CN204497218U - 一种液冷冷板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种液冷冷板，包括：冷板基板；安装在所述冷板基板上的主流道，具有连接外界冷源出口的冷板液体输送段和连接外界冷源入口的冷板液体回流段；安装在所述冷板基板上并连接在所述冷板液体输送段与冷板液体回流段之间的多级分支流道。所述多级分支流道包括多级级联的并联流道。所述多级分支流道包括多组并联在一起的多级级联的并联流道。所述多级分支流道包括多组串联在一起的多级级联的并联流道。本实用新型的冷板的流道能够密集布置，保证各流道流速分布均匀，从而保证冷板各位置散热能力一致。

Description

一种液冷冷板
技术领域
本实用新型涉及电子设备散热领域，尤其涉及一种多级分支流道以及多组多级分支流道串并联组合的液冷冷板。
技术背景
在电子设备、通讯设备中，由于芯片功耗的不断增大，传统风冷技术已经难以解决大功耗芯片(如功耗150W以上芯片)的散热问题。使用液冷冷板的散热方案正逐渐被重视，液冷冷板是指单板上带流体通道的换热器，其工作原理是通过在流体通道的内部通循环液体，利用循环液体将芯片热量带走，其设计的好坏会直接影响液冷系统的散热效果。
目前常用的电子设备、通讯设备中，液冷冷板常采用两种方案：一种为蛇形流道方案(图1所示)，一种为传统并联流道方案(图2所示)。其中，如图1所示，蛇形流道103为单一流道，该单一流道通过流道入口101和流道出口102与外界液冷源连通而形成液冷循环，从而对安装在冷板基板102上的发热器件降温。具体工作过程为：液冷源输送降温后的流体通过流道入口101进入位于冷板基板102内的蛇形流道103，流体流经蛇形流道103时吸收冷板基板102上安装的发热器件的热量以后温度升高，通过流道出口102排出到液冷源中对流体进行再降温处理，流体经液冷源冷却降温后，再次经流道入口101输送至蛇形流道103，形成循环。此方案存在以下缺点：流道管径的大小受到限制，导致流程上的阻力大；流道本身的加工工艺能力导致管路不能均布到冷板表面，使得这种冷板的散热能力较低且不同位置的散热能力差异非常大。其中，如图2所示，该方案把主流道201、206分别作为流道入口和流道出口，主流道201通过水平流道203与并列的多路分支流道204的一端连通，多路分支流道204的另一端通过水平流道205与主流道206连通。具体工作过程为：该液冷冷板通过主流道201、206与外界液冷源形成液冷循环，液冷源输送降温后的流体通过主流道201进入冷板，流体进入主流道201后进入到水平流道203中被分配到多路分支流道204中，各路分支流道204中的流体吸收冷板基板202上安装的发热元件的热量以后温度升高，通过主流道206排出到液冷源中进行再降温处理。此种方案可以解决蛇形流道流程阻力大的问题，但是由于并联的分支流道204数量比较多，各路分支流道204与主流道的距离不同，存在以下缺点：距离主流道201、206较远的分支流道204的液体流速以及通过的流量明显低于靠近主流道的分支流道，这直接导致远离主流道的分支流道对其附近的冷板散热能力低，使得冷板表面不同位置的散热能力差异非常大。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种液冷冷板，该冷板的流道能够密集布置，保证各流道流速分布均匀，从而保证冷板各位置散热能力一致。
为了实现本实用新型的上述目的，提供以下技术方案：
一种液冷冷板，包括：冷板基板；安装在所述冷板基板上的主流道，具有连接外界冷源出口的冷板液体输送段和连接外界冷源入口的冷板液体回流段；安装在所述冷板基板上并连接在所述冷板液体输送段与冷板液体回流段之间的多级分支流道。
优选的，所述多级分支流道包括多级级联的并联流道。
或者，所述多级分支流道包括多组并联在一起的多级级联的并联流道。
或者，所述多级分支流道包括多组串联在一起的多级级联的并联流道。
优选的，所述级联的每一级并联流道包括数个并联连接的分支管路。
优选的，所述冷板液体输送段具有一段，所述多级分支流道包括：连接所述冷板液体输送段的第一级并联流道；以及连接在所述第一级并联流道与冷板液体回流段之间的至少两组级联的并联流道。
或者，所述冷板液体输送段包括多个分段，所述多级分支流道连接在所述多个分段与冷板液体回流段之间。
优选的，所述冷板液体输送段的数量与与其连接的第一级并联流道的分支管路数量的比例为1∶2～1∶4；上一级并联流道的分支管路数量与下一级并联流道的分支管路数量的比例为1∶2～1∶3。
优选的，所述上一级并联流道的分支管路的通流面积之和与下一级并联流道的分支管路的通流面积之和的比例为1∶1～1∶2。
优选的，所述下一级并联流道的分支管路均匀分布在上一级并联流道的分支管路下方。
本实用新型的有益效果体现在以下方面：
1)本实用新型采用多级分支流道来替代以往的一路只分一级且一级具有数量较多的分支流道的方案，解决了多路分支流道单纯从一路流道分出时出现的流速不平衡、压力不平衡的问题，实现不同分支流道的流速均布，从而使得冷板均热效果好，不同位置散热能力保持一致；
2)本实用新型冷板的多级分支流道可采用多组串并联的方式组合设计，用来适应各种设计场景要求，保证了同一冷板不同区域换热能力的一致性。
3)本实用新型工艺简单，可以大批量生产。
附图说明
图1是传统蛇形流道的结构示意图；
图2是传统并联流道的结构示意图；
图3是实施例1中一组多级级联的并联流道的结构示意图；
图4是实施例2中两组并联在一起的多级级联的并联流道的结构示意图；
图5是实施例3中两组并联在一起的多级级联的并联流道的结构示意图；
图6是实施例4中两组并联在一起的多级级联的并联流道的结构示意图；
图7是实施例5中两组串联在一起的多级级联的并联流道的结构示意图。
附图标记说明：101-流道入口；102-流道出口；103-蛇形流道；201、206-主流道；203、205-水平流道；204-分支流道；301、401、501a、501b、601a、601b、701-冷板液体输送段；302、402、502、602、702-冷板基板；310、410、510、610、710-冷板液体回流段；303、305、403、405a、405b、503、505a、505b、603a、603b、605a、605b、703a、703b、705a、705b-水平流道；304、404、504、604a、604b、704a、704b-第一级分支管路；306、406a、406b、506a、506b、606a、606b、706a、706b-第二级分支管路。
具体实施方式
如图3至7所示，本实用新型提供一种液冷冷板，包括：冷板基板302、402、502、602、702；安装在冷板基板上的主流道，具有连接外界冷源出口的冷板液体输送段和连接外界冷源入口的冷板液体回流段；安装在冷板基板上并连接在冷板液体输送段与冷板液体回流段之间的多级分支流道。
本实用新型的液冷冷板通过冷板液体输送段与冷板液体回流段与外界液冷源形成液冷循环，液冷源输送降温后的冷板液体通过冷板液体输送段进入冷板的多级分支流道，多级分支流道中的冷板液体吸收冷板基板上安装的发热器件的热量以后温度升高，通过冷板液体回流段排出到液冷源中进行再降温处理。在液冷源中，冷板液体温度降低后，再输送至冷板中，形成循环。本实用新型采用了多级分支流道的结构，替换了图2中一路主流道一次分出多路并联分支管路的结构，有效避免了并联的不同分支管路之间的冷板液体流速以及通过的流量会明显不同的情况，保证了冷板不同区域的散热能力的一致性，提升了散热效率。
下面通过几个具体的实施例对本实用新型的多级分支流道的具体结构进行介绍。
实施例1
如图3所示，本实施例的液冷冷板，包括：冷板基板302；安装在冷板基板302上的主流道，该主流道具有连接外界冷源出口的冷板液体输送段301和连接外界冷源入口的冷板液体回流段310；安装在冷板基板上并连接在冷板液体输送段301与冷板液体回流段310之间的多级分支流道。多级分支流道包括多级级联的并联流道。
具体的，多级分支流道包括两级级联的并联流道。两级级联的并联流道包括：连接冷板液体输送段301的第一级并联流道；以及连接在第一级并联流道与冷板液体回流段310之间的第二级并联流道。其中，第一级并联流道包括：连接冷板液体输送段301的水平流道303；以及并联连接水平流道303的三路第一级分支管路304。第二级并联流道包括：连接三路第一级分支管路304的水平流道305；以及并联连接水平流道305的七路第二级分支管路306。
本实施例的工作原理如下：该冷板通过冷板液体输送段301和冷板液体回流段310与外界液冷源形成液冷循环。液冷源输送降温后的冷板液体通过冷板液体输送段301进入冷板，冷板液体经过冷板液体输送段301后进入水平流道303再分别进入三路第一级分支管路304中；冷板液体流经三路第一级分支管路304以后，进入到水平流道305再分别进入七路第二级分支管路306中。第一级分支管路304和第二级分支管路306中的冷板液体吸收冷板基板302上安装的发热器件的热量以后温度升高，通过冷板液体回流段310排出到液冷源中进行再降温处理。在液冷源中，冷板液体温度降低后，再输送至冷板中，形成循环。
实施例2
如图4所示，本实施例的液冷冷板，包括：冷板基板402；安装在冷板基板402上的主流道，该主流道具有连接外界冷源出口的冷板液体输送段401和连接外界冷源入口的冷板液体回流段410；安装在冷板基板上并连接在冷板液体输送段401与冷板液体回流段410之间的多级分支流道。多级分支流道包括多组并联在一起的多级级联的并联流道。
具体的，多级分支流道包括：连接冷板液体输送段401的第一级并联流道；以及连接在第一级并联流道与冷板液体回流段410之间的两组第二级并联流道。其中，第一级并联流道包括：连接冷板液体输送段401的水平流道403；以及并联连接水平流道403的四路第一级分支管路404。一组第二级并联流道包括：连接两路第一级分支管路404的水平流道405a；以及并联连接水平流道405a的四路第二级分支管路406a。另一组第二级并联流道包括：连接两路第一级分支管路404的水平流道405b；以及并联连接水平流道405b的四路第二级分支管路406b。
本实施例的工作原理如下：该冷板通过冷板液体输送段401和冷板液体回流段410与外界液冷源形成液冷循环。液冷源输送降温后的冷板液体通过冷板液体输送段401进入冷板，冷板液体经过冷板液体输送段401后进入水平流道403再分别进入四路第一级分支管路404中；冷板液体流经四路第一级分支管路404以后，平均进入到水平流道405a和水平流道405b以后再分别进入四路第二级分支管路406a和四路第二级分支管路406b中。第一级分支管路404和第二级分支管路406a、406b中的冷板液体吸收冷板基板402上安装的发热器件的热量以后温度升高，通过冷板液体回流段410排出到液冷源中进行再降温处理。在液冷源中，冷板液体温度降低后，再输送至冷板中，形成循环。
实施例3
如图5所示，本实施例的液冷冷板，包括：冷板基板502；安装在冷板基板502上的主流道，该主流道具有连接外界冷源出口的冷板液体输送段501a、501b和连接外界冷源入口的冷板液体回流段510；安装在冷板基板上并连接在冷板液体输送段501a、501b与冷板液体回流段510之间的多级分支流道。多级分支流道包括多组并联在一起的多级级联的并联流道。
具体的，多级分支流道包括：连接冷板液体输送段501a、501b的第一级并联流道；以及连接在第一级并联流道与冷板液体回流段510之间的两组第二级并联流道。其中，第一级并联流道包括：连接冷板液体输送段501a、501b的水平流道503；以及并联连接水平流道503的四路第一级分支管路504。一组第二级并联流道包括：连接两路第一级分支管路504的水平流道505a；以及并联连接水平流道505a的四路第二级分支管路506a。另一组第二级并联流道包括：连接两路第一级分支管路504的水平流道505b；以及并联连接水平流道505b的四路第二级分支管路506b。
本实施例的工作原理同实施例2，只是冷板液体分别从冷板液体输送段501a和冷板液体输送段501b进入到冷板，进一步保证了冷板不同区域的散热能力的一致性，提升了散热效率。
实施例4
如图6所示，本实施例的液冷冷板，包括：冷板基板602；安装在冷板基板602上的主流道，该主流道具有连接外界冷源出口的冷板液体输送段601a、601b和连接外界冷源入口的冷板液体回流段610；安装在冷板基板上并连接在冷板液体输送段601a、601b与冷板液体回流段610之间的多级分支流道。多级分支流道包括多组并联在一起的多级级联的并联流道。
具体的，冷板液体分别从冷板液体输送段601a和冷板液体输送段601b进入到冷板。多级分支流道包括：连接在冷板液体输送段601a与冷板液体回流段610之间的一组两级级联的并联流道；连接在冷板液体输送段601b与冷板液体回流段610之间的另一组两级级联的并联流道；其中，一组两级级联的并联流道与另一组两级级联的并联流道并联在冷板液体输送段601a、601b和冷板液体回流段610之间。
其中，一组两级级联的并联流道包括：连接冷板液体输送段601a的第一级并联流道；以及连接在第一级并联流道与冷板液体回流段610之间的第二级并联流道。第一级并联流道包括：连接冷板液体输送段601a的水平流道603a；以及并联连接水平流道603a的两路第一级分支管路604a。第二级并联流道包括：连接两路第一级分支管路604a的水平流道605a；以及并联连接水平流道605a的四路第二级分支管路606a。
其中，另一组两级级联的并联流道包括：连接冷板液体输送段601b的第一级并联流道；以及连接在第一级并联流道与冷板液体回流段610之间的第二级并联流道。第一级并联流道包括：连接冷板液体输送段601b的水平流道603b；以及并联连接水平流道603b的两路第一级分支管路604b。第二级并联流道包括：连接两路第一级分支管路604b的水平流道605b；以及并联连接水平流道605b的四路第二级分支管路606b。
本实施例的工作原理如下：该冷板通过冷板液体输送段601a、601b和冷板液体回流段610与外界液冷源形成液冷循环。液冷源输送降温后的冷板液体通过冷板液体输送段601a、601b进入冷板，冷板液体经过冷板液体输送段601a、601b后分别进入水平流道603a、603b后再分别进入两路第一级分支管路604a、604b中；冷板液体分别流经两路第一级分支管路604a、604b以后，分别进入到水平流道605a、605b再分别进入四路第二级分支管路606a、606b中。第一级分支管路604a、604b和第二级分支管路606a、606b中的冷板液体吸收冷板基板602上安装的发热器件的热量以后温度升高，通过冷板液体回流段610排出到液冷源中进行再降温处理。在液冷源中，冷板液体温度降低后，再输送至冷板中，形成循环。
实施例5
如图7所示，本实施例的液冷冷板，包括：冷板基板702；安装在冷板基板702上的主流道，该主流道具有连接外界冷源出口的冷板液体输送段701和连接外界冷源入口的冷板液体回流段710；安装在冷板基板上并连接在冷板液体输送段701与冷板液体回流段710之间的多级分支流道。多级分支流道包括多组串联在一起的多级级联的并联流道。
具体的，多级分支流道包括：连接冷板液体输送段701的第一组两级级联的并联流道；以及串联连接在第一组两级级联的并联流道与冷板液体回流段710之间的第二组两级级联的并联流道。
其中，第一组两级级联的并联流道包括：连接冷板液体输送段701的第一级并联流道；以及连接在第一级并联流道与第二组两级级联的并联流道之间的第二级并联流道。其中，第一级并联流道包括：连接冷板液体输送段701的水平流道703a；以及并联连接水平流道703a的两路第一级分支管路704a。第二级并联流道包括：连接两路第一级分支管路704a的水平流道705a；以及并联连接水平流道705a的四路第二级分支管路706a。
其中，第二组两级级联的并联流道包括：连接第一组两级级联的并联流道的第一级并联流道；以及连接在第一级并联流道与冷板液体回流段710之间的第二级并联流道。其中，第一级并联流道包括：连接四路第二级分支管路706a的水平流道703b；以及并联连接水平流道703b的两路第一级分支管路704b。第二级并联流道包括：连接两路第一级分支管路704b的水平流道705b；以及并联连接水平流道705b的四路第二级分支管路706b。
如图4、图5、图6所示，均采用多级分支流道，多级分支流道包括两组并联在一起的多级级联的并联流道的方案的示意图，但是并联的时候采用了不同的流道设计方式，可根据实际的设计场景需要来采用，不限于以上实施例给出的并联方案。同样的，这种两组并联的方式可以根据实际的设计需求，扩展成为不同的并联分支流道的数量、更多组的分支流道并联的组合。
如图7所示，采用多级分支流道、多级分支流道包括两组串联在一起的多级级联的并联流道的方案的示意图，同样的，这种两组串的方式可以根据实际的设计需求，扩展成为不同的分支流道的数量、更多组的分支流道串联的组合。
在实际应用中可采用超过前文描述的实施例中两级级联的并联流道，而采用更多级级联的并联流道来实现更多的分支流道并联以及流量均衡，同时在多组分支流道组合的时候可以合理设计采用串联和/或并联组合应用的方案来优化末端冷板设计。
如前文描述，多级分支应用的时候应控制分支的级数，分支级数为两到三级为最优，超过三级的多级分支方式，会导致冷板内的多次分支，流道的阻力增加，同时流道的加工难度也会增加，并且因为多级分支部分所占用的冷板空间比较大，实现的性价比不高。
如前文描述，多级分支应用的时候应控制每次分支的主干管路与分支管路的数量比例的分配关系，应按照冷板液体输送段的数量与与其连接的第一级并联流道的分支管路数量的比例为1∶2～1∶4；上一级并联流道的分支管路数量与下一级并联流道的分支管路数量的比例为1∶2～1∶3的方案进行设计，超过此比例的多级分支管路设计，即如果上一级并联流道的分支管路数量过多，下一级并联流道的分支管路可能也会出现部分的流量不均衡现象。
如前文描述，多级分支应用的时候应控制每次分支的主干管路与分支管路的管道通流面积的比例分配关系，应按照上一级并联流道的分支管路的通流面积之和与下一级并联流道的分支管路的通流面积之和的比例为1∶1～1∶2的方案进行设计，超过此比例的多级分支管路设计，下一级并联流道的分支管路会出现流速过低换热效果变差的情况，而低于此比例的多级分支管路设计，下一级并联流道的分支管路会出现流速过快、流动阻力增加的情况，导致系统阻力增加。
如前文描述，多级分支应用的时候应控制每次分支的主干管路与分支管路的接口处的结构上的优化设计，应在分支管路接口区域采用圆角设计，避免流体在从上一级并联流道分支管路向下一级并联流道分支管路分支的时候，尖角结构引起的流道损失导致流道阻力增加。
如前文描述，下一级并联流道的分支管路均匀分布在上一级并联流道的分支管路下方。
尽管上述对本实用新型做了详细说明，但本实用新型不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本实用新型的原理进行修改，因此，凡按照本实用新型的原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种液冷冷板，其特征在于，包括：
冷板基板；
安装在所述冷板基板上的主流道，具有连接外界冷源出口的冷板液体输送段和连接外界冷源入口的冷板液体回流段；
安装在所述冷板基板上并连接在所述冷板液体输送段与冷板液体回流段之间的多级分支流道。
2.如权利要求1所述的液冷冷板，其特征在于，所述多级分支流道包括多级级联的并联流道。
3.如权利要求1所述的液冷冷板，其特征在于，所述多级分支流道包括多组并联在一起的多级级联的并联流道。
4.如权利要求1所述的液冷冷板，其特征在于，所述多级分支流道包括多组串联在一起的多级级联的并联流道。
5.如权利要求2至4之一所述的液冷冷板，其特征在于，所述级联的每一级并联流道包括数个并联连接的分支管路。
6.如权利要求3所述的液冷冷板，其特征在于，所述冷板液体输送段具有一段，所述多级分支流道包括：
连接所述冷板液体输送段的第一级并联流道；以及
连接在所述第一级并联流道与冷板液体回流段之间的至少两组级联的并联流道。
7.如权利要求3所述的液冷冷板，其特征在于，所述冷板液体输送段包括多个分段，所述多级分支流道连接在所述多个分段与冷板液体回流段之间。
8.如权利要求5所述的液冷冷板，其特征在于，所述冷板液体输送段的数量与与其连接的第一级并联流道的分支管路数量的比例为1∶2～1∶4；上一级并联流道的分支管路数量与下一级并联流道的分支管路数量的比例为1∶2～1∶3。
9.如权利要求8所述的液冷冷板，其特征在于，所述上一级并联流道的分支管路的通流面积之和与下一级并联流道的分支管路的通流面积之和的比例为1∶1～1∶2。
10.如权利要求9所述的液冷冷板，其特征在于，所述下一级并联流道的分 支管路均匀分布在上一级并联流道的分支管路下方。
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