CN105101753B - 一种铝型材及其回路热管系统和电气散热背板 - Google Patents

Abstract

一种用于电气散热背板的铝型材回路热管系统，包括冷凝器(8)以及通过绝热胶垫（13）安装在冷凝器(8)表面的铝平板蒸发器（3），冷凝器（8）包括带有微通道（11）、散热翅片（12)、器件安装面（16）的铝型材结构，冷凝器（8）的铝型材其底部和顶部分别设有由微通道贯通的储液腔（10）和蒸汽腔（9），蒸发器（3）包括通过排气管线（6）与蒸汽腔（9）贯通的蒸气室（4）和带有毛细结构的储液室(5)，还包括连通储液室(5)和储液腔（10）的回液管线(7)。实施本发明的铝型材回路热管系统，通过微通道铝型材回路热管技术，可以使壁挂式电气设备箱实现高热流密度散热，由于未使用风扇、泵等驱动部件，使得设备体积小、重量轻、无噪音、运维成本低、节能环保。

Description

一种铝型材及其回路热管系统和电气散热背板

技术领域

本发明涉及用于IT设备、通信设备、通用电气设备热管理技术领域，更具体地说，涉及一种用于电气设备散热背板的铝型材回路热管系统以及使用这种铝型材回路热管系统的电气设备散热背板。

背景技术

壁挂式IT设备、通信设备或通用电气设备箱，其内部电气元件产生热量的管理，一般采用有源部件如风扇、泵等驱动流体形成对流，进行热交换，解决内部热耗问题。风扇、泵等有源驱动部件的一次性投入及运维成本较高。同时，占用空间也比较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种散热技术，无需诸如风扇、泵这样的驱动部件，以较小的空间占用实现较好的散热效果，可以应用于壁挂式IT设备、通信设备、通用电气设备箱等。

本发明旨在通过回路热管技术使工质气、液两相转换的热膨胀效应解决电气内部热耗。无需使用有源部件如风扇、泵等的驱动，可大幅度降低设备的运维成本，为电气设备提供一种节能、环保的热管理方案。为此，本发明提供一种用于回路热管系统冷凝器的铝型材、用于电气散热背板的铝型材回路热管系统以及使用上述铝型材回路热管系统的电气散热背板。

本发明上述技术问题这样解决，构造一种用于回路热管系统冷凝器的微通道铝型材，包括由多个轴延伸方向的微通道组成的板型主体，所述板型主体的一个面上垂直立有多个平行的散热翅片，所述板型主体的另一面为器件安装面，所述铝型材的两端分别用于制备由所述微通道贯通的蒸汽腔和储液腔。

在本发明上述微通道铝型材中，板型主体中每个所述微通道的内径大小为0.5mm～2.0mm*1mm～4mm区间，所述散热翅片的长度在10-50毫米区间。

在本发明上述微通道铝型材中，板型主体中每个所述微通道的长边为细微条纹曲面。

在本发明上述微通道铝型材中，在所述器件安装面与所述微通道之间包括一个成型工艺产生的过渡间隔区。

本发明上述另一技术问题这样解决，构造一种用于电气散热背板的铝型材回路热管系统，包括冷凝器以及通过绝热胶垫安装在冷凝器表面的铝平板蒸发器所述冷凝器采用一定长度的本发明所述微通道铝型材，所述一定长度的铝型材的底部设有存放工质液体的储液腔，顶部设有蒸汽腔，所述铝型材的微通道贯通所述储液腔和所述蒸汽腔，所述蒸发器包括蒸汽室和带有毛细结构的储液室，还包括连通所述储液室和储液腔和回液管线，以及连通所述蒸汽室与所述蒸汽腔的排气管线，所述回液管线内壁有毛细管结构。

在本发明上述用于电气散热背板的铝型材回路热管系统中，发热源通过高性能导热硅脂安装在所述铝平板蒸发器上。

在本发明上述用于电气散热背板的铝型材回路热管系统中，所述冷凝器采用两块同样长度的所述微通道铝型材通过搅拌摩擦焊工艺径向焊接而成，所述蒸发器、冷凝器、回液管线和排气管线采用铝材制成。

在本发明上述用于电气散热背板的铝型材回路热管系统中，所述冷凝器还包括通过连续式氮气保护铝钎焊组合焊接所述板型主体另一面上的铝型材基板，构成所述器件安装面，所述基板厚度为5-6毫米。

本发明上述另一技术问题这样解决，构造一种电气散热背板，包括塑胶外罩和散热背板组件，其间形成有用于安装电气件的内部腔体，所述散热背板组件包括本发明所述的铝型材回路热管系统，所述散热背板组件与所述塑胶外罩密闭安装。

在上述电气散热背板中，所述散热背板组件与所述塑胶外罩相对的面有一个四周的法兰边，依次由上堵板、铝型材的左竖边、下堵板和铝型材的右竖边闭合组成，所述散热背板组件通过穿过法兰边的螺钉、垫在期间的胶圈密闭安装所述塑胶外罩，所述上堵板、下堵板均采用铝材制成，与所述微通道铝型材两端通过氮气保护钎焊密封焊接，以承受8MPa内部压力。

实施本发明提供的微通道铝型材、铝型材回路热管系统及其电气散热背板，通过微通道铝型材回路热管技术，使壁挂式电气设备箱实现了高热流密度的有效散热。由于微通道铝型材回路热管技术未使用风扇、泵等驱动部件，因此设备体积小、重量轻、满足IP55防护等级全户外使用、无风扇噪音、设备运维成本低、节能、环保等。

附图说明

图1是本发明第一实施例中微通道铝型材的截面示意图；

图2是说明第一实施例中两个微通道铝型材拼合过程的截面示意图；

图3是本发明第二实施例中两个微通道铝型材的截面示意图；

图4是本发明第二实施例中两个微通道铝型材拼合后与铝型材基板的截面示意图；

图5是本发明第二实施例中两个微通道铝型材拼合后且与铝型材基板铝钎焊后的截面示意图；

图6是本发明实施例的用于电气散热背板的微通道铝型材回路热管系统的结构示意图；

图7是本发明实施例中电气散热背板示意图；

图8是本发明实施例的用于电气散热背板的铝型材回路热管系统的剖面结构示意图。

具体实施方式

结合附图和实施例，对本发明用于回路热管系统冷凝器的铝型材、用于电气散热背板的铝型材回路热管系统以及电气散热背板的特点进行详细说明。

在图1和图2示出的本发明用于回路热管系统冷凝器的铝型材的第一实施例中，在板型主体轴向延伸的长度方向上有很多个微小的通孔，在这里描述为多个轴延伸方向的微通道11，每个微通道11内径大小为0.5mm～2.0mm*1mm～4mm区间，一个例子是1.4毫米*3.4毫米，在两个3.4毫米的较长边为带细微条纹的曲面(图1)。本发明的铝型材的微通道11用于连通铝型材的两端的蒸汽腔9和储液腔10(参考图7)，一般，微通道11垂直于水平面使用，此时，蒸汽腔9在微通道11的上端，储液腔10在微通道11的下端。如图1所示在板型主体的一个面上，垂直立有多个彼此平行的伸出长度在10-50毫米区间的散热翅片12，此处的一个例子，其伸出长度为48毫米。在板型主体的另一个面上是一个平面，也就是器件安装面16，在器件安装面16与微通道11之间包括一个成型工艺产生的过渡间隔区。本发明的这种带微通道的型材为制备高效能的冷凝器提供了支持。图1示出的两个铝型材实际上焊接方式拼合而成一体如图2所示为一个整体。从图中对微通道的放大视图可见，板型主体中每个微通道11的两个相对长边为细微条纹曲面。

图3-图5示出本发明用于回路热管系统冷凝器的铝型材的第二实施例。此处，没有过渡间隔区但增加了基板。作为一个例子，先将如图3示出的两个板型主体组合成一体，即通过搅拌摩擦焊工艺组焊将两个对称截面铝型材连接成一个整体，如图4。其中，每个板型主体由多个轴延伸方向的微通道11组成，板型主体的一个面上垂直立有多个平行的散热翅片12。板型主体中每个微通道11的内径大小为0.5mm～2.0mm*1mm～4mm区间，散热翅片12的长度在10-50毫米区间。图4中还示出与板型主体另一面即铝型材内壁相对的铝型材基板，夹具装夹后通过连续式氮气保护铝钎焊，将铝型材基板组合焊接在板型主体另一面上成一整体，其外表面构成器件安装面16，其中，铝型材基板厚度可以是5-6毫米，一个合适的尺寸是5.5毫米。与第一实施例一样，铝型材的两端分别用于制备由微通道11贯通的蒸汽腔9和储液腔10，如图7。

在图3-5示出的第二实施例中，电气件安装在铝基板上，铝基板在相对应的器件安装位置加工螺纹及加工避让空间，铝基板在相对应的蒸发器位置加工有避让空间。

在图6示出的按照本发明实施例的回路热管系统中，有一个采用图1或图5任何一种截面的铝型材的冷凝器8，换言之，这个冷凝器8由一种带有竖直微通道11、两个面分别有散热翅片12和器件安装面16的铝型材构成。来自蒸汽腔9的热蒸气通过铝型材微通道11向铝型材散热翅片12放热，铝型材散热翅片12通过空气自然对流换热，有效地解决了热蒸气微通道11与散热翅片12之间的热阻。

在图6示出的本发明实施例的回路热管系统中，还包括带有毛细结构20的铝平板蒸发器3、回液管线7、排气管线6，从而与微通道铝型材等一起实现完整的回路热管系统，其中，铝平板蒸发器3通过绝热胶垫13安装在冷凝器8的器件安装面16表面，竖直放置时的铝平板蒸发器3包括上部的蒸汽室4和底部的内有毛细结构的储液室5，从而可以依靠毛细结构的虹吸附能力将底部储液室5的工质液体吸附到毛细结构20中。如图6，发热源18通过高性能导热硅脂14贴附在所述器件安装面16表面上，使得铝平板蒸发器3通过其表面吸收发热源18产生的热量使毛细中液体工质汽化成热蒸气，热蒸气受底部毛细结构的阻力使其向上蒸发到蒸汽室4通过排气管线构成回路。铝平板蒸发器3其空心、毛细结构在散热背板组件中起到减重作用。从而，有效地解决散热背板的电气布置空间，与塑胶外罩密封可实现IEC 60529的IP55防护等级，满足全户外使用功能，同时也很好地解决了电气件在散热背板内腔的安装、固定问题。

在本发明实施例中的回路热管系统中，蒸发器3、冷凝器8、回液管线7、排气管线6全部采用铝材结构实现，这样，当工质采用氨与整套铝材质回路热管系统不产生腐蚀等化学反应。与铜材结构回路热管系统相比，其优势体现在重量轻、换热效率高。

在本发明实施例中的铝型材微通道冷凝器8中，通过结构加工在铝型材上端形成蒸气腔9、下端形成储液腔10。热蒸气汇聚到蒸气腔9中，蒸气腔9平衡内部压力，将热蒸气均匀分配到每个铝型材微通道11中，从而使铝型材每个微通道热量排放一致，达到铝背板均温效果。冷凝后的工质液体汇聚到储液腔通过回液管线7回流到蒸发器3的毛细储液室5中。

在本发明实施例中，带有毛细结构的铝平板蒸发器3，与铝型材冷凝器8内壁面贴紧安装采用绝热胶垫13隔热，使蒸发器3热量不经过壁面传到冷凝器8内壁面，从而使铝型材冷凝器8中的微通道流向不被破坏。

在本发明的回路热管系统中，带有微通道11的铝型材的冷凝器8，当热蒸气工质通过时放热冷凝成液体工质，带有毛细结构的铝平板蒸发器3具有虹吸附液体能力，铝平板蒸发器3结构含有蒸汽室4和储液室5。

如图8，带有毛细结构的铝平板蒸发器3表面吸收发热源18热量，工质液体产生气化，气化后热蒸气通过蒸汽室4、排气管线6汇聚到铝型材冷凝器8顶部的蒸气腔9内，通过蒸气腔9平衡内部压力，将热蒸气均匀分配到每个铝型材的微通道11中，从而使铝型材每个微通道热量排放一致，达到铝背板均温效果。热蒸气在铝型材微通道中换热后冷凝成液体，液体在重力作用下沿微通道内波纹壁面流到铝型材冷凝器8底部的储液腔10汇聚。储液腔10内工质液体通过回液管线7被蒸发器3毛细结构吸附到储液室5，从而形成完整的回路热管系统。通过回路热管系统将密封的内部腔体17的发热源带到环境中，实现单点高密度发热器件的散热功能。

铝平板蒸发器3贴合在铝型材内壁面，需用绝热胶垫13隔热，阻止型面热传导。发热源18与铝平板蒸发器3表面贴合，需用高性能导热硅脂14提高型面热传导性能。上堵板15、下堵板21与微通道铝型材采用连续式氮气保护铝钎焊密封，确保内部通道承受8Mpa压力。铝型材器件安装面16采用拉铆结构利于内部电气件安装固定。

如图6所示，在本发明提供的使用本发明的铝型材回路热管系统的电气散热背板中，有塑胶外罩1和散热背板组件2两个部分，在塑胶外罩1与散热背板组件2之间，密封形成有用于安装电气件的内部腔体17，在工作时，这个密封的内部腔体17安装的电气件会产生热量。其中的散热背板组件2包括如前所述的基于铝型材的回路热管系统。散热背板组件2与塑胶外罩1密闭安装。为实现密闭安装，散热背板组件2与塑胶外罩1相对的面的四周有一个法兰边，这个法兰边依次由上堵板15、铝型材的左竖边、下堵板21和铝型材的右竖边闭合组成，使得散热背板组件2可以通过穿过法兰边的螺钉安装在塑胶外罩2上，在法兰边与塑胶外罩端面之间垫有胶圈，以确保密闭。上堵板15、下堵板21均采用铝材制成，上堵板15与微通道铝型材顶端，以及下堵板21与微通道铝型材底端分别通过氮气保护钎焊密封焊接，从而可以承受8MPa内部压力。

当采用本发明的电气散热背板的设备箱内芯片单点热耗在100W以上时，且相对集中的热耗，通过传统的铝型材散热器自然对流散热技术难以解决，通常手段是加大背板箱设备的体积，增加风扇、泵等驱动流体形成对流换热解决内部热耗。本发明则通过微通道铝型材冷凝器与铝平板蒸发器构成回路热管系统，有效解决了壁挂式电气设备箱内部相对集中的高密度热源散热问题，具有体积小、重量轻、大幅度降低了设备运维成本优势。

当设备箱在户外挂壁使用时，常规的风扇对流换热技术难实现IP55防护等级，外界空气进入从而使内部电气件寿命降低。本发明专利可实现户外壁挂设备的IEC 60529的IP55防护等级，全户外工作、适应全球气候、无风扇噪音的静音设备。

本发明通过回路热管技术，使工质气、液两相转换的热膨胀效应解决电气内部热耗。无需使用有源部件风扇、泵等驱动，大幅度降低了设备的运维成本，为电气设备提供了节能、环保的热管理方案。换言之，实施本发明提供的微通道铝型材回路热管技术，使壁挂式电气设备箱实现了高热流密度散热成为可能。具有设备体积小、重量轻、满足IP55防护等级、可全户外使用、无风扇噪音、设备运维成本低、节能、环保等优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于电气散热背板的铝型材回路热管系统，包括冷凝器(8)以及通过绝热胶垫(13)安装在冷凝器(8)表面的铝平板蒸发器(3),所述冷凝器(8)采用一定长度的微通道铝型材，所述一定长度的微通道铝型材的底部设有存放工质液体的储液腔(10)，顶部设有蒸汽腔(9)，所述铝型材的微通道(11)贯通所述储液腔(10)和所述蒸汽腔(9)，所述蒸发器(3)包括蒸汽室(4)和带有毛细结构的储液室(5)，还包括连通所述储液室(5)和储液腔(10)和回液管线(7)，以及连通所述蒸汽室(4)与所述蒸汽腔(9)的排气管线(6)，所述回液管线(7)内壁有毛细管结构；

微通道铝型材包括由多个轴延伸方向的微通道(11)组成的板型主体，所述板型主体的一个面上垂直立有多个平行的散热翅片(12)，所述板型主体的另一面为器件安装面(16)，所述铝型材的两端分别用于制备由所述微通道(11)贯通的蒸汽腔(9)和储液腔(10)。

2.根据权利要求1所述用于电气散热背板的铝型材回路热管系统，其特征在于，发热源(18)通过高性能导热硅脂(14)安装在所述铝平板蒸发器(3)上。

3.根据权利要求1所述用于电气散热背板的铝型材回路热管系统，其特征在于，所述冷凝器(8)采用两块同样长度的所述微通道铝型材通过搅拌摩擦焊工艺径向焊接而成，所述蒸发器(3)、冷凝器(8)、回液管线(7)和排气管线(6)采用铝材制成。

4.根据权利要求2所述用于电气散热背板的铝型材回路热管系统，其特征在于，所述冷凝器(8)还包括通过连续式氮气保护铝钎焊组合焊接所述板型主体另一面上的铝型材基板，构成所述器件安装面(16)，所述基板厚度为5-6毫米。

5.一种电气散热背板，其特征在于，包括塑胶外罩(1)和散热背板组件(2)，其间形成有用于安装电气件的内部腔体(17)，所述散热背板组件(2)包括如权利要求1-4任何一项所述的铝型材回路热管系统，所述散热背板组件(2)与所述塑胶外罩(1)密闭安装。

6.根据权利要求5所述电气散热背板，其特征在于，所述散热背板组件(2)与所述塑胶外罩(1)相对的面有一个四周的法兰边，依次由上堵板(15)、铝型材的左竖边、下堵板(21)和铝型材的右竖边闭合组成，所述散热背板组件(2)通过穿过法兰边的螺钉、垫在其间的胶圈密闭安装在所述塑胶外罩(1)上，所述上堵板(15)、下堵板(21)均采用铝材制成，与所述微通道铝型材两端通过氮气保护钎焊密封焊接，以承受8MPa内部压力。