CN111132514A

CN111132514A - 一种喷射强化散热器

Info

Publication number: CN111132514A
Application number: CN201911379939.2A
Authority: CN
Inventors: 黄星星; 胡强; 侯立涛; 徐平; 胡琅; 冯杰; 黎天韵; 尤晶
Original assignee: Ji Hua Laboratory
Current assignee: Ji Hua Laboratory
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN111132514B

Abstract

本发明提供了一种喷射强化散热器，包括上侧开口的喷射控制腔，盖设在喷射控制腔上侧开口处的散热基板，设置在喷射控制腔内下部的喷射装置，以及用于向喷射装置输送高压冷却液的高压输送装置；喷射装置用于使高压冷却液朝上喷出形成高压喷雾；所述散热基板的上表面用于布置发热元件。该散热器能够有效地对高流量密度发热元件散热，且结构较简单，制造难度低，加工成本低。

Description

一种喷射强化散热器

技术领域

本发明涉及散热器技术领域，尤其涉及一种喷射强化散热器。

背景技术

目前以超算CPU或大功率电源IGBT元件为典型代表的大功率电子设备元件已呈现出了功率负荷极大化，元件体积极小化的两极化趋势，电子设备内各类电子元器件的性能越来越强大。同时在有限的体积空间内，这些电子元器件在设备内或者在PCB板内的集成密度也越来越高。未来这些高精尖大功率设备的功率还将持续增加，整个设备的热耗也将从数十千瓦到兆瓦级别不等，其核心电子元件的发热量也将达到数千瓦到数十千瓦不等。因此，开发高效、可靠及小型化的散热器已迫在眉睫。

常规散热器主要是在散热器腔体内或直接铣制出成型的肋片，或焊接上已经铣制成型的肋片，再用盖板密封住散热器腔体形成换热腔体。此结构散热器主要依靠冷却液流经肋片表面时与肋片进行换热来散热。此类设计方式一般会引起以下问题：由于发热元件的热流密度急剧增加，散热器也将被迫寻求更大的散热面积以满足散热要求，势必会增加肋片数量，增加肋片长度，减小肋片厚度厚度，减小肋片间距，因此加工难度势必会增大，成本势必会增加，肋片间距减小后冷却液流动受阻，压力损失势必会增大。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种喷射强化散热器，能够有效地对高流量密度发热元件散热。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种喷射强化散热器，包括上侧开口的喷射控制腔，盖设在喷射控制腔上侧开口处的散热基板，设置在喷射控制腔内下部的喷射装置，以及用于向喷射装置输送高压冷却液的高压输送装置；喷射装置用于使高压冷却液朝上喷出形成高压喷雾；所述散热基板的上表面用于布置发热元件。

所述的喷射强化散热器中，所述喷射控制腔的底部设置有冷却液入口，喷射控制腔的底部或侧壁下部设置有冷却液出口，所述高压输送装置通过冷却液入口管与冷却液入口连接，冷却液出口与高压输送装置之间设置有冷却液回流管路。

所述的喷射强化散热器中，所述喷射装置为朝上设置的雾化喷头。

所述的喷射强化散热器中，所述喷射装置为盖设在冷却液入口上的半封闭壳体，半封闭壳体与喷射控制腔的底部固连并共同围成一个腔体，半封闭壳体上排布有多个喷射孔。

所述的喷射强化散热器中，所述半封闭壳体从下到上逐渐变小，且上部为类椭球壳状，所述喷射孔开设在类椭球壳状的部分上。

所述的喷射强化散热器中，所述高压输送装置包括高压泵。

所述的喷射强化散热器中，所述高压输送装置还包括脉冲阀，脉冲阀的入口通过连接管与高压泵的输出口连接，脉冲阀的出口与所述冷却液入口管连接。

所述的喷射强化散热器中，所述散热基板的下表面设置有用于增加与冷却液接触面积的面积增加结构。

所述的喷射强化散热器中，所述面积增加结构为设置在散热基板的下表面的蜂窝状凹槽和/或多片设置在散热基板的下表面的翎片。

所述的喷射强化散热器中，所述喷射控制腔的上侧开口与散热基板相适配，散热基板嵌入该开口中，喷射控制腔的腔壁上设置有用于承托的散热基板的凸起部，散热基板由多个压码件压紧在喷射控制腔上。

有益效果：

本发明提供的一种喷射强化散热器，通过高压输送装置把冷却液加压输送至喷射装置，进而使冷却液喷出形成高压喷雾，并喷向散热基板，使冷却液均匀地喷射到散热表面，增大冷却液的换热能力；与现有肋片式水冷散热器相比，该散热器结构较简单，制造难度低，加工成本低，消除了冷却液流阻限制，解决了超高热流密度发热元件的散热瓶颈问题。

附图说明

图1为本发明提供的喷射强化散热器的结构示意图。

图2为本发明提供的喷射强化散热器中，喷射控制腔的结构示意图。

图3为本发明提供的喷射强化散热器中，一种喷射装置的结构示意图。

图4为本发明提供的喷射强化散热器中，第一种面积增加结构的结构示意图。

图5为本发明提供的喷射强化散热器中，第二种面积增加结构的结构示意图。

图6为本发明提供的喷射强化散热器中，第三种面积增加结构的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

为了方便描述，本文中，以散热基板2所在的一侧为上侧，背向散热基板2的一侧为下侧。

请参阅图1-6，本发明提供的一种喷射强化散热器，包括上侧开口的喷射控制腔1，盖设在喷射控制腔上侧开口处的散热基板2，设置在喷射控制腔1内下部的喷射装置3，以及用于向喷射装置输送高压冷却液的高压输送装置4；喷射装置3用于使高压冷却液朝上喷出形成高压喷雾；散热基板2的上表面用于布置发热元件90。

该散热器相比现有肋片式水冷散热器具有以下优点：具有更高的换热系数，着重解决了更高流量密度电子发热元器件的散热问题，也同时解决了由散热问题带来的加工难度增大，成本增加，肋片间距减小后冷却液流动受阻，压力损失大的难题；通过高压输送装置把冷却液加压输送至喷射装置，进而使冷却液喷出形成高压喷雾，并喷向散热基板，使冷却液均匀地喷射到散热表面，增大冷却液的换热能力。同时，此散热器结构较为简单，降低了制造难度，减少加工成本，消除了冷却液流阻限制，解决了超高热流密度发热元件的散热瓶颈问题。

其中，发热元件90可通过导热连接剂与散热基板连接导热，以提高对发热元件90的散热效果；散热基板1由高导热率材料制成，如铝、铜或导热率与它们接近或更高的其它材料制成。

本实施例中，见图1、2，喷射控制腔1的底部设置有冷却液入口1.1，喷射控制腔的底部或侧壁下部设置有冷却液出口1.2，高压输送装置4通过冷却液入口管5与冷却液入口1.1连接，冷却液出口1.2与高压输送装置4之间设置有冷却液回流管路A。从喷射装置3喷出的冷却液会最后会落到喷射控制腔1中，并从冷却液回流管路A回流到高压输送装置4处，再重新输往喷射装置3，形成循环。

在一些实施方式中，冷却液回流管路A包括回流管道92和连接在回流管道92中的换热器93，通过换热器93对回流的冷却液进行冷却。此外，还可在回流管道92上设置过滤器，以过滤可能进入冷却液中的杂质，避免堵塞喷射装置3。

在一些实施方式中，喷射装置3为朝上设置的雾化喷头，可实现对高压冷却液的雾化喷射；

在另一些实施方式中，见图1、3，喷射装置3为盖设在冷却液入口1.1上的半封闭壳体，半封闭壳体与喷射控制腔1的底部固连（焊接、螺接、胶接、一体成型等）并共同围成一个腔体91，半封闭壳体上排布有多个喷射孔3.1；冷却液通过冷却液入口1.1进入腔体91，再从喷射孔3.1高速喷出形成高压喷雾。

优选的，半封闭壳体从下到上逐渐变小，且上部为类椭球壳状，喷射孔3.1开设在类椭球壳状的部分上；该形状有利于提高喷射速度，提高雾化效果，同时，可提高扩散角度，提高喷雾的覆盖面积，确保整个散热基板2的下表面均能与冷却液接触，提高散热效果，也有利于减小喷射控制腔1的高度，提高结构的紧凑性。

本实施例中，见图1，高压输送装置4包括高压泵4.1，高压泵4.1提供冷却液流动的动力，且能把冷却液加压输送至喷射装置3，形成高压冷却液。

在一些优选的实施方式中，见图1，高压输送装置4还包括脉冲阀4.2，脉冲阀4.2的入口通过连接管4.3与高压泵4.1的输出口连接，脉冲阀4.2的出口与冷却液入口管5连接。利用脉冲阀4.2可进一步提高冷却液的压力，从而形成更高压的脉冲式喷流，雾化效果更佳，液滴体积更小，可进一步增大冷却液的换热能力。

进一步的，散热基板2的下表面设置有用于增加与冷却液接触面积的面积增加结构。通过增加与冷却液接触面积，可进一步提高散热效果。

在一些实施方式中，见图4、5、6，面积增加结构为设置在散热基板2的下表面的蜂窝状凹槽2.1和/或多片设置在散热基板2的下表面的翎片2.2，但不限于此。其中，翎片2.2可以是直翎片（如图5），也可以是波浪形翎片（如图6），尤以波浪形翎片为佳，因为其表面积更大；优选的，还可在翎片2.2上密布小孔，以进一步提高表面积。

在一些实施方式中，散热基板2直接盖接在喷射控制腔1的顶部，并通过螺钉连接、胶接、焊接等方式与喷射控制腔1固连；

在另一些实施方式中，见图1、2，喷射控制腔1的上侧开口与散热基板2相适配，散热基板2嵌入该开口中，喷射控制腔1的腔壁上设置有用于承托的散热基板的凸起部1.3，散热基板2由多个压码件6压紧在喷射控制腔上。

具体的，压码件6包括与喷射控制腔1转动连接的连接轴6.1，以及与连接轴6.1上端固连的压码头6.2；压码头6.2随连接轴6.1转动至散热基板2上侧时，压码头6.2的底部与散热基板2上表面相抵，从而压紧散热基板2。使用压码件6进行散热基板2的固定，散热基板2的装拆方便快捷，可方便对散热器的维护。

为了提高压码头6.2对散热基板2的压紧作用，可在压码头6.2的底部设置弹性层，该弹性层同时也能提高压码头6.2与散热基板2之间的摩擦力，避免压码头6.2滑开而使散热基板2脱落。

进一步的，散热基板2与喷射控制腔1之间设置有密封圈7，以避免冷却液泄漏。该密封圈可设置在散热基板2的侧面与喷射控制腔1之间，如图1、2所示，也可设置在凸起部1.3的上表面与散热基板2的下表面之间。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。

Claims

1.一种喷射强化散热器，其特征在于，包括上侧开口的喷射控制腔，盖设在喷射控制腔上侧开口处的散热基板，设置在喷射控制腔内下部的喷射装置，以及用于向喷射装置输送高压冷却液的高压输送装置；喷射装置用于使高压冷却液朝上喷出形成高压喷雾；所述散热基板的上表面用于布置发热元件。

2.根据权利要求1所述的喷射强化散热器，其特征在于，所述喷射控制腔的底部设置有冷却液入口，喷射控制腔的底部或侧壁下部设置有冷却液出口，所述高压输送装置通过冷却液入口管与冷却液入口连接，冷却液出口与高压输送装置之间设置有冷却液回流管路。

3.根据权利要求2所述的喷射强化散热器，其特征在于，所述喷射装置为朝上设置的雾化喷头。

4.根据权利要求2所述的喷射强化散热器，其特征在于，所述喷射装置为盖设在冷却液入口上的半封闭壳体，半封闭壳体与喷射控制腔的底部固连并共同围成一个腔体，半封闭壳体上排布有多个喷射孔。

5.根据权利要求4所述的喷射强化散热器，其特征在于，所述半封闭壳体从下到上逐渐变小，且上部为类椭球壳状，所述喷射孔开设在类椭球壳状的部分上。

6.根据权利要求2所述的喷射强化散热器，其特征在于，所述高压输送装置包括高压泵。

7.根据权利要求6所述的喷射强化散热器，其特征在于，所述高压输送装置还包括脉冲阀，脉冲阀的入口通过连接管与高压泵的输出口连接，脉冲阀的出口与所述冷却液入口管连接。

8.根据权利要求1所述的喷射强化散热器，其特征在于，所述散热基板的下表面设置有用于增加与冷却液接触面积的面积增加结构。

9.根据权利要求8所述的喷射强化散热器，其特征在于，所述面积增加结构为设置在散热基板的下表面的蜂窝状凹槽和/或多片设置在散热基板的下表面的翎片。

10.根据权利要求1所述的喷射强化散热器，其特征在于，所述喷射控制腔的上侧开口与散热基板相适配，散热基板嵌入该开口中，喷射控制腔的腔壁上设置有用于承托的散热基板的凸起部，散热基板由多个压码件压紧在喷射控制腔上。