基于脉动热管的楔形扰流相变热沉装置及方法

本发明涉及高效电子散热技术领域，尤其涉及基于脉动热管的楔形扰流相变热沉装置及方法。

背景技术：

近年来随着电子通信等行业的迅速发展，电子元件也日益趋向高频化、集成化和微型化，单位体积电子器件所释放的热流密度越来越高。另外，在电子器件功耗突飞猛进的同时，电子器件热负荷的时空不均匀问题日益明显，而电子器件的正常工作温度一般在70℃以下，若不采取有效的散热手段，电子元件温度将迅速上升，降低设备的工作性能，极有可能出现烧坏的情况。

传统的风冷或液冷散热技术应用较广，但在使用过程中散热效果不佳，系统复杂，风扇系统寿命较短，风冷和液冷散热技术都是主动散热技术，需要耗费的能量不可小觑。被动散热技术中的相变热沉技术能很好地弥补传统散热方面的缺陷，同时具有控温均匀、储能量高、能量转化效率高、无噪音、结构紧凑等优点，被认为是最有可能替代传统风冷及水冷技术的新型热控技术之一。

因此，有效解决电子元器件的散热问题已成为当前电子元器件和电子设备制造的关键技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种可以高效降低电子元件温度的基于脉动热管的楔形扰流相变热沉装置及方法。

一种基于脉动热管的楔形扰流相变热沉装置，其特征在于，包括顶部开放其余密闭的壳体，壳体上方安装防尘散热罩，防尘散热罩上各面均匀开设若干散热孔；

所述壳体底部从左到右均匀竖直安装2n+1个楔形肋片，楔形肋片为上窄下宽形式，楔形肋片左右两侧均匀布置若干扰流子，壳体内其余空间填充相变材料；

所述楔形肋片从左向右依次称为第1楔形肋片、第2楔形肋片、第3楔形肋片…第2n楔形肋片、第2n+1楔形肋片；

所述壳体内从前到后还均匀安装若干脉动热管，脉动热管首端从第1楔形肋片下部左侧穿过后弯折向上，到达防尘散热罩覆盖区域再从第2楔形肋片顶部越过后弯折向下，再从第3楔形肋片下部左侧穿过后弯折向上…到达防尘散热罩覆盖区域后再从第2n楔形肋片顶部越过后弯折向下，再从第2n+1楔形肋片下部左侧穿过后弯折向上，到达防尘散热罩覆盖区域后弯折向左，再弯折向回到首端，首尾相连；

所述脉动热管穿过楔形肋片的部分即为蒸发段；高出楔形肋片位于防尘散热罩覆盖区域的部分即为冷却段；

上述n为自然数。

本发明还公开了一种该基于脉动热管的楔形扰流相变热沉装置的换热方法，包括以下过程：

将楔形扰流相变热沉装置设置在电子元件的上表面，两者之间均匀涂抹导热硅脂；

电子元件产生高热流冲击后，通过导热硅脂将热量传导到楔形肋片上，进而传输到相变材料中，相变材料吸热熔化，在温差的作用下产生自然对流，在流动过程中接触到楔形肋片上的扰流子，改变流动方向，形成若干涡流，增强扰动，达到强化换热的效果，缩短相变材料的熔化时间；

脉动热管的蒸发段吸收熔化后相变材料的热量，在热驱动力的作用下，管内工质在热不平衡作用下驱使其在蒸发段和冷凝段之间振荡流动，完成热量的传递，在热量传递到冷凝段后放热，冷凝段高温空气与环境低温空气形成温差，产生压力差，形成气流将防尘散热罩内带有热量的空气排至壳外。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明采用脉动热管、楔形肋片和相变材料的耦合方式弥补了相变材料导热性能差、热沉底部换热效率低，从而进一步提高了电子元件的散热效率，保证电子元件温度分布均匀，可长期控制在安全工作温度以下；

2.本发明中楔形肋片上的扰流子可以影响液态相变材料在自然对流下的流场，改变流动方向，形成多个涡流增强扰动，以达到强化换热的效果；

2.本发明中楔形肋片上的扰流子可以影响液态相变材料在自然对流下的流场，改变流动方向，形成多个涡流增强扰动，以达到强化换热的效果；

3.本发明采用脉动热管作为换热模块元件，充分利用了脉动热管蒸发段温度不均衡性，管内存在的震荡流动，加强了局部相变材料之间的温差，使相变材料的扰动增强，强化两者之间的换热；

4.本发明结构制作安装简单，具有很大的散热量，同时散热效率高，电子元件温度均匀性好等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明去除壳体后的结构示意图；

图3是本发明去除壳体后的主视图；

图4是本发明去除壳体后的俯视图；

图5是本发明楔形肋片和扰流子的结构示意图；其中(a)为楔形肋片和扰流子的立体图，（b）楔形肋片和扰流子的主视图；

图中标号名称，1-壳体，2-防尘散热罩，3-导热硅脂，4-脉动热管，5-楔形肋片，6-扰流子，7-相变材料，8-脉动热管蒸发段，9-脉动热管冷凝段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。

如图1所示，本发明公开了一种基于脉动热管的楔形扰流相变热沉装置，其特征在于，包括顶部开放其余密闭的壳体，壳体上方安装防尘散热罩，防尘散热罩上各面均匀开设若干散热孔；

所述壳体底部从左到右均匀竖直安装2n+1个楔形肋片，楔形肋片为上窄下宽形式，楔形肋片左右两侧均匀布置若干扰流子，壳体内其余空间填充相变材料；

所述楔形肋片从左向右依次称为第1楔形肋片、第2楔形肋片、第3楔形肋片…第2n楔形肋片、第2n+1楔形肋片；

所述壳体内从前到后还均匀安装若干脉动热管，脉动热管首端从第1楔形肋片下部左侧穿过后弯折向上，到达防尘散热罩覆盖区域再从第2楔形肋片顶部越过后弯折向下，再从第3楔形肋片下部左侧穿过后弯折向上…到达防尘散热罩覆盖区域后再从第2n楔形肋片顶部越过后弯折向下，再从第2n+1楔形肋片下部左侧穿过后弯折向上，到达防尘散热罩覆盖区域后弯折向左，再弯折向回到首端，首尾相连；

所述脉动热管穿过楔形肋片的部分即为蒸发段；高出楔形肋片位于防尘散热罩覆盖区域的部分即为冷却段；

上述n为自然数。

本发明还公开了一种该基于脉动热管的楔形扰流相变热沉装置的换热方法，包括以下过程：

电子元件产生高热流冲击后，通过导热硅脂将热量传导到楔形肋上，进而传输到储热模块的相变材料中，相变材料吸热熔化，在温差的作用下产生自然对流，在流动过程中接触到楔形肋上的扰流子，改变流动方向，形成若干涡流，增强扰动，达到强化换热的效果，缩短相变材料的熔化时间。

脉动热管的蒸发段吸收熔化后相变材料的热量，在热驱动力的作用下，管内工质在热不平衡作用下驱使其在蒸发段和冷凝段之间振荡流动，完成热量的传递，在热量传递到冷凝段后放热，冷凝段高温空气与环境低温空气形成温差，产生压力差，形成气流将防尘散热罩内带有热量的空气排至壳外。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，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。