散热器制造技术

本发明专利技术的散热器为其内限定有多个密封腔的固相镓体或固相镓块，所述密封腔含有未包封的相变材料(不同于镓)。所述固相镓可设置在具有至少一个调整为与需冷却的热源直接接触的开口面(接触面)的容器内，使得热源和散热器之间的交界面包含用于改善热传递的熔融镓区域。来自热源的热被快速传导通过熔融镓区域，然后通过固相镓，并被腔内的相变材料吸收而不引起温度的明显变化，保持散热器的可用性。所述散热器可包含穿过固相镓体的倾斜管，该管在相对两端处开口以使冷却介质例如空气或冷水通过。

【技术实现步骤摘要】
散热器
本专利技术涉及散热器，并且特别涉及通过在固相镓体或固相镓块中限定的密封腔内设置相变材料而制成的散热器。所述热沉器可用于冷却热的流体例如热水，用于消散由电子元件例如电子电路中的集成电路产生的热，或用于冷却其他材料。
技术介绍
散热器使得能够将热从热源(例如热的流体或热的固体)传递至沉物，由此分匀诸如晶体管或其他电力电子设备的热源中过量的热的影响。尽管已有多种材料被用于散热器，但在从特定应用的热源中快速移除过量的热，特别是充分利用液态金属尤其是镓的高热导率方面仍需改善。镓虽然具有高的热导率，但其用作散热器却受限于其低的比热容。由于其低的比热容，给定量的镓迅速吸收足量的热而不再起到从待冷却材料中吸热的沉物的作用。因此，需要解决前述问题的散热器。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种散热器，包含：固相元素镓体，其限定至少一个调整为与需要冷却的热源直接接触的接触面，所述固相镓体具有限定于其中的多个密封腔；以及未包封的相变材料，其具有比所述腔中设置的镓更高的比热容。可选地，本申请的散热器，其中固相镓体在至少一个接触面和腔之间具有厚度，所述厚度限定了熔融镓从至少一个接触面向腔延伸的交界面区域，当将热源直接与至少一个接触面接触时，交界面区域保持腔的完整。可选地，本申请的散热器，其中所述相变材料包括石蜡。可选地，本申请的散热器，其中所述相变材料包括脂肪酸。可选地，本申请的散热器，其中所述相变材料包括正十六烷。可选地，本申请的散热器，其中所述相变材料包括正十七烷。可选地，本申请的散热器，其中所述腔均匀地分隔开来。可选地，本申请的散热器，其中所述腔随机地分隔开来。可选地，本申请的散热器，其中所述腔均匀地成型。可选地，本申请的散热器，其中所述腔随机地成型。可选地，本申请的散热器，还包含限定容器的外壳，所述容器具有至少一个尺寸和构造用于暴露所述固相镓体的至少一个接触面的开口面。可选地，本申请的散热器，其中所述容器具有开口顶部，由此将热源置于散热器上方。可选地，本申请的散热器，其中所述外壳由导热材料制成，由此可通过将所述容器置于冷源上而使所述固相镓体冷却。可选地，本申请的散热器，其中所述外壳具有从容器向外延伸的翅片。可选地，本申请的散热器，其中所述外壳具有延伸至固相镓体中的翅片。可选地，本申请的散热器，还包含用于冷却所述固相镓体的装置。可选地，本申请的散热器，还包含以斜角延伸穿过所述外壳和所述固相镓体的多个冷却管。可选地，本申请的散热器，其中所述管具有相对的末端，所述相对的末端开口以用于使环境空气通过该管。可选地，本申请的散热器，还包含用于强制冷却流体通过所述管的装置。可选地，本申请的散热器，其中所述相变材料包含无机相变材料。本申请中，所述散热器为其内限定有多个密封腔的固相镓体或固相镓块，所述密封腔含有未包封的相变材料(不同于镓)。所述固相镓可设置在具有至少一个调整为与需冷却的热源直接接触的开口面(接触面)的容器内，使得热源和散热器之间的交界面包含用于改善热传递的熔融镓区域。来自热源的热被快速传导通过熔融镓区域，然后通过固相镓，并被腔内的相变材料吸收而不引起温度的明显变化，保持散热器的可用性。所述散热器可包含穿过固相镓体的倾斜管，该管在相对两端处开口以使冷却介质例如空气或冷水通过。所述散热器可用于冷却热的流体例如热水，用于消散由电子元件例如电子电路中的集成电路产生的热，或用于冷却其他材料。本专利技术的这些特征和其他特征在进一步查阅以下说明书和附图时将变得显而易见。附图说明图1为根据本专利技术的散热器的一个实施方案的从上方观察的截面透视图。图2为图1所述的散热器实施方案从下方观察的截面透视图。图3A为根据本专利技术的一个实施方案的散热器的示意图，其具有在固相镓体中规则分布的结构化腔。图3B为根据本专利技术的一个实施方式的散热器的示意图，其具有在固相镓体中以基本均匀的深度随机分布的不规则成型腔。图3C为根据本专利技术的的一个实施方案的散热器的示意图，其具有在固相镓体中以两种不同水平随机分布的不规则成型腔。图4为不使用散热器情况下的热水冷却速率与使用由固相镓(具有液相交界面)制成的散热器以及与图3A、3B和3C所示的在分布于固相镓内的腔中设置有相变材料的散热器的热水冷却速率的对比图。图5为根据本专利技术的一个实施方式的散热器的前视图，其具有延伸穿过固相镓体的倾斜冷却管。相同的附图标记在整个附图中一致地表示相应的特征。具体实施方式所述散热器为其内限定有多个密封腔的固相镓体或固相镓块，所述密封腔含有未包封的相变材料(不同于镓)。所述固相镓可设置在具有至少一个调整为与需冷却的热源直接接触的开口面(接触面)的容器内，使得热源和散热器之间的交界面包含用于改善热传递的熔融镓区域。来自热源的热被快速传导通过熔融镓区域，然后通过固相镓，并被腔内的相变材料吸收而不引起温度的明显变化，保持散热器的可用性。所述散热器可包含延伸穿过固相镓体的倾斜管(即以斜角延伸穿过外壳和固相镓体的管)，该管在相对两端处开口以使冷却介质例如空气或冷水通过。所述散热器可用于冷却热的流体例如热水，用于消散由电子元件例如电子电路中的集成电路产生的热，或用于冷却其他材料。如图5所示，所述散热器可设置在顶部开口的容器或外壳内，并且热源可直接置于散热器顶部而与固相镓体或固相镓块直接接触。外壳底部可为导热性材料例如黄铜，并且可放置为与冰或其他冷却介质接触以辅助维持固相镓13中的腔14的完整性。固相镓13优选为纯镓或元素镓。由于其低的熔点(约29℃，仅比约25℃的室温高出几度)，与热源125接触的固相镓的一部分熔融，呈液相或半固相19。在选择合适的情况下，固相镓13具有足够的厚度而使得容置相变材料15的腔的完整性不会受到直接与热源125接触的镓区域熔融的影响。热源125可为流体，例如热水。由于水和液相镓不可溶混，并且由于液相镓比水浓稠，因此水与熔融的或液相的镓维持相分离，其中水125保持在熔融或液相镓19上方。专利技术人已发现，当热水与液体镓直接接触时，热水和液体镓之间的热传导大于将热水设置于管道或其他热交换容器或管中的情况，因为热不必穿过中间壁来传递至散热器。热源125和固相镓13之间的液体镓或熔融镓界面19看来提高了导热性和传热速率。或者，热源125可以是由在电子电路中运行的电子元件而产生的热。由于必须保护电路免于电接触短路，因此电路应安装在电路板上，所述电路板能够保持发热元件和散热器之间电绝缘，但具有良好的导热性。这样的电路板，例如陶瓷电路板，是本领域中所公知的。然而，应当注意陶瓷材料在与固相镓接触时是惰性的。因此，不应使用基于铝的陶瓷。然而，可将顶部安装有元件的合适的电路板置于散热器上，其中所述板的导热底面与散热器的镓直接接触。图1和图2示出了在用于散热的散热器上安装电子电路的可选构造。电路可自顶部或自底部安装于散热器外壳。图1和图2中所示的散热器10具有固相镓体或固相镓块13，固相镓体或固相镓块13具有腔14，腔14含有比热容大于镓的相变材料(PCM)15。可使用各种PCM，例如不同种类的石蜡，以及脂肪酸和其他有机和无机材料。例如，可使用正十六烷或正十七烷，其熔融温度范围均可适用于电子冷却应用，尤其适用于散热器为例如本专利技术的散热器10的情况下，即约18℃至23℃。相变材料15可通过以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种散热器，包含：固相元素镓体，其限定至少一个调整为与需要冷却的热源直接接触的接触面，所述固相镓体具有限定于其中的多个密封腔；以及未包封的相变材料，其具有比所述腔中设置的镓更高的比热容。

【技术特征摘要】
2017.06.05 US 15/614,5241.一种散热器，包含：固相元素镓体，其限定至少一个调整为与需要冷却的热源直接接触的接触面，所述固相镓体具有限定于其中的多个密封腔；以及未包封的相变材料，其具有比所述腔中设置的镓更高的比热容。2.根据权利要求1的散热器，其中固相镓体在至少一个接触面和腔之间具有厚度，所述厚度限定了熔融镓从至少一个接触面向腔延伸的交界面区域，当将热源直接与至少一个接触面接触时，交界面区域保持腔的完整。3.根据权利要求1的散热器，其中所述相变材料包括石蜡。4.根据权利要求1的散热器，其中所述相变材料包括脂肪酸。5.根据权利要求1的散热器，其中所述相变材料包括正十六烷。6.根据权利要求1的散热器，其中所述相变材料包括正十七烷。7.根据权利要求1的散热器，其中所述腔均匀地分隔开来。8.根据权利要求1的散热器，其中所述腔随机地分隔开来。9.根据权利要求1的散热器，其中所述腔均匀地成型。10.根据权利要求1的散...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨拉·亚丁·布尔汉·奥马里，阿布杜拉·格扎尔，
申请(专利权)人：阿拉伯联合酋长国大学，
类型：发明
国别省市：阿联酋,AE