3D相变超导散热器.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010576372.4 (22)申请日 2020.06.22 (71)申请人 深圳市鸿富诚屏蔽材料有限公司 地址 518000 广东省深圳市宝安区福永街 道凤凰社区福永东大道7号C栋一层、 二层、 三层;凤凰第一工业区华源三期 七层 (72)发明人 窦兰月唐志林贺西昌 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称 3D相变超导散热器 (57)摘要 本发明涉及热管散热器的技术领域， 尤其是 涉及一种3D相变超导散热器， 解决了现有的热管 散热。

2、器均温性差、 散热效率低、 以及受热端与散 热端因不能分离调整布局而容易造成附近的电 子元器件工作环境温度长期升高， 从而影响使用 寿命及损坏的问题。 其包括内部具有空腔且填充 有用于相变换热的液态工质的蒸发室、 连通于蒸 发室的传输管、 以及连通于传输管的第一汇流 排、 至少两个连通于第一汇流排上的支线管道、 以及连通于支线管道远离第一汇流排一端的第 二汇流排， 相邻两支线管道之间均连接有散热翅 片， 第一汇流排、 支线管道、 第二汇流排以及散热 翅片形成为一个远离蒸发室的区块化冷凝器。 本 发明受热端与散热端相远离， 有利于对电子元器 件进行保护。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 C。

3、N 111669944 A 2020.09.15 CN 111669944 A 1.一种3D相变超导散热器， 其特征在于： 包括内部具有空腔且填充有用于相变换热的 液态工质的蒸发室 （1） 、 连通于所述蒸发室 （1） 的传输管 （2） 、 连通于所述传输管 （2） 远离所 述蒸发室 （1） 一端的第一汇流排 （31） 、 至少两个连通于所述第一汇流排 （31） 上的支线管道 （32） 、 以及连通于所述支线管道 （32） 远离所述第一汇流排 （31） 一端的第二汇流排 （33） ， 相 邻两所述支线管道 （32） 之间均连接有散热翅片 （34） ， 所述第一汇流排 （31） 、 所述支线管道。

4、 （32） 、 所述第二汇流排 （33） 以及所述散热翅片 （34） 形成为一个远离所述蒸发室 （1） 的区块 化冷凝器， 所述蒸发室 （1） 内部进行抽真空处理。 2.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器， 其特征在于： 所述支线管道 （32） 为扁平 状， 所述支线管道 （32） 的扁平侧朝向所述散热翅片 （34） ， 所述散热翅片 （34） 与所述支线管 道 （32） 的扁平侧相焊接。 3.根据权利要求2所述的3D相变超导散热器， 其特征在于： 所述散热翅片 （34） 由所述第 一汇流排 （31） 向所述第二汇流排 （33） 呈波浪形弯折设置， 所述散热翅片 （34） 波浪弯折的波 幅。

5、是所述散热翅片 （34） 波浪弯折的波长的两倍以上。 4.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器， 其特征在于： 所述第一汇流排 （31） 与所述 蒸发室 （1） 之间连通有至少两个所述传输管 （2） 。 5.根据权利要求4所述的3D相变超导散热器， 其特征在于： 所述冷凝器与所述蒸发室 （1） 呈3D立体结合。 6.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器， 其特征在于： 所述蒸发室 （1） 用于贴附发 热源一面的内壁上设置有多孔毛细体 （11） 。 7.根据权利要求6所述的3D相变超导散热器， 其特征在于： 所述多孔毛细体 （11） 由金属 网叠加焊接成型或由金属粉烧结成型， 所述多孔毛细体。

6、 （11） 内部以及表面均具有相互连通 的孔隙。 8.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器， 其特征在于： 所述蒸发室 （1） 的内壁之间 连接有加强筋 （12） 。 9.根据权利要求1所述的3D相变超导散热器， 其特征在于： 所述第一汇流排 （31） 的两端 部与所述第二汇流排 （33） 的两端部之间连接有连接护件 （4） ， 所述支线管道 （32） 以及所述 散热翅片 （34） 位于两所述连接护件 （4） 之间。 10.根据权利要求8所述的3D相变超导散热器， 其特征在于： 所述连接护件 （4） 的端部设 有安装孔 （41） 。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111669944 A 。

7、2 3D相变超导散热器 技术领域 0001 本发明涉及热管散热器的技术领域， 尤其是涉及一种3D相变超导散热器。 背景技术 0002 随着对整机安全性要求的提高， 以及电子元器件运行频率越来越高， 体积越来越 小， 但发热量却越来越大， 水冷系统不仅体积大、 水泵有能耗， 且存在潜在漏水而导致系统 短路、 漏电、 甚至烧毁等隐患， 严重威胁设备安全性， 给使用人员带来生命财产威胁。 而现有 铝挤、 铲齿技术远远满足不了高热流密度的散热需求， 随着科技的发展， 热管散热器的出现 很大程度上解决了电子元器件的散热问题。 0003 热管散热器由密封管、 吸液芯和蒸气通道组成， 吸液芯环绕在密封管的管。

8、壁上， 浸 有能挥发的饱和液体， 这种液体可以是蒸馏水， 也可以是氨、 甲醇或丙酮等。 热管散热器运 行时， 其蒸发段吸收热源(功率半导体器件等) 产生的热量， 使其吸液芯管中的液体沸腾化 成蒸气， 带有热量的蒸气就从热管散热器的蒸发段向其冷却段移动， 当蒸气把热量传给冷 却段后， 蒸气就冷凝成液体， 冷凝的液体便通过管壁上吸液芯的毛细管作用返回到蒸发段， 如此重复上述循环过程不断地散热。 0004 在申请公布号为CN103591819A的中国发明专利中公开了一种整体式热管散热器， 能够有效地解决大功率电子设备中高发热密度元器件的散热问题。 该热管散热器由平板热 管与热管散热器集合而成， 平板。

9、热管与热管散热器的内部空间互相联通， 热管工质及其蒸 气在两者之间自由移动并传递热量； 平板热管的前后面板外侧用于安装发热元器件， 内侧 具有毛细槽， 内部具有贯穿前后面板的加强筋提供元器件打孔安装， 顶部具有连接座， 用于 安装固定热管散热器， 连接座上的热管安装孔大小与热管散热器的热管相适应； 热管散热 器由传热热管与套片式散热翅片组成， 也可以采用一系列热管壁与散热翅片一体化成型的 螺旋翅片热管。 相比传统的电子设备散热装置， 该热管散热器具有散热效率高、 结构紧凑、 重量轻等优势。 0005 但是现有技术相关的热管散热器未能将受热端与散热端进行分离， 散热端紧接有 控温需求的电子元器件。

10、时， 会使周围环境温度有所提高， 降低了元器件的使用寿命。 发明内容 0006 针对现有技术存在的不足， 本发明的目的是提供一种3D相变超导散热器， 其优势 在于： 散热端与受热端相远离， 散热效果好， 有利于对电子元器件进行保护。 0007 本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的： 一种3D相变超导散热器， 包括内部具有空腔且填充有用于相变换热的液态工质的蒸发 室、 连通于所述蒸发室的传输管、 连通于所述传输管远离所述蒸发室一端的第一汇流排、 至 少两个连通于所述第一汇流排上的支线管道、 以及连通于所述支线管道远离所述第一汇流 排一端的第二汇流排， 相邻两所述支线管道之间均连接有散热翅片，。

11、 所述第一汇流排、 所述 支线管道、 所述第二汇流排以及所述散热翅片形成为一个远离所述蒸发室的区块化冷凝 说明书 1/5 页 3 CN 111669944 A 3 器， 所述蒸发室内部进行抽真空处理。 0008 通过采用上述技术方案， 在使用时将发热源与蒸发室的侧面紧贴， 发热源上的热 量会传递到蒸发室上， 蒸发室内的液态工质因吸收热量而气化， 蒸气导致蒸发室内的气压 升高， 由于蒸发室以及冷凝器内部经抽真空处理， 因此蒸气会沿传输管快速流向冷凝器， 在 蒸气流经第一汇流排和支线管道时， 散热翅片会对蒸气中的热量进行散发冷却， 经冷却后 的蒸气流向第二汇流排内， 蒸气在第二汇流排内进行冷却， 。

12、然后经第二汇流排进入支线管 道， 再次经散热翅片冷却冷凝为液体进入第一汇流排， 并通过传输管回流至蒸发室内， 如此 循环不断进行散热， 第一汇流排、 支线管道、 第二汇流排以及散热翅片形成的区块化冷凝器 散热效果好， 散热效率高， 并且由于冷凝器与受热端相远离， 有利于对电子元器件进行保 护， 避免散热端与受热端距离过近而导致周围的电子元器件温度较高， 防止电子元器件损 坏。 0009 本发明进一步设置为： 所述支线管道为扁平状， 所述支线管道的扁平侧朝向所述 散热翅片， 所述散热翅片与所述支线管道的扁平侧相焊接。 0010 通过采用上述技术方案， 支线管道设为扁平状能够增大与散热翅片的接触面。

13、积， 进而提高了散热效果， 使散热翅片能够更快地将热量散掉。 0011 本发明进一步设置为： 所述散热翅片由所述第一汇流排向所述第二汇流排呈波浪 形弯折设置， 所述散热翅片波浪弯折的波幅是所述散热翅片波浪弯折的波长的两倍以上。 0012 通过采用上述技术方案， 散热翅片设为波浪形能够增大支线管道与散热翅片的焊 接面积， 进一步提高了散热效果， 并且将散热翅片波浪弯折的波幅设为散热翅片波浪弯折 的波长的两倍以上来增大散热翅片的表面积， 以便于更快地进行散热， 提高了散热效率。 0013 本发明进一步设置为： 所述第一汇流排与所述蒸发室之间连通有至少两个所述传 输管。 0014 通过采用上述技术方。

14、案， 设置至少两个传输管能够加快蒸气的传输效率， 进而提 高了散热的效率， 以便于更快地将热量散去。 0015 本发明进一步设置为： 所述冷凝器与所述蒸发室呈3D立体结合。 0016 通过采用上述技术方案， 冷凝器与蒸发室设为3D立体结合进一步使冷凝器与发热 源相远离， 有利于提高散热效果， 同时也进一步避免了冷凝器散去的热量对电子元器件造 成干扰。 0017 本发明进一步设置为： 所述蒸发室用于贴附发热源一面的内壁上设置有多孔毛细 体。 0018 通过采用上述技术方案， 当发热源的热量传递到蒸发室时， 热量会传递到多孔毛 细体上， 多孔毛细体能有效增加与蒸发室内液态工质接触的热交换面积， 从。

15、而使多孔毛细 体中吸收的液态工质快速吸收热量， 并相变为气体， 提高了散热效率， 同时多孔毛细体还具 有吸液能力， 使散热器具有抗重力能力。 0019 本发明进一步设置为： 所述多孔毛细体由金属网叠加焊接成型或由金属粉烧结成 型， 所述多孔毛细体内部以及表面均具有相互连通的孔隙。 0020 通过采用上述技术方案， 多孔毛细体的孔隙能够提高与液态工质的热交换面积， 进一步加快了散热效率。 0021 本发明进一步设置为： 所述蒸发室的内壁之间连接有加强筋。 说明书 2/5 页 4 CN 111669944 A 4 0022 通过采用上述技术方案， 加强筋能够提高蒸发室的结构强度， 避免蒸发室因内部。

16、 液态工质相变产生的压力变化而变形受损， 并且当使用工况需要较大体积的蒸发室时， 加 强筋能够使蒸发室保持良好的结构稳固性， 避免蒸发室受力变形。 0023 本发明进一步设置为： 所述第一汇流排的两端部与所述第二汇流排的两端部之间 连接有连接护件， 所述支线管道以及所述散热翅片位于两所述连接护件之间。 0024 通过采用上述技术方案， 连接护件用于对支线管道以及散热翅片进行保护， 能够 防止支线管道和散热翅片受到碰撞而损坏， 同时也能够对第一汇流排和第二汇流排的连接 进行加固， 提高了冷凝器的结构强度。 0025 本发明进一步设置为： 所述连接护件的端部设有安装孔。 0026 通过采用上述技术。

17、方案， 安装孔可用于安装风扇， 以便于对散热翅片进行风冷， 加 快散热速度。 0027 综上所述， 本发明包括以下至少一种有益技术效果： 第一汇流排、 支线管道、 第二汇流排以及散热翅片形成的区块化冷凝器散热效果好， 散 热效率高， 并且由于冷凝器与受热端相远离， 有利于对电子元器件进行保护， 避免散热端与 受热端距离过近而导致周围的电子元器件温度较高， 防止电子元器件损坏； 支线管道设为扁平状能够增大与散热翅片的接触面积， 进而提高了散热效果， 使散热 翅片能够更快地将热量散掉； 散热翅片设为波浪形能够增大支线管道与散热翅片的焊接面积， 进一步提高了散热效 果， 并且将散热翅片波浪弯折的波幅。

18、设为散热翅片波浪弯折的波长的两倍以上来增大散热 翅片的表面积， 以便于更快地进行散热， 提高了散热效率； 冷凝器与蒸发室设为3D立体结合进一步使冷凝器与受热端相远离， 有利于提高散热效 果， 同时也进一步避免了冷凝器散去的热量对电子元器件造成干扰， 也便于适配不同的安 装空间； 多孔毛细体的设置能有效增加与蒸发室内液态工质接触的热交换面积， 从而使多孔毛 细体中吸收的液态工质快速吸收热量并相变为气体， 有利于提高整体散热的能力， 同时多 孔毛细体还具有吸液能力， 使散热器具有抗重力能力。 附图说明 0028 图1是本发明的示意图； 图2是本发明的剖面示意图； 图3是冷凝器的结构示意图。 002。

19、9 图中， 1、 蒸发室； 11、 多孔毛细体； 12、 加强筋； 2、 传输管； 31、 第一汇流排； 32、 支线 管道； 33、 第二汇流排； 34、 散热翅片； 4、 连接护件； 41、 安装孔。 具体实施方式 0030 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。 0031 参照图1， 为本发明公开的一种3D相变超导散热器， 包括内部具有空腔且填充有用 于相变换热的液态工质的蒸发室1、 连通于蒸发室1的传输管2、 连通于传输管2远离蒸发室1 一端的第一汇流排31、 至少两个连通于第一汇流排31上的支线管道32、 以及内部具有空腔 说明书 3/5 页 5 CN 111669944 A 5 且。

20、连通于支线管道32远离第一汇流排31一端的第二汇流排33。 相邻两支线管道32之间均安 装有散热翅片34， 第一汇流排31、 支线管道32、 第二汇流排33以及散热翅片34形成为一个远 离蒸发室1的区块化冷凝器， 蒸发室1、 传输管2以及冷凝器构成连通的3D空腔传热网络系 统， 蒸发室1内填充完液态工质后经高真空度抽真空处理并进行焊接密封， 使蒸发室1、 传输 管2、 第一汇流排31、 支线管道32以及第二汇流排33构成的整个3D空腔传热网络系统内部形 成负压。 0032 在使用时将发热源与蒸发室1的贴附面紧贴， 发热源上的热量会传递到蒸发室1， 蒸发室1内的液态工质因吸收热量而气化， 蒸气导。

21、致蒸发室1内的气压升高， 由于整个3D空 腔传热网络系统经抽真空处理， 因此蒸气会沿传输管2快速流向冷凝器， 在蒸气流经第一汇 流排31和支线管道32时， 蒸气的热量会传导至散热翅片34并与空气进行热交换， 将热量释 放到周围环境中， 初次冷却的蒸气继续流向第二汇流排33内并经第二汇流排33进入支线管 道32， 然后再次经散热翅片34冷却冷凝为液体进入第一汇流排31， 并通过传输管2回流至蒸 发室1内， 如此循环不断进行散热。 0033 第一汇流排31、 支线管道32、 第二汇流排33以及散热翅片34形成的区块化冷凝器 散热效果好， 散热效率高， 并且由于冷凝器与受热端相远离， 进而避免了冷凝。

22、器散去的热量 再次回流到电子元器件， 有利于对电子元器件进行保护， 避免散热端与受热端距离过近而 导致周围的电子元器件温度较高， 防止电子元器件损坏。 另外受热端与散热端通过传输管2 相连通， 方便根据工况使散热器的受热端与散热端随电子元器件机箱内部布局而进行位置 调整， 有利于整机控温。 0034 参照图2， 蒸发室1用于贴附发热源一面的内壁上设有多孔毛细体11， 多孔毛细体 11由多层金属丝网叠加焊接成型或由金属粉体烧结成型， 本实施例中多孔毛细体11为铜粉 烧结成型， 在其它实施例中， 多孔毛细体11还可以由不锈钢粉或者铝粉烧结成型或通过多 层叠加的金属网焊接/烧结成型。 带多孔毛细体1。

23、1的蒸发室1与发热源紧密接触， 能够有效 控制并降低吸热区域的接触热阻， 当发热源的热量传递到蒸发室1时， 热量会传递到多孔毛 细体11上， 多孔毛细体11能有效增加与蒸发室1内液态工质接触的热交换面积， 从而使多孔 毛细体11中吸收的液态工质快速吸收热量， 并相变为气体， 热量通过气化的工质快速传导 到冷凝器上的散热翅片34并与空气进行热交换， 将热量释放到周围环境中， 工质释放热量 后冷凝并回流到蒸发室1内的多孔毛细体11上， 从而形成高效的3D循环热量交换系统。 0035 通过多孔毛细体11与液态工质配合可有效降低电子元器件的芯片Tcase温度， 保 护器件正常运行。 另外蒸发室1内部的。

24、多孔毛细体11使散热器内的液体工质具有抗重力的 能力， 安装时可根据工况调整传输管2的安装方式， 使受热端可水平使用， 也可垂直使用， 便 于多工况下安装使用。 0036 液态工质采用绝缘性液体以保证使用安全性， 本实施例中， 液态工质为氟化液， 氟 化液不仅散热效果好， 而且具有良好的绝缘性能， 无漏电短路的风险。 0037 参照图3， 为了增大支线管道32与散热翅片34的接触面积， 提高散热效果， 本实施 例中将支线管道32设为扁平状， 相邻两支线管道32的扁平侧相对设置且相互平行， 每个支 线管道32的扁平侧均朝向散热翅片34。 0038 散热翅片34由第一汇流排31向第二汇流排33呈波。

25、浪形弯折设置， 散热翅片34波浪 弯折的波幅是散热翅片34波浪弯折的波长的两倍以上， 散热翅片34的弯折处与支线管道32 说明书 4/5 页 6 CN 111669944 A 6 的扁平侧相焊接。 散热翅片34设为波浪形能够增大支线管道32与散热翅片34的焊接面积， 进一步提高了散热效果， 使散热翅片34能够更快地将热量散掉， 并且将散热翅片34波浪弯 折的波幅设为散热翅片34波浪弯折的波长的两倍以上来增大散热翅片34的表面积， 以便于 更快地进行散热， 提高了散热效率。 0039 参照图1， 第一汇流排31与蒸发室1之间连通有至少两个传输管2， 本实施例中传输 管2的数量为两个且两传输管2相。

26、互平行， 通过设置两个传输管2能够加快蒸气的传输效率， 进而提高了散热效率， 以便于更快地将热量散去。 0040 本实施例中， 支线管道32与传输管2相垂直， 进而使第一汇流排31、 支线管道32、 第 二汇流排33以及散热翅片34形成的区块化冷凝器与蒸发室1呈3D立体结合， 即冷凝器与蒸 发室1不排列在同一平面上， 以便于进一步使冷凝器与受热端相远离， 有利于提高散热效 果， 同时也进一步避免了冷凝器散去的热量回流到电子元器件而导致电子元器件的性能弱 化。 0041 参照图2， 蒸发室1内焊接有加强筋12， 加强筋12的两端分别焊接于蒸发室1两贴附 面内壁的中部， 加强筋12能够提高蒸发室1。

27、的结构强度， 避免蒸发室1因内部液态工质相变 产生的压力变化而变形受损， 并且当使用工况需要较大体积的蒸发室1时， 加强筋12能够使 蒸发室1保持良好的结构稳固性， 避免蒸发室1受力变形。 0042 参照图1和图3， 第一汇流排31的两个端部与第二汇流排33的两个端部之间分别连 接有一连接护件4， 支线管道32以及散热翅片34均位于两连接护件4之间。 连接护件4用于对 支线管道32以及散热翅片34进行保护， 以防止支线管道32和散热翅片34受到碰撞而损坏， 同时也能够对第一汇流排31和第二汇流排33的连接进行加固， 提高了冷凝器的结构强度。 0043 每个连接护件4的两个端部均开设有一个安装孔。

28、41， 使用时可使用螺栓或者销轴 与安装孔41配合安装风扇， 通过风扇对散热翅片34进行强制风冷， 以加快散热速度， 由于冷 凝器内部相互连通， 在强制风冷的情况下冷凝器上各点的温差依然能保持在5以内。 0044 本实施例的实施原理为： 通过设置传输管2使第一汇流排31、 支线管道32、 第二汇 流排33以及散热翅片34形成的区块化冷凝器与蒸发室1以及发热源相远离， 在使用时将发 热源与蒸发室1的贴附面紧贴， 发热源上的热量会传递到蒸发室1， 蒸发室1内的液态工质因 吸收热量而气化， 蒸气导致蒸发室1内的气压升高， 由于蒸发室1、 传输管2、 第一汇流排31、 支线管道32以及第二汇流排33构。

29、成的3D空腔传热网络系统内部经抽真空处理， 因此蒸气会 沿传输管2快速流向冷凝器， 在蒸气流经第一汇流排31和支线管道32时， 蒸气的热量会传导 至散热翅片34并与空气进行热交换， 将热量释放到周围环境中， 部分较热的蒸气经支线管 道32流向第二汇流排33内， 第二汇流排33与各支线管道32相连通并均匀分配支线管道32内 蒸气的热量， 蒸气经第二汇流排33进入较冷的支线管道32后再次经散热翅片34冷却冷凝为 液体进入第一汇流排31， 通过传输管2回流至蒸发室1的多孔毛细体11内， 如此循环不断进 行散热， 形成闭环循环系统。 第一汇流排31、 支线管道32、 第二汇流排33以及散热翅片34形 。

30、成的区块化冷凝器散热效果好， 散热效率高， 并且由于冷凝器与受热端以及发热源相远离， 进而避免了冷凝器散去的热量再次回流到电子元器件而导致电子元器件损坏， 有利于对电 子元器件进行保护。 0045 本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例， 并非依此限制本发明的保护 范围， 故： 凡依本发明的结构、 形状、 原理所做的等效变化， 均应涵盖于本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 111669944 A 7 图1 说明书附图 1/3 页 8 CN 111669944 A 8 图2 说明书附图 2/3 页 9 CN 111669944 A 9 图3 说明书附图 3/3 页 10 CN 111669944 A 10 。