CN109830468A - 一种高热流密度散热冷板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高热流密度散热冷板，涉及电子元件散热技术领域，本发明包括上盖板和冷板本体，所述上盖板上设有第一进液口；所述上盖板与冷板本体之间设有微喷嘴板，所述微喷嘴板上设有若干微型喷嘴；所述第一进液口与微型喷嘴连通；所述冷板本体内设有冷板腔，所述冷板本体的下端设有第一出液口，所述第一出液口与冷板腔连通；本发明的有益效果在于：通过冷板腔对发热元件进行换热，具有需求工质少、散热能力强、过热度低及固体表面无接触热阻的优点。

Description

一种高热流密度散热冷板

技术领域

本发明涉及电子元件散热技术领域，具体涉及一种高热流密度散热冷板。

背景技术

随着电子芯片高集成化发展，其功耗也不断增加，电子芯片等元器件的发热热流密度不断升高，散热成为制约其发展的关键问题之一，因此，电子芯片等元器件的热管理需求是不断提高的，我们需要寻求一种高热流密度的散热方式来满足电子芯片在散热方面的需求。

目前电子芯片等元器件冷却主要采用的是热管和冷板冷却两种方式。热管冷却主要是将电子芯片等元器件的热量传递给热管，热管导热系数较高，普通的热管导热系数一般比金属高一个量级。但是，需要注意的是，热管本身只能作为导热元件(传输热量)，其自身并没有散热能力，因此必须与其它热控方式综合使用才能将热量最终散发到外环境或热沉热管再通过风冷等冷却的方式向外散热，该冷却方式系统简单，散热方式单相，热管与电子芯片有一定的接触热阻，换热热流有限。热管应用最成功的领域为电子设备特别是航天电子设备的散热。近几十年来，随着电子集成化的不断提高，其功耗也不断增加，电子设备热控形势愈来愈严峻，热管冷却作为一种传统的冷却方式已渐渐不能满足电子设备日益增长的散热需求。

应用于电子设备散热的另一种方式是冷板冷却，冷板冷却是一种传统的电子元件热管理方式，主要是通过内部冷却液的流动进行换热，一般以单相的换热方式为主，换热的热流密度有限，对于冷板的换热强化，主要是通过改变通道结构以及流体流动方式，主要针对微小通道冷板的研究，实质上是通过增加换热面积来实现的，对于一个冷板而言，换热面积的增加是有限的，而且受很多因素影响，由水力学知识可知，通道的阻力却与水力直径的平方成反比。所以微通道的压降一般比较大，这也是限制其工程应用的主要原因之一，此外，诸如加工复杂、通道易堵塞、温升过大等问题也是限制其广泛应用的主要原因。

发明内容

本发明所要解决的问题在于基于电子元件传统冷却方式的不足，提供一种高热流密度散热冷板，用于对电子芯片等发热元件进行冷却。

本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供一种高热流密度散热冷板，包括上盖板和冷板本体，所述上盖板上设有第一进液口；所述上盖板与冷板本体之间设有微喷嘴板，所述微喷嘴板上设有若干微型喷嘴；所述第一进液口与微型喷嘴连通；所述冷板本体内设有冷板腔，所述冷板本体的下端设有第一出液口，所述第一出液口与冷板腔连通。

工作原理：将电子芯片等发热元件安装于冷板本体侧壁，液体从第一进液口进入微喷嘴中，通过微喷嘴喷于冷板腔，通过冷板腔对发热元件进行换热，发热元件冷却后，高温液体从第一出液口流出。

有益效果：通过冷板腔对发热元件进行换热，具有需求工质少、散热能力强、过热度低及固体表面无接触热阻的优点。

优选的，所述第一进液口位于上盖板的顶端。

优选的，所述上盖板内设有上盖板腔，所述上盖板腔的上端与第一进液口连通，所述上盖板腔的下端与微喷嘴连通。

优选的，所述微喷嘴为机械雾化喷嘴或压电雾化微喷嘴。

优选的，所述机械雾化喷嘴为压力旋流喷嘴，所述压力旋流喷嘴包括喷嘴外壳、导流片，所述喷嘴外壳内设有旋流腔，所述旋流腔的底部呈锥形；所述导流片位于旋流腔内，所述导流片的侧壁与喷嘴外壳之间设有空隙，所述导流片的侧壁和底壁均设有凹槽，所述凹槽用以输送液体从导流片的底壁进入旋流腔；所述喷嘴外壳下方设有喷嘴出口，所述喷嘴出口与旋流腔连通。

优选的，所述导流片的顶端设有一字槽。

优选的，所述导流片侧壁的凹槽呈倾斜状。

优选的，所述导流片的侧壁设有外螺纹，所述喷嘴外壳的侧壁设有内螺纹，所述导流片与喷嘴外壳螺纹连接。

工作原理：液体从导流片与喷嘴外壳之间的空隙进入后，流经导流片侧壁和底壁的凹槽，进入旋流腔底部的锥形部位，通过内外压差，液体在旋流腔内通过旋转、撞击后，从旋流腔下部的喷嘴出口喷出。

有益效果：通过导流片顶端的一字槽方便将导流片旋入喷嘴外壳内，导流片顶端的一字槽方便将导流片进行旋转从而安装入旋流腔中，导流片侧壁和底壁的凹槽起引流作用，使液体通过凹槽进入旋流腔底部的锥形结构进行雾化。

优选的，所述压电雾化喷嘴包括不锈钢板、压电雾化片、第一硅胶片和第二硅胶片，所述第一硅胶片上设有第一通孔，所述第二硅胶片上设有第二通孔，所述不锈钢板上设有第三通孔，所述不锈钢板的的下方依次设有第一硅胶片、压电雾化片、第二硅胶片，所述第一通孔、第二通孔与第三通孔连通，所述压电雾化片位于第一通孔下方。

优选的，所述不锈钢板的顶面设有连接件，所述压电雾化喷嘴通过连接件与微喷嘴板连接。

优选的，所述不锈钢板、第一硅胶片和第二硅胶片上均设有微孔。

工作原理：液体由不锈钢板引流至压电雾化片上，通过高频交流电路驱动压电雾化片，利用压电效应使压电雾化片进行高频震动，将液体雾化成细小的液滴。

有益效果：不锈钢板起引流作用，其将液体引流至压电雾化片上，压电雾化片由第一硅胶片和第二硅胶片进行固定，硅胶片不仅能够固定压电雾化片，还能保证压电雾化片具有一定的振动空间，不锈钢板、硅胶片上设置的微孔能够加强不锈钢板与硅胶片之间的固定作用。

优选的，所述第一进液口的个数为2个，所述进液口上设有分液器。

优选的，所述分液器的截面呈Y型，所述分液器上设有2个第二出液口和1个第二进液口，所述第二出液口分别与第二进液口连通。

优选的，所述冷板本体的内侧为直肋型、三角肋型或针肋型。

工作原理：液体从分液器的第二进液口进入，从第二出液口流入喷嘴中。

有益效果：通过分液器方便液体进入喷嘴中，冷板本体的内侧为直肋型、三角肋型或针肋型，有利于冷板本体的传热强化和流体管理。

本发明的工作原理：将电子芯片等发热元件安装于冷板本体侧壁，液体从第一进液口进入微喷嘴中，通过微喷嘴喷于冷板腔，通过冷板腔对发热元件进行换热，发热元件冷却后，高温液体从第一出液口流出；

液体从导流片与旋流腔之间的空隙进入后，流经导流片侧壁和底壁的凹槽，进入旋流腔底部的锥形部位，通过内外压差，液体在旋流腔内通过旋转、撞击后，从旋流腔下部的喷嘴出口喷出；

液体由微孔片引流至压电陶瓷薄膜上，通过高频交流电路驱动压电雾化片，利用压电效应使压电雾化片进行高频震动，将液体雾化成细小的液滴；液体从分液器的第二进液口进入，从第二出液口流入喷嘴中。

本发明的有益效果在于：通过冷板腔对发热元件进行换热，具有需求工质少、散热能力强、过热度低及固体表面无接触热阻的优点；

通过导流片顶端的一字槽方便将导流片旋入喷嘴外壳内，导流片顶端的一字槽方便将导流片进行旋转从而安装入旋流腔中，导流片侧壁和底壁的凹槽起引流作用，使液体通过凹槽进入旋流腔底部的锥形结构进行雾化；

不锈钢板起引流作用，其将液体引流至压电雾化片上，压电雾化片由2块硅胶片进行固定，硅胶片不仅能够固定压电雾化片，还能保证压电雾化片具有一定的振动空间，不锈钢板、硅胶片上设置的微孔能够加强不锈钢板与硅胶片之间的固定作用；

通过冷板腔对发热元件进行换热，具有需求工质少、散热能力强、过热度低及固体表面无接触热阻的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1中高热流密度散热冷板的爆炸图；

图2为本发明实施例1中高热流密度散热冷板的结构示意图；

图3为本发明实施例1中压力旋流喷嘴的结构示意图；

图4为本发明实施例1中导流片的结构示意图；

图5为本发明实施例2中压电雾化喷嘴的结构示意图；

图6为本发明实施例3中分液器的结构示意图；

图中：1-上盖板；11-第一进液口；12-上盖板腔；13-第一凸起；14-分液器；141-第二出液口；142-第二进液口；2-微喷嘴板；211-喷嘴外壳；2111-旋流腔；2112-喷嘴出口；212-导流片；2121-第一凹槽；2122-第二凹槽；2123-一字槽；221-不锈钢板；2211-第三通孔；222-压电雾化片；223-第一硅胶片；2231-第一通孔；224-第二硅胶片；2241-第二通孔；225-连接件；2251-第四通孔；3-冷板本体；31-冷板腔；32-第一出液口；33-第二凸起。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例1

一种高热流密度散热冷板，如图1所示，包括上盖板1、微喷嘴板2和冷板本体3；微喷嘴2位于上盖板1与冷板本体3之间，上盖板1与冷板本体3通过螺栓(图未示)连接。

如图2所示，上盖板1呈柱状，上盖板1的顶端设有第一进液口11，第一进液口11的个数可根据实际需要设定；上盖板1内设有上盖板腔12，上盖板腔12的上端与第一进液口11连通；上盖板1的四周分别设有第一凸起13，第一凸起13的形状可根据实际需要设定，第一凸起13的中心设有螺纹孔。

微喷嘴板2上设有若干呈直线分布的通孔，通孔内安装有压力旋流喷嘴；如图3所示，压力旋流喷嘴包括喷嘴外壳211和导流片212，喷嘴外壳211内设有旋流腔2111，旋流腔2111的底部呈锥形，其锥角可根据实际需要设定；本实施例中喷嘴外壳211的截面呈T型，通孔的形状与喷嘴外壳211的形状匹配。

如图4所示，导流片212的截面呈梨形，导流片212的侧壁设有外螺纹，喷嘴外壳211的侧壁设有内螺纹，导流片212与喷嘴外壳211螺纹连接；导流片212的三个侧壁均与喷嘴外壳211之间存在空隙，上述三个侧壁上均设有第一凹槽2121，第一凹槽2121呈倾斜状，其倾斜角度可根据实际需要进行设定；导流片212的底壁上设有第二凹槽2122，第二凹槽2122与第一凹槽2121相对应，第二凹槽2122之间呈旋转对称；喷嘴外壳211的下方设有喷嘴出口2112，喷嘴出口2112与旋流腔2111连通；第一进液口11与压力旋流喷嘴连通；导流片212的顶端设有一字槽2123；本实施例中第一凹槽2121的个数为3个，第二凹槽2122的个数为3个。

冷板本体3中心设有冷板腔31，冷板腔31冷板本体3的下端设有第一出液口32，第一出液口32与冷板腔31连通；冷板本体3的四周设有与第一凸起13配合的第二凸起33，第一凸起13和第二凸起33通过螺栓螺纹连接。

本实施例的工作原理：将电子芯片等发热元件安装于冷板本体3的侧壁，液体从第一进液口11进入，流经上盖板腔12后进入压力旋流喷嘴中，液体从导流片212与旋流腔2111之间的空隙进入，流经导流片212上的第一凹槽2121和第二凹槽2122，进入旋流腔2111底部的锥形部位，通过内外压差，液体在旋流腔2111内通过旋转、撞击后，从旋流腔2111下部的喷嘴出口2112喷出。

本实施例有益效果：通过导流片212顶端的一字槽2123方便将导流片212旋入喷嘴外壳211内，导流片212顶端的一字槽2123方便将导流片进212行旋转从而安装入旋流腔2111中，第一凹槽2121和第二凹槽2122起引流作用，使液体进入旋流腔2111底部的锥形结构进行雾化；旋流腔2111底部锥形的锥角可调，从而调节液体从喷嘴出口2112喷出的角度。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于：如图5所示，微喷嘴板2的通孔内安装有压电雾化喷嘴，压电雾化喷嘴包括不锈钢板221、压电雾化片222、第一硅胶片223和第二硅胶片224，第一硅胶片223上设有第一通孔2231，第二硅胶片224上设有第二通孔2241，不锈钢板221上设有第三通孔2211，不锈钢板221的的下方依次设有第一硅胶片223、压电雾化片222、第二硅胶片224，第一通孔2231、第二通孔2241与第三通孔2211连通，压电雾化片222位于第一通孔2231正下方；其中不锈钢板221、第一硅胶片223和第二硅胶片224上均设有微孔(图未示)，不锈钢板221的顶面固定有连接件225，该连接件225呈圆柱状，且中心设有第四通孔2251，该第四通孔2251与第一通孔2231、第二通孔2241连通；微喷嘴板2上的通孔形状大小与连接件225的形状大小匹配。

本实施例的工作原理：压电雾化喷嘴通过连接件225固定在微喷嘴板2上，液体从上盖板腔12流入连接件225中的第四通孔2251中，经过第三通孔2211、第一通孔2231和第二通孔2241，引流至压电雾化片222上，通过高频交流电路驱动压电雾化片222，利用压电效应使压电雾化片222进行高频震动，将液体雾化成细小的液滴。

本实施例有益效果：连接件225可以将不锈钢板221固定在微喷嘴板2上，不锈钢板221起引流作用，其将液体引流至压电雾化片222上，压电雾化片222由第一硅胶片223和第二硅胶片224进行固定，第一硅胶片223和第二硅胶片224不仅能够固定压电雾化片222，还能保证压电雾化片222具有一定的振动空间，不锈钢板221、第一硅胶片223和第二硅胶片224上设置的微孔能够加强不锈钢板221与第一硅胶片223、第二硅胶片224之间的固定作用。

实施例3

本实施例还包括：如图6所示，分液器14，分液器14设置在进液口11上，分液器14的截面呈Y型，分液器14上设有2个第二出液口141和1个第二进液口142，第二出液口141分别与第二进液口142连通；本实施例中第一进液口11的个数为2个，冷板本体3的内侧为直肋型、三角肋型或针肋型。

本实施例的工作原理：液体从分液器14的第二进液口142进入，从第二出液口141流入压力旋流喷嘴或压电雾化喷嘴中。

本实施例的有益效果：通过分液器14方便液体进入压力旋流喷嘴或压电雾化喷嘴中，冷板本体3的内侧为直肋型、三角肋型或针肋型，有利于冷板本体3的换热强化和流体管理。

实施例4

针对多个电子芯片发热元器件进行散热：

对16个发热功率250W的5mm×5mm的矩形发热表面进行冷却，本实施例中冷板本体3采用金属铜，发热元器件安装在冷板本体3的外侧，每侧安装8个热源。

本发明的工作原理：液体从第一进液口11进入冷板腔31内，通过喷嘴雾化，雾化的液滴与冷板腔31内的肋型强化表面换热，换热后的液体从第一出液口32流出。

本发明的有益效果：通过本发明制备的高热流密度散热冷板，可以使发热元器件表面温度不超过80℃。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高热流密度散热冷板，其特征在于：包括上盖板和冷板本体，所述上盖板上设有第一进液口；所述上盖板与冷板本体之间设有微喷嘴板，所述微喷嘴板上设有若干微型喷嘴；所述第一进液口与微型喷嘴连通；所述冷板本体内设有冷板腔，所述冷板本体的下端设有第一出液口，所述第一出液口与冷板腔连通。

2.根据权利要求1所述的高热流密度散热冷板，其特征在于：所述第一进液口位于上盖板的顶端。

3.根据权利要求2所述的高热流密度散热冷板，其特征在于：所述上盖板内设有上盖板腔，所述上盖板腔的上端与第一进液口连通，所述上盖板腔的下端与微喷嘴连通。

4.根据权利要求1所述的高热流密度散热冷板，其特征在于：所述微型喷嘴为机械雾化喷嘴或压电雾化微喷嘴。

5.根据权利要求4所述的高热流密度散热冷板，其特征在于：所述机械雾化喷嘴为压力旋流喷嘴，所述压力旋流喷嘴包括喷嘴外壳、导流片，所述喷嘴外壳内设有旋流腔，所述旋流腔的底部呈锥形；所述导流片位于旋流腔内，所述导流片的侧壁与喷嘴外壳之间设有空隙，所述导流片的侧壁和底壁均设有凹槽，所述凹槽用以输送液体从导流片的底壁进入旋流腔；所述喷嘴外壳下方设有喷嘴出口，所述喷嘴出口与旋流腔连通。

6.根据权利要求5所述的高热流密度散热冷板，其特征在于：所述导流片的侧壁设有外螺纹，所述喷嘴外壳的侧壁设有内螺纹，所述导流片与喷嘴外壳螺纹连接。

7.根据权利要求4所述的高热流密度散热冷板，其特征在于：所述压电雾化喷嘴包括不锈钢板、压电雾化片、第一硅胶片和第二硅胶片，所述第一硅胶片上设有第一通孔，所述第二硅胶片上设有第二通孔，所述不锈钢板上设有第三通孔，所述不锈钢板的的下方依次设有第一硅胶片、压电雾化片、第二硅胶片，所述第一通孔、第二通孔与第三通孔连通，所述压电雾化片位于第一通孔下方。

8.根据权利要求7所述的高热流密度散热冷板，其特征在于：所述不锈钢板的顶面设有连接件，所述压电雾化喷嘴通过连接件与微喷嘴板连接。

9.根据权利要求1所述的高热流密度散热冷板，其特征在于：所述第一进液口的个数为2个，所述进液口上设有分液器。

10.根据权利要求9所述的高热流密度散热冷板，其特征在于：所述分液器的截面呈Y型，所述分液器上设有2个第二出液口和1个第二进液口，所述第二出液口分别与第二进液口连通。