CN114786451B - 液冷散热装置及散热循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液冷散热装置及散热循环系统，包括受热件，其包括用于接收待冷却件所产生热量的受热区；还包括介质流道，其允许散热介质流动于其中，能够连通外部排热空间且具有与受热区导热连接的流淌面；液冷散热装置还设有连通介质流道的内部排热空间，流淌面设有用于扰动并分流散热介质为多个流动分支的起伏结构，使得多个流动分支能够分别流向外部排热空间与内部排热空间。

Description

液冷散热装置及散热循环系统

技术领域

本发明涉及制冷温控技术领域，尤其涉及一种液冷散热装置及散热循环系统。

背景技术

随着信息化智能化基础设施投入，越来越多的大数据计算存储中心、服务器、通信基站被使用，这些设备若要保证长时间运行状况稳定，需要增设可靠且能高效发挥作用的散热系统。

目前应用于上述设备的主流散热系统多采用液冷散热模式，相较于风冷液冷散热具有更好的散热能力、更低的噪音、更少的功耗以及更高的多样化环境适应能力。散热系统中采用的液冷散热板中设有供散热介质流动经过的液体流道，通过将液冷散热板接入介质循环回路，使散热介质反复流动通过液冷散热板，以达到携带被冷却设备所产生热量的目的。

但是，液冷散热板内的液体流道数量少、宽度狭小，流经液冷散热板的区域有限，因而每次循环时可携带的热量有限，难以达到预期的冷却效果，狭小流道还容易堵塞造成散热介质流动阻力过大，进而影响散热介质的循环。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种液冷散热装置，用以解决采用传统液冷散热板来对设备冷却时出现的冷却功率低、冷却效果差、散热介质流动循环不畅的问题。液冷散热装置包括：

受热件，包括用于接收待冷却件所产生热量的受热区；

介质流道，允许散热介质流动于其中，能够连通外部排热空间且具有与受热区导热连接的流淌面；

液冷散热装置还设有连通介质流道的内部排热空间，流淌面设有用于扰动并分流散热介质为多个流动分支的起伏结构，使得多条流动分支分别流向外部排热空间与内部排热空间。

在其中一个实施方式中，液冷散热装置还设有允许散热介质进入介质流道的介质入口以及允许散热介质离开介质流道的介质出口，其中：

液冷散热装置设有连通介质入口与介质流道的第一汇集池，在液冷散热装置的横截宽度方向上，包含起伏结构在内的分流面域的最小尺寸≤第一汇集池的尺寸；及/或，

液冷散热装置设有连通介质出口与介质流道的第二汇集池，在液冷散热装置的横截宽度方向上，包含起伏结构在内的分流面域的最小尺寸≤第二汇集池的尺寸。

如此设置，第一汇集池和第二汇集池在汇集完成足量散热介质后再分别向流淌面以及介质出口释放散热介质，由此可以提高散热介质向流淌面以及介质出口流动的初速度，提高散热介质的初动能，有利于加快散热介质的流动循环，提高对流传热的散热效果。

在其中一个实施方式中，起伏结构包括开设于流淌面且连通介质入口的第一蓄液沉槽，第一蓄液沉槽用于形成第一汇集池；起伏结构包括开设于流淌面且连通介质出口的第二蓄液沉槽，第二蓄液沉槽用于形成第二汇集池。

如此设置，第一汇集池与第二汇集池的结构简单，设置难度低。

在其中一个实施方式中，起伏结构包括多个独立开设于流淌面的沉腔；及/或，起伏结构包括多个独立凸设于流淌面的扰流凸起。

如此设置，沉腔可以作为触发散热介质沸腾传热的汽化核心，扰流凸起可以起到分流和扰动散热介质的作用，扩大散热介质在流淌面上的流域面积，同时促进散热介质形成更多的紊流和湍流。

在其中一个实施方式中，起伏结构包括多个独立开设于流淌面的沉腔，液冷散热装置还设有允许散热介质进入介质流道的介质入口，至少部分沉腔的凹陷方向与流淌面斜交，且沉腔向远离介质入口的方向敞口。

如此设置，沉腔凹陷方向相当于率先汽化后生成的气泡浮动方向，汽化的散热介质受到后续补充进入的液态散热介质的流动阻力更低，因此发生汽化相变的散热介质可以更方便地流入内部排热空间。

在其中一个实施方式中，起伏结构包括多个独立开设于流淌面的沉腔，液冷散热装置还包括具有孔隙的汽化促进覆层，至少部分汽化促进覆层盖设于至少部分沉腔的内壁；汽化促进覆层包括泡沫金属层及/或泡沫陶瓷层。

如此设置，汽化促进覆层可以强化散热介质的沸腾传热机制，提供更多的汽化核心，加快沸腾，从而进一步提高散热介质的传热效率。

在其中一个实施方式中，起伏结构包括多个独立凸设于流淌面的扰流凸起，液冷散热装置还设有允许散热介质进入介质流道的介质入口，至少部分扰流凸起的延伸方向与流淌面斜交，且扰流凸起向靠近介质入口的方向倾斜延伸。

如此设置，扰流凸起对液态散热介质的流动阻力的衰减程度更低，散热介质流动的阻抗也进一步降低。

在其中一个实施方式中，扰流凸起包括凸设于流淌面的扰流柱以及凸设于扰流柱外壁的突刺部；及/或，

起伏结构包括多个独立开设于流淌面的沉腔，至少部分沉腔的凹陷方向与至少部分扰流凸起的延伸方向成角设置，且沉腔的开口朝向扰流凸起的侧壁。

如此设置，突刺部可以刺破散热介质沸腾时产生的气泡，加强介质流道内部的扰动度，有利于提高传热效率和散热效果；沉腔内的气泡上浮后更容易撞击扰流凸起从而使气泡破裂，同样可以强化介质流道内部的扰动度。

在其中一个实施方式中，液冷散热装置还包括介质汇集件、冷凝回收件以及与冷凝回收件导热连接的冷凝导热件；内部排热空间设于冷凝回收件内，介质汇集件用于形成介质流道，并与受热件以及冷凝回收件密封连接，介质流道与内部排热空间连通。

如此设置，冷凝导热件可以间接接收汽化相变的散热介质的热量，并向外部释放出这些热量，从而加快汽化散热介质的冷凝进程，以使汽化后的散热介质尽快冷凝相变并再次回归介质流道，参与下一轮内部相变散热循环；密封连接可以避免汽化散热介质从液冷散热装置中散发逃逸，实现了液冷散热装置的长期可用性。

在其中一个实施方式中，冷凝回收件包括多个间隙排布并于介质汇集件密封连接且连通的冷凝发生室，内部排热空间包括冷凝发生室内腔；冷凝导热件包括多个冷凝翅片，多个冷凝翅片分别设于多个冷凝发生室之间的空隙内并与冷凝发生室导热连接；在任一空隙内，冷凝翅片和冷凝发生室围设形成贯通冷凝回收件的风冷气道。

如此设置，冷凝翅片与外界接触的面积更大，由此可以更快地向外界释放获得自汽化散热介质的热量，风冷通道可以允许高速气流流动穿过冷凝回收件，以使冷凝翅片与外界气体之间进行更加高效的对流传热，显著加快汽化散热介质的冷凝速率。

在其中一个实施方式中，冷凝回收件还包括设于冷凝发生室相对远离介质汇集件一端的冷凝回收室，多个冷凝发生室均与冷凝回收室密封连接并连通。

如此设置，汽化散热介质在冷凝回收室内冷凝集聚，冷凝更快且不受后续散热介质汽化相变影响。

在其中一个实施方式中，冷凝回收室内壁设有朝向介质汇集件延伸突出的悬滴突出部，悬滴突出部相对靠近介质汇集件一端的尺寸小于悬滴突出部相对远离介质汇集件一端的尺寸；及/或，至少悬滴突出部相对靠近介质汇集件一端的外壁覆设有疏水层。

如此设置，集聚在冷凝回收室内的液态散热介质可以沿悬滴突出部滴落并重新返回介质流道，设置疏水层可以加快液态散热介质滴落，避免部分散热介质附着于冷凝回收室内，确保在长时间散热作业中散热介质始终足量，防止散热效果下降。

在其中一个实施方式中，起伏结构包括多个独立开设于流淌面的沉腔，液冷散热装置还设有允许散热介质进入介质流道的介质入口，至少部分沉腔的凹陷方向与流淌面斜交，且沉腔向远离介质入口的方向敞口；

冷凝发生室沿斜交于流淌面的方向相对介质汇集件倾斜设置，且冷凝发生室相对流淌面的倾斜方向与沉腔相对流淌面的凹陷方向一致。

如此设置，汽化的散热介质进入冷凝发生室的阻力更低。

在其中一个实施方式中，介质汇集件的一端设有允许散热介质进入介质流道的介质入口，液冷散热装置还设有允许散热介质离开介质流道的介质出口；

介质出口设于介质汇集件相对远离介质入口的一端；或者，

介质出口设于冷凝回收件，使得散热介质能够流动通过内部排热空间以离开液冷散热装置。

介质出口设于介质汇集件时，液冷散热装置内的散热介质在吸热后分为发生相变与未发生相变的两部分，而未发生相变的部分继续沿介质流道流动到达介质出口；介质出口设于冷凝回收件时，液冷散热装置内的散热介质在吸热后均发生相变，汽化散热介质先统一由介质流道扩散至冷凝回收件，随后分为两部分，一部分在冷凝回收件内冷凝并返回介质流道，另一部分继续流动到达介质出口从而离开液冷散热装置，并且在外部排热空间内冷凝后经介质入口重新进入介质流道。

本发明还提供一种散热循环系统，包括介质引入流道、介质引出流道、辅助冷却装置以及上述液冷散热装置；辅助冷却装置设有主动排热空间；介质引入流道连接辅助冷却装置的第一端并连通主动排热空间与介质流道，介质引出流道连接辅助冷却装置的第二端并连通主动排热空间与介质流道。

在其中一个实施方式中，散热循环系统还设有抽真空孔，抽真空孔设于辅助冷却装置或液冷散热装置；或者，主动排热空间与内部排热空间连通，且二者的气压低于散热循环系统外部的气压。

如此设置，主动排热空间与内部排热空间可以通过抽真空方式形成负压环境，也可以在散热循环系统制备完成后随即形成负压环境，负压环境可以降低使散热介质沸腾相变时所需的流淌面过热度，以便于散热介质更快更容易地沸腾汽化。

本发明提供的液冷散热装置及散热循环系统至少具有以下有益效果：

1）散热介质沿着流淌面流动经过介质流道，流淌面一方面拓宽了散热介质流动经过液冷散热装置的区域，减小了散热介质流动时的阻力，有助于散热介质顺畅流动，另一方面扩大了热量由受热件向散热介质对流转移的分界面面积，进而提高了散热介质接收热量的能力，能够更容易达到预期散热冷却效果。

2）起伏结构的设置在一定程度上限制了散热介质在液冷散热装置内的扩散蔓延区域，防止散热介质在介质流道内的液位深度过低，由此可以避免散热介质的动能过多过快下降，而维持散热介质的动能或流速不致过多过快下降有利于保障散热介质的对流换热效果，以确保散热介质能够快速携带热量离开流淌面的过热区域，更快地为后续散热介质赶到过热区域留出余量空间。

3）起伏结构的设置还具有扰动散热介质的作用，通过扰动散热介质，使各个散热介质流动分支内产生紊流和湍流，这种紊流和湍流可以加快高温散热介质与低温散热介质混合，提高低温散热介质与流淌面相对高温的待冷却区域接触的次数和频率，进而提高散热介质可携带热量的上限，从而使液冷散热装置实现了湍流传热。

4）相对流淌面下沉凹陷的起伏结构能够作为散热介质在介质流道内发生相变的汽化核心，意味着起伏结构不仅可以强化单相散热介质的对流换热效果，还可以使液冷散热装置实现沸腾传热。在部分起伏结构提供汽化核心的前提下，散热介质被过热流淌面加热，并且在达到饱和温度时沸腾从而触发相变，率先相变的部位就在那些作为汽化核心的起伏结构上，而沸腾传热机制显著提高了液冷散热装置的冷却功率，散热效果提升巨大。

由此，本发明可以使散热介质沿两种流动路径流动以带走热量，分别是介质流道-内部排热空间以及介质流道-外部排热空间，散热介质在前一流动路径中触发沸腾传热机制，而在后一流动路径中继续进行对流传热，相较于只能进行对流传热的传统液冷散热板，本发明可以同时进行两种不同机制的传热。

附图说明

图1为本发明第一个实施例的液冷散热装置的立体结构示意图；

图2为图1所示液冷散热装置在X处的局部放大示意图；

图3为图1所示液冷散热装置沿A-A面剖切的示意图；

图4为图3所示液冷散热装置沿B-B面剖切的示意图；

图5为图4所示液冷散热装置沿C-C面剖切的示意图；

图6为本发明第二个实施例的液冷散热装置的部分结构示意图；

图7为本发明第三个实施例的液冷散热装置的部分结构示意图；

图8为本发明第四个实施例的液冷散热装置的剖切示意图；

图9为本发明第五个实施例的液冷散热装置的剖切示意图；

图10为本发明第六个实施例的液冷散热装置的剖切示意图；

图11为本发明第七个实施例的液冷散热装置的部分结构示意图；

图12为盖设于沉腔内壁的汽化促进覆层的高倍放大示意图；

图13为本发明第八个实施例的液冷散热装置的部分结构示意图；

图14为本发明第九个实施例的散热循环系统的立体结构示意图；

图15为本发明第十个实施例的散热循环系统的立体结构示意图；

图16为图15所示散热循环系统在另一视角下的结构示意图。

附图标记说明：

100、液冷散热装置；200、散热循环系统；

10、受热件；11、受热区；20、介质汇集件；21、介质流道；22、流淌面；23、起伏结构；231、扰流凸起；2311、扰流柱；2312、突刺部；232、沉腔；241、第一蓄液沉槽；242、第二蓄液沉槽；30、冷凝回收件；31、冷凝发生室；32、空隙；33、冷凝回收室；331、悬滴突出部；40、冷凝导热件；51、介质入口；52、介质出口；60、内部排热空间；210、介质引入流道；220、介质引出流道；230、辅助冷却装置；240、循环促进件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种液冷散热装置100以及具有该装置的散热循环系统200，液冷散热装置100以及散热循环系统200用于大数据计算存储中心、服务器、通信基站等设备的散热冷却。

液冷散热装置100的结构如图1-图7所示，液冷散热装置100包括受热件10、介质汇集件20以及冷凝回收件30，受热件10与介质汇集件20之间具有供散热介质流动经过的介质流道21，冷凝回收件30内设有与介质流道21相连通的内部排热空间60，另外液冷散热装置100还包括设于受热件10和/或介质汇集件20的介质入口51，介质入口51连通介质流道21以允许散热介质流动进入介质流道21，此外还设有介质出口52，介质出口52连通介质流道21以允许散热介质离开介质流道21。

图1-图7、图14所示的实施例中，介质出口52开设于受热件10和/或介质汇集件20并能够直接将介质流道21与液冷散热装置100外部贯通，介质入口51与介质出口52分别位于介质汇集件20的两端或受热件10的两端；图15-图16所示的实施例中，介质出口52开设于冷凝回收件30，具体可开设于冷凝回收件30中的冷凝回收室33(具体结构参见后文)，能够直接将内部排热空间60与液冷散热装置100外部贯通，换言之介质流道21通过内部排热空间60间接连通液冷散热装置100外部。

散热循环系统200的结构如图14-图15所示，除液冷散热装置100外，散热循环系统200还包括介质引入流道210、介质引出流道220以及辅助冷却装置230。辅助冷却装置230内设有主动排热空间，介质引入流道210的两端分别连接辅助冷却装置230的第一端和介质入口51，以使主动排热空间连通介质流道21，介质引出流道220的两端分别连接辅助冷却装置230的第二端和介质出口52，同样用于连通主动排热空间与介质流道21。由此，主动排热空间、介质流道21以及内部排热空间60通过介质引入流道210和介质引出流道220连通从而形成一闭环回路，散热介质能够在该闭环回路中循环流动。可选地，介质引入流道210的竖直高度低于介质引出流道220的竖直高度，这样更方便促进液态和气态散热介质在闭环回路中同时流动，提高循环效率。

在使用液冷散热装置100时，受热件10与待冷却件相毗邻，待冷却件即为上述大数据计算存储中心、服务器或通信基站等设备中的一者。为方便叙述，受热件10相对靠近待冷却件并直接接收待冷却件所产生热量的部位被定义为受热件10的受热区11，受热区11可以与待冷却件直接接触或形成传热间隙，也即待冷却件所产生的热量可以以热传导和/或热对流方式传递至受热件10，本发明不作特别限定。此外，本发明也不对液冷散热装置100所使用的散热介质作特别限定，以下各实施例均采用以水为散热介质的案例来介绍本发明的技术方案。

再次参阅图1-图7，同时一并参阅图8-图13。介质流道21具有供散热介质流动经过其上的流淌面22，流淌面22与受热区11导热连接，也即受热区11接受到的热量能够直接以热传导方式传递至流淌面22。流淌面22与受热区11导热连接的形式多样，可以是在二者间增设加强导热效率的导热材料，也可以是其他方案，例如在受热件10一侧设置连通介质入口51与介质出口52的管道，该管道内腔形成介质流道21，同时该管道与受热件10通过直接接触从而形成导热连接。图1-图13所示的各实施例中，介质汇集件20盖设于受热件10中与受热区11相背的一侧，受热件10中背对受热区11的一侧与介质汇集件20的内壁共同围设形成介质流道21，流淌面22即为受热件10中背对受热区11的一侧，也即流淌面22与受热区11为一体式结构，均由同一受热件10获得。

流淌面22上设有用于扰动散热介质的起伏结构23，集中通过介质入口51后，在自身扩散作用和起伏结构23的共同作用下，散热介质分散为多个流动分支，散热介质在流淌面22上的流动和分布区域随即增大。在流经流淌面22期间，液态的散热介质持续吸收受热件10的热量。具体而言，起伏结构23包括多个独立开设于流淌面22的沉腔232，也可以同时包括多个独立凸设于流淌面22的扰流凸起231。各个沉腔232的深度和开口大小可以不一致，各个扰流凸起231的高度和截面大小也可以不一致，无论是沉腔232还是扰流凸起231，都在流淌面22上随机无序地分布，由此多个流动分支的流动速度、流量以及流动方向也可以不一致。扰流凸起231群和沉腔232群在流淌面22上的覆盖区域与流淌面22的总面积之比可以为40%~70%，且扰流凸起231群和沉腔232群各自在流淌面22上的覆盖面积占比相当。

扰流凸起231的作用是扰动散热介质，改变散热介质的流向和流速，散热介质撞击扰流凸起231后形成不规则流动的流动分支，撞击能够使散热介质获得垂直于流淌面22的速度分量，多个流动分支因此在介质流道21内形成紊流和湍流，在上述40%~70%的占比范围内，流动分支的流速不至于快速下降，同时还可以使流动分支的扰动撞击和不规则混合最大化。沉腔232也具有扰动散热介质和改变散热介质流向及流速的作用，此外沉腔232还能用于形成供液态散热介质沸腾的汽化核心，沉腔232数量越多、排布越密集，汽化核心的数量也就越多且越密集，因而散热介质发生沸腾所需的流淌面22过热度也就越低，沸腾越容易发生。沉腔232的形状可以是柱形腔，需要说明，不仅沉腔232可以用于形成汽化核心，当扰流凸起231数量多且排布密集时，位于多个扰流凸起231之间的低凹区域也可以发挥汽化核心的作用。

为了提高散热介质的无序度和混乱度，沉腔232与扰流凸起231以随机分散的方式混合分布，沉腔232与沉腔232之间、扰流凸起231与扰流凸起231之间以及沉腔232与扰流凸起231之间的距离各不一致，各个沉腔232的开口大小和深度，以及各个扰流凸起231的横截面大小与突出于流淌面22的高度均不一致，此外无论是扰流凸起231还是沉腔232，其随机分散排布都与各自的尺寸无关，也即在流淌面22上某一区域内可以存在多种深度或多种开口大小的沉腔232，且在流淌面22上某一区域内可以存在多种高度或多种横截面大小的扰流凸起231。提高散热介质的无序度和混乱度，可以显著强化散热介质的湍流传热机制，提高对流换热的散热效率。

在液冷散热装置100接入散热循环系统200之后，储存于辅助冷却装置230的主动排热空间中的液态散热介质通过介质引入流道210向液冷散热装置100的介质入口51汇集，然后流入介质流道21内。受热件10将热量传递至流淌面22使得流淌面22过热，当流淌面22的温度达到散热介质的饱和温度时，散热介质便在介质流道21内沸腾。沸腾导致至少一部分散热介质汽化相变，这些气态散热介质至少有一部分会从介质流道21扩散至冷凝回收件30内的内部排热空间60，而其他未进入内部排热空间60的散热介质则会继续沿介质流道21向介质出口52流动，最终这部分未进入内部排热空间60的散热介质通过介质引出流道220再次进入辅助冷却装置230的主动排热空间中，并被辅助冷却装置230充分冷却至低温液态。未进入内部排热空间60的散热介质，可以是液态或在沸腾作用下相变形成的气态，还可以兼具液态和气态。

为了进一步降低散热介质沸腾的难度，缩短发生沸腾的耗时，在一些实施方式中，介质流道21、内部排热空间60与主动排热空间均为负压空间，各自内部气压均低于散热循环系统200外部的气压，具体实现手段可以是将介质引入流道210、液冷散热装置100、介质引出流道220和辅助冷却装置230密封连接，也即在散热循环系统200制造完成后，上述各个空间区域便当即形成负压区域；此外还可以在辅助冷却装置230或液冷散热装置100上设置抽真空孔，通过外部抽真空设备接通抽真空孔抽取气体使内部排热空间60、主动排热空间和介质流道21形成负压。

冷凝回收件30包括多个间隙排布以及呈中空结构的冷凝发生室31，这些冷凝发生室31的一端均连接于介质汇集件20背离流淌面22的一侧，且这些冷凝发生室31的内腔均直接连通介质流道21。此外冷凝回收件30还包括呈中空结构的冷凝回收室33，冷凝回收室33连接于多个冷凝发生室31相对远离介质汇集件20的一端，且冷凝回收室33的内腔与多个冷凝发生室31的内腔直接连通。冷凝发生室31的内腔与冷凝回收室33的内腔共同形成内部排热空间60，用于接纳在沸腾作用下扩散进入的散热介质，这些气态散热介质率先进入冷凝发生室31内散热冷却，随后进入冷凝回收件30并重新冷却为液态，当冷凝回收室33内积聚的液态散热介质增多，这些液态散热介质便会滴落或者沿冷凝回收室33内壁面流动从而返回介质流道21中。由此，在沸腾过程中汽化相变的散热介质能够在介质流道21和内部排热空间60内循环。

多个冷凝发生室31之间的空隙32将冷凝回收件30相背的两侧贯通，意味着外部低温空气能够从冷凝回收件30的一侧进入这些空隙32并且从冷凝回收件30的另一侧流出。低温气体流动经过冷凝发生室31之间的空隙32可以以对流传热的方式吸收掉冷凝回收室33及其内部气态散热介质的热量，持续流动即可持续冷却散热介质以加速散热介质由气态相变至液态。为了进一步提高内部排热空间60内的散热介质冷却速率，加快散热介质在液冷散热装置100内部循环的速率，液冷散热装置100还包括与冷凝回收件30导热连接的冷凝导热件40，冷凝导热件40在液冷散热装置100外部暴露，具有较大的空气接触区域。

参阅图1-图7以及图8-图10，冷凝导热件40可以是设置于多个冷凝发生室31之间空隙32内的冷凝翅片，这些冷凝翅片与冷凝回收室33的外壁面导热连接，同时还具有大量直接外露的区域。为了确保外部低温气体顺利流过冷凝回收件30，冷凝翅片的设置不能影响相邻两个冷凝回收室33之间空隙32的贯通，也即在任意一个空隙32内，冷凝翅片与冷凝发生室31的外壁面共同围设形成一个贯通冷凝回收件30的风冷气道。此外，液冷散热装置100中还可以进一步设置气流发生组件，该气流发生组件用于产生高速低温气流，所产生的低温气流方向与冷凝发生室31之间空隙32的延伸方向一致，可以加大单位时间内经过冷凝回收件30的低温气体的流量。

以上介绍中出现的低温气体、低温气流，其低温的含义是低于散热介质温度，其温度优选为低于液态散热介质的温度，低温气体的温度越低，气态散热介质在冷凝回收件30中冷凝的速率越快。为了防止汽化相变的散热介质从液冷散热装置100内逃逸，介质汇集件20与受热件10以及冷凝发生室31密封连接，冷凝发生室31与冷凝回收室33密封连接，密封连接可以通过焊接实现，例如高温扩散焊。

液冷散热装置100在使用时可以按照以下方式设置其位置或角度姿态：待冷却件位于受热件10竖直方向的下方，受热件10、介质汇集件20、冷凝发生室31和冷凝回收室33在竖直方向上依次向上排布，这样能够更好地适应气态散热介质扩散运动的方向。为了加快冷凝回收室33内的液态散热介质重新回归介质流道21，避免介质流道21内剩余的液态散热介质不足量，冷凝回收室33内朝向受热件10与介质汇集件20的内壁面凸设有向介质汇集件20延伸突出的悬滴突出部331，如图13所示，这些悬滴突出部331相对靠近介质汇集件20的一端的外周围尺寸小于其相对远离介质汇集件20一端的外周围尺寸，悬滴突出部331的形状优选为针状，以便引导散热介质液滴汇集和滴落。此外，至少在悬滴突出部331相对靠近介质汇集件20的一端的外壁上覆盖有疏水层，疏水层可以减小散热介质在悬滴突出部331上的张力，有利于加速液态散热介质滴落。疏水层可以由喷涂于悬滴突出部331的疏水性纳米材料得到。

参阅图8-图11，至少一部分沉腔232相对流淌面22凹陷的方向与流淌面22斜交，也即二者的角度为锐角或钝角，为了降低对散热介质流动的阻抗作用，这些相对流淌面22倾斜凹陷的沉腔232向远离介质入口51的方向敞口开设。为了与这些相对流淌面22倾斜凹陷的沉腔232相适配，图10所示实施例中，多个冷凝发生室31沿斜交于流淌面22的方向相对流淌面22和介质汇集件20倾斜设置，也即冷凝发生室31的延伸方向以及空隙32的延伸方向与流淌面22形成锐角或钝角，并且冷凝发生室31相对流淌面22倾斜的角度和倾斜方向与沉腔232相对流淌面22凹陷的角度和凹陷方向一致，由此在沉腔232内率先汽化形成的散热介质气泡可以更顺利低阻地扩散至冷凝发生室31内，避免气态散热介质因流动受阻而长时间滞留在介质流道21进而影响液态散热介质流动。

参阅图10和图11，至少一部分扰流凸起231相对流淌面22突出的方向与流淌面22斜交，也即扰流凸起231的延伸方向与流淌面22形成锐角或钝角。为了强化扰流凸起231对散热介质的扰动和分流效果，这些相对流淌面22倾斜突出的扰流凸起231向靠近介质入口51的方向延伸。进一步地，为了与相对流淌面22倾斜凹陷的沉腔232相适配，图9、图10和图11示出的实施例中，至少部分相对流淌面22倾斜凹陷的沉腔232与至少部分相对流淌面22倾斜突出的扰流凸起231成对设置，在这些成对设置的沉腔232和扰流凸起231当中，沉腔232的开口朝向扰流凸起231的侧壁，也即沉腔232的中心线(对于呈柱形腔的沉腔232而言，其中心线即为柱形腔的轴线)与扰流凸起231的延伸中心线在流淌面22背离受热区11的一侧相交。

参阅图11，扰流凸起231包括直接凸设于流淌面22的扰流柱2311以及凸设于扰流柱2311外壁面的突刺部2312，沉腔232内率先汽化形成的散热介质气泡在扩散中会撞击扰流凸起231，突刺部2312此时可以将散热介质气泡刺破，刺破后的气态散热介质可以加剧介质流道21内的无序度和紊乱度，从而更进一步提高对流传热效率。可选地，沉腔232相对于流淌面22凹陷的方向与流淌面22的角度，以及扰流凸起231相对于流淌面22突出的方向流淌面22的角度可选为25°~45°。

在一些实施方式中，液冷散热装置100还包括汽化促进覆层，汽化促进覆层至少覆盖于沉腔232的内壁面，这些汽化促进覆层为具有微小孔隙或凹坑的泡沫涂层结构，由耐高温材料制成，且不会在受热件10过热后破碎、分解或脱落。图12示出了汽化促进覆层的显微放大结构，汽化促进覆层的设置不仅可以提供更多汽化核心、加快沸腾速率、降低产生沸腾所需的流淌面22过热度，还可以增大与散热介质接触的面积，强化了核态沸腾机制。汽化促进覆层可以选用泡沫金属层、微米级金属晶粒层制得，还可以选用泡沫陶瓷制得。

将介质出口52设置为直接连通介质流道21，或者将介质出口52设置为直接连通内部排热空间60从而间接连通介质流道21，取决于能够沸腾汽化的散热介质的量，当介质流道21内的散热介质只能部分发生沸腾汽化，则适宜将介质出口52设置为直接连通介质流道21，若流淌面22上的扰流柱2311复杂、沉腔232数量增加、汽化促进覆层的面积增加，则更适合将介质出口52设置为直接连通内部排热空间60，以更好地适应大部分散热介质发生沸腾汽化的工况。而在介质出口52直接连通介质流道21的实施方式中，液冷散热装置100还可以设有连通介质入口51与介质流道21的第一汇集池、连通介质出口52与介质流道21的第二汇集池。散热介质进入液冷散热装置100后会先在第一汇集池内积蓄，当积蓄量达到某一上限后第一汇集池内的散热介质在流淌面22上流动扩散；同样地，散热介质流经流淌面22大部分区域后会先在第二汇集池内积蓄，在积蓄量达到某一上限后第二汇集池内的散热介质集中流向介质出口52。

第一汇集池与第二汇集池的意义还在于：增大散热介质的流速或者防止散热介质进入液冷散热装置100之后快速损失动能，这样有利于扩大散热介质在流淌面22上流动经过的区域(以下简称为流域面积)；此外，第一汇集池可以避免因散热介质流入液冷散热装置100内的初速度影响，导致所形成的流动分支的初始流速不均的问题，先积蓄散热介质随后集中释放可以确保散热介质离开第一汇集池一瞬间的流速的均匀性，这有利于抑制散热介质在流淌面22上流动短路，从而令散热介质的流域面积尽可能大。

可选地，可定义一分流面域，分流面域为包含所有扰流柱2311在内的流淌面22区域，分流面域在液冷散热装置100的横截宽度方向上的最小尺寸小于或等于第一汇集池在液冷散热装置100的横截宽度方向上的尺寸；分流面域在液冷散热装置100的横截宽度方向上的最小尺寸小于或等于第二汇集池在液冷散热装置100的横截宽度方向上的尺寸。在此说明，液冷散热装置100的横截宽度方向垂直于流淌面22、且垂直于介质入口51的延伸方向，在不考虑扰流柱2311的情况下，经介质入口51流入液冷散热装置100内的散热介质的初速度方向与上述横截宽度方向垂直。这样一来，从第一汇集池释放出的散热介质可以更充分地覆盖分流面域，第二汇集池也可以更充分地汇集来自分流面域的散热介质。

参阅图6-图7，起伏结构23还包括开设于流淌面22且连通介质入口51的第一蓄液沉槽241、开设于流淌面22且连通介质出口52的第二蓄液沉槽242，二者分别用于形成第一汇集池和第二汇集池。第一蓄液沉槽241与第二蓄液沉槽242间隔且平行布设，均为条形槽，且各自的延伸方向与横截宽度方向一致，介质入口51的延伸方向，也即散热介质流入液冷散热装置100内的初始速度方向与第一蓄液沉槽241和第二蓄液沉槽242的延伸方向垂直。

可以理解，在其他实施方式中，第一汇集池和第二汇集池还可以通过其他方式形成，例如在液冷散热装置100内设置两个集流器，集流器的集流端连接介质入口51或介质出口52，集流器的分液端连接流淌面22。

如图15所示，为了提高散热介质在散热循环系统200所形成的闭环回路中的循环效率，避免液冷散热装置100出现等待散热介质或者获取液态散热介质不足量，散热循环系统200还包括循环促进件240，可以提高液态散热介质流出辅助冷却装置的流速，循环促进件240可以选用液泵。

以上所述实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。

Claims (16)

1.一种液冷散热装置，其特征在于，包括：

受热件(10)，包括用于接收待冷却件所产生热量的受热区(11)；

介质流道(21)，允许散热介质流动于其中，能够连通外部排热空间且具有与所述受热区(11)导热连接的流淌面(22)；

所述液冷散热装置还设有连通所述介质流道(21)的内部排热空间(60)，所述流淌面(22)设有用于扰动并分流散热介质为多个流动分支的起伏结构(23)，使得多个流动分支分别流向外部排热空间与所述内部排热空间(60)；

所述起伏结构(23)包括多个独立开设于所述流淌面(22)的沉腔(232)，相对所述流淌面(22)下沉凹陷的起伏结构(23)形成使散热介质相变的汽化核心，能够使所述介质流道(21)内的散热介质汽化以扩散进入所述内部排热空间(60)。

2.根据权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，所述液冷散热装置还设有允许散热介质进入所述介质流道(21)的介质入口(51)以及允许散热介质离开所述介质流道(21)的介质出口(52)，其中：

所述液冷散热装置设有连通所述介质入口(51)与所述介质流道(21)的第一汇集池，在所述液冷散热装置的横截宽度方向上，包含所述起伏结构(23)在内的分流面域的最小尺寸≤所述第一汇集池的尺寸；及/或，

所述液冷散热装置设有连通所述介质出口(52)与所述介质流道(21)的第二汇集池，在所述液冷散热装置的横截宽度方向上，包含所述起伏结构(23)在内的分流面域的最小尺寸≤所述第二汇集池的尺寸。

3.根据权利要求2所述的液冷散热装置，其特征在于，所述起伏结构(23)包括开设于所述流淌面(22)且连通所述介质入口(51)的第一蓄液沉槽(241)，所述第一蓄液沉槽(241)用于形成所述第一汇集池；

所述起伏结构(23)包括开设于所述流淌面(22)且连通所述介质出口(52)的第二蓄液沉槽(242)，所述第二蓄液沉槽(242)用于形成所述第二汇集池。

4.根据权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，所述起伏结构(23)还包括多个独立凸设于所述流淌面(22)的扰流凸起(231)。

5.根据权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，所述液冷散热装置还设有允许散热介质进入所述介质流道(21)的介质入口(51)，至少部分沉腔(232)的凹陷方向与所述流淌面(22)斜交，且所述沉腔(232)向远离所述介质入口(51)的方向敞口。

6.根据权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，所述液冷散热装置还包括具有孔隙的汽化促进覆层，至少部分汽化促进覆层盖设于至少部分沉腔(232)的内壁；所述汽化促进覆层包括泡沫金属层及/或泡沫陶瓷层。

7.根据权利要求4所述的液冷散热装置，其特征在于，所述液冷散热装置还设有允许散热介质进入所述介质流道(21)的介质入口(51)，至少部分扰流凸起(231)的延伸方向与所述流淌面(22)斜交，且所述扰流凸起(231)向靠近所述介质入口(51)的方向倾斜延伸。

8.根据权利要求7所述的液冷散热装置，其特征在于，所述扰流凸起(231)包括凸设于所述流淌面(22)的扰流柱(2311)以及凸设于所述扰流柱(2311)外壁的突刺部(2312)；及/或，

至少部分沉腔(232)的凹陷方向与至少部分扰流凸起(231)的延伸方向成角设置，且所述沉腔(232)的开口朝向所述扰流凸起(231)的侧壁。

9.根据权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，所述液冷散热装置还包括介质汇集件(20)、冷凝回收件(30)以及与所述冷凝回收件(30)导热连接的冷凝导热件(40)；

所述内部排热空间(60)设于所述冷凝回收件(30)内，所述介质汇集件(20)用于形成所述介质流道(21)，并与所述受热件(10)以及所述冷凝回收件(30)密封连接，所述介质流道(21)与所述内部排热空间(60)连通。

10.根据权利要求9所述的液冷散热装置，其特征在于，所述冷凝回收件(30)包括多个间隙排布并与所述介质汇集件(20)密封连接且连通的冷凝发生室(31)，所述内部排热空间(60)包括所述冷凝发生室(31)内腔；

所述冷凝导热件(40)包括多个冷凝翅片，多个所述冷凝翅片分别设于多个所述冷凝发生室(31)之间的空隙(32)内并与所述冷凝发生室(31)导热连接；

在任一空隙(32)内，冷凝翅片和冷凝发生室(31)围设形成贯通所述冷凝回收件(30)的风冷气道。

11.根据权利要求10所述的液冷散热装置，其特征在于，所述冷凝回收件(30)还包括设于所述冷凝发生室(31)相对远离所述介质汇集件(20)一端的冷凝回收室(33)，多个所述冷凝发生室(31)均与所述冷凝回收室(33)密封连接并连通。

12.根据权利要求11所述的液冷散热装置，其特征在于，所述冷凝回收室(33)内壁设有朝向所述介质汇集件(20)延伸突出的悬滴突出部(331)，其中：

所述悬滴突出部(331)相对靠近所述介质汇集件(20)一端的尺寸小于所述悬滴突出部(331)相对远离所述介质汇集件(20)一端的尺寸；及/或，

至少所述悬滴突出部(331)相对靠近所述介质汇集件(20)一端的外壁覆设有疏水层。

13.根据权利要求10所述的液冷散热装置，其特征在于，所述液冷散热装置还设有允许散热介质进入所述介质流道(21)的介质入口(51)，至少部分沉腔(232)的凹陷方向与所述流淌面(22)斜交，且所述沉腔(232)向远离所述介质入口(51)的方向敞口；

所述冷凝发生室(31)沿斜交于所述流淌面(22)的方向相对所述介质汇集件(20)倾斜设置，且所述冷凝发生室(31)相对所述流淌面(22)的倾斜方向与所述沉腔(232)相对所述流淌面(22)的凹陷方向一致。

14.根据权利要求9所述的液冷散热装置，其特征在于，所述介质汇集件(20)的一端设有允许散热介质进入所述介质流道(21)的介质入口(51)，所述液冷散热装置还设有允许散热介质离开所述介质流道(21)的介质出口(52)，其中：

所述介质出口(52)设于所述介质汇集件(20)相对远离所述介质入口(51)的一端；或者，

所述介质出口(52)设于所述冷凝回收件(30)，使得散热介质能够流动通过所述内部排热空间(60)以离开所述液冷散热装置。

15.一种散热循环系统，其特征在于，包括介质引入流道(210)、介质引出流道(220)、辅助冷却装置(230)以及如权利要求1-14中任意一项所述的液冷散热装置；所述辅助冷却装置(230)设有主动排热空间；

所述介质引入流道(210)连接所述辅助冷却装置(230)的第一端并连通所述主动排热空间与所述介质流道(21)，所述介质引出流道(220)连接所述辅助冷却装置(230)的第二端并连通所述主动排热空间与所述介质流道(21)。

16.根据权利要求15所述的散热循环系统，其特征在于，所述散热循环系统还设有抽真空孔，所述抽真空孔设于所述辅助冷却装置(230)或所述液冷散热装置；或者，所述主动排热空间与所述内部排热空间(60)连通，且二者的气压低于所述散热循环系统外部的气压。

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