CN217822771U - 一种微喷雾均热板集成散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微喷雾均热板集成散热器，该散热器是一种具有周期性变截面通道阵列特征的微喷雾均热板集成散热器；包括气体冷却介质入口、微喷雾组件、均热板本体组件、气体冷却介质出口；所述微喷雾组件、均热板本体组件组成微喷雾均热板集成散热器；所述气体冷却介质入口设置在微喷雾均热板集成散热器的一端，气体冷却介质出口设置在微喷雾均热板集成散热器的另一端。本实用新型提供的散热器中均热板本体组件的冷凝板和微喷雾组件的喷雾冷凝板采用一体化结构设计，具有液化均热板内气体介质以及收纳喷雾冲击混合介质的作用，该结构设计的意图是消除分体设计结构中板间存在的接触热阻，提高散热效率。

Description

一种微喷雾均热板集成散热器

技术领域

本实用新型涉及大功率电子元器件散热技术领域，尤其涉及一种具有周期性变截面通道阵列特征的微喷雾均热板集成散热器。

背景技术

近年来，电子元器件尤其是芯片制造技术的进步，带动散热技术蓬勃发展。针对高热流密度发热量的微小型芯片，液冷散热方式逐渐成为主流散热手段。单纯的液冷散热方式仅仅起到散热作用，直接液冷又带来冷量泄露所造成的印刷电路短路风险，因此液冷散热往往和其他传热元器件复合使用。均热板一种性能优越的传热元器件，具有热损小、效率高、响应快的特点。

一般在冷凝板外部复合液冷板等散热设备是比较常见的散热方式。在高热流密度环境下，单相介质微射流板与均热板的复合往往能获得优越的散热性能，但这种方式仍然存在以下不足：一方面喷射空腔体内的冷却液受压不均，致使喷射不均产生发热热点；另一方面喷射腔体内易积压冷却液，造成循环死角。因此，为解决这一问题，涉及相变的液冷散热方式成为研究焦点。本实用新型提出了涉及相变液冷的一种新型微喷雾方法，以期在一定程度上解决高热流密度领域的散热难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种具有周期性变截面通道阵列特征的微喷雾均热板集成散热器，将均热板与喷雾冲击相结合用于解决高热流密度领域散热难题。

本实用新型的目的通过以下的技术方案来实现：

一种微喷雾均热板集成散热器，该散热器是一种具有周期性变截面通道阵列特征的微喷雾均热板集成散热器；包括气体冷却介质入口、微喷雾组件、均热板本体组件、气体冷却介质出口；所述微喷雾组件、均热板本体组件组成微喷雾均热板集成散热器；所述气体冷却介质入口设置在微喷雾均热板集成散热器的一端，气体冷却介质出口设置在微喷雾均热板集成散热器的另一端。

与现有技术相比，本实用新型的一个或多个实施例可以具有如下优点：

本实用新型均热板本体组件的冷凝板和微喷雾组件的喷雾冷凝板采用一体化结构设计，具有液化均热板内气体介质以及收纳喷雾冲击混合介质的作用，该结构设计的意图是消除分体设计结构中板间存在的接触热阻，提高散热效率。

附图说明

图1是微喷雾均热板集成散热器结构示意图；

图2是微喷雾均热板集成散热器结构爆炸示意图；

图3是微喷雾均热板集成散热器的剖面结构示意图；

图4是微喷雾板的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本实用新型实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，为微喷雾均热板集成散热器结构，所述散热器是一种具有周期性变截面通道阵列特征的微喷雾均热板集成散热器；包括气体冷却介质入口1、微喷雾组件2、均热板本体组件3、气体冷却介质出口4；所述微喷雾组件2、均热板本体组件3组成微喷雾均热板集成散热器；所述气体冷却介质入口1设置在微喷雾均热板集成散热器的一端，气体冷却介质出口4设置在微喷雾均热板集成散热器的另一端。

所述微喷雾组件2从上至下层叠，依次包括上盖板21、上垫片22、微喷雾板23、下垫片24、喷雾冷凝板25；所述上盖板21通过上垫片22压紧在所述微喷雾板23上部，且上盖板21和微喷雾板23之间构成一个腔体，该腔体为高压气体冷却介质的缓冲暂存场所；所述微喷雾板23通过下垫片24压紧在所述喷雾冷凝板25的上部，且微喷雾板23与喷雾冷凝板25之间构成一个腔体，该腔体为喷雾冲击的形成的空间(如图2所示)。

所述气体冷却介质入口1和气体冷却介质出口4均设置在上盖板21的上部；气体冷却介质入口1与入口管道连通，气体冷却介质出口4与出口管道连通。

如图2-图4所示，所述微喷雾板23包括液体冷却介质入口230、分流腔231、周期性变截面通道232、阵列文丘里式喷雾微孔233、介质出口234及流道肋板235；所述液体冷却介质入口230与外部液体冷却介质管道相连接；所述分流腔231是提供气体冷却介质暂存与分配的腔体；所述流道肋板235包括多道，且每两道之间形成周期性变截面通道232，用以容纳高压气体冷却介质，在周期性变截面通道232阵列内设有周期性凹穴，形成周期性变截面，增大传热面积，同时在凹穴进口处发生喷射效应，在出口处产生节流效应，两效应使得壁内侧产生无数小漩涡加强了流体的扰动，进而提高喷射效果；所述阵列文丘里式喷雾微孔233为气液冷却介质混合提供空间，是喷雾冲击作用发生的必要条件；所述介质出口234与气体冷却介质出口4相通，液体冷却介质经过其入口230进入所述周期性变截面通道232内进行均匀流动，高压气体冷却介质通过分流腔231及周期性变截面通道232，在低压区(截面变小气体流速高)阵列文丘里式喷雾微孔233内与被吸入的液体冷却介质发生混合后，被不间断的高压气体压出，形成喷雾射流。

所述喷雾冷凝板25包括喷雾空腔251和集流腔252，所述喷雾空腔251和集流腔252互通；所述喷雾空腔251为喷雾射流作用的发生提供空间，喷雾空腔251的底部为接受射流的位置；所述集流腔252用于汇合混合介质或充分冷凝的液体介质，介质在集流腔汇合后通过气体冷却介质出口4排出。

所述周期性变截面通道232与阵列文丘里式喷雾微孔233相通。

本实施例中，喷雾冷凝板25既是微喷雾组件的构件之一，也是均热板本体组件3的构件之一，喷雾冷凝板25分别具有液化均热板内气体工质以及收纳喷雾射流混合介质的作用，此设计的意图是消除分体设计情况中板间存在的接触热阻以提高散热效率。

所述均热板本体组件3包括喷雾冷凝板25、冷凝端吸液芯31、铜粉环32、蒸发端吸液芯33、注液管34、实心铜柱35、蒸发板36及真空腔37；所述冷凝端吸液芯31设置在喷雾冷凝板25的下表面；所述蒸发板36设有真空腔37，真空腔37内设有蒸发端吸液芯33和实心铜柱35；所述实心铜柱呈阵列排布，所述蒸发端吸液芯33与冷凝端吸液芯31的孔数与实心铜柱35一一对应；所述喷雾冷凝板25和蒸发板36之间形成真空腔37；所述铜粉环32烧结在实心铜柱35的圆周侧壁上，构成均热板本体的支撑体并与冷凝端吸液芯31及蒸发端吸液芯33连接成一体，用于支撑喷雾冷凝板25和蒸发板36，又构成作为冷凝后液体由喷雾冷凝板25回流到蒸发板36的辅助流道；所述注液管34设置在蒸发板36的一侧，用于将真空腔37抽真空并注入相变工作介质。

喷雾冷凝板的内表面设置为微通道阵列或微扰流柱阵列结构，以增大散热面积及增大液体湍流程度；述冷凝端吸液芯31与蒸发端吸液芯33为多孔状、网状、泡沫状中的一种或多种复合而成。

上述上盖板21、上垫片22、微喷雾板23、下垫片24及喷雾冷凝板25通过螺栓紧固在一起，防止冷量的泄露。所述微喷雾组件2、均热板本体组件3组成微喷雾均热板集成散热器安装在发热芯片的上部，并在蒸发板36的下端面涂抹硅脂以减少芯片与散热器之间的热阻。

本实施例的工作过程为：

均热板本体组件3作为将热量从发热芯片先传递至均热板本体组件3，然后传递至微喷雾组件2，在散热过程中能实现快速且均匀的导热。其工作原理为：蒸发板36受热后，热量传递至蒸发端吸液芯33，使得真空腔37内的液体工质在真空状态下受热蒸发，并迅速充满整个真空腔37，汽化后的气体遇到温度较低的冷凝板25凝结成液态并释放热能。

另一方面，高压气体冷却介质从气体冷却介质入口1进入，在分流腔231处被分配，进而充满整个周期性变截面通道232。气体介质是高压且连续不断的，会高速流入阵列文丘里式喷雾微孔233，并在孔内形成低压区。

与此同时，液体工质由液体冷却介质入口230进入微喷雾板23的周期性变截面通道232内，以垂直于气体冷却介质入口1的速度方向沿微喷雾板23横向流动；当液体冷却介质流到阵列文丘里式喷雾微孔233附近时，被已经形成的孔内低压区吸入，于是气体与液体会在阵列文丘里式喷雾微孔233的上部分完成混合。上盖板21和微喷雾板23之间腔体内的气体介质会源源不断由气体冷却介质入口1充入，不断将阵列文丘里式喷雾微孔上部分中的混合介质压入喷射微孔阵列233下部分，液体介质与气体介质充分接触的过程中将产生振动和摩擦作用，使液体冷却介质能够克服液体间以及液体与气体间的表面张力破碎成为细小的液珠，在文丘里管式阵列小孔232中高速喷出，并在喷雾组件形成的喷雾空腔251中雾化为微细液滴群，喷射至喷雾空腔251的受热内表面上实现汽化过程，带走由芯片经由均热板本体组件3传递到喷雾冷凝板25的大量热量，最后经由气体冷却介质出口4被排出散热器。至此完成一个热交换过程，依此循环。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，所述散热器是一种具有周期性变截面通道阵列特征的微喷雾均热板集成散热器；包括气体冷却介质入口(1)、微喷雾组件(2)、均热板本体组件(3)、气体冷却介质出口(4)；所述微喷雾组件(2)、均热板本体组件(3)组成微喷雾均热板集成散热器；所述气体冷却介质入口(1)设置在微喷雾均热板集成散热器的一端，气体冷却介质出口(4)设置在微喷雾均热板集成散热器的另一端。

2.根据权利要求1所述的微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，所述微喷雾组件(2)从上至下层叠，依次包括上盖板(21)、上垫片(22)、微喷雾板(23)、下垫片(24)、喷雾冷凝板(25)；所述上盖板(21)通过上垫片(22)压紧在所述微喷雾板(23)上部，且上盖板(21)和微喷雾板(23)之间构成一个腔体，该腔体为高压气体冷却介质的缓冲暂存场所；所述微喷雾板(23)通过下垫片(24)压紧在所述喷雾冷凝板(25)的上部，且微喷雾板(23)与喷雾冷凝板(25)之间构成一个腔体，该腔体为喷雾冲击的形成的空间。

3.根据权利要求2所述的微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，所述气体冷却介质入口(1)和气体冷却介质出口(4)均设置在上盖板(21)的上部；气体冷却介质入口(1)与入口管道连通，气体冷却介质出口(4)与出口管道连通。

4.根据权利要求2所述的微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，所述微喷雾板(23)包括液体冷却介质入口(230)、分流腔(231)、周期性变截面通道(232)、阵列文丘里式喷雾微孔(233)、介质出口(234)及流道肋板(235)；所述液体冷却介质入口(230)与外部液体冷却介质管道相连接；所述分流腔(231)是提供气体冷却介质暂存与分配的腔体；所述流道肋板(235)包括多道，且每两道之间形成周期性变截面通道(232)，用以容纳高压气体冷却介质，在周期性变截面通道(232)阵列内设有周期性凹穴，形成周期性变截面，增大传热面积；所述阵列文丘里式喷雾微孔(233)为气液冷却介质混合提供空间；所述介质出口(234)与气体冷却介质出口(4)相通。

5.根据权利要求2所述的微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，所述喷雾冷凝板(25)包括喷雾空腔(251)和集流腔(252)，所述喷雾空腔(251)和集流腔(252)互通；所述喷雾空腔(251)为喷雾射流作用的发生提供空间，喷雾空腔(251)的底部为接受射流的位置；所述集流腔(252)用于汇合混合介质或充分冷凝的液体介质，并通过气体冷却介质出口(4)排出。

6.根据权利要求2所述的微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，所述周期性变截面通道(232)与阵列文丘里式喷雾微孔(233)相通。

7.根据权利要求1所述的微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，所述均热板本体组件(3)包括喷雾冷凝板(25)、冷凝端吸液芯(31)、铜粉环(32)、蒸发端吸液芯(33)、注液管(34)、实心铜柱(35)、蒸发板(36)及真空腔(37)；所述冷凝端吸液芯(31)设置在喷雾冷凝板(25)的下表面；所述蒸发板(36)设有真空腔(37)，真空腔(37)内设有蒸发端吸液芯(33)和实心铜柱(35)；所述实心铜柱呈阵列排布，所述蒸发端吸液芯(33)与冷凝端吸液芯(31)的孔数与实心铜柱(35)一一对应；所述喷雾冷凝板(25)和蒸发板(36)之间形成真空腔(37)；所述铜粉环(32)烧结在实心铜柱(35)的圆周侧壁上，构成均热板本体的支撑体并与冷凝端吸液芯(31)及蒸发端吸液芯(33)连接成一体，用于支撑喷雾冷凝板(25)和蒸发板(36)，又构成作为冷凝后液体由喷雾冷凝板(25)回流到蒸发板(36)的辅助流道；所述注液管(34)设置在蒸发板(36)的一侧，用于将真空腔(37)抽真空并注入相变工作介质。

8.根据权利要求7所述的微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，喷雾冷凝板的内表面设置为微通道阵列或微扰流柱阵列结构，以增大散热面积及增大液体湍流程度；

所述冷凝端吸液芯(31)与蒸发端吸液芯(33)为多孔状、网状、泡沫状中的一种或多种复合而成。

9.如权利要求2所述的微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，所述上盖板(21)、上垫片(22)、微喷雾板(23)、下垫片(24)及喷雾冷凝板(25)通过螺栓紧固在一起，防止冷量的泄露。

10.如权利要求7所述的微喷雾均热板集成散热器，其特征在于，所述微喷雾组件(2)、均热板本体组件(3)组成微喷雾均热板集成散热器安装在发热芯片的上部，并在蒸发板(36)的下端面涂抹硅脂以减少芯片与散热器之间的热阻。

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