CN105188324B - 一种液冷散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液冷散热器，旨在提供一种结构简单、容易实现，适用于高负荷、大功率器件冷却的高效液冷散热器。包括空心底板，空心底板内部通过隔板分隔成多个蒸发腔，蒸发腔内充注有相变工质，与每个蒸发腔相对的底板上部分别倾斜设置有冷凝腔，冷凝腔一端通过液体流通腔与蒸发腔连通，冷凝腔的另一端通过蒸汽流通腔与蒸发腔连通，液体流通腔的下端位于蒸发腔相变工质的液面下。与每个蒸发腔相对的底板与冷凝器之间分别设置有多个肋柱。该液冷散热器具有强化传热的作用，尤其是在蒸发腔与冷凝腔之间由于通过相变传热，散热效率明显提高，增强了液冷散热器的均温效果，降低散热设备表面的工作温度，提高了设备的运行安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热器，更具体的说是涉及一种液冷散热器。
背景技术
近年来，电子产品设备、航空航天、能源化工等领域高热流密度器件技术得到了飞速发展，相关器件与设备的集成程度越来越高，导致单一设备和整机的散热量急剧增加。高负荷、大功率设备的散热问题成为了制约相关领域技术飞跃的最大障碍。
传统散热方式主要以风冷散热为主，通过风扇强制对流换热带走被冷却对象所产生的热负荷。然而，风冷散热本身具有一定的局限性，在热流密度超过一定值时，普通风冷散热将达到极限。
近来，由于液冷效果比风冷高出数十倍，因此，液体强制对流冷却逐渐占据高热流密度器件冷却领域的主导位置。目前，液冷散热主要是通过在蒸发器底板上加工出数量较多、形状各异、具有强化传热特征的肋柱，通过肋柱将底板的一部分热负荷传递至工作腔内部，另外一部分热负荷直接通过底板传递至工作腔内。在热流密度不高时，该种散热方式能够满足散热需求，但当热流密度较高时，通过肋柱和底板的导热无法满足更高热流密度的散热需求，限制了液冷散热进一步的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、容易实现，适用于高负荷、大功率器件冷却的高效液冷散热器。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种液冷散热器，包括空心底板，所述空心底板内部通过隔板分隔成多个蒸发腔，所述蒸发腔内充注有相变工质，与每个所述蒸发腔相对的所述底板上部分别倾斜设置有冷凝腔，所述冷凝腔一端通过液体流通腔与所述蒸发腔连通，所述冷凝腔的另一端通过蒸汽流通腔与所述蒸发腔连通，所述液体流通腔的下端位于所述蒸发腔相变工质的液面下。
与每个所述蒸发腔相对的所述底板与所述冷凝器之间分别设置有多个肋柱。
每个所述蒸发腔为沿所述底板宽度方向的长方体空腔。
每个所述冷凝腔与相对应的所述液体流通腔、蒸汽流通腔及底板围成的形状为沿所述底板宽度方向的直角梯形。
还包括上盖，所述上盖罩在多个所述冷凝腔外部，并与所述底板密封连接，所述上盖一侧设置有液体进口，所述上盖另一侧设置有液体出口。
所述上盖与所述底板焊接连接。
所述上盖及所述底板为不锈钢材料或铜。
所述冷凝器倾斜的坡度为5°-30°。
相邻所述冷凝腔之间间隔为0.5mm-3mm。
所述蒸发腔的高度为0.5-3mm。
本发明具有下述有益效果：
1、本发明的液冷散热器的底板上设置有蒸发腔和冷凝腔，具有强化传热的作用，尤其是在蒸发腔与冷凝腔之间由于通过相变传热，与传统液冷散热器依靠导热传递热量相比散热效率明显提高。同时蒸发腔与冷凝腔的设计可以将热量快速传递给流经散热器的冷却水，增强了液冷散热器的均温效果，降低了散热设备表面的工作温度，提高了设备的运行安全性。
2、本发明的液冷散热器沿流道布置的导热肋柱的设计，能够强化传热效果，提高了散热效率。
3、本发明的液冷散热器的冷凝腔为倾斜设置，倾斜设计的冷凝腔使得来自蒸发腔的蒸汽通过蒸汽流通腔进入冷凝腔冷凝之后，产生的冷凝液无需其它辅助措施，而依靠自身的重力通过液体流通腔回流至蒸发腔，完成循环。结构简单，易于实现液冷散热器小型化。
附图说明
图1所示为本发明液冷散热器的外观示意图；
图2所示为本发明液冷散热器的俯视图；
图3所示为本发明液冷散热器的A向剖视图；
图4所示为本发明液冷散热器的B向剖视图；
图5所示为本发明液冷散热器的结构分解图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明液冷散热器的示意图如图1-图5所示，包括空心底板8，所述空心底板8内部通过隔板10分隔成多个蒸发腔9，所述蒸发腔9内充注有相变工质12，与每个所述蒸发腔9相对的所述底板8上部分别倾斜设置有冷凝腔5，所述冷凝腔5一端通过液体流通腔11与所述蒸发腔9连通，所述冷凝腔5的另一端通过蒸汽流通腔1与所述蒸发腔9连通，所述液体流通腔11的下端位于所述蒸发腔相变工质12的液面下。所述蒸发腔9的内部充有的所述相变工质12可为氨水、醇类、丙酮以及制冷剂等具有相变性质的工质。
为了实现对流传热，与每个所述蒸发腔9相对的所述底板8与所述冷凝腔5之间分别设置有多个肋柱7。所述肋柱7可为直肋或其它形式的肋柱，所述肋柱7的高度为0.1-5mm,相邻所述肋柱7之间的间距为0.5-2mm，多个肋柱7呈交错排列的方式布满整个冷凝腔5的下方区域。
其中，每个所述蒸发腔9为沿所述底板宽度方向的长方体空腔。每个所述冷凝腔5与相对应的所述液体流通腔11、蒸汽流通腔1及底板8围成的形状为沿所述底板8宽度方向的直角梯形。
当采用水冷方式时，还包括上盖4，所述上盖4罩住多个所述冷凝腔5，并与所述底板8密封连接，所述上盖4一侧设置有液体进口2，所述上盖4另一侧设置有液体出口3，通过液体进口2和液体出口3与外部管路连接。本实施例中，所述上盖4与所述底板8焊接连接。
所述冷凝腔5与底板8之间具有一定坡度，冷凝腔5倾斜的坡度为5°-30°，相邻所述冷凝腔5之间的间隔为0.5-3mm，所述蒸发腔9之间通过所述隔板10隔开，所述蒸发腔9的高度为0.5-3mm。
作为实施例，所述液冷散热器1由铜材料加工而成，所述底板8上分布有8个相互独立的所述蒸发腔9及所述冷凝腔5的组合，所述蒸发腔9及所述冷凝腔5的组合呈平行排列方式置于所述工作腔6内， 所述冷凝腔5之间的间距为1mm，所述蒸发腔高度为1mm。
所述液冷散热器工作时，所述液体进口2与外置循环泵连接，强制冷却水流过所述工作腔6，吸收热量后的冷却水从所述液体出口3离开所述液冷散热器。当外界开始施加热负荷于所述底板8的下方时，热负荷将主要通过两种方式传递至所述工作腔6中：一是通过所述隔板10以及所述底板8上其它部分的导热，将热负荷传递至所述肋柱7，冷却水从所述液体进口2进入后，一部分冷却水经所述蒸发腔9的上方、所述冷凝腔5的下方、所述蒸汽流通腔1以及所述液体流通腔11所构成的空间内流过，将传递至所述肋柱7的热量通过对流换热带走；二是通过所述蒸发腔9底部的所述相变工质12的相变传热，所述相变工质12吸收来自底部的热负荷后相变蒸发，由于所述蒸汽流通腔1的进口位置较高，同时所述液体流通腔11一端浸入所述相变工质12内，因此相变后产生的蒸汽将沿着所述蒸汽流通腔1上升，当蒸汽进入所述冷凝腔时，由于受到外部水流的冷却作用，蒸汽产生凝结，凝结后的液态工质沿着所述冷凝腔5向下流动，最终通过所述液体流通腔11返回所述蒸发腔9内完成相变循环。由于相变传热的效率远高于导热，施加于所述底板8底部的大部分热负荷将通过所述蒸发腔9与所述冷凝腔5之间的相变传热，将热量传递至所述工作腔9内，并被流过所述液冷散热器内的冷却水带走。因此，本发明的液冷散热器可以被应用于更高热负荷散热要求的场所，同时能够将被冷却器件的温度维持在安全范围之内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种液冷散热器，其特征在于，包括空心底板，所述空心底板内部通过隔板分隔成多个蒸发腔，所述蒸发腔内充注有相变工质，与每个所述蒸发腔相对的所述底板上部分别倾斜设置有冷凝腔，所述冷凝腔一端通过液体流通腔与所述蒸发腔连通，所述冷凝腔的另一端通过蒸汽流通腔与所述蒸发腔连通，所述液体流通腔的下端位于所述蒸发腔相变工质的液面下；与每个所述蒸发腔相对的所述底板与所述冷凝腔之间分别设置有多个肋柱；每个所述蒸发腔为沿所述底板宽度方向的长方体空腔。
2.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，每个所述冷凝腔与相对应的所述液体流通腔、蒸汽流通腔及底板围成的形状为沿所述底板宽度方向的直角梯形。
3.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，还包括上盖，所述上盖罩在多个所述冷凝腔外部，并与所述底板密封连接，所述上盖一侧设置有液体进口，所述上盖另一侧设置有液体出口。
4.根据权利要求3所述的液冷散热器，其特征在于，所述上盖与所述底板焊接连接。
5.根据权利要求3所述的液冷散热器，其特征在于，所述上盖及所述底板为不锈钢材料或铜。
6.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述冷凝腔倾斜的坡度为5°-30°。
7.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，相邻所述冷凝腔之间间隔为0.5mm-3mm。
8.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述蒸发腔的高度为0.5mm-3mm。
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