在一些設(shè)備儀器或較小空間中存在發(fā)熱源，但是設(shè)備儀器或較小空間對溫度控制要求很高的情況，一般均需要特制的散熱裝置將發(fā)熱源產(chǎn)生的熱能散發(fā)出去。本發(fā)明的散熱裝置涉及設(shè)備儀器或較小空間中針對發(fā)熱源進行散熱，尤其是指存在發(fā)熱源，但是又對溫度要求很高的設(shè)備儀器中。

背景技術(shù)：

在具有發(fā)熱源，又對環(huán)境溫度要求很高的情況下，一般均對發(fā)熱源采用散熱裝置散熱，以降低發(fā)熱源的溫度及周圍工作環(huán)境溫度。以筆記本電腦為例。由于cpu和顯卡芯片在工作時會產(chǎn)生大量的熱量，目前一般通過導(dǎo)熱銅管把熱量傳導(dǎo)至散熱片上，然后風(fēng)扇是對著散熱片吹，將把熱量以對流或輻射方式散到筆記本電腦外面。在導(dǎo)熱銅管中，填充有相變材料，設(shè)置有毛細管結(jié)構(gòu)。導(dǎo)熱銅管分別與cpu、顯卡芯片上的導(dǎo)熱板焊接，在導(dǎo)熱銅管的另一端設(shè)置有散熱片和風(fēng)扇。為了更好的將cpu、顯卡芯片等產(chǎn)生的熱能經(jīng)導(dǎo)熱銅管散發(fā)出去，導(dǎo)熱銅管與其接觸處設(shè)置扁狀管體結(jié)構(gòu)，增大導(dǎo)熱接觸面積。從cpu上導(dǎo)熱板一直延伸至風(fēng)扇口處的散熱片，再由風(fēng)扇將熱能經(jīng)散熱口散到筆記本電腦外部。導(dǎo)熱銅管中，與cpu、顯卡芯片導(dǎo)熱板接觸的導(dǎo)熱銅管一端為蒸發(fā)端，與散熱片連接的一端為冷凝端，筆記本電腦工作時，cpu、顯卡芯片工作開始發(fā)熱，導(dǎo)熱銅管中的相變材料經(jīng)過銅管與cpu、顯卡芯片相連導(dǎo)熱板進行熱交換，導(dǎo)熱銅管中的蒸發(fā)端的相變材料因為熱交換吸熱由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，因為壓力的變化，氣態(tài)化的相變材料流向冷凝端，由于冷凝端與散熱片連接，風(fēng)扇一直吹著散熱片將散熱片的熱能向筆記本外部排出，因此冷凝端的導(dǎo)熱銅管內(nèi)外具有一定溫差，冷凝端的氣態(tài)相變材料向外釋放熱能變?yōu)橐簯B(tài)，釋放的熱能經(jīng)散熱片，在風(fēng)扇進一步作用下快速向筆記本電腦外部散出。冷凝后的液態(tài)相變材料在毛細管結(jié)構(gòu)作用下，經(jīng)由冷凝端回流至蒸發(fā)端，重復(fù)蒸發(fā)冷凝相變過程。傳導(dǎo)到導(dǎo)熱銅管的大部分熱能經(jīng)由其內(nèi)部的相變材料進行熱交換散熱，其他熱能則直接通過導(dǎo)熱銅管表面向筆記本電腦內(nèi)部空間散熱。由于筆記本電腦內(nèi)空間狹小，當(dāng)筆記本工作一段時間后，經(jīng)導(dǎo)熱銅管表面直接向筆記本空間散發(fā)的熱能達到一定平衡，則會導(dǎo)致筆記本電腦內(nèi)部的溫度保持在較高溫度，會造成電腦表面(上部或者下部)局部溫度過高，尤其在長期使用情況下，底部發(fā)燙或表面發(fā)燙。內(nèi)部溫度過高，對筆記本中的其他電子元器件造成影響，導(dǎo)致筆記本運行性能下降，速度變慢，有時甚至于死機。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種散熱裝置，其在保證散熱的同時，阻斷散熱裝置與其周圍空間的熱交換及熱輻射，使周圍空間溫度降低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種散熱裝置，包括熱源，至少一根導(dǎo)熱管；

所述導(dǎo)熱管一端與所述熱源以導(dǎo)熱方式連接，其特征在于在所述導(dǎo)熱管外壁上包覆有隔熱層，

所述導(dǎo)熱管未與所述熱源連接的散熱端除外。

所述導(dǎo)熱管為中空，其中空部填充有相變材料，并設(shè)置有讓液態(tài)相變材料從一端回流至另一端的毛細管結(jié)構(gòu)。

在所述導(dǎo)熱管與所述隔熱層之間設(shè)置有超導(dǎo)熱層，所述超導(dǎo)熱層導(dǎo)熱系數(shù)大于所述導(dǎo)熱管導(dǎo)熱系數(shù)。

在所述熱源與所述導(dǎo)熱管連接的兩側(cè)的熱源表面上依次設(shè)置有超導(dǎo)熱層和隔熱層，所述熱源表面的超導(dǎo)熱層和隔熱層與所述導(dǎo)熱管上的所述超導(dǎo)熱層和隔熱層分別連接。

所述超導(dǎo)熱層材質(zhì)為金屬、石墨、石墨烯、導(dǎo)熱界面材料、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱云母、導(dǎo)熱陶瓷、導(dǎo)熱橡膠以及其他導(dǎo)熱材料，其厚度為0.01mm-2.0mm。

所述超導(dǎo)熱層材質(zhì)為人工石墨片，導(dǎo)熱系數(shù)大于1000w/(m·k)，其厚度為0.02mm-0.10mm。

所述隔熱材料材質(zhì)為氣凝膠、聚酰亞胺、pe薄膜、保溫隔熱紙、玻璃纖維棉板/氈、聚氨酯發(fā)泡材料、離心剝離纖維棉/巖棉、真空隔熱材料以及其他隔熱材料，其厚度為0.05mm-10mm。

所述隔熱材料材質(zhì)為二氧化硅氣凝膠，其導(dǎo)熱系數(shù)小于0.03w/(m·k)，其厚度為0.2mm-1.0mm。

一種筆記本電腦的散熱裝置，包括cpu、顯卡芯片、散熱片、風(fēng)扇，具有蒸發(fā)段和冷凝段的導(dǎo)熱管；所述導(dǎo)熱管的蒸發(fā)段與所述cpu及顯卡芯片上的導(dǎo)熱板以導(dǎo)熱方式連接，所述冷凝段與所述散熱片以導(dǎo)熱方式連接；在所述導(dǎo)熱管外壁上包覆有隔熱層，所述冷凝段及以導(dǎo)熱方式與所述cpu、顯示芯片、散熱片連接的位置除外；所述超導(dǎo)熱層導(dǎo)熱系數(shù)大于所述導(dǎo)熱管導(dǎo)熱系數(shù)。

在所述cpu、顯示芯片的導(dǎo)熱板未與所述導(dǎo)熱管連接的表面上依次設(shè)置有一層超導(dǎo)熱層和隔熱層，所述cpu、顯示芯片的超導(dǎo)熱層和隔熱層分別與所述導(dǎo)熱管上的超導(dǎo)熱層和隔熱層連接。

本發(fā)明的散熱裝置，在導(dǎo)熱管外部增加超導(dǎo)熱層和隔熱層，可以使熱量快速傳導(dǎo)至超導(dǎo)熱層并通過導(dǎo)熱管與相變材料進行熱交換，另一方面可以快速將一部分熱能傳遞至冷凝段一端的導(dǎo)熱管處，向外散熱，由于隔熱層存在，通過熱輻射進入設(shè)備儀器空間的熱能就比較少。當(dāng)超導(dǎo)熱層采用人工石墨片時，由于人工石墨片層橫向?qū)嵯禂?shù)很高，大于1000w/(m·k)，但其縱向?qū)嵯禂?shù)小于30w/(m·k)，當(dāng)采用人工石墨片層作為超導(dǎo)熱層時，熱能會快速沿導(dǎo)熱管長度方向傳導(dǎo)至冷凝端一端向外散熱，而縱向方向則僅有小部分熱能通過隔熱層進入設(shè)備儀器空間中。當(dāng)隔熱層采用二氧化硅氣凝膠時，雖然二氧化硅氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)與空氣導(dǎo)熱系數(shù)差不多，但是二氧化硅氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度上升變化很小，空氣導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度上升會逐漸呈曲線增大。當(dāng)采取熱氧化硅氣凝膠做為隔熱層時，比導(dǎo)熱管直接與空氣接觸輻射的熱能要低的多。

在導(dǎo)熱管外部僅增加隔熱層時，導(dǎo)熱管管壁縱向熱能交換被最大限度阻止，迫使經(jīng)相變材料及導(dǎo)熱管橫向管壁傳導(dǎo)散熱。

當(dāng)采用在導(dǎo)熱管外部設(shè)置超導(dǎo)熱層和隔熱層時，既能橫向提高熱交換速率，又能在縱向方向防止熱能進入設(shè)備儀器元器件所在的工作空間中。當(dāng)筆記本電腦使用本發(fā)明的散熱裝置，筆記本電腦內(nèi)關(guān)鍵位置溫度會降低至少5攝氏度，散熱片處的溫度也相應(yīng)降低5攝氏度以上，散熱效果明顯，筆記本運行性能穩(wěn)定。

當(dāng)導(dǎo)熱管直接采用導(dǎo)熱系數(shù)大于1000w/(m·k)的導(dǎo)熱材料時，導(dǎo)熱管中則不需填充相變材料，通過導(dǎo)熱管的高導(dǎo)熱性能直接將熱源處的熱能傳導(dǎo)至散熱端向外部散熱；為了防止導(dǎo)熱管的熱能從縱向進入設(shè)備儀器元器件工作空間中，需通過導(dǎo)熱管外部增加的隔熱層，阻止熱能縱向輻射。

附圖說明

圖1，筆記本電腦散熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2，現(xiàn)有筆記本電腦散熱裝置處cpu與導(dǎo)熱管連接橫截面示意圖。

圖3、導(dǎo)熱管包覆超導(dǎo)熱層和隔熱層的橫截面示意圖。

圖4，cpu與包覆有超導(dǎo)熱層、隔熱層的導(dǎo)熱管連接橫截面示意圖。。

圖5、導(dǎo)熱管包覆隔熱層的橫截面示意圖。

具體實施方式

針對上述技術(shù)方案，現(xiàn)舉較佳實施例并結(jié)合圖示進行具體說明。以筆記本電腦散熱裝置為例進行說明。筆記本電腦散熱裝置包括：cpu、顯卡芯片、散熱片、風(fēng)扇、導(dǎo)熱管，其中。

參看圖1和圖2，筆記本電腦顯卡芯片1和cpu2間隔一定距離設(shè)置在電腦殼體內(nèi)。散熱片3設(shè)置在筆記本電腦殼體邊緣處，在散熱片內(nèi)側(cè)設(shè)置有風(fēng)扇4。cpu和顯卡芯片上面通過導(dǎo)熱硅脂51設(shè)置有導(dǎo)熱板5，導(dǎo)熱板5為金屬材質(zhì)，其可以是銅、鋁合金、銀等導(dǎo)熱性能良好的金屬。導(dǎo)熱管6為扁平結(jié)構(gòu)，其管體材質(zhì)為銅，在導(dǎo)熱管中填充有相變材料，在導(dǎo)熱管中設(shè)置有毛細管結(jié)構(gòu)。導(dǎo)熱管一端焊接在cpu導(dǎo)熱板上，穿過cpu上方后焊接在顯卡芯片上的導(dǎo)熱板上，導(dǎo)熱管的另一端焊接在散熱片上。當(dāng)電腦工作時，cpu和顯卡芯片上產(chǎn)生的熱能經(jīng)導(dǎo)熱板和與導(dǎo)熱板連接在一起的導(dǎo)熱管傳導(dǎo)進入導(dǎo)熱管中，導(dǎo)熱管中的相變材料吸熱由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，與cpu和顯卡芯片連接的導(dǎo)熱管段則成為蒸發(fā)段，即相變材料吸熱由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程發(fā)生段。變?yōu)闅鈶B(tài)后，導(dǎo)熱管內(nèi)的氣壓發(fā)生變化，則氣態(tài)相變材料在壓力下沿著導(dǎo)熱管向散熱片一端方向移動，由于該端導(dǎo)熱管與散熱片連接，且由風(fēng)扇進行吹風(fēng)散熱，因此，該端的導(dǎo)熱管內(nèi)外溫度低，當(dāng)氣態(tài)相變材料至該端時，由于溫差，由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)釋放熱能，釋放熱能的經(jīng)導(dǎo)熱管與散熱片，在風(fēng)扇的作用下散至筆記本電腦外部。發(fā)生氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的相變過程的導(dǎo)熱管一端成為冷凝段。

參看圖3，在導(dǎo)熱管6的外周壁上包覆有一層超導(dǎo)熱層7，在超導(dǎo)熱層的外面包覆一層隔熱層8，超導(dǎo)熱層導(dǎo)熱系數(shù)大于導(dǎo)熱管導(dǎo)熱系數(shù)。除了導(dǎo)熱管與cpu、顯卡芯片、散熱片連接處，導(dǎo)熱管外壁均包覆超導(dǎo)熱層和隔熱層，為了更好的散熱，位于散熱片端的導(dǎo)熱管上包覆的超導(dǎo)熱層與散熱片連接。超導(dǎo)熱層厚度0.01mm-2.0mm，其材質(zhì)可以是金屬、石墨、石墨烯、導(dǎo)熱界面材料、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱云母、導(dǎo)熱陶瓷、導(dǎo)熱橡膠以及其他導(dǎo)熱材料。在本實施例中采用材質(zhì)為人工石墨片，其厚度范圍為0.02mm-0.10mm,優(yōu)選厚度為0.03mm。人工石墨片具有低熱阻：熱阻比鋁低40％，比銅低20％；重量輕：重量比鋁輕25％，比銅輕75％；具有高導(dǎo)熱性能，人工石墨片具有橫向?qū)嵯禂?shù)高、縱向?qū)嵯禂?shù)低的特點。本實施例中采用的人工石墨片橫向(xy平面)導(dǎo)熱系數(shù)大于1000w/(m·k)，縱向(z軸方向，即石墨片厚度方向)導(dǎo)熱系數(shù)低于30w/(m·k)。隔熱層7厚度0.05mm-10mm，其材質(zhì)可以是氣凝膠、聚酰亞胺、pe薄膜、保溫隔熱紙、玻璃纖維棉板/氈、聚氨酯發(fā)泡材料、離心剝離纖維棉/巖棉、真空隔熱材料以及其他隔熱材料中的一種或幾種。在本實施例中，隔熱層采用的材質(zhì)為二氧化硅氣凝膠，其厚度0.2mm-1.0mm，優(yōu)選厚度為0.30mm。二氧化硅氣凝膠中空氣分子的平均自由程在70nm左右，而sio2氣凝膠中的孔道尺寸遠遠小于這一臨界尺寸，其孔徑約為20nm，材料內(nèi)部就消除了對流，氣態(tài)熱傳導(dǎo)率就很低；且較低的密度又限制了稀疏骨架中溫度的局部傳播，使固態(tài)熱導(dǎo)率僅為無機玻璃態(tài)材料熱導(dǎo)率的1/500左右，特殊的結(jié)構(gòu)使其成為理想的超級隔熱材料。其導(dǎo)熱系數(shù)為0.02w/(m·k)。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點在于：當(dāng)筆記本電腦工作時，cpu、顯卡芯片產(chǎn)生的熱能經(jīng)導(dǎo)熱管，大部分熱能將相變材料液態(tài)至氣態(tài)相變，在蒸發(fā)段吸熱進行熱交換，相變后的氣態(tài)相變材料迅速移動至冷凝段，由于溫差進行冷凝，相變材料由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)釋放熱能，熱能經(jīng)由導(dǎo)熱管壁直接經(jīng)由與之連接的散熱片散熱。另一部分熱能由導(dǎo)熱管壁與超導(dǎo)熱層進行熱傳導(dǎo)，大部分熱能經(jīng)由超導(dǎo)熱層傳導(dǎo)至散熱片端，在風(fēng)扇進一步作用下，經(jīng)由散熱片以對流或輻射方式散熱，一部分經(jīng)由導(dǎo)熱管管壁傳導(dǎo)至散熱片，在風(fēng)扇作用下經(jīng)由散熱片對流或輻射方式散熱散熱。由于在超導(dǎo)熱層外部還設(shè)置有隔熱層，因此，在縱向方向，由于隔熱層導(dǎo)熱系數(shù)非常低，經(jīng)由隔熱層進入筆記本電腦殼體中空間的就非常低，保證了筆記本電腦殼體內(nèi)溫度相對保持在一個較低的水平。當(dāng)隔熱層采用二氧化硅氣凝膠膜時，由于二氧化硅氣凝膠膜導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度變化幾乎不變，相對于其他材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度增加而變大來講，其隔熱效果良好。通過增加人工石墨片層和二氧化硅氣凝膠膜層，提高了橫向熱交換效率，同時在縱向上，阻止熱能向筆記本電腦殼體內(nèi)的空間中輻射散熱，保證了筆記本電腦關(guān)鍵位置的溫度較常規(guī)散熱裝置低5度以上。

為了更好的散熱，參考圖4，在cpu、顯卡芯片上位于導(dǎo)熱管兩側(cè)的導(dǎo)熱板上面依次設(shè)置有超導(dǎo)熱層6和隔熱層7，其分別與包覆在導(dǎo)熱管上的超導(dǎo)熱層和隔熱層連接。該設(shè)計可增大了熱交換面積。cpu和顯卡芯片上產(chǎn)生的熱能一部分經(jīng)導(dǎo)熱管由相變材料傳輸散熱，一部分經(jīng)由超導(dǎo)熱層傳導(dǎo)散熱，由于超導(dǎo)熱層導(dǎo)熱系數(shù)比導(dǎo)熱管導(dǎo)熱系數(shù)高至少3倍以上，熱傳導(dǎo)散熱效果比較好。

上述實施例在導(dǎo)熱管外部增加超導(dǎo)熱層和隔熱層，通過超導(dǎo)熱層提高熱傳導(dǎo)速率，散熱效果良好。參看圖5，為本發(fā)明設(shè)計的另一種散熱裝置結(jié)構(gòu)，其和上述實施例的區(qū)別在于在導(dǎo)熱管外部直接包覆隔熱層。隔熱層的材質(zhì)與上述實施例相同。上述實施例中的導(dǎo)熱管中填充有相變材料進行快速熱交換。當(dāng)導(dǎo)熱管本身的導(dǎo)熱系數(shù)很高，大于800w/(m·k)時，導(dǎo)熱管則不需填充相變材料，其通過導(dǎo)熱管自身即可實現(xiàn)高效的熱交換，在導(dǎo)熱管散熱端實現(xiàn)散熱，但是為了避免導(dǎo)熱管的熱能從縱向方向進入設(shè)備儀器各元器件所在的工作空間，則在導(dǎo)熱管外周壁上還是需要設(shè)置隔熱層?？傊?，不論導(dǎo)熱管采用填充有相變材料的導(dǎo)熱管或是直接使用導(dǎo)熱系數(shù)大于800w/(m·k)的導(dǎo)熱管，為了設(shè)備儀器各元件工作空間有個較低的工作環(huán)境，都必須在導(dǎo)熱管外周壁上設(shè)置隔熱層。

除了電腦筆記本上散熱裝置外，在其他行業(yè)，比如手機、精密電子設(shè)備儀器、航天通訊等領(lǐng)域也可以應(yīng)用本發(fā)明的散熱裝置。導(dǎo)熱管一端以導(dǎo)熱方式與熱源表面連接，導(dǎo)熱管另一端，即散熱端與散熱片以導(dǎo)熱方式連接，在導(dǎo)熱管未與熱源及散熱片接觸連接的外壁包覆隔熱層；或包覆超導(dǎo)熱層和隔熱層。散熱方式：熱源上的熱能經(jīng)導(dǎo)熱管傳導(dǎo)至其散熱端，散熱端再經(jīng)由散熱片以對流或輻射方式散熱至設(shè)備儀器外部。如沒有散熱片時，導(dǎo)熱管散熱端不需與其他裝置部件連接時，則導(dǎo)熱管散熱端不需包覆隔熱層，直接與空氣接觸散熱即可。

測試了現(xiàn)有的筆記本散熱裝置、導(dǎo)熱板和導(dǎo)熱管外包覆人工石墨片層和二氧化硅氣凝膠層的散熱裝置、導(dǎo)熱管僅包覆二氧化硅氣凝膠層的散熱裝置，將這三組不同結(jié)構(gòu)的散熱裝置的測試數(shù)據(jù)在室溫下測試三組，取平均值，見表一。測試用筆記本電腦型號華碩p43s，溫度測試采用toprietp9000多路數(shù)據(jù)記錄儀。

表一

由表一可知，增加人工石墨片層和二氧化硅氣凝膠膜層的散熱裝置與現(xiàn)有的散熱裝置散熱效果相比較，在關(guān)鍵位置處降溫在5攝氏度以上，最多降溫降幅達到12.5攝氏度，散熱降溫效果明顯；僅增加二氧化硅氣凝膠膜層，降溫效果比增加人工石墨片層和二氧化硅氣凝膠膜層的散熱裝置的散熱降溫效果稍差，但關(guān)鍵位置處降溫幅度也在4攝氏度以上。由以上測試數(shù)據(jù)可知，增加超導(dǎo)熱層和隔熱層的散熱裝置和僅增加隔熱層的散熱裝置均對筆記本電腦有散熱降溫的效果。