专利名称：孔氏散热法的制作方法
技术领域：
本发明称之为孔氏散热法，是一项新型的散热法，能够应用于任何领域。
背景技术：
发热件普遍存在于各行各业，大多数发热件对温度的升高都有一定的极限容忍 度，若温度过高会引起热停机、热损坏，有时甚至会导致爆炸，所以发热件的散热问题直接 决定发热件的稳定性和可靠性。目前，经典的散热法有五种强风散热、风扇散热，铜管/铜 排散热、冷风散热和水循环散热；强风散热需要发热件高速运动而由高速气流带走发热件 的热量，缺点是可持续性不好，跑一段时间必须停下来降降温如摩托车的发动机；风扇散热 最为普遍，用风扇强吹发热件而带走热量，缺点是风扇要耗电且发出噪音如空调；铜管/铜 排散热是利用紫铜导热率较高的特点而快速散热，造价较高且散热效率不高，比如配置较 高的笔记本电脑；冷风散热是营造较低的环境温度，加速发热件散热面的热交换而实现散 热，缺点是制冷要耗电；水循环散热是把热量由循环水带走，缺点是循环系统结构复杂造价 昂贵，循环动力需要电能驱动。
发明内容
本发明是为克服上述五种散热法的缺点而提出的一项技术解决方案。本发明的目的和优点，是提出一项静音、节能、廉价、简单、可靠的新型散热法，服 务于社会。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
图1是本发明基本散热器组成示意图。图2是本发明面向微电子领域的大功率单芯片散热器安装示意图。图3是本发明面向微电子领域的大功率多芯片散热器之一安装示意图。图4是本发明面向微电子领域的大功率多芯片特殊散热器之二分解示意图。图5是本发明面向微电子领域的大功率多芯片特殊散热器之三分解示意图。图6是本发明面向家电领域的压缩制冷系统和空调室外机示意图。图7是本发明面向家电领域的甲型冷凝器示意图。图8是本发明面向家电领域的乙型冷凝器示意图。图9是本发明面向家电领域的乙型冷凝器截面示意图。图10是本发明面向军工领域的坦克整机散热器示意图。说明如下1发热件 2导热板 3盖板 4敞口水箱5大功率芯片6电路板 7螺丝 8强力风扇9压缩机 10膨胀阀 11蒸发器12冷凝器
13管道14空调室外机15异型铝合金水箱16C型封闭铝合金水箱
具体实施方案请参照图1本发明基本散热器组成示意图，实例为小功率散热器。在本图1中，上图是实物图，下图是截面图。该散热器最基本是由一导热板2和一 敞口水箱4组成，二者是由高导热率金属材料制成，都经过表面处理如表面氧化而绝缘；发 热件1固定在盖板3上，3上有四个带螺母的孔，2上有六个孔，其中靠上的两孔嵌有螺母，4 有左右延伸底边沿和向下延伸板，边沿上都冲有两螺丝孔，延伸板上拥有两冲孔；在空间分 布上，4在上，发热件1紧贴导热板2，用螺丝把3和2固定在一起，2用螺丝固定在4的伸 出板上，所有接触面都涂有导热硅脂，向4内添加冷却液如水；散热原理是1产生的热量， 经2导向4，2和4的表面会以热辐射和自然对流的形式散发热量，4中的冷却液如水会吸收 热量而升温，冷却液如水又会蒸发汽化吸收大量热量而使之降温；产生的热量，传导、散发、 吸收、蒸发的热量会实现平衡而稳定在某一温度，该温度称为平衡温度，它是发热件1散热 面、导热板2、敞口水箱4和冷却液如水的温度，它与敞口水箱4的体积和冷却液如水的质量 成正变，它与气温、气压、风速和湿度相关，气温越高，气压越低、风速越快、湿度越大，它则 越低，反之则它越高；该散热器平衡温度很接近环境温度。特别要强调的是，导热板2可以 是各种各样，但2与水箱1底的连接必须保证热量的传递首先是传导给箱底。蒸发汽化会吸收很多热量，以水为例，水的汽化热是2. 266kw/g,即1克水蒸发汽 化会吸收2. 266千瓦的热量，水的成本几乎为零；所以较强风散热、风扇散热，铜管/铜排散 热、冷风散热和水循环散热，该散热器拥有更高的散热效率和更低的成本，非常适合特殊领 域如军工用途无噪音、低红外特征和低成本，而且表面绝缘。请参照图2本发明面向微电子领域的大功率单芯片散热器安装示意图，实例为大 功率单芯片的散热器。本图是两幅截面图，该散热器是针对微电子领域里大功率单芯片散热设计的，它 是由一导热板2和一敞口水箱4组成，二者是由高导热率金属材料制成，都经过表面处理如 表面氧化而绝缘；大功率芯片5焊接在电路板6上，5紧贴2通过螺丝7把6和2连为一体， 接触面涂有导热硅脂；两幅截面图的差别是芯片5的位置不同，对应的导热板2也不同，上 图导热板2是直板，下图导热板2是L型板，散热原路与图1相同。微电子领域里，主流散热器分别是铝合金片散热、铜管散热和风扇散热，铝合金片 散热适合小功率芯片，铜管散热适合热设计功率(TDP:Thermal Design Power)40W以下的 芯片，比如笔记本电脑的CPU;单风扇散热适合TDP在100W以下的芯片较多，如台式机CPU。 而当单芯片的TDP彡120W时，该散热器的敞口水箱4可以换成内部充满冷却液如水的全封 闭水箱，虽然平衡温度会高一点，但可以满足较多场合的需求；敞口水箱4能够满足TDP在 100 1000W单芯片的散热需求，比如大型电子仪器或数控机床控制中心。请参照图3本发明面向微电子领域的大功率多芯片散热器之一安装示意图，实例 为大功率多芯片的散热器。本图是截面图，该散热器是针对微电子领域里大功率多芯片散热设计的，它是由 五个导热板2和一敞口水箱4组成，它们是由高导热率金属材料制成，都经过表面处理如表面氧化而绝缘；有5粒大功率芯片5焊接在5片电路板6上，分别与5个导热板2固定在一 起构成5个散热单元；5个散热单元用螺丝分别固定在敞口水箱4底的连接板上，接触面涂 上硅脂，向4中添加冷却液如水，构成整个大功率多芯片散热器或系统；散热原理与图1的 相似。使用该散热器最为典型的就是服务器，服务器一般是多CPU，单CPU热功耗在95 150W，散热效果非常好，优于目前多风扇强对流伴随强噪音的散热方式，而且还不要耗电。请参照图4、图5本发明面向微电子领域的大功率多芯片散热器之二、之三分解示 意图，实例为大功率多芯片的散热器。图4和图5都是截面图，这两类散热器是针对微电子领域里大功率多芯片散热设 计的，属增强型散热器。图4的散热器是由六个导热板2和二敞口水箱4组成，2和4与图 3的相同；两层水箱4由焊接在水箱4壁上同质金属板连接支撑，层间距可视情况而定，间 距越大，散热效果越好，箱中充满冷却液如水。图5的散热器是由六个导热板2、一敞口水箱 4和一风扇8组成，风扇8固定在倒U型支架中央上，中央开有风扇口大小的圆孔，支架固定 在水箱4壁的上边缘，2和4与图4的相同。图4和图5的共性在于能增大冷却液的液面， 促使蒸发汽化带走更多的热量，散热效果极佳，二者的散热原理与图1相似。请参照图6本发明面向家电领域的压缩制冷系统和空调室外机示意图，实例为电 冰箱、电冰柜和空调。本图中，上图是该压缩压缩制冷系统，下图是空调室外机14。制冷系统是由一压缩 机9、若干管道13、一冷凝器12、一膨胀阀10和一蒸发器11组成的封闭环路，管道13是紫 铜管且管内是制冷剂；工作原理是9做功，制冷剂由气态变为液态通过13进入12内放热， 温度达到一定值后10导通，液态制冷剂进入11内膨胀汽化而吸热，通过13进入9压缩，如 此周而复始；对电冰箱、电冰柜而言，11分布在冷冻、冷藏室，12分布在背面；对空调而言， 11用于室内机送冷风，12用于室外机14排热风。请参照图7本发明面向家电领域的甲型冷凝器示意图，实例为电冰箱和电冰柜。图7是截面图，该甲型冷凝器就是一敞口铝合金水箱4，一根铝合金管13贯穿水箱 4底，13与4的箱底和箱壁焊接，箱中充满冷却液如水；当把该甲型冷凝器接入如图6的制 冷系统，制冷剂在水箱铝合金管中液化而释放热量，铝合金管首先把热量传导给铝合金水 箱壁和底板、以及冷却液如水，箱壁以辐射和在空气中自然对流的方式散发热量，冷却液如 水通过对流把热量向上传递而令其升温，冷却液如水的表面蒸发汽化要吸收大量的热而又 使之降温，平衡温度接近室温，散热效果很好，尤其对于大功率的电冰箱和电冰柜。目前电冰箱和电冰柜的冷凝器其实就是一排装于背面的紫铜管，铜管采用热辐射 和自然对流的形式实现散热，效率很低但够用，在夏天大功率的电冰箱和电冰柜旁边往往 是热浪滚滚，很不舒服；而采用该甲型冷凝器就不会出现热浪。请参照图8和图9本发明面向家电领域的乙型冷凝器和乙型冷凝器截面示意图， 实例为家用空调。图8是由两幅图组成，上图是乙型冷凝器实物图，下图是安装乙型冷凝器的空调 室外机14;图9是乙型冷凝器实物图的截面图，分上中下三副图，上图是沿铝合金管中心的 横向截面图，中、下图是纵向截面图。参照图8上图，该乙型冷凝器是一异型铝合金水箱15， 箱底有一 U型铝合金管13穿左侧箱壁而出，13于15的箱底和箱壁焊接，它的散热原理与 图7的相同；参照图9的三幅图，可以清楚知道异型铝合金水箱15的形状。参照图8下图，空调室外机14内安装了乙型冷凝器，去掉了以前由风扇、铝散热片和紫铜管构成的旧冷凝 器，向水箱15中添加冷却液如水，通电即可工作；乙型冷凝器相比旧冷凝器更安静音和节 能，而且散热效果更很好。请参照图10本发明面向军工领域的坦克整车散热器示意图，实例是坦克战车。该坦克整车散热器是一 C型封闭水箱16和若干导热板2 ；二者由高导热率金属材 料制成，都经过表面处理如表面氧化而绝缘；水箱16，顶板分布有散热孔，底板边沿有螺丝 孔，内部被分隔成3 5个不连通的格子且充满冷却液如水；它的C型开口是坦克的正面， 沿炮塔的周围它平放并固定在车体框架上；导热板2，分别与不同的发热件和水箱16底边 沿固定在一起，发热件包括柴油发动机的主发热部位、传动部分的发热件等等，导热板2与 发热件是焊接，2与16是螺丝固定连接，接触面涂有导热硅脂；这样可以保证发热件产生的 热量，快速及时传向水箱16的底板。当坦克停止不动，C型水箱16中冷却液如水蒸发汽化 会吸收大量的热，维持整车的温度接近环境温度；当坦克启动狂奔，发热件产生的热量，被 强风对流散去一部分，被传导向整车幅射掉一部分，被水箱16中的冷却液如水吸收掉大部 分而使之升温，水箱16中的冷却液如水蒸发汽化会吸收掉大量的热而使之降温，平衡温度 会比环境温度略高3 5°C左右，驾驶室温度也不会很高比如45 50°C。以冷却液是水为例，水的气候热为2. 2667kw/g,即1克水汽化吸收2. 2667kw的热 量，假如坦克柴油发动机的动力为1200马力(1马力=0. 735kw) S卩882kw，设热效率为10 20%，会产生88. 2 176. 4kw的热能，只要汽化35 70克的水就可吸收全部的热能，每小 时汽化120 240千克的水即可吸收完发动机产生的热量；使用该坦克整车散热器会有许 多好处发动机热故障为零，整车平衡温度接近环境温度，驾驶室不太热，整车红外特征很 小，被红外制导导弹命中的几率大大降低，生存几率提高。
权利要求
孔氏散热法是一种新型的散热法，可以应用于任何领域。相比最经典的五种散热法，即风扇散热法、铜排铜管散热法、如汽车发动机的强风散热法、冷气散热法和水循环散热法，它更为静音、节能、廉价、可靠和简洁；与经典散热法的构成截然不同，其特征在于该散热法包含一高导热率金属导热板，一高导热率金属敞口水箱。
2.根据权利要求1所述的高导热率金属，其特征在于它是指导热率接近和大于纯铝的 金属及其合金，比如铝合金、紫铜、钛和钛合金。
3.根据权利要求1所述的导热板，其特征在于它是由高导热率金属材料制成，它经过 表面处理而绝缘；它是发热件与敞口水箱的中间连接件，它有螺丝孔可与发热件和敞口水 箱实现连接，若发热件固定在某一平板上，它必须紧贴发热件主散热面而且要和该平板可 靠连接；它与敞口水箱的连接必须保证发热件热量首先传导给敞口水箱的箱底，它与发热 件一一对应，它与敞口水箱有时是多对一的关系；它的作用就是把发热件产生的热量以最 短的距离最快的速度传导给敞口水箱的底板。
4.根据权利要求1所述的敞口水箱，其特征在于它是由高导热率金属材料制成，它经 过表面处理而绝缘；它的底板焊接有与发热件数目对应的金属板，以实现与导热板的可靠 连接；它有时也会采用底板延伸边沿与导热板的可靠连接；它要充满冷却液如水；它的作 用是通过冷却液如水的蒸发汽化吸收传导来的热量，维持接近环境温度的平衡温度。
5.根据权利要求4所述的平衡温度，其特征在于它是指当散热器散发的热量等于发热 件产生的热量时散热器表面的温度。
6.根据权利要求1所述的敞口水箱，其特征还在于它可以是充满冷却液如水的全封闭 高导热率金属水箱，当应用于微电子领域针对热设计功率(TDP =Thermal Design Power)小 于100W的单芯片时；它的底板连接有多个发热芯片，为了满足更为苛刻的散热要求，保证 平衡温度远远低于芯片的热停机温度，它有时会在冷却液的液面上方固定一强力风扇以加 速蒸发汽化，它有时会增加一层同样的敞口水箱来扩大金属散热面和冷却液的液面而达成 同样的目标，风扇和新增水箱固定在它的箱壁上，当应用于微电子领域针对多芯片时。
7.根据权利要求1所述的敞口水箱，其特征还在于当应用于家电领域时，用于替代现 有的冷凝器时，它是一铝合金异型敞口水箱，内部充满水，有换热铝管焊接于箱底、箱壁且 贯穿而出，铝管两头分别接压缩机和热膨胀阀。
8.根据权利要求1所述的敞口水箱，其特征还在于当应用于军工领域如坦克时，它是 一 C型水箱，箱内被分隔成几个部分并充满冷却液如水，箱顶开有散热孔，箱底焊接有与导 热板的连接板，连接板上有螺丝孔。
全文摘要
本发明称之为孔氏散热法，是一项节能、静音、廉价、简单、可靠的新型散热法，可以应用于任何领域；该散热法，对于热设计功耗(TDPThermal Design Power)在1KW以下的发热件，散热效果优于强风散热、风扇散热，铜管/铜排散热、冷风散热和水循环散热。
文档编号B60K11/02GK101882473SQ20101021822
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者孔繁忠 申请人:孔繁忠