CN219205108U - 一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及液冷板技术领域，提供了一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，包括依次密封连接的上盖板、基板和下盖板，基板和上盖板之间设有若干个第一冷液流道，若干个第一冷液流道分别连接进水口和出水口，基板和下盖板之间设有若干个第二冷液流道，若干个第二冷液流道分别连接进水口和出水口，通过第一冷液流道和第二冷液流道形成正反双面流道散热结构，在上盖板和下盖板上均可安装发热元器件，提升散热效率，若干个并列设置的第一冷液流道和第二冷液流道提升液冷板的散热的均匀性，双焊接层结构解决了耐压强度不足和漏液的问题。

Description

一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板

技术领域

本实用新型涉及液冷板技术领域，尤其一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板。

背景技术

传统液冷板为单面散热，不利于设备后续集成化发展；传统液冷板散热流道结构多为矩形，冷却液流阻大、发热器件散热不均匀，难以满足板面整体温度均匀性及散热均匀性的要求。

同时，单独采用钎焊进行焊接的液冷板，其耐压强度低，冷却液流量及板面承压抗变形能力较弱；单独采用搅拌摩擦焊进行焊接，会导致板面加工的螺纹安装孔出现漏液现象，若采用搅拌摩擦延水道周围焊循环往复焊接，加工时间长效率低，成本较高。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的难以满足板面整体散热不均匀且效率低，耐压强度不足和漏液的问题，本实用新型提供了一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板来解决该问题。

一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，包括依次密封连接的上盖板、基板和下盖板，所述基板和上盖板之间设有若干个第一冷液流道，若干个所述第一冷液流道分别连接进水口和出水口，所述基板和下盖板之间设有若干个第二冷液流道，若干个所述第二冷液流道分别连接进水口和出水口。

进一步，若干个所述第一冷液流道为并列设置，若干个所述第二冷液流道的位置分别与第一冷液流道的位置相对应。

进一步，所述第一冷液流道和第二冷液流道的截面为圆形。

进一步，所述第一冷液流道和第二冷液流道均为双层盘旋结构。

进一步，所述双层盘旋结构的转折处为R角。

进一步，所述双层盘旋结构包括第一层盘旋结构和第二层盘旋结构，所述第一层盘旋结构和第二层盘旋结构嵌套设置。

进一步，所述第一层盘旋结构的进口与进水口连接，第一层盘旋结构的出口与第二层盘旋结构的进口连接，所述第二层盘旋结构的出口与出水口连接。

进一步，所述第一冷液流道包括第一上半圆流道和第一下半圆流道，所述第一上半圆流道设置在上盖板上与基板相对的一侧，在基板上与第一上半圆流道相对的位置上设有所述第一下半圆流道，所述第一上半圆流道的大小和第一下半圆流道的大小相匹配。

进一步，所述第二冷液流道包括第二上半圆流道和第二下半圆流道，所述第二上半圆流道设置在基板上与下盖板相对的一侧，在下盖板上与第二上半圆流道相对的位置上设有所述第二下半圆流道，所述第二上半圆流道的大小和第二下半圆流道的大小相匹配。

进一步，所述上盖板与基板连接处和下盖板与基板连接处均设有密封结构，所述密封结构包括钎焊层和搅拌摩擦焊层，钎焊层分别包覆在上盖板和基板四周连接处以及下盖板和基板四周连接处，所述搅拌摩擦焊层设置在钎焊层上。

本实用新型的优点在于：

1.本发明通过第一冷液流道和第二冷液流道形成正反双面流道散热结构，在上盖板和下盖板上均可安装发热元器件，提升散热效率，若干个并列设置的第一冷液流道和第二冷液流道提升液冷板的散热的均匀性，上盖板、基板和下盖板依次密封连接的双焊接层结构解决了耐压强度不足和漏液的问题。

2.本发明通过设计为圆形截面的冷却液流道可以有效降低冷却液在流道中的阻力，有效提高液冷板在工作过程中热量的传递效率。

3.本发明通过双层盘旋结构使与进水口连接的第一层盘旋结构和与出水口连接的第二层盘旋结构相互嵌套，冷却液进入第一层盘旋结构后在热源位置循环进入第二层盘旋结构，继续在热源位置进行二次循环，换热更充分，提升冷液板的散热效率，同时第一层盘旋结构和第二层盘旋结构嵌套循环方式，使一次循环和二次循环的冷却液相间分布在散热区域内，提升了散热的均匀性。

4.本发明通过液冷流道转折处采用大R角设计，液体流通时不存在死角，减小流体阻力；

5、本发明采用真空钎焊与搅拌摩擦焊的复合式焊接技术，提高了液冷板的耐压能力，可以承受更大的流量范围，增加了液冷板对发热器件的散热性能。

附图说明

图1是本实用新型的工作状态主视示意图；

图2是本实用新型的侧视结构示意图；

图3是本实用新型的第一冷液流道排布示意图；

图4是本实用新型的双层盘旋结构示意图；

图5是本图3中的A-A处的截面爆炸结构示意图。

附图标记说明：

1、基板；2、上盖板；3、下盖板；4、出水口；5、进水口；6、第一上半圆流道；7、第一下半圆流道；8、第二上半圆流道；9、第二下半圆流道；10、双层盘旋结构；11、第一层盘旋结构；12、第二层盘旋结构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，本实用新型中提及的各安装方式及各技术术语，都是所属技术领域中早已明确知晓的技术用语，故不再做过多解释。此外，对于相同的部件采用了相同的附图标记，但这并不影响也不应构成本领域技术人员对技术方案的准确理解。

实施例一：

结合图1-图5进行说明，一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，所述液冷板包括依次密封连接的上盖板2、基板1和下盖板3，所述基板1和上盖板2之间设有若干个第一冷液流道，若干个所述第一冷液流道分别连接进水口5和出水口4，所述基板1和下盖板3之间设有若干个第二冷液流道，若干个所述第二冷液流道分别连接进水口5和出水口4。若干个所述第一冷液流道为并列设置，若干个所述第二冷液流道的位置分别与第一冷液流道的位置相对应。

在基板1上还设有主进水道和主出水道，主进水道和主出水道分别贯穿基板1，若干个第一冷液流道通和若干个第二冷液流道的进口均通过主进水道与进水口5连通，若干个第一冷液流道通和若干个第二冷液流道的出口均通过主出水道与出水口4连通。

通过第一冷液流道和第二冷液流道形成正反双面流道散热结构，在上盖板2和下盖板3上均可安装发热元器件，提升散热效率，若干个并列设置的第一冷液流道和第二冷液流道提升液冷板的散热的均匀性，上盖板2、基板1和下盖板3依次密封连接的双焊接层结构解决了耐压强度不足和漏液的问题。

实施例二

所述第一冷液流道和第二冷液流道的截面为圆形。通过圆形截面替代传统的矩形优化为圆形设计，在上盖板2、下盖板3及基板1上分别加工半圆，拼装焊接时形成整圆流道。在相同截面面积下，圆形截面的水力半径要大于矩形截面，水力半径越大，流动阻力越小。

具体的，流动阻力包括直管流阻(内摩擦)和局部阻力(变径及方向改变)

Σh_f＝h_f+h_f’；其中Σh_f-流动阻力；h_f-直管阻力；h_f’-局部阻力。

hf＝(λ*l*v²)/2d；hf’＝(λ*le*v²)/2d；d＝A/L；其中λ-摩擦阻力系数；l-直管长度；l_e-当量长度；v-流体流速；d-流道截面当量直径；A-流道截面积；L-润湿周长。

若圆形截面的流阻小于矩形截面Σh_f矩-Σh_f圆＞0，即d_圆-d_矩＞0，即证明L_矩-L_圆＞0；当圆形截面流道与矩形截面流道截面积相同时A_圆＝A_矩：

A_圆＝πR²，A_矩＝a*b，L_圆＝2πR，L_矩＝2(a+b)；

R-圆形流道半径；a-矩形流道长度；b-矩形流道高度；

因截面流道相同πR²＝a*b，R＝，故L_圆＝2；

假设L_矩-L_圆＞0，已知a＞0；b＞0；π≈3.14；

因此

(a+b)²＞πab

a²+b²-1.14ab＞0

a²+b²-2ab＞1.14ab-2ab

(a-b)²＞-0.86ab,因为(a-b)²≥0，而-0.86ab＜0

具体的，假设L矩-L圆＞0成立，即相同流道截面条件下，矩形流道截面的润湿周长L矩大于圆形截面润湿周长L圆；

具体的，圆形截面流道的截面当量直径d圆大于矩形流道截面的截面当量直径d矩，故矩形截面流道的流动阻力Σhf矩大于圆形截面流道的流动阻力Σhf圆。

因此，设计为圆形截面的冷液流道可以有效降低冷却液在流道中的阻力，有效提高液冷板在工作过程中热量的传递效率。通过加大流道水力半径，减少冷却液流动阻力，确保发热器件散发的热量被及时带走，提升散热效率。

实施例三

所述第一冷液流道和第二冷液流道均为双层盘旋结构10。所述双层盘旋结构10的转折处为R角。液冷流道转折处均为圆角，冷却液流通时不存在死角，不会有气体存留，可减小流道的流阻。

所述双层盘旋结构10包括第一层盘旋结构11和第二层盘旋结构12，所述第一层盘旋结构11和第二层盘旋结构12嵌套设置。所述第一层盘旋结构11的进口与进水口5连接，第一层盘旋结构11的出口与第二层盘旋结构12的进口连接，所述第二层盘旋结构12的出口与出水口4连接。

通过双层盘旋结构10使与进水口5连接的第一层盘旋结构11和与出水口4连接的第二层盘旋结构12相互嵌套，冷却液进入第一层盘旋结构11后在热源位置循环进入第二层盘旋结构12，继续在热源位置进行二次循环，换热更充分，提升冷液板的散热效率，同时第一层盘旋结构11和第二层盘旋结构12嵌套循环方式，使一次循环和二次循环的冷却液相间分布在散热区域内，提升了散热的均匀性。

实施例四

所述第一冷液流道包括第一上半圆流道6和第一下半圆流道7，所述第一上半圆流道6设置在上盖板2上与基板1相对的一侧，在基板1上与第一上半圆流道6相对的位置上设有所述第一下半圆流道7，所述第一上半圆流道6的大小和第一下半圆流道7的大小相匹配，第一上半圆流道6和第一下半圆流道7相互配合形成第一冷液流道，且位于靠近上盖板2一侧。

所述第二冷液流道包括第二上半圆流道8和第二下半圆流道9，所述第二上半圆流道8设置在基板1上与下盖板3相对的一侧，在下盖板3上与第二上半圆流道8相对的位置上设有所述第二下半圆流道9，所述第二上半圆流道8的大小和第二下半圆流道9的大小相匹配，第二上半圆流道8和第二下半圆流道9相互配合形成第二冷液流道，且位于靠近下盖板3一侧。

通过分别在上盖板2、下盖板3以及基板1上设置流道，实现了冷却液与上盖板2和下盖板3上的发热元器件更好的进行热传递，提升散热效率。液冷板整体温度均匀能够延长其使用寿命，若散热不均，液冷板上的温度差异会导致其发生变形，影响热源与液冷板的接触，进而导致散热性能下降。

实施例五

上盖板2与基板1连接处和下盖板3与基板1连接处均设有密封结构所述密封结构包括钎焊层和搅拌摩擦焊层，钎焊层分别包覆在上盖板2和基板1四周连接处以及下盖板3和基板1四周连接处，所述搅拌摩擦焊层设置在钎焊层上。采用搅拌摩擦焊对钎焊后四周的接缝处进行加固焊接能够有效提升液冷板的耐压性能。

液冷板的耐压性能可以简化为两端固定的梁的受力形式，其可等同于梁部受均部载荷作用下的弯曲变形，其应力方程为：

式中：-结构所受弯矩；-抗弯截面模量。

液冷板所受弯矩-为：

M＝F×L；

式中：F-液冷板所受载荷；L-液冷板跨距。

抗弯截面模量W_Z为：

式中：b-液冷板深度；h-液冷板厚度。

因此，液冷板的耐压性能主要受液冷板的材质，厚度及跨距影响。当液冷板设计定型后，其材质和厚度均已固定，因此，采用新的液冷板焊接加工方法是提高液冷板耐压性能的重要途径。

液冷板的单位时间内的散热量Q可由如下公式进行计算：

Q＝C_p*ρ*q*ΔT

式中，C_p-冷却液比热容；ρ-冷却液密度；q-冷却液流量；ΔT-进出水口冷却液温差。

其中流量q主要受压力影响：

式中，Δp-进出水口出压力差；R-流阻，由液体的粘滞系数决定。

因此，液冷板单位时间内的散热量与冷却液流量成正比，冷却液流量与进出水口两端的压力差成正比，液冷板承压能力越强，可承受的压力差也就越大，相应的冷却液流量也就越大，故液冷板冷却能力可以得到提高。

工作原理：

1.准备工作：上盖板2、下盖板3和基板1分别通过挤压成型，采用在线淬火和时效热处理后提高材料的硬度及性能，避免因材料本身问题导致耐压性能出现问题。上盖板2、下盖板3和基板1检验合格后对盖板钎焊面进行铣平面加工，使盖板和基板1的焊接接触面平面度达到0.1mm，加工表面粗糙度达到Ra1.6，确保上盖板2、下盖板3和基板1贴合间隙的均匀性。对基板1两面进行初步铣平面加工，为后续加工做好准备。

2.基板1双面的第一下半圆流道7和第二上半圆流道8加工：将基板1单面精铣后固定于真空吸盘工装上，前提要保证工作台面无杂质铝屑，对另一面进行精铣平面加工。按设计图纸要求的水道深度、宽度、流道布局在基板1两面上铣削出第一下半圆流道7和第二上半圆流道8结构。

3.真空钎焊结合搅拌摩擦焊焊接：上盖板2、下盖板3与基板1首先采用真空钎焊进行焊接，防止贯穿盖面与基板1上加工的发热器件安装孔发生泄漏，真空钎焊不需要金属钎剂，从而不需要复杂的焊剂清洗工序，能够降低生产成本，且能够保证液冷流道的密封性。因液冷板的冷却能力与流量成正相关，而流量越大液冷板盖板所受的压力就越大。因此，盖板与基板1进行钎焊后采用搅拌摩擦焊对接缝处进行加固焊接，提高液冷板在高流量时的工作强度，从而提升液冷板的整体耐压强度。

4.整形加工及检测：采用加工中心对液冷板四周进行加工，清整焊缝，最后对液冷板两侧盖板的平面进行铣平面加工，以保证发热元器件与液冷板完全贴合，保证散热效果。最后进行气密性、水流量、热阻等指标检测。

使用时，冷却液从进水口5进入主进水道，主进水道贯穿设置在基板上，因此主进水道分别与第一冷液流道和第二冷液流道连通，冷却液通过主进水道分别进入并列排布的第一冷液流道和第二冷液流道，第一冷液流道对安装在上盖板2上的发热元器件进行散热，第二冷液流道对安装在下盖板3上的发热元器件进行散热；第一冷液流道和第二冷液流道为双层盘旋结构10，冷却液先进入第一层盘旋结构11后在热源位置盘旋循环到双层盘旋结构10的中心，在中心位置进入第二层盘旋结构12，冷却液沿第二层盘旋结构12从中心位置盘旋循环到双层盘旋结构10的外沿至与第二层盘旋结构12相连通的主出水道，从若干个第一冷液流道和第二冷液流道上的第二层盘旋结构12流出的冷却液汇集到主出水道，通过主出水道从出水口排出，在热源位置进行二次循环，换热更充分，提升冷液板的散热效率，同时第一层盘旋结构11和第二层盘旋结构12嵌套循环方式，使一次循环和二次循环的冷却液相间分布在散热区域内，提升了散热的均匀性。

对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，包括依次密封连接的上盖板(2)、基板(1)和下盖板(3)，所述基板(1)和上盖板(2)之间设有若干个第一冷液流道，若干个所述第一冷液流道分别连接进水口(5)和出水口(4)，所述基板(1)和下盖板(3)之间设有若干个第二冷液流道，若干个所述第二冷液流道分别连接进水口(5)和出水口(4)。

2.根据权利要求1所述的一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，若干个所述第一冷液流道为并列设置，若干个所述第二冷液流道的位置分别与第一冷液流道的位置相对应。

3.根据权利要求2所述的一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，所述第一冷液流道和第二冷液流道的截面为圆形。

4.根据权利要求3所述的一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，所述第一冷液流道和第二冷液流道均为双层盘旋结构(10)。

5.根据权利要求4所述的一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，所述双层盘旋结构(10)的转折处为R角。

6.根据权利要求5所述的一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，所述双层盘旋结构(10)包括第一层盘旋结构(11)和第二层盘旋结构(12)，所述第一层盘旋结构(11)和第二层盘旋结构(12)嵌套设置。

7.根据权利要求6所述的一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，所述第一层盘旋结构(11)的进口与进水口(5)连接，第一层盘旋结构(11)的出口与第二层盘旋结构(12)的进口连接，所述第二层盘旋结构(12)的出口与出水口(4)连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，所述第一冷液流道包括第一上半圆流道(6)和第一下半圆流道(7)，所述第一上半圆流道(6)设置在上盖板(2)上与基板(1)相对的一侧，在基板(1)上与第一上半圆流道(6)相对的位置上设有所述第一下半圆流道(7)，所述第一上半圆流道(6)的大小和第一下半圆流道(7)的大小相匹配。

9.根据权利要求8所述的一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，所述第二冷液流道包括第二上半圆流道(8)和第二下半圆流道(9)，所述第二上半圆流道(8)设置在基板(1)上与下盖板(3)相对的一侧，在下盖板(3)上与第二上半圆流道(8)相对的位置上设有所述第二下半圆流道(9)，所述第二上半圆流道(8)的大小和第二下半圆流道(9)的大小相匹配。

10.根据权利要求9所述的一种采用双面双循环流道的复合式焊接液冷板，其特征在于，所述上盖板(2)与基板(1)连接处和下盖板(3)与基板(1)连接处均设有密封结构，所述密封结构包括钎焊层和搅拌摩擦焊层，钎焊层分别包覆在上盖板和基板四周连接处以及下盖板和基板四周连接处，所述搅拌摩擦焊层设置在钎焊层上。

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