CN110972442B - 一种冷媒相变散热器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了冷媒相变散热器包括：基板；与该基板密封式连接的盖板；冷媒入口和冷媒出口；设置在由该基板和该盖板组成的腔体内的冷媒流道，该冷媒流道的两端分别与该冷媒入口和该冷媒出口相连；其中，该冷媒流道由沿着冷媒流动方向串联连接的N个流道分段组成，第i流道分段的截面积大于第i+1流道分段的截面积，N为正整数，i为小于N的正整数。通过该冷媒相变散热器，流道分段的截面积逐渐减小，充分利用了相变换热的特点，在实现高热流密度散热的同时保证了整体散热的均匀性。

Description

一种冷媒相变散热器

技术领域

本发明涉及散热装置，具体地，涉及一种冷媒相变散热器。

背景技术

现有电气设备散热器主要采用水冷方式，一般不发生相变，其散热效果比较差，散热热流密度在10W/cm²左右，难以满足电气设备越来越高的散热热流密度要求。

目前已经开发出了一些利用冷媒对设备散热的散热器。例如，申请号为CN201711494464.2的专利公开了一种散热器，其采用了一种封闭腔体结构，在其内部注入冷媒，冷媒产生相变散热；该专利由于采用了一种封闭腔体结构，类似于热管的相变原理，将热量从腔体靠近发热部位的热量带走至腔体的冷端，属于散热器内部循环，提高了散热的均匀性，其热流密度增加的程度不够，同样不能满足高热流密度的要求。另外一个申请号为CN201721256542.0的专利涉及一种由基板和盖板组成的散热器结构，在基板上有凹陷流道，基板和盖板边缘通过搅拌摩擦焊保证密封，该专利所述的结构为散热器的常见结构形式，并且采用搅拌摩擦焊对边缘进行焊接保证密封的方式本身存在很大的安全隐患，在散热器中间因为没有焊接，容易产生鼓包，难以满足实际使用要求，并且该专利未涉及相变散热的专利技术和针对相变散热开展发明创造，不能适应相变散热的要求。

因此，需要提供一种适用于相变换热特点的散热器，实现散热器的高热流密度和均匀散热，从而满足散热要求。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种冷媒相变散热器，采用渐缩式截面结构的流道布置，满足了高热流密度的散热要求。

本发明提供的冷媒相变散热器包括：基板；与该基板密封式连接的盖板；冷媒入口和冷媒出口；设置在由该基板和该盖板组成的腔体内的冷媒流道，该冷媒流道的两端分别与该冷媒入口和该冷媒出口相连；其中，该冷媒流道由沿着冷媒流动方向串联连接的N个流道分段组成，第i流道分段的截面积大于第i+1流道分段的截面积，N为正整数，i为小于N的正整数。通过该方面的截面积逐渐减小的流道分段，充分利用了相变换热的特点，在实现高热流密度散热的同时保证了整体散热的均匀性。

在一个实施方式中，该N个流道分段中的至少一个流道分段内沿着冷媒流动方向设置有筋条以增大散热面积。通过该实施方式，能够增大冷媒的接触面积，从而提高散热效率。

在一个实施方式中，第i流道分段内的筋条数量大于第i+1流道分段内的筋条数量。通过该实施方式，由于冷媒随着流动而干度逐渐减小，相变能力变差，缩小冷媒的接触面积能够保证散热器的散热效果的均匀性。

在一个实施方式中，第i流道分段内的筋条平行等间隔地排列。通过该实施方式，能够简化制造工艺，并优化流道的设计。

在一个实施方式中，该冷媒流道还包括多个U形流段，该N个流道分段平行地设置，该冷媒流道由该N个流道分段与该多个U形流段首尾相连而成。通过该实施方式，能够使得该散热器的结构紧凑，节省了空间。

在一个实施方式中，该基板与该盖板通过真空钎焊工艺焊接。通过该实施方式，保证了基板和盖板之间的有效密封和粘合。

在一个实施方式中，该冷媒相变散热器还包括温度检测装置。通过该实施方式，能够使得检测散热器各热源位置的温度，确保流道设计合理。

在一个实施方式中，该温度检测装置为热电偶。

在一个实施方式中，该冷媒入口和该冷媒出口设置在盖板上。

在一个实施方式中，该冷媒入口和该冷媒出口通过氩弧焊工艺焊接在该盖板上。通过该实施方式，能够保证冷媒入口和冷媒出口的有效焊接和密封。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明实施例的冷媒相变散热器的示意图；

图2显示了根据本发明实施例的冷媒相变散热器的侧视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1和图2为本发明提供的冷媒相变散热器1的示意图和侧视图。如图1和图2所示，该冷媒相变散热器1包括基板2、与该基板2密封式连接的盖板3、冷媒入口4和冷媒出口5以及设置在该基板2和该盖板3组成的腔体内的冷媒流道6，该冷媒流道6的两端分别与该冷媒入口4和冷媒出口5相连；其中，该冷媒流道6由沿着冷媒流动方向串联连接的N个流道分段组成，第i流道分段的截面积大于第i+1流道分段的截面积，N为正整数，i为小于N的正整数。

基板2上凹陷有冷媒流道6，盖板3盖设在基板2上以密封冷媒流道6。优选地，该基板2和盖板3可以通过真空钎焊焊接以实现密封，这是由于真空钎焊保证了焊接面焊合率在98％以上，从而保证基板2和盖板3的有效密封和粘合，保证在使用过程中不会产生鼓包现象。

在实际应用过程中，冷媒的进出口可根据实际情况需要而定，可将进出口设置在盖板3上，也可设置在基板2上，或者也可有盖板3和基板2组合而形成。在本实施例中，考虑到加工工艺的难易程度以及成本等因素，优选在盖板3上设置冷媒入口4和冷媒出口5。冷媒入口4和冷媒出口5紧固设置在盖板3的背离基板的一侧的表面上，该冷媒入口4和冷媒出口5分别与腔体内的冷媒流道6的两端相连，冷媒从冷媒入口4进入该散热器的腔体内，经由腔体内的冷媒流道6，最后从冷媒出口5流出，从而完成对电器设备的散热。

优选地，该冷媒入口4和冷媒出口5通过氩弧焊工艺焊接在盖板3上，保证了冷媒入口4和冷媒出口5的有效焊接和密封，避免了冷媒的泄漏。

为了使得冷媒冷却式散热器的散热效果更好，在对散热器的材料选择上可选择导热性好的材料，如金、银、铝、铜等，在本实施例中，优选采用性价比较高的铝材料制成。

在该实施例中，冷媒可以是任何通过相变散热并且不与散热器材料发生反应的的冷却介质，本发明在此不做限定，例如空调中使用的制冷剂。

在本发明提供的冷媒相变散热器1中，冷媒流道6的包括N个串联连接的流道分段，这N个流道分段通过首尾相连而形成本发明的冷媒流道6，N为正整数。

可选地，N个流道分段之间可以通过多种方式首尾相连，例如直连式。优选地，该冷媒相变散热器1内还包括多个U形流段，相邻的两个流道分段之间通过该U形流段首尾相连，从而使得该N个流道分段在散热器的腔体内呈“S”形排列，从而使该散热器的结构紧凑，在有限的散热器空间可以布置更多的流道分段，提高了散热的效率。

在该冷媒相变散热器1中，为了适应相变换热的特点，将该冷媒流道6的N个流道分段构造成第N流道分段的截面积大于第N+1流道分段的截面积。换句话说，沿着冷媒流动的方向，以流道分段为单位，该冷媒流道6的截面积逐渐减小。

出于清楚描述和解释本发明的目的，如图1所示，本文中以5个流道分段为例进行说明。本领域技术人员应当明白，这里的流道分段数量并不能对本发明构成限定，而是可以为任意数量的流道分段。如图2中的箭头所示，冷媒从冷媒入口4流入冷媒流道6时，在第1流道分段61内的冷媒的干度较低，主要为液体，具有良好的相变性能，单位冷媒在单位面积内能带走的热量大，能够满足对热量较高的热源的散热。随着冷媒往后流动，在经过第2～5流道分段时，冷媒的干度越来越高，液体占比减少，相变能力变差，单位冷媒在单位面积内能带走的热量也降低，能够满足散热需求的热流密度也逐渐降低，因此，需要缩小冷媒相变的接触面积，提高单位面积内对应的冷媒流量，保证散热的热流密度不降低，使得冷媒在贯穿整个冷媒流道6具有均匀的热流密度，从而保证了整个散热器的散热效果，适应了相变散热器的特点。

可选地，如图1所示，在第1流道分段至第5流道分段中均设置有不同数目的沿着冷媒流动方向的筋条7以增大冷媒的接触面积。

优选地，第i流道分段内的筋条7数量大于第i+1流道分段内的筋条7数量。例如，第1流道分段61内设置有4根筋条7，第2流道分段62内设置有3根筋条7，第3流道分段63内设置有2根筋条7，第4流道分段64内设置有1根筋条7，第5流道分段65内未设置筋条7。

优选地，每个流道分段内的筋条7均为等间隔布置。更优选地，第i流道分段内的筋条7之间的间隔等于第i+1流道分段内的筋条7之间的间隔。这样，可以大大地简化制造该散热器的工艺，节省成本。

通过上述布置，沿着冷媒流动方向，第1流道分段包括5个子流道，第2流道分段包括4个子流道，第3流道分段包括3个子流道，第4流道分段包括2个子流道，第5流道分段包括1个子流道，冷媒在经由这些流道分段时，一方面，由于接触面积增加，提高了散热效率；另一方面，冷媒从冷媒入口4流入冷媒流道6时，在第1流道分段61内的冷媒的干度较低，主要为液体，具有良好的相变性能，单位冷媒在单位面积内能带走的热量大，能够满足对热量较高的热源的散热。随着冷媒往后流动，在经过第2～5流道分段时，冷媒的干度越来越高，液体占比减少，相变能力变差，单位冷媒在单位面积内能带走的热量也降低，能够满足散热需求的热流密度也逐渐降低，因此，需要缩小冷媒相变的接触面积，提高单位面积内对应的冷媒流量，保证散热的热流密度不降低，使得冷媒在贯穿整个冷媒流道6具有均匀的热流密度，从而保证了整个散热器的散热效果，适应了相变散热器的特点。

应理解，筋条7采用与基板2和盖板3相同的材料制成以保证散热的效率。

应理解，本发明的冷媒相变散热器1中的流道分段的布置可以根据实际的工况进行改变。例如，N个流道分段的截面积以等差数列或等比数列递减，也可以不规律地递减；每个流道分段内的筋条7的数量可以以等差数列或等比数列递减，也可以不规律地递减。

可选地，本发明的冷媒相变散热器1还可以包括温度检测装置(未示出)，其用于检测散热器各热源处的温度，通过对比各温度检测装置的温度，其最大差值如果在3℃以内，则表明该散热器具有均匀的散热效果，该冷媒流道6的设计合理。可选地，该散热器还包括多个温度检测装置，该多个温度检测装置与各热源位置一一对应，其分别用于检测各个热源位置的温度。

优选地，该温度检测装置为热电偶。

该发明采用的渐缩式的变流道的结构形式，对于相变散热器非常重要，经过试验验证后的流道形式可以将热流密度提高至20W/cm²以上，比常规散热器提高1倍；如果采用不变截面的常规结构形式会导致散热的温度均匀性很差，导致电气设备烧毁。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (9)

1.一种冷媒相变散热器，其特征在于，包括：

基板；

与所述基板密封式连接的盖板，所述基板和所述盖板通过真空钎焊焊接以实现密封；

冷媒入口和冷媒出口；

设置在由所述基板和所述盖板组成的腔体内的冷媒流道，所述冷媒流道的两端分别与所述冷媒入口和所述冷媒出口相连；

其中，所述冷媒流道由沿着冷媒流动方向串联连接的N个流道分段组成，第i流道分段的截面积大于第i+1流道分段的截面积，N为正整数，i为小于N的正整数。

2.根据权利要求1所述的冷媒相变散热器，其特征在于，所述N个流道分段中的至少一个流道分段内沿着冷媒流动方向设置有筋条以增大散热面积。

3.根据权利要求2所述的冷媒相变散热器，其特征在于，第i流道分段内的筋条数量大于第i+1流道分段内的筋条数量。

4.根据权利要求2或3所述的冷媒相变散热器，其特征在于，所述第i流道分段内的所述筋条平行等间隔地排列。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的冷媒相变散热器，其特征在于，所述冷媒流道还包括多个U形流段，所述N个流道分段平行地设置，所述冷媒流道由所述N个流道分段与所述多个U形流段首尾相连而成。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的冷媒相变散热器，其特征在于，所述冷媒相变散热器还包括温度检测装置。

7.根据权利要求6所述的冷媒相变散热器，其特征在于，所述温度检测装置为热电偶。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的冷媒相变散热器，其特征在于，所述冷媒入口和所述冷媒出口设置在所述盖板上。

9.根据权利要求8所述的冷媒相变散热器，其特征在于，所述冷媒入口和所述冷媒出口通过氩弧焊工艺焊接在所述盖板上。

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