CN111757656B

CN111757656B - 一种共形逆流液冷散热器

Info

Publication number: CN111757656B
Application number: CN202010794262.5A
Authority: CN
Inventors: 周金柱; 刘德荣; 王梅; 王平安; 康乐; 黄进
Original assignee: CETC 38 Research Institute; Xidian University
Current assignee: CETC 38 Research Institute; Xidian University
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2040-08-10
Also published as: CN111757656A

Abstract

本发明公开了一种共形逆流液冷散热器，包括盖板、隔板、基板，该盖板、隔板、基板与电子设备共形；盖板位于共形逆流液冷散热器的顶部，隔板包括汇流通道、分流通道、逆流通道、横向通道和纵向通道，基板包括进口接头和出口接头，汇流通道位于出口接头正下方，纵向通道位于进口接头正下方，分流通道位于汇流通道上方且相互错开，逆流通道由左流道、右流道、流道分层口和流道分液口组成，该结构能够使左流道和右流道内的冷却介质流向相反；本发明可作为曲面电子设备的液冷散热器，同时具有厚度小、温度均匀性好的优势和良好的综合散热性能。

Description

一种共形逆流液冷散热器

技术领域

本发明属于电子设备热管理技术领域，具体涉及液冷散热器中的一种共形逆流液冷散热器，可应用于电子设备散热。

背景技术

随着集成电路、电子材料的快速发展，电子元器件的热流密度急剧上升，电子设备热管理问题更加突出。电子设备常用的散热方式有自然冷却、强迫风冷、冷板液冷等方法。自然散热成本低，故障率低，但只适合热耗较小的设备；强迫风冷是将发热器件固定到散热器上，冷风经过散热器时带走热量实现对流换热；冷板液冷是将液冷流道设计在金属板内，通过冷却液流动带走器件的热量，相比自然冷却、强迫风冷，冷板液冷散热效率极高。

但是，为了满足飞艇、导弹、卫星等的特殊结构需求，传统的平板液冷散热器已经不能满足天线结构上的需要，我们不仅需要考虑电子设备的温升要求，温度均匀性要求，更重要的是要满足结构上的要求。

例如，西安永电电气有限责任公司申请的专利，名称为“液冷散热器及相应的IGBT模块”，申请日为2014年02月28日，授权公告号为CN104882424B，公开了一种液冷散热器及相应的IGBT模块，通过在液体流道中设置扰流件来增强冷却液的扰动，从而改变不同位置处的对流换热系数，保证了液冷散热器的散热效果。但其不足之处是液体温度从入口沿着S形排列的液体流道逐步上升，在出口处达到最高，无法保证液冷散热器的温度均匀性。

例如，西安电子科技大学申请的专利，名称为“一种温度均匀化的微通道散热器”，申请日为2018年04月20日，授权公告号为CN108650848B，公开了一种温度均匀化的微通道散热器，通过冷却液分配器内部k层、2^k-1个呈倒T形流道组成分液通道与每一组散热通道相连，具有散热能力更强、温度均匀性更好、压降更低的优势。但其不足之处是当散热通道过多时，即k值变大，则厚度变大，无法满足实际使用要求。

发明内容

为了解决现有液冷散热器厚度大、温度均匀性不足、结构无法满足曲面电子设备的技术问题，本发明的目的在于提供一种共形逆流液冷散热器，在解决与电子设备共形基础上，有效的保证其温度的均匀性。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种共形逆流液冷散热器，包括盖板、隔板、基板，其特征在于，所述盖板、隔板、基板与电子设备共形；所述盖板位于共形逆流液冷散热器的顶部；所述隔板包括汇流通道、分流通道、逆流通道、横向通道、纵向通道；所述基板包括进口接头和两个相同的出口接头；所述汇流通道位于出口接头正下方，与该出口接头连通；所述纵向通道位于进口接头正下方，与该进口接头连通；所述分流通道位于汇流通道上方，该分流通道、汇流通道相互错开；所述逆流通道由左流道、右流道、流道分层口和流道分液口组成；所述流道分层口位于纵向通道正下方；所述流道分液口分别位于左流道和右流道两端，使左流道和右流道中的流向相反，以保证基板上热源的温度均匀性。

所述逆流通道位于热源的正下方，逆流通道的间距为W，W表示为8.5mm，所述左流道和右流道的长度为L0、宽度为D0、高度为H0，L0表示为186mm，D0表示为0.5mm，H0表示为4mm。

所述纵向通道中间宽度为W0、两端宽度为W1，W0表示为4mm，W1表示为W0/2。

所述流道分液口位于左流道的左下端、右上端和右流道的左上端、右下端，所述流道分层口位于左流道、右流道的纵向轴线方向。

所述盖板、隔板和基板采用金属3D打印一体成形，并选用铝合金、铜合金和不锈钢材料。

本发明与现有技术相比具有如下优点

1.本发明采用的隔板包括汇流通道、分流通道、逆流通道、横向通道和纵向通道，分流通道位于汇流通道上方，该分流通道、汇流通道相互错开，逆流通道由左流道、右流道、流道分层口和流道分液口组成，流道分层口位于纵向通道正下方，流道分液口分别位于左流道和右流道两端，流道分液口位于左流道的左下端、右上端和右流道的左上端、右下端，通过交替排列左流道和右流道，使相邻左流道和右流道内的冷却介质流向相反，从而保证了整个散热器良好的温度均匀性。

2.本发明通过金属3D打印技术，可将液冷散热器打印为球型曲面、椭球形曲面和圆柱形曲面，以及其它不规则曲面，将平板形式的液冷散热器转变为曲面形式的液冷散热器，且与电子设备共形。

3.本发明采用的盖板、隔板、基板与电子设备共形，能够起到承载作用，同时也提高了空间利用率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中的Ⅰ区域局部放大图；

图3是图1中的Ⅱ区域局部放大图；

图4是图1中的Ⅲ区域局部放大图；

图5是图1中的左流道、右流道的结构示意图；

图6是图1中的共形逆流液冷散热器仿真结果的热源温度分布图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明

参照图1、图2、图3、图4和图5

本发明的一种共形逆流液冷散热器，包括盖板1，隔板2，基板3，其特征在于，所述盖板1、隔板2、基板3与电子设备共形；所述盖板1位于共形逆流液冷散热器的顶部；所述隔板(2)包括汇流通道2.1、分流通道2.2、逆流通道2.3、横向通道2.4、纵向通道2.5；所述基板3包括进口接头3.1和两个相同的出口接头3.2；所述汇流通道2.1位于出口接头3.2正下方，与该出口接头3.2连通；所述纵向通道2.5位于进口接头3.1正下方，与该进口接头3.1连通；所述分流通道2.2位于汇流通道2.1上方，该分流通道2.2、汇流通道2.1相互错开；所述逆流通道2.3由左流道2.3.1、右流道2.3.2、流道分层口2.3.3和流道分液口2.3.4组成；所述流道分层口2.3.3位于纵向通道2.5正下方；所述流道分液口2.3.4分别位于左流道2.3.1和右流道2.3.2两端，使左流道2.3.1和右流道2.3.2中的流向相反，以保证基板3上热源4的温度均匀性。

所述共形逆流液冷散热器中的汇流通道2.1、分流通道2.2、逆流通道2.3、横向通道2.4、纵向通道2.5对冷却介质进行分配；冷却介质通过进口接头3.1进入该共形逆流液冷散热器，经过纵向通道2.5、横向通道2.4后，从左端的分流通道2.2经过左上端的流道分液口2.3.4进入右流道2.3.2，经过右下端的流道分液口2.3.4后从右端的汇流通道2.1流出，通过右端的出口接头3.2排出；或者从右端的分流通道2.2经过右上端的流道分液口2.3.4进入左流道2.3.1，经过左下端的流道分液口2.3.4后从左端的汇流通道2.1流出，通过左端的出口接头3.2排出。通过交替排列左流道2.3.1和右流道2.3.2，使相邻左流道2.3.1和右流道2.3.2内的冷却介质流向相反，提高基板3的温度均匀性。

所述共形逆流液冷散热器与电子设备共形，可适用于球型曲面、椭球形曲面和圆柱形曲面，以及其它不规则曲面。

所述逆流通道2.3位于热源4的正下方，逆流通道2.3的间距为W，W表示为8.5mm，所述左流道2.3.1和右流道2.3.2的长度为L0、宽度为D0、高度为H0，L0表示为186mm，D0表示为0.5mm，H0表示为4mm。

所述纵向通道2.5中间宽度为W0、两端宽度为W1，W0表示为4mm，W1表示为W0/2，当两端宽度W1为W0/2时，对横向通道2.4进行流量分配。

所述流道分液口2.3.4位于左流道2.3.1的左下端、右上端和右流道2.3.2的左上端、右下端，所述流道分层口2.3.3位于左流道2.3.1、右流道2.3.2的纵向轴线方向。

所述盖板1、隔板2和基板3采用金属3D打印一体成形，并选用铝合金、铜合金和不锈钢材料。

参照图6

图中横坐标表示为热源编号，纵坐标表示为热源温度，采用ANSYS Icepak软件进行热仿真分析，对本发明的技术效果作进一步说明：

1.仿真模型：

在本实施例中，共形逆流液冷散热器为圆柱形曲面，长度为212mm，弧长为114mm，厚度为6mm，盖板1和基板3的厚度为1mm，纵向通道2.5宽为4mm和2mm，深度为1.5mm，逆流通道2.3共4组，每组各有8条左流道2.3.1和8条右流道2.3.2，每组逆流通道2.3间距8.5mm，左流道2.3.1、右流道2.3.2的宽度为0.5mm，高度为4mm，每条流道长186mm。

2.仿真条件：

(1)共形逆流液冷散热器材料为Aluminum 6061-T6，热源材料为纯铜；

(2)环境温度20℃；

(3)冷却介质为280K的水，入口冷却介质体积流量0.0001m³/s；；

(4)体热源以4×8方阵均布在基板上，单个体热源的大小为4mm×3.5mm×2mm，单个体热源的发热功率为50W，总发热功率为1600W。

3.仿真结果：

从图6中可以看出，32个体热源的最高温度在68.9～72.5℃；最低温度在48.1～51.6℃，平均温度在64.1～67.6℃。

以上仿真结果说明，32个体热源的最高温度的方差为0.986℃，最低温度的方差为1.152℃，平均温度的方差为0.993℃，即本发明提出的共形逆流液冷散热器具有良好的综合散热性能，温度均匀性好的优势，同时还具有厚度小、可与电子设备共形的特点。

以上描述仅是本发明的一个实施例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求和保护范围之内。

Claims

1.一种共形逆流液冷散热器，包括盖板(1)，隔板(2)，基板(3)，其特征在于，所述盖板(1)、隔板(2)、基板(3)与电子设备共形；所述盖板(1)位于共形逆流液冷散热器的顶部；所述隔板(2)包括汇流通道(2.1)、分流通道(2.2)、逆流通道(2.3)、横向通道(2.4)、纵向通道(2.5)；所述基板(3)包括进口接头(3.1)和两个相同的出口接头(3.2)；所述汇流通道(2.1)位于出口接头(3.2)正下方，与该出口接头(3.2)连通；所述纵向通道(2.5)位于进口接头(3.1)正下方，与该进口接头(3.1)连通；所述分流通道(2.2)位于汇流通道(2.1)上方，该分流通道(2.2)、汇流通道(2.1)相互错开；所述逆流通道(2.3)由左流道(2.3.1)、右流道(2.3.2)、流道分层口(2.3.3)和流道分液口(2.3.4)组成，所述逆流通道(2.3)与横向通道(2.4)位于隔板(2)的横向轴线两侧并交替排列；所述流道分层口(2.3.3)位于纵向通道(2.5)正下方；所述流道分液口(2.3.4)分别位于左流道(2.3.1)和右流道(2.3.2)两端，使左流道(2.3.1)和右流道(2.3.2)中的流向相反，以保证基板(3)上热源(4)的温度均匀性。

2.根据权利要求1所述的共形逆流液冷散热器，其特征在于，所述逆流通道(2.3)位于热源(4)的正下方，逆流通道(2.3)的间距为W，W为8.5mm，所述左流道(2.3.1)和右流道(2.3.2)的长度为L0、宽度为D0、高度为H0，L0为186mm，D0为0.5mm，H0为4mm。

3.根据权利要求1所述的共形逆流液冷散热器，其特征在于，所述纵向通道(2.5)中间宽度为W0、两端宽度为W1，W0为4mm，W1为W0/2。

4.根据权利要求1所述的共形逆流液冷散热器，其特征在于，所述流道分液口(2.3.4)位于左流道(2.3.1)的左下端、右上端和右流道(2.3.2)的左上端、右下端，所述流道分层口(2.3.3)位于左流道(2.3.1)、右流道(2.3.2)的纵向轴线方向。

5.根据权利要求1所述的共形逆流液冷散热器，其特征在于，所述盖板(1)、隔板(2)和基板(3)采用金属3D打印一体成形，并选用铝合金、铜合金和不锈钢材料。