一种基于三维脉动热管的散热器

本发明涉及一种基于三维脉动热管的散热器。

背景技术：

1、目前，随着通讯技术的发展，5g技术已经深入融入我们的生活，而5g信号的传递离不开基站的作用。5g基站分为宏基站和微基站，宏基站解决的是5g信号大规模覆盖的问题，是5g信号网络中的关键枢纽。但在信号传递过程中，空间出现阻挡，传递存在障碍物会大幅降低覆盖面积，这对宏基站的设备条件、成本和规划造成了困难。在发展中，微基站的概念被提出，旨在面向流量密集区、补充性覆盖和室内定制化等细分场景需求。与宏基站相比，微基站无需机房和承载基站设备的抱杆，且体型小巧，具有较大的灵活性，5g家用微基站和企用微基站的发展前景巨大。由于5g微基站设备小巧，其中的散热问题不可忽略，寻求更高效的散热方式十分必要。

2、目前针对5g微基站的散热有许多方法。在热传导中，5g微基站外壳采用特殊工艺生存的高导热率和高强度的铝合金，为了针对接触热阻，在电子元件和外壳间涂有导热硅脂等材料；在热对流中，存在热管和均热板技术对部分电子元件进行单点散热，且外壳外部存在散热翅片，目前较为高效的是v型散热翅片；在热辐射中，5g微基站外壳表面涂有反射涂层，减弱太阳辐射的影响。在当今技术中，5g微基站散热器仅仅只有纯金属导热和散热翅片结合，通过金属平板与散热元件接触吸收散热元件的热量，散热翅片通过自然对流与空气散热。5g信号功率远大于4g信号，传统金属平板导热速度慢，而散热翅片存在质量过大，散热效率不能满足需求且与空气热交换存在散热不均匀的问题。

3、因此，有必要设计一种基于三维脉动热管的散热器，以解决上述散热问题。

技术实现思路

1、本发明专利的目的在于提供一种基于三维脉动热管的散热器，以解决上述背景技术中针对5g微基站传统金属平板导热速度慢，散热翅片存在质量过大，散热效率不能满足需求且与空气热交换存在散热不均匀的问题。

2、为了实现上述目的，本发明专利提供如下的技术方案：一种基于三维脉动热管的散热器，包括散热器底板、散热翅片、烟囱围栏和金刚石垫片；

3、所述散热器底板的下表面蚀刻有水平脉动热管；所述金刚石垫片贴合在散热器底板的底部，且金刚石垫片上表面蚀刻有水平脉动热管的拓展通道；若干所述散热翅片并排设置在散热器底板上，散热翅片内部蚀刻有蜂窝流道和u型的纵向脉动热管；所述u型的纵向脉动热管与水平脉动热管连通；所述蜂窝流道位于u型的纵向脉动热管的内侧，蜂窝流道与纵向脉动热管以及水平脉动热管均连通并共同构成脉动热管回路；所述脉动热管回路中预先充注有混合工质，所述混合工质包括相变工质和纳米流体；

4、所述烟囱围栏包括四片将所述散热翅片围合的板面，且四片板面的高度均高于散热翅片的高度；所述四片板面中两片板面与散热翅片平行且与散热器底板连接，另外两片板面与散热翅片垂直且与散热器底板之间存在供气体流通的间隙。

5、作为本发明的优选方案，所述蜂窝流道内部流道横向与纵向均相互贯通。

6、作为本发明的优选方案，所述相变工质为甲醇工质、乙醇工质或丙酮工质等；所述纳米流体为氧化石墨烯。

7、本发明还提供了一种上述散热器的散热方法，包括以下步骤：

8、1)将金刚石垫片贴合在发热器件上，且发热器件的位置根据散热器底板中三维脉动热管通道的位置进行调整；金刚石垫片将发热器件的热量传递水平脉动热管；

9、2)水平脉动热管中的混合工质受热后在脉动热管回路中流动且混合工质中的相变工质受热后部分蒸发，随后通过水平脉动热管与纵向脉动热管中相变工质膨胀产生的驱动压力差驱动混合工质流动；并通过散热翅片内部的纵向脉动热和蜂窝流道与空气进行换热；

10、3)在换热过程外部空气通过烟囱围栏的结构加强了流动的速度；

11、4)换热完成后的相变工质与纳米流体一起回流到散热器底板内的水平脉动热管中，完成混合工质的换热循环。

12、作为本发明的优选方案，所述步骤3)中，在烟囱围栏与散热翅片围合的散热区外部空气受热后从顶部流出并形成低压环境，冷空气从烟囱围栏与散热器底板之间的间隙进入散热区，从而加强空气与散热翅片的对流换热。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、1)采用三维脉动热管，将脉动热管分为水平脉动热管和纵向脉动热管，分别承担蒸发区和冷凝区，不需要传统吸液芯结构，凭自身驱动力驱动工质循环。将脉动热管冷凝区通道蚀刻在散热翅片中，并设计蜂窝型拓展流道，使工质循环加速，大大减小翅片重量，最终使蒸发区热量能快速地传递至散热翅片上完成循环。采用了纳米流体和相变工质混合，提高了相变工质的散热性能，并防止相变工质在高峰期烧干。

15、2)在散热翅片上布置丁胞结构，丁胞结构增大了散热翅片的散热面积，且充当扰流结构加强与空气间的扰动。并于散热翅片中上方布置烟囱挡板，运用烟囱效应进一步增强翅片与空气间的自然对流换热。

16、3)在本发明装置与发热器件接触热阻方面，采用金刚石垫片内通道使相变工质直接冲击热源端，大大减少了其接触热阻。

技术特征：

1.一种基于三维脉动热管的散热器，其特征在于，包括散热器底板、散热翅片、烟囱围栏和金刚石垫片；

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述水平脉动热管和纵向脉动热管的直径均为3～5mm，孔径均为2～4mm，内壁管面带有螺纹。

3.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述散热翅片上均匀布置有若干组丁胞结构；所述丁胞结构内部中空，为散热翅片的拓展表面。

4.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述蜂窝流道内部流道横向与纵向均相互贯通。

5.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述脉动热管回路中预先充注的混合工质，混合工质中包括相变工质和纳米流体，所述混合工质充液率为25％～75％，所述纳米流体在混合工质中的质量分数范围为0～0.1％。

6.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述相变工质为甲醇工质、乙醇工质或丙酮工质；所述纳米流体为氧化石墨烯。

7.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述纳米流体与相变工质一起循环，进一步加强相变工质的换热性能，且在散热高峰段，纳米流体会吸附在散热器底板中高热量区域上，防止相变工质被蒸干，在低峰段又会脱离高热量区域随相变工质一起流动。

8.一种如权利要求1所述散热器的散热方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的散热方法，其特征在于，所述步骤3)中，在烟囱围栏与散热翅片围合的散热区外部空气受热后从顶部流出并形成低压环境，冷空气从烟囱围栏与散热器底板之间的间隙进入散热区，从而加强空气与散热翅片的对流换热。

技术总结本发明公开了一种基于三维脉动热管的散热器，包括散热器底板、散热翅片、烟囱围栏、金刚石垫片、纳米流体和换热工质。三维脉动热管分为水平脉动热管和纵向脉动热管。金刚石垫片贴合在散热器底板下表面，且金刚石垫片中蚀刻通道。散热翅片上设置有蜂窝流道与U型纵向脉动热管；每蜂窝流道与U型纵向脉动热管连通，流道被U型脉动热管包围。纳米流体以一定比例充入换热工质中，与换热工质一同循环。所述散热翅片与散热器底板为一体结构，且上方设有丁胞结构。烟囱围栏布置在散热翅片中上端且伸出散热翅片一定距离，运用烟囱效应进一步增强翅片与空气间的自然对流换热。技术研发人员：李蔚,朱宇受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23