CN111902034A - 冷板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷板，包括：用于安装多个待散热器件的壳体，所述壳体上设置有入液口和出液口；及位于所述壳体内部的第一导流部件和第二导流部件，其中：所述第一导流部件围成预热通道的至少一部分；所述第二导流部件围成回流通道的至少一部分；所述预热通道与所述入液口连通；所述回流通道与所述出液口连通；所述预热通道至少存在一部分与所述回流通道相邻，且位于相邻的所述预热通道与所述回流通道之间的第一导流部件和/或所述第二导流部件能够传递热量。预热通道的至少一部分与回流通道相邻，且介于相邻的预热通道与回流通道之间部分第二导流部件进行热传递，降低了入口效应对待散热器件的影响，从而提高了冷板的均温性。
Description
技术领域
本发明涉及电子散热技术领域，特别涉及一种冷板。
背景技术
算力板是在一块PCB板上并联、串联布置了多达上百颗芯片的结构，由于芯片供电电压、计算能力和芯片温度强相关。为了提高算力板的散热能力通常设置冷板进行散热。
现有的冷板应用在多芯片的场景时，由于受到流体温度低以及入口效应(换热系数大)的影响，会导致在一般情况下入口处的芯片温度比其他位置温度低很多，在算力板上的表现则是温度冷热分布明显，整体的均温性差，不能够满足多芯片温度均匀、温差小的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷板，以提高多热源场景下的均温性。
为实现上述目的，本发明提供一种冷板，包括：
用于安装多个待散热器件的壳体，所述壳体上设置有入液口和出液口；及
位于所述壳体内部的第一导流部件和第二导流部件，其中：
所述第一导流部件围成预热通道的至少一部分；
所述第二导流部件围成回流通道的至少一部分；
所述预热通道与所述入液口连通；所述回流通道与所述出液口连通；所述预热通道至少存在一部分与所述回流通道相邻，且位于相邻的所述预热通道与所述回流通道之间的第一导流部件和/或所述第二导流部件能够传递热量。本发明其中一个实施例中，所述第一导流部件包括第一导流段，所述第一导流段、所述第二导流部件的一部分和所述壳体围成第一预热段，所述第一预热段与所述入液口连通，并与所述回流通道相邻。
本发明其中一个实施例中，所述第一导流部件还包括第二导流段，其中，所述第二导流段与所述壳体围成第二预热段，所述第一预热段通过所述第二预热段与所述入液口连通。
本发明其中一个实施例中，所述第二导流部件包括第三导流段，所述第三导流段与所述壳体围成与所述预热通道相邻的第一回流段，且所述第一回流段与所述出液口连通。
本发明其中一个实施例中，还包括第三导流部件，所述第三导流部件围成串联通道的至少一部分，所述串联通道的一端与所述预热通道连通，所述串联通道的另一端与所述回流通道连通。
本发明其中一个实施例中，所述第二导流部件还包括第四导流段，所述第四导流段与所述壳体围成第二回流段，所述第二回流段的一端与所述第一回流段连通，所述第二回流段的另一端与所述串联通道。
本发明其中一个实施例中，所述第二导流部件还包括第五导流段，所述第五导流段与所述壳体围成第三回流段，所述第二回流段通过所述第三回流段与所述串联通道。
本发明其中一个实施例中，所述第三导流部件包括多个交错布置的第六导流段，每相邻的两个所述第六导流段与所述第一导流部件、所述第二导流部件和所述壳体中的一个或多个形成一个串联段，多个所述串联段呈蛇形布置。
本发明其中一个实施例中，所述串联段内部设置有散热翅片，所述散热翅片与所述第六导流段平行布置。
本发明其中一个实施例中，沿着所述串联通道内液体工质的流动方向每个串联段内布置的散热翅片的数量逐渐增加。
本发明其中一个实施例中，所述散热翅片为铝翅片、铜翅片、不锈钢翅片、钛翅片或者合金翅片。
本发明其中一个实施例中，所述第三导流部件与所述壳体为一体式结构或者分体式结构。
本发明其中一个实施例中，所述第三导流部件为铝导流部件、铜导流部件、不锈钢导流部件、钛导流部件或者合金导流部件。
本发明其中一个实施例中，所述第一导流部件和/或所述第二导流部件与所述壳体为一体式结构；或者所述第一导流部件和/或所述第二导流部件与所述壳体为分体式结构。
本发明其中一个实施例中，所述第一导流部件或所述第二导流部件为铝导流部件、铜导流部件、不锈钢导流部件、钛导流部件或者合金导流部件。
本发明其中一个实施例中，所述入液口和所述出液口设置在所述壳体的同一侧或者不同侧。
本发明其中一个实施例中，所述壳体包括第一壳体和与所述第一壳体相配合的第二壳体，所述第一导流部件和所述第二导流部件设置在所述第一壳体的内部，所述第二壳体分别封闭所述第一壳体、所述第一导流部件和所述第二导流部件以隔离所述预热通道和所述回流通道。
采用本发明的冷板，液体工质由入液口进入至预热通道，位于预热通道的液体工质通过第一导流部件或第二导流部件与位于回流通道相对应的部分的液体工质进行热量交换，位于预热通道的液体工质温度有所升高，位于回流通道的液体工质温度有所降低，液体工质多个待散热器件与液体工质进行热交换，以降低多个待散热器件的温度，最后液体工质经由回流通道从出液口流出。上述过程中，预热通道的至少一部分与回流通道相邻，且介于相邻的预热通道与回流通道之间部分第一导流部件或第二导流部件进行热传递，降低了入口效应对待散热器件的影响。当对多热源算力板进行液冷散热时，可以在既保证散热能力的同时，又能够保证芯片间的温差维持在较小的范围，从而提高了冷板的均温性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1至图10为本发明实施例所提供的一种冷板的结构示意图；
图11为本发明实施例所提供的一种冷板的立体结构示意图；
图12为本发明实施例所提供的一种冷板的内部结构示意图；
图13为本发明实施例所提供的一种冷板的原理示意图；
图14为本发明实施例所提供的另一种冷板的原理示意图；
图15为本发明实施例所提供的又一种冷板的原理示意图。
其中：100为壳体、200为待散热器件、300为第一导流部件、400为第二导流部件、500为第三导流部件、600为预热通道、700为回流通道、800为串联通道、101为入液口、102为出液口、301为第一导流段、302为第二导流段、401为第三导流段、402为第四导流段、403为第五导流段、501为第六导流段一、502为第六导流段二、503为第六导流段三、504为第六导流段四、505为第六导流段五、506为第六导流段六、601为第一预热段、602为第二预热段、701为第一回流段、702为第二回流段、703为第三回流段、801为第一串联段、802为第二串联段、803为第三串联段、804为第四串联段、805为第五串联段、806为第六串联段、807为第七串联段。
具体实施方式
本发明提供一种冷板，以提高冷板的均温性。
需要说明的是，现有技术中，除了以上提到的冷板的均温性较差之外，由于并联冷热交叉通道可以将冷、热流体通道交叉排布，使得在算力板上的温度更加均匀，芯片间的温差小，但是并联通道间的压降一定会存在差异，一方面会导致通道间的流量分配不均匀，从而引起芯片温差增大；另一方面，当流量改变时，原有的设计方案将不能适用，通用性差。而本发明的另一目的为提高冷板的通用性。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，本发明公开的冷板，包括用于安装多个待散热器件200的壳体100，位于壳体100内部的第一导流部件300和第二导流部件400，其中，壳体100上设置有入液口101和出液口102；第一导流部件300围成预热通道600的至少一部分；第二导流部件400围成回流通道700的至少一部分；预热通道600与入液口101连通；回流通道700与出液口102连通；预热通道600至少存在一部分与回流通道700相邻，且位于相邻的预热通道600与回流通道700之间的第一导流部件300和/或第二导流部件400能够传递热量。
在一种实施方式中，第一导流部件300、第二导流部件400相接触的部分为导热性能较好的材料制成，例如，可以是铝。在另外一种实施方式中，第一导流部件300、第二导流部件400均为导热性能较好的材料制成，例如，可以是铝。在其他实施方式中，还可以是不锈钢、钛、铜、合金等材料制成。
采用本发明的冷板，液体工质由入液口101进入至预热通道600，位于预热通道600的液体工质通过第一导流部件300和/或第二导流部件400与位于回流通道700相对应的部分的液体工质进行热量交换，位于预热通道600的液体工质温度有所升高，位于回流通道700的液体工质温度有所降低，液体工质多个待散热器件200与液体工质进行热交换，以降低多个待散热器件200的温度，最后液体工质经由回流通道700从出液口102流出。具体的，液体工质可以是载冷剂、制冷剂、水等。上述过程中，由于预热通道600的至少一部分与回流通道700相邻，且位于二者之间的第一导流部件300或第二导流部件400能够进行热传递，降低了冷板的入口效应对待散热器件200的影响。当对多热源算力板进行液冷散热时，可以在既保证散热能力的同时，又能够保证芯片间的温差维持在较小的范围，从而提高了冷板的均温性。
预热通道600的至少一部分与回流通道700的至少一部分之间通过第一导流部件300和/或第二导流部件400的至少一部进行热传递，使得冷板中两个温差最大的通道相邻，并利用冷板和待散热器件200的热扩散效应使两个通道上方待散热器件200的温度互相影响，提高预热通道600的温度，降低回流通道700的温度，即提高了待散热器件200的最低温度，而又降低了待散热器件200的最高温度。上述第一导流部件300和第二导流部件400可以为板状结构或者管道类结构，当为板状结构时，预热通道600由第一导流部件300和壳体100所围成，或者由第一导流部件300、第二导流部件400和壳体100所围成；回流通道700由第二导流部件400和壳体100所围成，或者由第一导流部件300、第二导流部件400和壳体100所围成。当为管道类结构时，预热通道600由管道直接围成；回流通道700由管道直接围成。本发明中仅以第一导流部件300和第二导流部件400可以为板状结构为例进行详细介绍，此时，预热通道600与回流通道700相邻的部分为第二导流部件400的至少一部分。
请参阅图3、图6、图9和图13，本发明其中一个实施例中，在此实施例中，整个预热通道600均与回流通道700相邻。第一导流部件300包括第一导流段301，第一导流段301与第二导流部件400和壳体围成第一预热段601，第一预热段601与入液口101连通。液体工质由入液口101进入至第一预热段601，通过第二导流部件400与回流通道700相对应的部分进行热量交换，第一预热段601内的液体工质的温度有所升高，回流通道700的液体工质温度有所降低液体工质，与多个待散热器件200进行热交换，以降低多个待散热器件200的温度，最后液体工质经由回流通道700从出液口102流出。上述过程中，位于第一预热段601的液体工质与位于回流通道700的一部分的液体工质通过第二导流部件400的至少一部分进行换热后再进入串联通道800，降低了入口效应对待散热器件200的影响，从而提高了冷板的均温性。
需要说明的是以上第二导流部件400与第一预热段601以及回流通道400所对应的部分越长均温性越好。本发明中仅仅是从对应关系将预热通道600中第一预热段601抽离出来，并不能限定该第一预热段601相对于预热通道600为单独的结构，也不能限定该第一预热段601脱离预热通道600的其他结构。
另外，入液口101与出液口102较远时，请参阅图4、图5、图7、图8、图10、图14和图15，第一导流部件300还包括第二导流段302，其中，第二导流段302与壳体100的壳壁围成第二预热段602，第一预热段601通过第二预热段602与入液口101连通。液体工质由入液口101进入至第二预热段602，液体工质然后进入第一预热段601，通过第二导流部件400与回流通道700相对应的部分进行热量交换，第一预热段601内的液体工质的温度有所升高，回流通道700的液体工质温度有所降低，液体工质与多个待散热器件200进行热交换，以降低多个待散热器件200的温度，最后液体工质经由回流通道700从出液口102流出。上述过程中，液体工质第一预热段601的液体工质与位于回流通道700的一部分的液体工质通过第二导流部件400的至少一部分进行换热后再进入串联通道800，降低了入口效应对待散热器件200的影响。当对多热源算力板进行液冷散热时，可以在既保证散热能力的同时，又能够保证芯片间的温差维持在较小的范围，从而提高了冷板的均温性。
上述第一导流部件300与壳体100为一体式结构或者分体式结构，其中，一体式结构中可以理解为第一导流部件300为一块坯料加工而成，通过铣的工艺加工出预热通道600；分体式结构可以为多种，壳体100与第一导流部件300为相互独立的部件，通过焊接或者卡扣或者螺钉连接在一起，且为了保证连接过程中密封性能，第一导流部件300与壳体100之间设置有密封结构，该密封结构可以为密封垫圈、或者密封槽等具有密封功能的结构。
为了方便描述，第二导流部件400的作用是形成回流通道700的至少一部分。具体的，该第二导流部件400包括第三导流段401，第三导流段401与壳体100的壳壁围成第一回流段701第一回流段701与出液口102连通。需要说明的是，本实施例中，第一回流段701与预热通道600相邻，二者之间的第二导流部件400能够传递热量，也就是说，本实施例中整个回流通道700均与预热通道600相邻，第二导流部件400整体完成位于预热通道600液体工质与位于回流通道700之间的液体工质的热传递。
为了提高该冷板的通用性，本发明中的冷板还包括第三导流部件500，第三导流部件500围成串联通道800的至少一部分，串联通道800的一端与预热通道600连通，串联通道800的另一端与回流通道700连通。
需要说明的是，该上述第三导流部件500为板状结构或者管道类结构，当为板状结构时，串联通道800由第三导流部件500和壳体100围成，或者第三导流部件500、壳体100和第二导流部件400围成，或者第三导流部件500、壳体100和第一导流部件300围成，或者第三导流部件500、壳体100、第二导流部件400和第一导流部件300围成；当为管道类结构时，串联通道800由管道直接围成。本发明中仅以第三导流部件500为板状结构为例进行详细介绍。
当设置串联通道时，第二导流部件400还包括第四导流段402，第四导流段402与壳体100围成第二回流段702，第二回流段702的一端与第一回流段701连通，第二回流段702的另一端与串联通道800。
当串联通道800的末端较远时，该第二导流部件400还包括第五导流段403，第五导流段403与壳体100围成第三回流段703；第二回流段702通过第三回流段703与串联通道800连通。
上述第二导流部件400与壳体100为一体式结构或者分体式结构，其中，一体式结构中可以理解为第二导流部件400为一块坯料加工而成，通过铣的工艺加工出回流通道700；分体式结构可以为多种，壳体100与第二导流部件400为相互独立的部件，通过焊接或者卡扣或者螺钉连接在一起，且为了保证连接过程中密封性能，第二导流部件400与壳体100之间设置有密封结构，该密封结构可以为密封垫圈、或者密封槽等具有密封功能的结构。另外，由于预热通道600、串联通道800和回流通道700为串联设计，所以可以保证在各个通道的流量一致性，而且不受设计流量的影响，通用性更强。
进一步的，按照液体工质的流动方向，预热通道600的一部分与串联通道800的末端相邻，利用温度较高的串联通道800部分流路对预热通道600液体工质进行加热，使串联通道800的首端部分流路的对应的待散热器件温度不会过低。
具体，第一导流部件300的第二导流段302介于第二预热段602与串联通道800的末端的流路之间，该第二导流段302能够传递热量，当液体工质进入第二预热段602时，位于第二预热段602的液体工质通过第二导流段302与串联通道800的末端流路的液体工质进行热交换，并对液体工质进行初步升温，然后进入第一预热段601中，位于第一预热段601的液体工质通过第三导流段401与第一回流段701内的液体工质进行热交换，并对液体工质进行再次升温，从而进一步降低了冷板的入口效应对待散热器件200的影响。
需要说明的是，液体工质的流动方向为从液体工质从入液口101到出液口102流动的方向，其中液体工质最先进入串联通道800的部分为串联通道800的首端，液体工质最后流出串联通道800的部分为串联通道800的末端。
第三导流部件500的作用是形成串联通道800的一部分，包括多个交错布置的第六导流段，每相邻的两个第六导流段与第一导流部件300、第二导流部件400和壳体100中的一个或多个之间形成一个串联段，多个串联段呈蛇形布置。在一种实施方式中，第三导流部件500为导热性能较好的材料制成，例如，可以是铝，还可以是不锈钢、钛、铜、合金等材料制成。
为了提高散热性能，串联段内部设置有散热翅片900，散热翅片900与第六导流段平行布置。
设置散热翅片900后，串联通道800内部的液体工质一方面直接与壳体100进行热交换，而壳体100与待散热器件200进行热交换，从而对待散热器件200进行散热；串联通道800内部的液体工质另一方面与散热翅片900进行热交换，散热翅片900与壳体100接触，壳体100与待散热器件200接触的部分热量与散热翅片900发生热传递，从而进一步实现了对待散热器件200进行散热。
图示中，第三导流部件500包括六个第六导流段，分别为第六导流段一501、第六导流段二502、第六导流段三503、第六导流段四504、第六导流段五505和第六导流段六506，其中，第六导流段一501、第六导流段二502、第六导流段三503、第六导流段四504、第六导流段五505和第六导流段六506间隔布置在第一导流段301上和第三导流段401上，按照液体工质流动方向分别形成七个串联段，分别为第一串联段801、第二串联段802、第三串联段803、第四串联段804、第五串联段805、第六串联段806和第七串联段807，液体工质依次进入第一串联段801、第二串联段802、第三串联段803、第四串联段804、第五串联段805、第六串联段806和第七串联段807，其中，第一串联段801作为串联通道800的首端，与第一预热段601连通，第七串联段807作为串联通道800的末端，与第一回流段701连通。
请参阅以下公式：
Q＝h×(Tc-Tf)
其中，Q为待散热器件200产生的热量，Tc为待散热器件200的温度，Tf为液体工质的温度，h为流动换热系数。
为质量流量，Cp为液体工质比热容，Tf1为经过通道后的液体工质温度，Tf0为经过通道前的液体工质温度。
在冷板中，随着液体工质的流动会不断带走待散热器件200的热量，并且加热液体工质，使液体工质温度沿着流动路径不断增加。由于待散热器件200产生的热量Q是恒定的，那么为了维持不同位置的Tc在小温差下，就要求沿着流动路径不断增强流动换热系数h。所以，进一步的，沿着串联通道800内液体工质的流动方向每个串联段内布置的散热翅片900的数量逐渐增加。随着液体工质流动的进行，在不同的串联段中添加不同密度的散热翅片900，以增强串联通道800内部的后半部分流道的流动换热系数，提高散热能力，降低热阻，保证在待散热器件温差维持在一个较小的范围内。散热翅片900为铝翅片、铜翅片、不锈钢翅片、钛翅片或者合金翅片等等散热性能较优的结构。
上述第三导流部件500与壳体100为一体式结构或者分体式结构，其中，一体式结构中可以理解为第三导流部件500为一块坯料加工而成，通过铣的工艺加工出串联通道800；分体式结构可以为多种，壳体100与第三导流部件500为相互独立的部件，通过焊接或者卡扣或者螺钉连接在一起，且为了保证连接过程中密封性能，第三导流部件500与壳体100之间设置有密封结构，该密封结构可以为密封垫圈、或者密封槽等具有密封功能的结构。
请参阅图1至图10，上述壳体100为矩形结构、圆形结构、椭圆形结构，其设置的具体结构根据待散热器件200进行调整，本发明不做具体限定，只要是能够达到冷板作用的结构均在本发明的保护范围内。
当该冷板具有预热通道600和回流通道700时，壳体100包括第一壳体和与第一壳体相配合的第二壳体，预热通道600和回流通道700设置在第一壳体的内部，第二壳体分别封闭第一壳体、第一导流部件300和第二导流部件400以隔离预热通道600和回流通道700。多个待散热器件200可以设置在第一壳体上，还可以设置第二壳体上，只要能够达到对待散热器件200散热的目的均在本发明的保护范围内。
当该冷板具有串联通道800、预热通道600和回流通道700时，串联通道800、预热通道600和回流通道700设置在第一壳体的内部，第二壳体分别封闭第一壳体、第一导流部件300、第二导流部件400和第三导流部件500以隔离串联通道800、预热通道600和回流通道700。
第一壳体与第二壳体通过卡扣连接，通过焊接，螺钉连接在一起，且为了保证第一壳体与第二壳体之间的密封性能，第一壳体与第二壳体之间还设置有密封结构。
入液口101和出液口102位于壳体100的同一侧或者不同侧，请参阅图2、图3、图4、图6和图7，入液口101和出液口102位于壳体100的同一侧，请参阅图5和图8，入液口101和出液口102位于壳体100的不同侧。当位于同一侧时，入液口101位于壳体的中部或者两边。只要能够实现液体工质的流进和流出均在本发明的保护范围内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种冷板，其特征在于，包括：
用于安装多个待散热器件的壳体，所述壳体上设置有入液口和出液口；及
位于所述壳体内部的第一导流部件和第二导流部件，其中：
所述第一导流部件围成预热通道的至少一部分；
所述第二导流部件围成回流通道的至少一部分；
所述预热通道与所述入液口连通；所述回流通道与所述出液口连通；所述预热通道至少存在一部分与所述回流通道相邻，且位于相邻的所述预热通道与所述回流通道之间的所述第一导流部件和/或所述第二导流部件能够传递热量。
2.如权利要求1所述的冷板，其特征在于，所述第一导流部件包括第一导流段，所述第一导流段、所述第二导流部件和所述壳体围成第一预热段，所述第一预热段与所述入液口连通，并与所述回流通道相邻。
3.如权利要求2所述的冷板，其特征在于，所述第一导流部件还包括第二导流段，其中，所述第二导流段与所述壳体围成第二预热段，所述第一预热段通过所述第二预热段与所述入液口连通。
4.如权利要求1所述的冷板，其特征在于，所述第二导流部件包括第三导流段，所述第三导流段与所述壳体围成与所述预热通道相邻的第一回流段，且所述第一回流段与所述出液口连通。
5.如权利要求4所述的冷板，其特征在于，还包括第三导流部件，所述第三导流部件围成串联通道的至少一部分，所述串联通道的一端与所述预热通道连通，所述串联通道的另一端与所述回流通道连通。
6.如权利要求5所述的冷板，其特征在于，所述第二导流部件还包括第四导流段，所述第四导流段与所述壳体围成第二回流段，所述第二回流段的一端与所述第一回流段连通，所述第二回流段的另一端与所述串联通道。
7.如权利要求6所述的冷板，其特征在于，所述第二导流部件还包括第五导流段，所述第五导流段与所述壳体围成第三回流段，所述第二回流段通过所述第三回流段与所述串联通道。
8.如权利要求5所述的冷板，其特征在于，所述第三导流部件包括多个交错布置的第六导流段，每相邻的两个所述第六导流段与所述第一导流部件、所述第二导流部件和所述壳体中的一个或多个形成一个串联段，多个所述串联段呈蛇形布置。
9.如权利要求8所述的冷板，其特征在于，所述串联段内部设置有散热翅片，所述散热翅片与所述第六导流段平行布置。
10.如权利要求9所述的冷板，其特征在于，沿着所述串联通道内液体工质的流动方向每个串联段内布置的散热翅片的数量逐渐增加。
11.如权利要求1所述的冷板，其特征在于，所述壳体包括第一壳体和与所述第一壳体相配合的第二壳体，所述第一导流部件和所述第二导流部件设置在所述第一壳体的内部，所述第二壳体分别封闭所述第一壳体、所述第一导流部件和所述第二导流部件以隔离所述预热通道和所述回流通道。
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2020
- 2020-09-11 CN CN202010952820.6A patent/CN111902034A/zh active Pending
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