CN116916632A - 一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法，属于电子器件散热技术领域。电子器件微型冷板的上基板上设置有若干个通长的上通道，下基板上设置有若干个通长的下通道，上通道与下通道正交相贴，形成交错剪切流道；交错剪切流道的一端与进液腔连通，交错剪切流道的另一端与出液腔连通，上基板上设置有进液孔，下基板上设置有出液孔。上下基板上均设计有电子器件的安装面，可以进行双热源的热管理。本发明采用上述具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法，能有效促进冷板内部的湍流强化传热，将功率器件的热载荷高效传输至冷却液中，提高对电子器件的循环冷却效果；具有结构简单，结构紧凑性好，加工和装配方便且经济的优点。

Description

一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法

技术领域

本发明涉及电子器件散热技术领域，尤其是涉及一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法。

背景技术

电子器件在运行时会产生焦耳热，导致器件的温度上升，过高的温度可能会导致电子器件损坏或者性能和精度降低。因此，在电子器件的工作过程中，必须采取散热措施以维持适宜的工作温度。随着微电子技术的不断发展，大规模集成电路的密度和尺寸不断增加，导致单位体积电子器件产热量不断上升。为了有效散热，电子器件通常采用空冷和液冷两种方式。空冷散热依赖于自然对流和强制对流来冷却电子器件，但其散热效率相对较低。与之相比，液冷散热系统具有更好的冷却性能。冷板是液冷系统的核心部件，直接决定了系统的冷却效率，其中，微通道冷板具有较高的换热特性和紧凑性，在电子设备液冷系统中具有重要的应用价值和前景，特别适用于处理高功耗电子元器件的热管理应用。但是，微通道冷板的加工成本较高，低雷诺数层流条件下的换热性能受限，一定程度限制了其在电子设备热管理领域的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法，冷却工质在交叉剪切流道内流动过程中产生交叉剪切力，产生扰流和强化传热，将功率器件的热载荷高效传输至冷却工质，提高对功率器件的冷却效果；并且具有结构简单、紧凑，散热性能高，成本低，加工和装配方便的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有交错剪切流道的微通道冷板，包括法兰板，法兰板位于冷板的上端和下端，法兰板之间设置有上基板和下基板，上基板与下基板之间设置有将上基板和下基板进行密封的密封环，密封环、上基板、下基板之间围成封闭的空腔；

上基板的下表面上设置有若干个通长的上通道，下基板的上表面上设置有若干个通长的下通道，上通道与下通道正交贴合，形成交错剪切流道；上基板和下基板上设置有密封块，密封块与密封环密封接触，密封块将密封环、上基板、下基板之间围成的封闭空腔分割成进液腔和出液腔，交错剪切流道的一端与进液腔连通，交错剪切流道的另一端与出液腔连通，上基板上设置有与进液腔连通的进液孔，下基板上设置有与出液腔连通的出液孔。

优选的，所述法兰板的边缘上设置有若干个连接孔，两个法兰板通过连接孔锁紧连接。

优选的，所述法兰板的中部设置有便于电子器件穿过的通槽，通槽的边缘设置有定位上基板或下基板的定位台。

优选的，所述密封环的两端设置有环形的密封槽，密封槽内设置有密封圈，密封环与上基板、下基板之间通过密封圈密封。

优选的，所述上基板的中部设置有向下凸的方形的上凸台，上通道设置在上凸台的下表面上，上凸台一对相对的两个角处设置有安装密封块的上安装槽，上凸台另一对相对的两个角处设置有上缺槽；上凸台相邻的两个侧边上设置有与进液孔连通的进液分孔，进液孔通过进液分孔与进液腔连通；上基板外表面的中部设置有用于安装需要热管理的电子器件的凹槽。

优选的，所述下基板的中部设置有向上凸的方形的下凸台，下通道设置在下凸台的上表面上，下凸台相对的两个角处设置有与上安装槽对应的下安装槽，密封块插设在下安装槽内，下凸台另一对相对的两个角处设置有与上缺槽相适配的下缺槽；下凸台相邻的两个侧边上设置有与出液孔连通的出液分孔，出液孔通过出液分孔与出液腔连通；下基板外表面的中部设置有用于安装需要热管理的电子器件的凹槽。

优选的，所述密封块为靠近密封环一侧为锥形的棱柱型结构。

优选的，所述上通道、下通道为等截面通道或变截面通道。

优选的，所述进液孔及出液孔处均设置有接头，接头的一端设置有连接端，连接端上设置有外螺纹，连接端通过外螺纹与进液孔及出液孔处设置的内螺纹连接，接头的内部设置有连通的进液通道和连接口，连接口位于进液通道的上方，连接口处设置有安装密封件的凹槽，连接口与外部管路连接。

上述具有交错剪切流道的微通道冷板的使用方法，包括以下步骤：

S1、将上基板与下基板对齐，上通道与下通道正交贴合，密封环位于上基板与下基板之间，在上安装槽和下安装槽内插入密封块，在上基板的上方和下基板的下方卡入法兰板，通过螺柱将两个法兰板拧紧固定；

S2、将接头分别螺纹连接在进液孔和出液孔处，接头与外部管路连接；

S3、外部管路冷却工质通过进液孔进入，经进液分孔将冷却工质分流到上凸台两侧的进液腔内，进液腔内的冷却工质从交错剪切流道的一端进入，从交错剪切流道的另一端流出到出液腔内，冷却工质流动过程中通过上基板和下基板进行换热，出液腔内的冷却工质通过出液分孔进入出液孔内，经接头流出冷板。

本发明所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法的优点和积极效果是：

1、法兰板之间设置有上基板和下基板，法兰板上设置有定位上基板和下基板的定位台，法兰板之间通过螺杆锁紧即完成冷板的组装。冷板的结构简单、紧凑，加工和装配都非常的简单。

2、上基板的上通道与下基板的下通道正交贴合形成交错剪切流道，冷却工质在流动过程中，上通道内的冷却工质和下通道内的冷却工质同时交叉流动，由于正交界面的剪切力产生扰流和强化传热，提高冷却效果。

3、上基板的上凸台和下基板的下凸台作为有效的散热面，可以进行双热源的高效热管理。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的冷板立体结构示意图；

图2为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的冷板截面结构示意图；

图3为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的冷板透视结构示意图；

图4为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的冷板俯视结构示意图；

图5为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的上基板结构示意图；

图6为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的上基板局部剖视结构示意图；

图7为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的上基板与下基板组装结构示意图；

图8为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的密封环结构示意图；

图9为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的密封环截面结构示意图；

图10为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的密封块结构示意图；

图11为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的法兰板结构示意图；

图12为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的法兰板截面结构示意图；

图13为本发明一种具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法实施例的接头结构示意图。

附图标记

1、法兰板；11、连接孔；12、通槽；13、定位台；

2、上基板；21、上通道；22、进液孔；23、进液分孔；24、上凸台；25、上安装槽；26、上缺槽；

3、密封环；31、密封槽；

4、密封圈；5、下基板；51、下通道；52、出液分孔；53、下凸台；

6、进液腔；7、出液腔；8、密封块；

9、接头；91、连接端；92、进液通道；93、连接口；94、凹槽。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

如图1-13所示，一种具有交错剪切流道的微通道冷板，包括法兰板1，法兰板1位于冷板的上端和下端，法兰板1对冷板具有锁紧固定的作用。法兰板1的边缘上设置有若干个连接孔11，螺杆穿过连接孔11将两个法兰板1锁紧固定，从而对两个法兰板1之间的上基板2、下基板5和密封环3进行夹紧固定。

法兰板1之间设置有上基板2和下基板5，法兰板1的中部设置有便于电子器件穿过的通槽12。通槽12的边缘设置有定位上基板2或下基板5的定位台13，定位台13便于上基板2和下基板5的组装。

本实施例中，法兰板1的直径为55mm，定位台13的外径为36mm，通槽12的直径为25mm。连接孔11的孔径为5mm，连接孔11围成的圆周的半径为22mm。法兰板1的厚度为4mm，定位台13的厚度为2mm。法兰板1为304不锈钢材质。

上基板2与下基板5之间设置有将上基板2和下基板5进行密封的密封环3，密封环3的两端抵靠在上基板2边缘的下表面和下基板5边缘的上表面。密封环3的两端设置有环形的密封槽31，密封槽31内设置有密封圈4，密封环3与上基板2、下基板5之间通过密封圈4密封。密封环3、上基板2、下基板5之间围成封闭的空腔，封闭的空腔用于分配冷却工质。

本实施例中，密封环3的外径为36mm，密封环3的内径为28mm，密封环3的高度为5.8mm。密封槽31的高度为1.7mm，密封槽31的宽度为2.4mm。密封环3为304不锈钢材质。

上基板2和下基板5上设置有密封块8，密封块8与密封环3密封接触。密封块8将密封环3、上基板2、下基板5之间围成的封闭空腔分割成进液腔6和出液腔7，

上基板2的中部设置有向下凸的方形的上凸台24，上凸台24的下表面上设置有若干个通长的上通道21。本实施例中上凸台24上均匀的设置有15-30个上通道21。上通道21的高度为0.4mm，宽度为0.6mm。上凸台24一对相对的两个角处设置有安装密封块8的上安装槽25，上安装槽25的宽度略大于密封块8的宽度，便于密封块8插入上安装槽25内。上凸台24另一对相对的两个角处设置有上缺槽26，上缺槽26用于将相邻的两个进液腔6或相邻的两个出液腔7连通。

上基板2上设置有与进液腔6连通的进液孔22，上凸台24相邻的两个侧边上设置有与进液孔22连通的进液分孔23，进液孔22通过进液分孔23与进液腔6连通。

下基板5的中部设置有向上凸的方形的下凸台53，下凸台53的上下表面上设置有若干个通长的下通道51。本实施例中下凸台53上均匀的设置有15-30个下通道51。下通道51的高度为0.4mm，宽度为0.6mm。上通道21与下通道51正交贴合，形成交错剪切流道。交错剪切流道内冷却工质通过交叉流动在交界面处所诱发的剪切力产生湍流和强化传热，将功率器件的热载荷高效传输至冷却工质中，提高对电子器件的冷却效果。上通道和下通道可以设置成等截面的直通道或变截面的直通道，也可以为波形直通道等，只要能够满足冷却工质从一端流入从另一端流出即可。下凸台53相对的两个角处设置有与上安装槽25对应的下安装槽，密封块8插设在下安装槽内。下凸台53另一对相对的两个角处设置有与上缺槽26相适配的下缺槽。

上基板2及下基板5外表面的中部均设置有用于安装需要热管理的电子器件的凹槽，可以进行双热源的高效热管理。冷却工质通过对流吸收上基板2和下基板5上安装的电子器件的热量。

下基板5上设置有与出液腔7连通的出液孔。下凸台53相邻的两个侧边上设置有与出液孔连通的出液分孔52，出液孔通过出液分孔52与出液腔7连通。上通道21及下通道51的一端与进液腔6连通，上通道21及下通道51的另一端与出液腔7连通。上基板2及下基板5的直径为35mm，上基板2及下基板5采用黄铜材质，具有非常好的传热效果。

密封块8为靠近密封环3一侧为锥形的棱柱型结构，便于密封块8插入到上基板2、下基板5与密封环3之间。密封块8的两端分别与密封环3的侧面、上安装槽25、下安装槽紧密接触，密封块8的顶端和底端分别与上基板2、下基板5接触，以保证密封块8处密封环3与上基板2、下基板5之间的密封效果。密封块8为聚四氟乙烯材质。

进液孔22及出液孔的孔径为2-3mm，进液孔22及出液孔的孔径比较小，不利于进液孔22和出液孔与外部管路连接。因此在进液孔22和出液孔处设置接头9，通过接头9与外部管路连接。

接头9的一端设置有连接端91，连接端91上设置有外螺纹，连接端91通过外螺纹与进液孔22及出液孔处设置的内螺纹连接。接头9的内部设置有连通的进液通道92和连接口93，连接口93位于进液通道92的上方。连接口93与进液通道92同轴设置，连接口93用于与外部管路连接。连接口93处至少设置有一个安装密封件的凹槽94，以保证连接口93与管路之间的密封性。

上述具有交错剪切流道的微通道冷板的使用方法，包括以下步骤：

S1、将上基板2与下基板5对齐，上通道21与下通道51正交贴合，密封环3位于上基板2与下基板5之间，在上安装槽25和下安装槽内插入密封块8，在上基板2的上方和下基板5的下方卡入法兰板1，通过螺柱将两个法兰板1拧紧固定，完成冷板的组装。

S2、将接头9分别螺纹连接在进液孔22和出液孔处，接头9与外部管路连接。

S3、外部管路冷却工质通过进液孔22进入，经进液分孔23将冷却工质分流到上凸台24两侧的进液腔6内，进液腔6内的冷却工质从交错剪切流道的一端进入，从交错剪切流道的另一端流出到出液腔7内，冷却工质流动过程中通过上基板2和下基板5进行换热，出液腔7内的冷却工质通过出液分孔52进入出液孔内，经接头9流出冷板。

因此，本发明采用上述具有交错剪切流道的微通道冷板及其使用方法，能够促进冷板内部冷却工质在低雷诺数下的湍流强化传热，提高对电子器件的冷却效果；具有结构简单、紧凑，散热性能高，成本低，加工和装配方便的优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有交错剪切流道的微通道冷板，其特征在于：包括法兰板，法兰板位于冷板的上端和下端，法兰板之间设置有上基板和下基板，上基板与下基板之间设置有将上基板和下基板进行密封的密封环，密封环、上基板、下基板之间围成封闭的空腔；

上基板的下表面上设置有若干个通长的上通道，下基板的上表面上设置有若干个通长的下通道，上通道与下通道正交贴合，形成交错剪切流道；上基板和下基板上设置有密封块，密封块与密封环密封接触，密封块将密封环、上基板、下基板之间围成的封闭空腔分割成进液腔和出液腔，交错剪切流道的一端与进液腔连通，交错剪切流道的另一端与出液腔连通，上基板上设置有与进液腔连通的进液孔，下基板上设置有与出液腔连通的出液孔。

2.根据权利要求1所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板，其特征在于：所述法兰板的边缘上设置有若干个连接孔，两个法兰板通过连接孔锁紧连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板，其特征在于：所述法兰板的中部设置有便于电子器件穿过的通槽，通槽的边缘设置有定位上基板或下基板的定位台。

4.根据权利要求3所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板，其特征在于：所述密封环的两端设置有环形的密封槽，密封槽内设置有密封圈，密封环与上基板、下基板之间通过密封圈密封。

5.根据权利要求4所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板，其特征在于：所述上基板的中部设置有向下凸的方形的上凸台，上通道设置在上凸台的下表面上，上凸台一对相对的两个角处设置有安装密封块的上安装槽，上凸台另一对相对的两个角处设置有上缺槽；上凸台相邻的两个侧边上设置有与进液孔连通的进液分孔，进液孔通过进液分孔与进液腔连通；上基板外表面的中部设置有用于安装需要热管理的电子器件的凹槽。

6.根据权利要求5所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板，其特征在于：所述下基板的中部设置有向上凸的方形的下凸台，下通道设置在下凸台的上表面上，下凸台相对的两个角处设置有与上安装槽对应的下安装槽，密封块插设在下安装槽内，下凸台另一对相对的两个角处设置有与上缺槽相适配的下缺槽；下凸台相邻的两个侧边上设置有与出液孔连通的出液分孔，出液孔通过出液分孔与出液腔连通；下基板外表面的中部设置有用于安装需要热管理的电子器件的凹槽。

7.根据权利要求6所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板，其特征在于：所述密封块为靠近密封环一侧为锥形的棱柱型结构。

8.根据权利要求7所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板，其特征在于：所述上通道、下通道为等截面通道或变截面通道。

9.根据权利要求8所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板，其特征在于：所述进液孔及出液孔处均设置有接头，接头的一端设置有连接端，连接端上设置有外螺纹，连接端通过外螺纹与进液孔及出液孔处设置的内螺纹连接，接头的内部设置有连通的进液通道和连接口，连接口位于进液通道的上方，连接口处设置有安装密封件的凹槽，连接口与外部管路连接。

10.根据权利要求9所述的一种具有交错剪切流道的微通道冷板的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将上基板与下基板对齐，上通道与下通道正交贴合，密封环位于上基板与下基板之间，在上安装槽和下安装槽内插入密封块，在上基板的上方和下基板的下方卡入法兰板，通过螺柱将两个法兰板拧紧固定；

S2、将接头分别螺纹连接在进液孔和出液孔处，接头与外部管路连接；

S3、外部管路冷却工质通过进液孔进入，经进液分孔将冷却工质分流到上凸台两侧的进液腔内，进液腔内的冷却工质从交错剪切流道的一端进入，从交错剪切流道的另一端流出到出液腔内，冷却工质流动过程中通过上基板和下基板进行换热，出液腔内的冷却工质通过出液分孔进入出液孔内，经接头流出冷板。