率电力电子设备的热管理。
附图说明
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
29.图1是本发明实施例1的立体图。
30.图2是实施例1的剖视图。
31.图3是实施例1的工质导流循环结构立体图。
32.图4是实施例1的工质导流循环结构剖视图。
33.图5是实施例2的工质导流循环结构立体图。
34.图6是实施例3的工质导流循环结构俯视图。
35.图7、图8是实施例4的立体图。
36.图9是实施例4仰视图。
37.图10是实施例4的剖视图。
38.图10a是图10的a局部放大图。
39.图10b是图10的b局部放大图。
40.图11是实施例4的工质导流循环结构立体图。
41.图12是实施例5的工质导流循环结构立体图。
42.图13是本发明倾斜时的示意图。
43.图中：1.散热基板，11.过流孔，2.散热主体，21.鳍片，22.传热腔，221.下盖，222.上盖，223.密封螺丝，3.工质循环结构，31.侧壁，32.顶部回流层，33.侧面过孔，34.顶部过孔，321.开口，311.第一层侧壁，312.第二层侧壁，313.第三层侧壁，321.第一层顶部回流层，322.第二层顶部回流层。
具体实施方式
44.下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
45.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义的理解，例如，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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
48.实施例1:全回流形式
49.如图1-4所示，本发明的具有工质导流结构的散热装置包括散热主体2，工质循环结构3。
50.所述的散热主体2由型材成型，其周围分布有鳍片21，中间部分具有传热腔22；下盖221和上盖222采用双端过盈压合方式分别固定在传热腔22的底部和顶部；下盖221的上表面为蒸发面，其上具有毛细结构；上盖222中央螺纹孔连接密封螺丝223，传热腔中灌注有工质。
51.所述的工质循环结构3设置在传热腔内部，为底部开口的单层圆筒结构，其侧壁31外表面、顶部回流层32上表面均具有毛细结构；侧壁31的内表面和顶部回流层32下表面也可以具有毛细结构；侧壁上分布有侧面过孔33，顶部回流层上分布有顶部过孔34，用于增加汽态工质的流动。当侧壁31的内外表面和顶部回流层32上下表面均具有毛细结构时，散热效果优于仅侧壁31外表面、顶部回流层32上表面具有毛细结构。
52.所述的顶部回流层32为全回流层。
53.设常温常压状态下工质的理想液滴直径为dg，传热腔内壁与工质循环结构的侧壁31外表面间的距离为la，传热腔顶面与工质循环结构顶部回流层32上表面间的距离为lb，则0.05dg≤la≤0.8dg，0.05dg≤lb≤dg；σ为工质张力，ρ为工质密度，g为重力加速度。
54.实施例2：半回流层形式
55.如图5所示，本实施例与实施例1区别之处仅在于所述的工质循环结构3顶部回流层32为半回流层，半回流层为顶部周向分布的多个内边沿。
56.实施例3：半回流层形式
57.如图6所示，本实施例与实施例1区别之处仅在于所述的工质循环结构的顶部回流层32为半回流层，半回流层为全回流层中间部分加工开口321形成。
58.实施例1-3在传热腔内径为97mm，传热腔高68mm，工质为水(dg≈9.44mm)，真空度-0.095mpa，侧壁31内外表面、顶部回流层32上下表面均具有毛细结构条件下条件下的散热效果测试数据见表1。
59.全回流形式要优于半回流或无回流形式。
60.实施例1：la＝0.05dg lb＝0.05dg
61.实施例2：la＝0.8dg lb＝dg
62.实施例3：la＝0.4dg lb＝0.5dg
63.全回流形式要优于半回流或无回流形式。
64.表1
[0065][0066]
实施例4：全回流层形式
[0067]
如图7-12所示，本发明的具有工质导流结构的散热装置包括压铸成型的散热基板1，散热主体2，工质循环结构3。
[0068]
所述的散热基板1上分布多个长方形、腰形或者其他形状的过流孔11，用于增加空气的流动性。
[0069]
所述的散热主体2位于散热基板1上，两者可以压铸成型；散热主体2的周围分布有鳍片21，中间部分具有传热腔22；传热腔下盖221和传热腔上盖222采用双端过盈压合方式分别固定在传热腔22的底部和顶部；传热腔下盖221的上表面为蒸发面，其上具有毛细结构；传热腔上盖222的中央螺纹孔连接密封螺丝223，传热腔中灌注工质。
[0070]
所述的工质循环结构3设置在传热腔内部，为底部开口的多层圆筒结构，该结构具有三层侧壁和两层顶部回流层，三层侧壁的内外表面、两层顶部回流层的上下表面均具有毛细结构时，散热效果优于仅各侧壁外表面、各顶部回流层上表面具有毛细结构；三层侧壁上分布有侧面过孔33，两层顶部回流层上分布有顶部过孔34，用于增加汽态工质的流动。
[0071]
如图10a、图10b所示，设常温常压状态下工质的理想液滴直径为dg，传热腔内壁与工质循环结构的第一层侧壁311外表面间的距离为la1，工质循环结构的第一层侧壁311内表面与第二层侧壁312外表面间的距离为la2，工质循环结构的第二层侧壁312内表面与第三层侧壁313外表面间的距离为la3；传热腔顶面与工质循环结构第一层顶部回流层321上表面间的距离为lb1，工质循环结构第一层顶部回流层321下表面与第二层顶部回流层322上表面间的距离为lb2；则0.05dg≤la1≤0.8dg，0.05dg≤la2≤0.8dg，0.05dg≤la3≤0.8dg，0.05dg≤lb1＜dg，0.05dg≤lb2＜dg；σ为工质张力，ρ为工质密度，g为重力加
速度。
[0072]
实施例5：无回流层形式
[0073]
如图13所示，本实施例与实施例1区别之处仅在于所述的工质循环结构的顶部开口，无回流层。
[0074]
实施例4、5在传热腔内径为97mm，传热腔高68mm，工质为水(dg≈9.44mm)，真空度-0.095mpa，侧壁31内外表面、顶部回流层32上下表面均具有毛细结构条件下的散热效果测试数据见表2。
[0075]
实施例4：la1＝0.05dg、la2＝0.05dg、la3＝0.05dg、lb1＝0.05dg、lb2＝0.05d。
[0076]
实施例5：la1＝0.8dg、la2＝0.8dg、la3＝0.8dg、lb1＝dg、lb2＝dg。
[0077]
表2
[0078][0079]
各实施例中工质导流循环结构的材质可以为铜，毛细结构采取铜粉烧结结构、槽道结构、丝网结构制作。
[0080]
各实施例的散热主体、密封盖及密封螺丝采用材质可以为铝，密封胶圈为硅胶。
[0081]
传热腔注入工质后，使用抽真空设备，按照需要的真空度进行抽真空，最后使用可拧断密封螺丝223对传热腔进行密封处理。
[0082]
散热主体与工质导流循环结构可以通过过盈压合的方式，也可以通过焊接的方式固定。
[0083]
本发明不限于上述实施例，针对图1、图8两种结构形式，工质导流循环结构均可以为单层或多层的全回流形式、半回流形式或无回流形式。工质循环结构侧壁和顶部回流层上分布多个过孔时的散热效果优于不设置过孔。当工质循环结构侧壁和顶部回流层均为多层结构是，可以其中部分外表面和内表面具有毛细结构。
[0084]
所述的工质，在常温情况下可以是水、脂类、醇类等液体或者固体类工质。
[0085]
当散热装置倾斜角度α＜90
°
时，la对散热效果影响最大，lb对性能有提升作用，相对提升小。当散热装置倾斜角度α＞90
°
时，la和lb均对散热效果影响较大。
[0086]
对比例1～3为传热腔内部不设置工质导流循环结构时散热装置，其测试结果数据见表3(环境温度：25℃)。
[0087]
表3
[0088] 对比例1对比例2对比例3
1小时74.3℃75.1℃75.0℃24小时73.9℃74.9℃75.5℃72小时74.5℃74.3℃74.9℃144小时74.6℃74.9℃75.2℃。

技术特征：

1.一种具有工质导流结构的散热装置，其特征在于散热主体(2)的传热腔内部设置工质循环结构(3)并灌注有工质；工质循环结构(3)为底部开口的单层圆筒结构；传热腔内的蒸发面及工质循环结构(3)的侧壁(31)外表面均具有毛细结构；传热腔内壁与工质循环结构的侧壁(31)外表面间的距离为la，0.05d
g
≤la≤0.8d
g
；d
g
为常温常压状态下工质的理想液滴直径。2.根据权利要求1所述的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于所述工质循环结构(3)的侧壁(31)内表面具有毛细结构。3.一种具有工质导流结构的散热装置，其特征在于散热主体(2)的传热腔内部设置工质循环结构(3)并灌注有工质；工质循环结构(3)为底部开口的2-3层圆筒结构，传热腔内的蒸发面和各层侧壁外表面均具有毛细结构；传热腔内壁与第一层侧壁(31)外表面间的距离、相邻两层侧壁之间空气间隔均大于等于0.05d
g
并小于等于0.8d
g
；d
g
为常温常压状态下工质的理想液滴直径。4.根据权利要求3所述的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于所述的各层侧壁内表面均具有毛细结构。5.根据权利要求1或2所述的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于所述工质循环结构(3)具有一层顶部回流层(32)，其上表面具有毛细结构；顶部回流层(32)的上表面与传热腔顶面之间的距离为lb，0.05d
g
≤lb≤d
g
。6.根据权利要求5所述的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于所述的顶部回流层(32)的下表面具有毛细结构。7.根据权利要求1或2所述的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于所述工质循环结构(3)具有2-3层顶部回流层(32)，各层顶部回流层(32)的上表面均具有毛细结构；第一层顶部回流层(32)上表面与传热腔顶面之间的距离、相邻两层顶部回流层(32)之间空气间隔均大于等于0.05d
g
并小于等于d
g
。8.根据权利要求7所述的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于所述各层顶部回流层(32)的下表面均具有毛细结构。9.根据权利要求7所述的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于所述顶部回流层(32)为全回流层或半回流层。10.根据权利要求7所述的具有工质导流结构的散热装置，其特征在于所述工质循环结构(3)的各侧壁上分布有侧面过孔(33)，各顶部回流层(32)上分布有顶部过孔(34)。

技术总结

本发明涉及一种具有工质导流结构的散热装置，该装置中散热主体的传热腔内部设置工质循环结构并灌注有工质；工质循环结构为底部开口的单层或多层圆筒结构；传热腔内的蒸发面及工质循环结构的各侧壁外表面具有毛细结构；传热腔内壁与工质循环结构的侧壁外表面之间、各侧壁之间的距离大于等于0.05d

技术研发人员：

陈磊 汪洋 孙龙 刘超越 黄耀伟 尤传烨 崔余

受保护的技术使用者：

长春希达电子技术有限公司

技术研发日：

2022.07.28

技术公布日：

2022/11/29