CN102394230B - 一种电子元器件散热用多头螺旋流道液体冷却器 - Google Patents

Abstract

该发明属于电子元器件冷却的液体冷却器，包括带多头螺旋流道的冷却板，带翅片及气流孔的盖板，气流冷却腔体，螺旋槽冷却液散热板冷，冷却液贮液腔及涡轮，风扇，电动机。该发明采用冷却液由内向外对称流动的多头螺旋流道结构的冷却板，有效克服传统散热器温度沿冷却液流动方向持续升高、被冷却的电子元器件产生非对称热应力等弊病；工作(吸热)后的冷却液经风扇气流冷却和翅片散热处理后，再送入螺旋式流道冷却板对电子元器件进行连续的内循环冷却。因而具有冷却器结构紧凑，对电子元器件的冷却效果好、温度调节范围宽，有效降低了热应力对元器件的不良影响，可确保电子元、器件在工作环境中高效、稳定、安全地工作，并可延长其使用寿命等特点。

Description

一种电子元器件散热用多头螺旋流道液体冷却器

技术领域

本发明涉及一种用于电子元器件冷却的液体冷却器，特别是一种采用多头螺旋流道的微通道液体冷却器；该冷却器可广泛用于对高功率芯片等电子元、器件的冷却，以确保其工作性能的稳定并延长其使用寿命。

背景技术

目前，用于电子设备的散热器主要有传统的翅片式散热器、以及可以散去更高热量的微流道液冷式散热器。传统的微流道散热器一般采用单进、单出的流道结构；无论是最初的平行微通道结构、还是近年来的分形微通道结构的冷却系统，基本组成大都包含微流道、微型泵、冷却液散热器、风扇、以及冷却液管路系统等几个部分。其基本原理为：由微型泵提供动力源，促使冷却液在系统内循环流动，将发热元器件内的热量带出，再由散热器将冷却液中的热量传递到外界。在公开号为CN101835367A、发明名称为《一种风冷、液冷组合式散热系统》中申请人所公开的液冷散热系统即属于这类单进、单出的微流道结构。此类结构的散热器虽然可以散去更高热量，但由于散热器的温度都会在沿冷却液流动方向持续升高、即非对称性升高，而非对称性变化(升高)的温度势必会对被冷却的电子元、器件产生非对称的热应力，这种热应力会对电子元、器件产生不良的影响、使芯片变形甚至使其失效，特别是对于MEMS中的微型加速度传感器类敏感器件而言尤其如此。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种电子元器件散热用多头螺旋流道液体冷却器，在有效提高散热系统散热能力的基础上，确保对被冷却的电子元、器件进行对称式均衡冷却，以达到降低电子元、器件温度梯度及热应力对元器件的不良影响，以充分满足电子元器件在较低的温度范围内高效、稳定、安全地工作，并延长其使用寿命等目的。

本发明的解决方案是在冷却板上采用一中心对称、由内向外的多头螺旋流道阵列结构代替背景技术的单进、单出的微流道结构，以有效克服散热器温度沿冷却液流动方向持续升高、导致被冷却的电子元器件产生非对称热应力，对电子元、器件产生不良影响的弊病，吸热(工作)后的冷却液由下至上经风扇气流风冷、翅片散热后，回流至位于散热器中心的冷却液贮液腔，再经涡轮将降温(散热处理)后的冷却液送入螺旋式流道冷却板内、对电子元器件进行连续的内循环冷却，从而实现其发明目的。因而，本发明电子元器件散热用多头螺旋流道液体冷却器包括设有冷却液流道的冷却板，带翅片的盖板，冷却风扇，电动机，关键在于在冷却板与带翅片的盖板之间还依次设有气流冷却腔体及螺旋槽冷却液散热板、在气流冷却腔体和冷却液流道冷却板的中部还设有冷却液贮液腔及输送冷却液的涡轮，而设于冷却板上的冷却液流道为中心对称、由内向外的多头螺旋流道，且在该螺旋流道冷却板中心还设有涡轮轴座；带翅片的盖板则为带翅片及气流孔的盖板；螺旋流道冷却板、气流冷却腔体、螺旋槽冷却液散热板、带翅片及气流孔的盖板依次叠合并通过紧固螺栓固定成一体，(微型)电动机及其减速器通过支架固定于盖板或盖板的翅片上，涡轮通过涡轮轴坐于冷却液流道冷却板中心的涡轮轴座内、涡轮轴的上端则与电动机减速器的输出端连接以获取动力，风扇则固定于电动机的传动轴上并随传动轴转动。

上述冷却液流道冷却板上的流道为中心对称、由内向外的多头螺旋流道，其螺旋流道为对数螺旋流道，流道数为4-12个。所述气流冷却腔体包括腔体底板、位于底板上且对称设置的弧形台及位于弧形台内并轴向贯穿整个弧形台和腔体底板的冷却液导流槽、以及固定连接孔。所述螺旋槽冷却液散热板包括冷却液进口、冷却液流道、气流孔以及位于散热板外缘的环形密封边、固定连接孔。所述电动机为两相微型步进电机。所述两相微型步进电机的步距角为1.8°、相电压3.9V、相电流0.67A。

本发明采用冷却液由内向外对称流动的多头螺旋流道结构的冷却板，有效克服传统散热器单进单出、温度沿冷却液流动方向持续升高、导致被冷却的电子元器件产生非对称热应力，对电子元、器件产生不良影响等弊病；吸热(工作)后的冷却液依次流经气流冷却腔体及螺旋槽冷却液散热板、经风扇气流冷却和盖板上的翅片散热处理后，回流至冷却液贮液腔，再经涡轮将其送入螺旋式流道冷却板内，对电子元、器件进行连续的内循环冷却，同时采用步进电机通过主机软件根据温度的高低自动调节其转速、以控制其散热(冷却)量。因而本发明具有冷却器结构紧凑，对电子元、器件的冷却效果好、温度调节范围宽，有效降低了热应力对元器件的不良影响，可确保电子元、器件在复杂温度环境和温差变化较大的工作环境中高效、稳定、安全地工作，并可延长其使用寿命等特点。

附图说明

图1为本发明结构示意图(剖视图)；

图2为M局部放大图(移出放大图)；

图3为本发明实施方式螺旋式流道冷却板1结构示意图；

图4为本发明实施方式气流冷却腔体2结构示意图；

图5为本发明实施方式螺旋槽冷却液散热板3结构示意图；

图6为本发明实施方式带翅片及进气孔的盖板4结构示意图；

图7为本发明实施方式所得螺旋阵列液体冷却器轴测图。

图中：1.(螺旋流道)冷却板、1-1.螺旋流道、1-2.涡轮轴座、1-3.螺孔，2.气流冷却腔体、2-1.冷却液导流槽、2-2.冷却液贮液腔、2-3.固定连接孔、2-4.排液口、2-5.密封槽，3.(螺旋槽)冷却液散热板、3-1.冷却液进口、3-2.冷却液流道、3-3.气流孔、3-4.固定连接孔，4.带翅片及气流孔的盖板、4-1.翅片、4-2.进气孔、4-3.冷却液注入口、4-4.密封座、4-5.密封槽，5.(微型)电动机、5-1.传动轴、5-2.减速器、5-3.(电动机)支架，6.风扇，7.密封圈，8.涡轮、8-1.涡轮轴，9.密封圈，10.紧固螺栓；实心箭头方向A为冷却液流向，空心箭头方向B为(冷却风)气流流向。

具体实施方式

本实施方式以针对PC机最大功率100W的CPU散热用冷却器为例，其中：(螺旋流道)冷却板1直径Φ65mm，其上开设螺旋流道9条、其螺旋流道1-1为对数螺旋流道，每条流道长58mm、深为3mm、进口宽度1mm、出口宽度3mm；气流冷却腔体2直径Φ65mm、高12mm，其上对称设四个带冷却液导流槽2-1及固定连接孔2-3的弧形台，弧形台长14mm、高8mm，冷却液导流槽2-1轴向贯穿整个弧形台及腔体底板、并分别与(下部的)螺旋式流道冷却板1及(上部)螺旋槽冷却液散热板3的冷却液进口3-1连通，导流槽长9mm、宽2mm；冷却液散热板3直径Φ65mm、厚4.5mm，其上开设深3mm、宽1mm的螺旋槽9条，气流孔3-3设于各螺旋槽之间的槽台上、各气流孔直径均为Φ2.5mm、孔深4.5mm(即为通孔)；带翅片及气流孔的盖板4板体厚1.5mm，其上共设9片螺旋曲面形翅片，各翅片厚1mm、高度18mm，进气孔4-2直径为Φ2.5mm(安装时该进气孔与冷却液散热板3上的气流孔3-3对应重叠)、密封座4-4直径为Φ8mm，密封槽4-5采用轴截面为梯形的密封槽、直径Φ5mm；上述部件的材质为铝合金；(螺旋流道)冷却板1、气流冷却腔体2、冷却液散热板3及带翅片及气流孔的盖板4依次叠合并通过紧固螺栓10固定成一体。电动机5本实施方式采用型号为28BYGH102的两相微型步进电动机，其步距角为1.8°、相电压3.9V、相电流0.67A、通过电动机支架5-3固定于翅片4-1的顶部，与该电动机配套的减速器5-2型号为GP16A2C-Z-1的微型同轴减速器，减速比为1∶66；工作时电动机5可通过CAN总线及UIM25001转换控制器，直接接收PC机RS232接口的ASCII指令并将其转换成CAN协议指令来控制电机5的工作状态。

本实施方式运行前：由冷却液注入口4-3向冷却器内注满冷却液(如水)，然后开启电动机5并带动风扇6及涡轮8同时转动；冷却系统在涡轮8的压力下冷却液贮液腔2-2内的冷却液经螺旋式流道1-1由内向外沿实心箭头A方向流动、同时将电子元、器件的工作热带走，工作后的冷却液沿气流冷却腔体2的冷却液导流槽2-1进入(螺旋槽)冷却液散热板3、并沿冷却液流道3-2经气流冷却腔体2及气流孔3-3中的冷空气、以及.翅片4-1散热、冷却后返回冷却液贮液腔2-2进入下一工作循环；与此同时、散热系统中的风扇6将冷空气经翅片4-1及翅片进气孔4-2、气流孔3-3、气流冷却腔体2对工作后的冷却液进散热、冷却处理。本实施方式最大散热功率可达到77W。

Claims (4)

1.一种电子元器件散热用多头螺旋流道液体冷却器，包括设有冷却液流道冷却板，带翅片的盖板，冷却风扇，电动机，其特征在于在冷却板与带翅片的盖板之间还依次设有包括腔体底板、位于底板上且对称设置的弧形台及位于弧形台内并轴向贯穿整个弧形台和腔体底板的冷却液导流槽、以及固定连接孔的气流冷却腔体及包括冷却液进口、冷却液流道、气流孔以及位于散热板外缘的环形密封边、固定连接孔的螺旋槽冷却液散热板，在气流冷却腔体和冷却液流道冷却板的中部还设有冷却液贮液腔及输送冷却液的涡轮，而设于冷却板上的冷却液流道为中心对称、由内向外的多头螺旋流道，且在该螺旋流道冷却板中心还设有涡轮轴座；带翅片的盖板则为带翅片及气流孔的盖板；螺旋流道冷却板、气流冷却腔体、螺旋槽冷却液散热板、带翅片及气流孔的盖板依次叠合并通过紧固螺栓固定成一体，电动机及其减速器通过支架固定于盖板或盖板的翅片上，涡轮通过涡轮轴坐于冷却液流道冷却板中心的涡轮轴座内、涡轮轴的上端则与电动机减速器的输出端连接以获取动力，风扇则固定于电动机的传动轴上并随传动轴转动。

2.按权利要求1所述电子元器件散热用多头螺旋流道液体冷却器，其特征在于所述冷却液流道冷却板上的流道为中心对称、由内向外的多头螺旋流道，其螺旋流道为对数螺旋流道，流道数为4-12个。

3.按权利要求1所述电子元器件散热用多头螺旋流道液体冷却器，其特征在于所述电动机为两相微型步进电机。

4.按权利要求3所述电子元器件散热用多头螺旋流道液体冷却器，其特征在于所述两相微型步进电机的步距角为1.8°、相电压3.9V、相电流0.67A。

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