CN104244680A - 一种复合水冷板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合水冷板，该水冷板为铝制，包括由上而下依次设置的盖板、水冷板主体和底板，其改进之处在于：水冷板主体的上下表面分别设有向其内部凹陷的蛇形流道一和流道二，流道一为闭式回路结构，流道二分别与设置在水冷板主体两侧的入口和出口连接。和现有技术比，本发明提供的复合水冷板，通过脉动热管与水冷板二者的有机结合，有效解决高热流密度电器设备散热问题，可突破高热流密度散热造成的电子器件表面温度超高的技术难题，与单一冷板换热技术相比，相同条件下冷板表面温度可下降5℃～10℃。

Description

一种复合水冷板
技术领域
本发明涉及一种水冷板，具体讲涉及一种用于大功率高热流密度电子器件散热的复合水冷板。
背景技术
水冷板是藉由结构上紧凑而且比较薄的板状金属，在其内部布置流体通道，使流体与水冷板之间产生对流换热，从而散去水冷板表面高功率电子元器件的热功耗。水冷板的应用优势在于，单位面积能散去更多的热量，因而散热器结构上可以小型化。
随着高功率密度发动机、机电复合传动、电传动等新技术的发展应用，电子器件的热耗散不断增长，热流密度成倍增加，传统的冷板技术难以将这些热量及时散去，造成电子器件温度超出使用极限，对其性能产生很大影响，甚至造成破坏性损伤，使整个器件失效。在电子器件的常见故障中，由于的温度过高而导致电子器件不能正常工作的高达50％～60％。因此，开展高效、可靠的电子器件散热技术研究显得尤为重要。
现有的单一冷板散热技术已难以满足未来高功率密度的散热需求，而基于脉动热管与冷板复合技术的散热研究为未来高热流密度的散热提供了新的发展方向，具有广阔的应用前景。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种复合水冷板，针对大功率高热流密度电子器件散热问题，可有效降低水冷板表面温度，提高电子器件工作效率。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供的一种复合水冷板，用于大功率高热流密度电子器件的散热，所述水冷板为铝制，包括由上而下依次设置的盖板2、主板1和底板3，所述主板1两侧分别设置进水口4和出水口5；其改进之处在于：所述主板1的上下表面分别设有向其内部凹陷的的流道；其中一个所述流道为闭式结构，并设有与外部相连的注剂口8；另外一个所述流道为蛇形开式结构，其入口和出口分别与进水口4和出水口5对应连接。
其中，设有所述注剂口8的流道为脉动热管流道6，所述脉动热管流道6为串并联混合式闭式结构。
其中，所述脉动热管流道6通过注剂口8抽真空后，注入为水溶液或有机溶液或去离子溶液的纳米流体介质。
其中，注入所述脉动热管流道6的水溶液采用体积比各为1％的氧化铝和氧化铜水溶液。
其中，所述脉动热管流道6内部的真空度小于等于100pa。
其中，所述入口和出口分别与进水口4和出水口5对应连接的流道为水冷板流道7，采用的流体介质为纯净水。
其中，所述主板1、盖板2和底板3进行热处理后通过钎焊连接为一体。
其中，所述主板1、盖板2和底板3的外表面进行磨光处理，其粗糙度小于等于0.6μm。
其中，所述水冷板上下表面分别设置的流道承受的压力均大于等于1Mpa。
其中，所述水冷板上下表面分别设置的流道之间的壁厚介于3mm～5mm之间。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的复合水冷板，利用脉动热管的相变换热和冷板的高换热特性，将二者有机结合，有效解决高热流密度电器设备散热问题，为高功率密度发动机、机电复合传动、电传动等新技术提供强有力的技术支撑。
2、本发明提供的复合水冷板，针对大功率高热流密度电子器件散热问题，通过脉动热管散热与水冷板散热的结合，可有效降低水冷板表面温度，提高电子器件工作效率。
3、本发明提供的复合水冷板，应用脉动热管的相变换热，将电子器件释放的局部热量进行周围快速扩散，从而有效降低电子器件发热端的热流密度；利用水冷板本体的散热面积，最终将电子器件的热量通过水冷板与流体介质的对流换热传递到流体介质中，可突破高热流密度散热造成的电子器件表面温度超高的技术难题，与单一冷板换热技术相比，相同条件下冷板表面温度可下降5～10℃。
4、本发明提供的复合水冷板，在脉动热管中加注纳米流体介质，可使脉动热管的散热性能在原有基础上提升3％～8％。
5、本发明提供的复合水冷板，结构简单，便于加工，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1：本发明提供的复合水冷板的工作原理图；
图2：本发明提供的复合水冷板的结构示意图；
图3：本发明提供的复合水冷板的A-A的结构示意图；
图4：本发明提供的复合水冷板的B-B的结构示意图；
图5：本发明提供的复合水冷板的C-C的结构示意图；
其中：1、主板；2、盖板；3、底板；4、进水口；5、出水口；6、脉动热管流道；7、水冷板流道；8、注剂口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例以复合水冷板为例，如图2至图5所示，本发明实施例提供的复合水冷板为铝制长方体结构，也可以是圆柱体或其他不规则形状，用于大功率高热流密度电子器件的散热，包括：主板1、盖板2、底板3、进水口4、出水口5、脉动热管流道6、水冷板流道7、注剂口8。进水口4和出水口5分别设置在主板1两侧，在主板1的上下表面分别设置向其内部凹陷的脉动热管流道6和水冷板流道7；脉动热管流道6为串并联混合式闭式结构，并设有与外部相连的注剂口8；水冷板流道7为蛇形开式结构，其入口和出口分别与进水口4和出水口5对应连接。
首先，将主板1、盖板2和底板3进行热处理后并通过钎焊连接为一体；其次，对主板1、盖板2和底板3的外表面进行磨光处理，粗糙度小于等于0.6μm；然后，做氮气气密性和水压耐压性试验，试验压力大于等于1Mpa，试验时间不小于10分钟；最后，通过注剂口8将脉动热管流道6内抽真空，真空度小于等于100pa，并加注为水溶液或有机溶液或去离子溶液的纳米流体介质，水冷板流道7采用的流体介质可为纯净水。
其中，注入脉动热管流道6的水溶液采用体积比各为1％的氧化铝和氧化铜水溶液，可以有效提升脉动热管的散热性能，与其它介质相比提升了脉动热管3％～8％的散热性能。
其中，制备复合水冷板所采用的铝合金的配比按质量百分比计为Si：0.56％，Fe：0.49％，Cu：0.31％，Mn：0.12％，Mg：0.83％，Cr：0.11％，Zn：0.17％，Ti：0.13％，余量为Al。经热处理工艺生产，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点，并且极大提升了使用年限。
其中，脉动热管流道6与水冷板流道7之间的壁厚介于3mm～5mm之间，在保证加工强度的同时，又减小了壁厚对换热的不良影响。
本实施例提供的复合水冷板，如图1所示，利用脉动热管的相变换热和冷板的高换热特性，将二者有机结合，有效解决高热流密度电器设备散热问题，提高电子器件工作效率，为高功率密度发动机、机电复合传动、电传动等新技术提供强有力的技术支撑。将电子器件释放的局部热量进行周围快速扩散，从而有效降低电子器件发热端的热流密度；利用水冷板本体的散热面积，最终将电子器件的热量通过水冷板与流体介质的对流换热传递到流体介质中，可突破高热流密度散热造成的电子器件表面温度超高的技术难题，与单一冷板换热技术相比，相同条件下冷板表面温度可下降5～10℃。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合水冷板，用于大功率高热流密度电子器件的散热，所述水冷板为铝制，包括由上而下依次设置的盖板(2)、主板(1)和底板(3)，所述主板(1)两侧分别设置进水口(4)和出水口(5)；其特征在于：所述主板(1)的上下表面分别设有向其内部凹陷的的流道；其中一个所述流道为闭式结构，并设有与外部相连的注剂口(8)；另外一个所述流道为蛇形开式结构，其入口和出口分别与进水口(4)和出水口(5)对应连接。
2.如权利要求1所述的复合水冷板，其特征在于，设有所述注剂口(8)的流道为脉动热管流道(6)，所述脉动热管流道(6)为串并联混合式闭式结构。
3.如权利要求2所述的复合水冷板，其特征在于，所述脉动热管流道(6)通过注剂口(8)抽真空后，注入为水溶液或有机溶液或去离子溶液的纳米流体介质。
4.如权利要求3所述的复合水冷板，其特征在于，注入所述脉动热管流道(6)的水溶液采用体积比各为1％的氧化铝和氧化铜水溶液。
5.如权利要求2所述的复合水冷板，其特征在于，所述脉动热管流道(6)内部的真空度小于等于100pa。
6.如权利要求1所述的复合水冷板，其特征在于，所述入口和出口分别与进水口(4)和出水口(5)对应连接的流道为水冷板流道(7)，采用的流体介质为纯净水。
7.如权利要求1所述的复合水冷板，其特征在于，所述主板(1)、盖板(2)和底板(3)进行热处理后通过钎焊连接为一体。
8.如权利要求7所述的复合水冷板，其特征在于，所述主板(1)、盖板(2)和底板(3)的外表面进行磨光处理，其粗糙度小于等于0.6μm。
9.如权利要求7所述的复合水冷板，其特征在于，所述水冷板上下表面分别设置的流道承受的压力均大于等于1Mpa。
10.如权利要求1所述的复合水冷板，其特征在于，所述水冷板上下表面分别设置的流道之间的壁厚介于3mm～5mm之间。
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