CN110351993A - 一种基于相变液冷的液冷板及应用其的相变液冷散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热设备领域，特别是一种基于相变液冷的液冷板及应用其的相变液冷散热系统，所述液冷板应用在相变液冷散热的系统中，所述液冷板的流道腔中增加多孔材料平衡隔层将流道腔分隔成主腔和辅助腔，所述多孔材料平衡隔层由多孔材料制成，其具有强化传热效果的同时，还会在液冷板受热时，让主腔和辅助腔内的液态介质的分布更均匀，气液裹挟的程度更小，流动更平稳，进而使的所述液冷板与冷却介质间的传热更加均匀快速，更适用于发热密度高的发热部件的散热应用，而且可以减小甚至完全消除发热部件局部热点的现象。

Description

一种基于相变液冷的液冷板及应用其的相变液冷散热系统

技术领域

本发明涉及散热设备领域，特别是一种基于相变液冷的液冷板及应用其的相变液冷散热系统。

背景技术

随着电子技术的发展，电子设备的集成度越来越高，不仅电子设备中芯片或模块的发热量越来越大，而且具有局部热流密度大等特点。研究表明，局部热流密度大会使热量在局部发生聚集，在芯片或模块表面产生局部热点，不仅影响芯片或模块的使用性能和工作可靠性，而且会缩短芯片或模块的工作寿命。

电子设备的散热装置主要包括风冷散热装置和液冷散热装置，由于液体的高热容和高传导率，液冷散热装置具有比风冷散热装置更强的散热能力。目前，现有电子设备通常采用直接接触热源的液冷板作为液冷散热装置，液冷板与热源直接接触，将热源的热量传递到其内部流动的液体中，通过液体的循环将热量带走。现有技术中，在热流密度很大的情况下，仅是圆形、方形或其它简单的单一流道的型式的液冷板，不能满足液冷板与换热介质间高效热量传递，需要对内流道进行肋化加强，使液冷板与冷却介质的接触面积更大，实现更大的传热效率。为达到加强效果，现有液冷板，所采用的技术方案主要有几个几种方式：

1.对于钻孔液冷板或摩擦焊液冷板，采用流道排布加密的方式，这种方式，但是极大地增加了冷板的加工难度并降低了耐压防漏性能。

2.对于周围钎焊或密封圏密封的液冷板，会在液冷板内流道腔内从液冷板的基板上增加加强柱或加强肋条；传热强化的效果与增加的加强柱与加强肋条的表面积成正函数关系，为了更大程度的强化传热，甚至加工成0.2mm宽的微流道，流道越细，加工难度也会增加。

3.由于目前的设备散热产品，大多数都为水冷散热，使用相变液冷散热的很少，在使用相变液冷散热系统中，液冷板也使用了与普通水冷散热冷板区别不大结构相似的内部结构，因此目前的相变液冷散热系统中使用的水冷散热冷板，相变液冷散热系统整体的散热效果并不理想，无法满足发热密度过大的情况下的散热需求。

为此，现有技术中国也提出了多种解决方法，如局部多管路的局部通道优化设计，以消除高热流密度器件或局部热量集中模块的局部热点，但由于局部高密度热源尺寸较小，能够进行通道优化的空间很小，但是都不能从液冷板本申请的相变液冷散热效果上进行很好的提升，因此现有技术这些解决方法也不能有效消除发热部件局部热点的问题，从而整体提高散热效果。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种基于相变液冷的液冷板及应用其的相变液冷散热系统。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于相变液冷的液冷板，其包括:液冷板本体和多孔材料平衡隔层；所述液冷板本体的内部设有流道腔；所述流道腔的中部设有所述多孔材料平衡隔层，且所述多孔材料平衡隔层将所述流道腔分隔成主腔和辅助腔；所述主腔的进液端设有进口部，所述辅助腔的出液端设有出口部；所述多孔材料平衡隔层由多孔材料制成。

更优的，所述主腔的出液端设有出口部，所述主腔的出口部和所述辅助腔的出口部连通形成排出口；所述辅助腔的进液端设有进口部，所述辅助腔的进口部和所述主腔的进口部连通形成入流口。

更优的，所述排出口和所述入流口分别设置于所述流道腔的两端，且相互平行正对设置。

更优的，所述多孔材料的内部结构呈网状、泡沫状、多孔状、藕状或蜂窝状。所述多孔材料种类和具体结构很多，只要能对液态介质具有吸附和渗透能力，且可以保证气态介质穿过过即可；具体的所述多孔材料包括：多金属材料、多孔金属与非金属复合材料、多孔非金属材料，其内部具体结构类型包括泡沫型的，藕状型的，蜂窝型的等等；由于多孔结构材料的表面张力特性不同，运作环境不同，常用的所述多孔结构材料的孔的目数优先为为20-200PPI；另外，所述多孔结构材料可以是孔隙率均匀一致的，也可能是分层或分区域一致的，多孔材料可以是各向同性，也可以是各向异性。

更优的，所述液冷板本体一体成型，所述多孔材料焊接固定与所述流道腔内。

更优的，所述液冷板本体由底座和盖板拼接而成，所述多孔材料被所述盖板和底座压合固定在所述流道腔内。

更优的，所述主腔、辅助腔和所述多孔材料平衡隔层厚度均匀，高度相同；所述主腔厚度和辅助腔厚度相等，且为3-30mm，所述多孔材料平衡隔层的厚度为3-10mm。

应用如上所述的一种基于相变液冷的液冷板的相变液冷散热系统，其特征在于，包括：所述液冷板、换热器、气导管和液导管；所述气导管将所述液冷板的出口部和所述换热器的进口端连通，所述液导管将所述液冷板的进口部和所述换热器的出口端连通。

本发明提出一种基于相变液冷的液冷板，其可以应用在相变液冷散热的系统中，所述液冷板的流道腔中增加多孔材料平衡隔层后，将流道腔分隔成主腔和辅助腔，所述多孔材料平衡隔层由多孔材料制成，其具有强化传热效果的同时，还会在液冷板受热时，让主腔和辅助腔内的液态介质的分布更均匀，气液裹挟的程度更小，流动更平稳，进而使的所述液冷板与冷却介质间的传热更加均匀快速，更适用于发热密度高的发热部件的散热，可以减小甚至完全消除发热部件局部热点的现象。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的剖面结构示意图；

图2是本发明的另一个实施例的剖面结构示意图；

图3是本发明的另一个实施例的剖面结构示意图；

图4是本发明的另一个实施例的剖面结构示意图。

其中：液冷板100，底座111，盖板112，进口部110，出口部120，多孔材料平衡隔层130，主腔140，辅助腔150，发热部件200。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种基于相变液冷的液冷板，其包括:液冷板本体和多孔材料平衡隔层130；所述液冷板本体的内部设有流道腔；所述流道腔的中部设有所述多孔材料平衡隔层130，且所述多孔材料平衡隔层130将所述流道腔分隔成主腔140和辅助腔150；所述主腔140的进液端设有进口部110，所述辅助腔150的出液端设有出口部120；所述多孔材料平衡隔层130由多孔材料制成；本实施例中，当液态介质从主腔140进液端设有的进口部110进入主腔140内时，少量液态介质会进入多孔材料平衡隔层130甚至辅助腔150，以维持主腔140更多液态介质和压力平衡；待所述液冷板100受热后，液态介质汽化后形成气态介质，主腔140压力迅速增大，气态介质会部分通过多孔夹层进入压力较小的辅助腔150，从而减少主腔140内气体的裹挟，使得主腔140一侧与发热部件200接触的面板与主腔140内液态介质间的有效接触面积增大，从而加强所述液冷板100的换热效果，气态介质通过所述辅助腔150的储液端设有的出口部120排出至外部管道中。

当然，所述多孔材料平衡隔层130可以有多块，根据需要将所述液冷板100的流道腔分成一组或多组主腔140和辅助腔150，所述液冷板100受热面板接触的腔是主腔140，不与液冷板100受热面板接触的被所述多孔材料平衡隔层130隔在另外一侧的腔为辅助腔150。由于所述多孔材料平衡隔层130有毛细吸附作用与通过性，流体在内部流动有流动阻力，所以被所述多孔材料平衡隔层130分隔的流道腔间会形成压力差；在不同的使用条件下，液态介质可以更多的集中在主腔140内，让主腔140中液态介质与发热部件200的有效接触面更大，传热更加均匀快速。

如图2所示，所述主腔140的出液端设有出口部120，所述主腔140的出口部120和所述辅助腔150的出口部120连通形成排出口；所述辅助腔150的进液端设有进口部110，所述辅助腔150的进口部110和所述主腔140的进口部110连通形成入流口。所述排出口和所述入流口分别设置于所述流道腔的两端，且相互平行正对设置。本实施例中，当液态介质同时进入主腔140与辅助腔150时，主腔140内液体受热汽化。在进出口压差不同的情况下，气态介质可能会部分进入辅助腔150，大部分留在主腔140内，气态介质与液态介质一起向出口流动；由于主腔140内液态介质的减少，辅助腔150内的液态介质直接通过多孔材料夹层，进入到主腔140，补充主腔140内因汽化减少的液态介质，从而让主腔140内的液态介质较于起初阶段增多，主腔140一侧与发热部件200接触的面板与主腔140内液态介质间的有效接触面积增大，同时从辅助腔150经过所述多孔材料平衡隔层130直接补充至主腔140中的液态介质温度更低，冷却能力更好，进而加强所述液冷板100的换热效果；这种结构方式，使得所述液冷板100进出口差极低的情况下，也能实现液态介质的稳定均匀地流过液冷板100内，使冷板内相变过程平稳实现，大大提高了所述也冷板的传热效果。

具体的，所述多孔材料的内部结构呈网状、泡沫状、藕状或多孔状。更优的，具体为金属泡沫材料，所述金属泡沫材料具有良好的吸附能力，同时液具有导热性和抗腐蚀性，应用金属泡沫材料制作所述多孔材料平衡隔层130，可以提高所述也冷板的传热效果和延长使用寿命。

所述液冷板100的生产制造方式多样，且生产过程简单方便，具体的，如图4所示，所述液冷板100本体一体成型，设有多个流道腔，每个流道腔中焊接固定有一块所述多孔材料。或如图3所示，所述液冷板100本体由底座111和盖板112拼接而成，所述多孔材料被所述盖板112和底座111压合固定在主腔140和辅助腔150之间，使得所述流道腔内都设有所述多孔材料平衡隔层130，让所述液冷板100的生产组装更加简单方便。

所述主腔140、辅助腔150和所述多孔材料平衡隔层130厚度均匀，高度相同；所述主腔140厚度和辅助腔150厚度相等，且为3-30mm，所述多孔材料平衡隔层130的厚度为3-10mm。由于所述液冷板100在实际工作中，应用了相变原理。对主腔140、辅助腔150和所述多孔材料平衡隔层130的具体尺寸范围进行限定，才能保证因此为了保证所述液冷板100内部冷却介质的相变过程，在所述也冷板导入液体介质后，由于压力差的存在，能更加顺利平稳的实现，从而可以进一步提高所述液冷板100的传热效果。

应用如上所述的一种基于相变液冷的液冷板100的相变液冷散热系统，其包括：所述液冷板100、换热器、气导管和液导管；所述气导管将所述液冷板100的出口部120和所述换热器的进口端连通，所述液导管将所述液冷板100的进口部110和所述换热器的出口端连通。所述换热器具体可以为铜管翅片式换热器或微通道换热器，从所述换热器的出口端流出的是液态介质，液态介质沿着所述液导管从所述也冷板的进口部110流入所述流道腔，所述液冷板100与发热部件200接触受热，所示液态介质汽化形成气态介质，气态介质沿着所述气导管回至所述换热器内，所述散热器将气态介质中的热量散出，使得气态介质液化成液态介质最后从所述散热器流出，如此循环，将发热部件200产生的热量快速传递散发出去，保证了电器设备的正常运作。

本发明提出一种基于相变液冷的液冷板100，其可以应用在相变液冷散热的系统中，所述液冷板100的流道腔中增加多孔材料平衡隔层130后，将流道腔分隔成主腔140和辅助腔150，所述多孔材料平衡隔层130由多孔材料制成，其具有强化传热效果的同时，还会在液冷板100受热时，让主腔140和辅助腔150内的液态介质的分布更均匀，在液态介质的进口部压力充足时，液态介质汽化产生的气体直接从最接近的多孔材料平衡隔层130进入到辅助腔150，让气液裹挟的程度更小，主腔140的充液率高。在液态介质进口部压力较低时，辅助腔150内的液态介质从多孔材料平衡隔层130进入到主腔140，补充主腔140内的液体。从而减轻或避免相变液冷散热系统的供液出现脉动，增强与发热部件间的换热效果；所述液冷板100内液态介质流动更平稳，进而使的所述液冷板100与冷却介质间的传热更加均匀快速，更适用于发热密度高的发热部件200的散热，可以减小甚至完全消除发热部件200局部热点的现象。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于相变液冷的液冷板，其特征在于，包括:液冷板本体和多孔材料平衡隔层；所述液冷板本体的内部设有流道腔；所述流道腔的中部设有所述多孔材料平衡隔层，且所述多孔材料平衡隔层将所述流道腔分隔成主腔和辅助腔；所述主腔的进液端设有进口部，所述辅助腔的出液端设有出口部；所述多孔材料平衡隔层由多孔材料制成。

2.根据权利要求1所述的一种基于相变液冷的液冷板，其特征在于，所述主腔的出液端设有出口部，所述主腔的出口部和所述辅助腔的出口部连通形成排出口；所述辅助腔的进液端设有进口部，所述辅助腔的进口部和所述主腔的进口部连通形成入流口。

3.根据权利要求2所述的一种基于相变液冷的液冷板，其特征在于，所述排出口和所述入流口分别设置于所述流道腔的两端，且相互平行正对设置。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的液冷板，其特征在于，所述多孔材料的内部结构呈网状、泡沫状、多孔状、藕状或蜂窝状。

5.根据权利要求4所述的一种基于相变液冷的液冷板，其特征在于，所述液冷板本体一体成型，所述多孔材料焊接固定与所述流道腔内。

6.根据权利要求4所述的一种基于相变液冷的液冷板，其特征在于，所述液冷板本体又底座和盖板拼接而成，所述多孔材料被所述盖板和底座压合固定在所述流道腔内。

7.根据权利要求1所述的一种基于相变液冷的液冷板，其特征在于，所述主腔、辅助腔和所述多孔材料平衡隔层厚度均匀，高度相同；所述主腔厚度和辅助腔厚度相等，且为3-30mm，所述多孔材料平衡隔层的厚度为3-10mm。

8.应用如权利要求1-7中任意一项所述的一种基于相变液冷的液冷板的相变液冷散热系统，其特征在于，包括：所述液冷板、换热器、气导管和液导管；所述气导管将所述液冷板的出口部和所述换热器的进口端连通，所述液导管将所述液冷板的进口部和所述换热器的出口端连通。