CN103415190A - 异形通道阵列射流冲击冷板 - Google Patents

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李强
宣益民
郭磊
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Abstract

本发明公开了一种异形通道阵列射流冲击冷板，所述冷板包括冲击腔和中间层，中间层位于两个冲击腔之间。所述中间层的流道采用三角形纵截面，并且截面积在长度方向上逐渐缩小，以便保证每个射流孔的流量相等。所述冲击腔内部布置有加强筋，加强了冲击腔的强度并且防止射流孔之间扰流的干扰。

Description

异形通道阵列射流冲击冷板
技术领域
本发明涉及电子器件散热领域，具体涉及一种异形通道阵列射流冲击冷板, 用于高热流密度电子器件的均温散热。
技术背景
    在电子工业领域，电子器件的功率增长迅猛，热流密度已突破100W/cm2。温度每上升十摄氏度，其可靠性就会降低50%。因此对高热流密度电子器件进行温度控制是极其迫切的需求。常见的芯片散热方式有风冷、液冷和相变冷却。风冷是最早出现的冷却方式，但文献1（液冷冷板的研究，徐德好，杨冬梅，电子机械工程，2006年第一期，4-6页）指出，当热流密度超过5W/cm2时风冷已不能满足散热需求，而应该使用液冷的方式进行散热。常见的液冷散热方式有常规通道冷板、微小通道冷板以及射流冲击冷板，其中射流冲击冷板是目前使用较多的高效液冷冷却装置。
射流冲击换热的基本原理是利用一定形状的喷嘴直接将流体喷射到换热表面上，由于在射流冲击的驻点区附近会形成很薄的边界层，因此具有极高的传热效率。和传统的散热方法相比，射流冷却的对流换热系数要高出几倍甚至是一个数量级。单相阵列射流换热具有较高的对流换热系数，在高热流密度条件下的散热有着很大的优势。但是射流换热不能直接在电子器件表面进行射流冲击换热，因此射流冲击冷板更适用于电子器件的散热。随着电子产品集成度和功率密度的不断提高，受工况和高性能等的严格要求，对冷板的要求越来越高，一方面要求冷板具有优异的冷却能力、均温性能和耐压性能，另一方面冷板的厚度和质量也受到严格的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异形通道阵列射流冲击冷板，解决了高热流密度电子器件的散热问题，尤其是多个电子器件的均温性问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种异形通道阵列射流冲击冷板，包括中间层、盖板、加强筋，沿中间层长度方向设置M个射流孔，M≥1，中间层的底面和顶面平行于宽度方向分别对称设置N个加强筋，N≥4，加强筋与射流孔同侧，中间层位于两块盖板之间，通过加强筋分别与盖板固定后形成冲击腔。沿中间层长度方向设有一通孔形成的流道，通孔的纵截面为三角形。上述通孔的纵截面为等腰三角形，进口端面积与出口端面积比不小于4。射流孔位于通孔内。加强筋位于射流孔之间，将位于加强筋两侧的射流孔隔开。
与现有技术相比，本发明的异形通道阵列射流冲击冷板的显著优点是：1、所述冷板整体厚度较薄。非常适合对空间有严格要求的电子设备的冷却。2、与现有的阵列射流冷板相比，本发明利用率更高。即在上下两面的整个表面均可以布置高热流密度电子器件，这样就大大提高了利用率，并且更适合电子工业领域中高热流密度电子器件的热控需求。3、本发明的异形通道阵列射流冲击冷板的中间层流道为不规则的异形流道，通过减小横截面积的方式调节所有射流孔的流量，进而保证进入每个射流孔的流量前后一致，因此均温性远远好于一般的射流冷板。4、本发明的异形通道阵列射流冲击冷板的上下盖板与冲击腔之间添加加强筋，不仅能提高所述冷板的结构强度，而且能防止射流孔之间的扰流相互干扰。
附图说明
 图1是本发明的异形通道阵列射流冲击冷板的原理示意图。
图2是本发明的异形通道阵列射流冲击冷板的俯视图。
图3是本发明的异形通道阵列射流冲击冷板的通孔左视图。
具体实施方式
下面结合附图，将对本发明的具体实施方式进行描述。
结合图1，将详细说明本发明的异形通道阵列射流冲击冷板的工作原理。从图1可以看出，所述冷板包括中间层1和冲击腔5，中间层1位于两个冲击腔5之间，并且由盖板2封口并形成整体。高热流密度电子器件分别布置在盖板2的表面，且正对射流孔4布置。流体从中间层1流道的一端流入，随后从另一端流出。流体在中间层1的流道内流动时，部分流体从射流孔4冲出，直接垂直冲击到盖板2的内壁。由于盖板2的厚度仅为1mm，因此从射流孔4垂直射出的流体能够通过盖板2的迅速导热作用对布置在表面的高热流密度电子器件进行高效冷却。
结合图2，所述冷板的异形通道是指，中间层1流道的宽度在长度方向逐渐缩小，而流道的纵截面为三角形，整体流道形状与现有技术的矩形流道不同，因此称为异形流道。采用异形流道的优点是：由于流动阻力的影响，在中间层的流道中流动的流体速度会越来越小，这就导致后方的射流孔4的入口流量越来越小，进而减小后方射流孔4的射流速度，抑制了射流孔4的射流换热效果，也就无法保证布置在流道后方的高热流密度电子器件的温度均匀性。而异形流道的截面积在长度方向越来越小，因此能够保证流入后方射流孔4的流量与流入前方射流孔4的流量一致，保证了所述冷板的整体均温热控能力。本发明的异形通道阵列射流冲击冷板尺寸为300*40*9（长*宽*高），冲击腔5和中间层1的高度均相等，每个冲击腔5具有20个射流孔4，总共40个射流孔4，其中每隔四个射流孔4便布置一个加强筋。
结合图3，所述异形流道的入口截面与出口截面均优选地为等腰三角形，并且形成通孔6。应注意的是入口与出口的截面面积之比应不小于4，否则无法保证所有射流孔4的流量均相等。
本发明能够将40个高热流密度电子器件的均方根温差控制在5℃以内。

Claims (4)

1.一种异形通道阵列射流冲击冷板，包括中间层（1）、盖板（2）、加强筋（3），沿中间层长度方向设置M个射流孔（4），M≥1，中间层（1）的底面和顶面平行于宽度方向分别对称设置N个加强筋（3），N≥4，加强筋（3）与射流孔（4）同侧，中间层（1）位于两块盖板（2）之间，通过加强筋（3）分别与盖板（2）固定后形成冲击腔（5），其特征在于：沿中间层（1）长度方向设有一通孔（6）形成的流道，通孔（6）的纵截面为三角形。
2.根据权利要求1所述的异形通道阵列射流冲击冷板，其特征在于：上述通孔（6）的纵截面为等腰三角形，进口端面积与出口端面积比不小于4。
3.根据权利要求1所述的异形通道阵列射流冲击冷板，其特征在于：射流孔（4）位于通孔（6）内。
4.根据权利要求1所述的异形通道阵列射流冲击冷板，其特征在于：加强筋（3）位于射流孔（4）之间，将位于加强筋（3）两侧的射流孔（4）隔开。
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