CN219577686U - 一种双通道逆流微通道均温冷板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及散热设备领域，具体涉及一种双通道逆流微通道均温冷板，由长条状的冷板主体、前端端头、前端封板、后端端头、后端封板组成，整体外形为模块化的完全平板结构；冷板主体由若干平行并列的微通道流道组构成，每四至八个微通道流道并列为一组；冷板主体内共有两个完全独立的并列的逆流流体介质通道，可以同时通入工作参数不同的一种或两种不同的冷却介质，两个流体通道分别依次依靠前端端头与后端端头将微通道流道组首尾串联连接，在冷板主体内形成蛇形流程。两种冷却介质在冷板内双向交错流动，提高冷板均温性，增强冷板温度的可控性，使冷板整体温度稳定，蛇形流程通道提高换热效率，完全平板结构有利于模块化安装。

Description

一种双通道逆流微通道均温冷板

技术领域

本实用新型涉及散热技术领域，具体涉及一种双通道逆流微通道均温冷板。

背景技术

随着MEMS技术的飞速发展，IGBT模块或单管朝着高频率、高集成度和大功率发展，大功率IGBT等功率器件在工作过程由于大量功率损耗引起的热量，瞬时热流密度可达5～10MW/m²，当IGBT的散热条件较差时，引起IGBT器件的节温过高或者温度分布不均匀，容易引起IGBT热失控甚至导致失效，因此，高热流密度散热已经成为大功率IGBT发展的主要“瓶颈”。微通道冷板不仅体积小，而且换热系数大、换热效率高，成为一种应用于大功率电子器件高热流密度散热的重要的冷却方式。但是微通道冷板内换热介质流动过程中温升较明显，使介质流动方向上散热能力降低，靠近冷却介质入口处的换热效率较高，而靠近冷却介质出口处的换热效率较低，使冷板温度分布均匀性差，尤其在冷板上同时布置有多个热源时，容易造成局部散热不佳，导致热源的热面温度升高，发生材料热应力变形和烧毁。

已有部分专利针对高热流密度微通道温度分布均匀性采取了一些举措：

申请号为CN202121813493.2的中国专利，公开了一种基于微通道内两相沸腾换热的散热装置，包括端盖板、微通道板底座，端盖板与微通道板底座固定连接；端盖板两侧分别设有进液口、出液口，端盖板表面位于进液口、出液口之间处设有坡状渐深凹槽；微通道板底座两侧分别设有与进液口连通的进口缓冲池以及与出液口连通的出口缓冲池，微通道板底座远离端盖板一面均匀布设有多个加热片；进口缓冲池通过并联式微通道组与出口缓冲池连通，所述坡状渐深凹槽正对并联式微通道组设置，坡状渐深凹槽深度由进液口到出液口的方向逐渐加深。该专利利用各种结构极大程度抑制了流动沸腾过程中的流动不稳定性问题，且装置加工方便，成本较低，市场推广有着很大优势。

申请号为CN201710466974.2的中国专利，公开了一种微通道冷板结构，由基底和在基底上加工的微流道网络组成，所述微流道网络由分流结构、局部微通道网路和汇流结构组合而成。该专利的“T”型分形网络可将冷却工质均匀发散至整个待散热区域，通道分布均匀性好，流阻低，温度一致性好。同时，多级分形结构使得冷却工质在分流处连续产生二次流，可不断扰动边界层，阻止其不断增厚，从而强化换热。同时可根据实际情况，通过调节各级子分支流道的结构参数，可实现冷却工质流量的重新分配，以进一步改善待散热区域的温度一致性。局部微通道网络为树状并行结构，由树状分流流道、逆向树状合流流道、局部微通道组合而成，各组微通道并行排布，通道分支多且跨段短。局部微通道网络通道截面形状均为矩形。可根据不同的散热需求，通过各组微通道长度、数目、尺度、拓扑结构的变化可得到各种不对称树状并行微通道结构，以进一步改善冷却效果。

上述两个专利主要在控制冷却介质流动的稳定性、对微通道网络的组合变化进行设计等方面进行改进，对于增强高热流密度环境下冷板温度分布均匀性的能力有限，可能还存在着换热热阻大、换热效率不高、冷板温度的可控性差、非平板结构、不易模块化安装等问题。

综上所述，目前对于解决高热流密度环境下冷板温度分布均匀性、提高换热效率、降低流体阻力、提高冷板温度的可控性、加强微电子应用领域冷板模块化散热等问题仍有很大的进步空间。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，克服现有技术的缺陷，提供一种双通道逆流微通道均温冷板。

本实用新型的技术方案是：一种双通道逆流微通道均温冷板，包含第一流体通道和第二流体通道两个流体介质通道，由长条状的冷板主体(A)、前端端头(B)、前端封板(C)、后端端头(D)、后端封板(E)组成。

作为本实用新型的一种技术方案，所述冷板主体(A)的前部与前端端头(B)连接，所述冷板主体(A)的后部与后端端头(D)连接，所述前端端头(B)与前端封板(C)连接，所述后端端头(D)与后端封板(E)连接。

作为本实用新型的一种技术方案，所述冷板主体(A)由若干并列排列的微通道流道(13)组成，各个微通道流道(13)之间通过间壁隔离，不直接连通；微通道流道13的当量直径为0.3～1mm，宽高比为1/5～1/4；微通道流道(13)分成若干组，第一流体通道和第二流体通道介质的每个流程由四至八个微通道流道(13)并列为一组构成。

作为本实用新型的一种技术方案，所述前端封板(C)与后端封板(E)上各设有安装挂件(6)，所述前端封板(C)从左至右分别设有第一流道入口(2)、第二流道出口(3)、第一流道出口(4)、第二流道入口(5)。

作为本实用新型的一种技术方案，所述前端端头(B)包括第一供液通道(71)、第二回流通道(82)、第一前端过渡支路(91)、第二前端过渡支路(92)、第一回流通道(81)与第二供液通道(72)，所述第一前端过渡支路(91)与第二前端过渡支路(92)成对交错排布。

作为本实用新型的一种技术方案，所述后端端头(D)包括第一后端过渡支路(111)与第二后端过渡支路(112)，所述第一后端过渡支路(111)与第二后端过渡支路(112)成对交错排布。

作为本实用新型的一种技术方案，所述第一流道入口(2)、第一供液通道(71)、部分微通道流道(13)、第一后端过渡支路(111)、第一前端过渡支路(91)、第一回流通道(81)与第一流道出口(4)构成第一流体通道；所述第二流道入口(5)、第二供液通道(72)、部分微通道流道(13)、第二后端过渡支路(112)、第二前端过渡支路(92)、第二回流通道(82)与第二流道出口(3)构成第二流体通道，所述第一流体通道与第二流体通道彼此独立不相连通。

作为本实用新型的一种技术方案，所述第一前端过渡支路(91)与第二前端过渡支路(92)的交错部分与冷板主体(A)连接的一侧设有隔板(12)，第一后端过渡支路(111)与第二后端过渡支路(112)的交错部分与冷板主体(A)连接的一侧设有隔板(12)，所述隔板(12)用于分隔第一流体通道与第二流体通道的微通道流道(13)。

第一流体通道内的流体介质在通过微通道流道(13)时，依次依靠第一后端过渡支路(111)与第一前端过渡支路(91)将微通道流道(13)首尾串联连接，使第一流体通道内的流体介质在冷板内形成蛇形流程；第二流体通道内的流体介质在通过微通道流道(13)时，依次依靠第二后端过渡支路(112)与第二前端过渡支路(92)将微通道流道(13)首尾串联连接，使第二流体通道内的流体介质在冷板内形成蛇形流程；第一流体通道内的流体介质的流程数量与第二流体通道内的流体介质的流程数量相同，均为偶数，流程数根据冷板的宽度尺寸设计成4～8个流程；第一流体通道与第二流体通道在冷板主体(A)内形成两个独立的逆流换热形式的冷却介质回路，提高冷板散热的均匀性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:

1、本实用新型通过对前端端头与后端端头的设计，在冷板主体内构成了两个独立的流体介质通道，一方面，实现了冷却介质在冷板内的双向交错流动，解决了在高热流密度下冷板均温性差的问题；另一方面，可以同时通入不同工作参数的相同或不同的冷却介质，增强冷板温度的可控性，使冷板整体温度稳定；2、冷板主体内第一流体通道与第二流体通道流体流程的分组并列微通道流道的设计，满足高热流密度散热的需要的同时，并且有利于减小流动压降；3、冷板主体内的微通道流道通过前端端头与后端端头串接成蛇形流程通道，换热效率比相同长度下普通直通道换热器的效率更高；4、本实用新型的冷板的整体结构为完全平板，有利于模块化安装。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板的整体结构前端轴测图；

图2是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板的整体结构后端轴测图；

图3是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板前端端头I-I剖面轴测图；

图4是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板前端端头I-I剖面图；

图5是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板后端端头II-II剖面轴测图；

图6是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板后端端头II-II剖面图；

图7是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板冷板主体III-III截面图。

附图标记说明：

A-冷板主体；B-前端端头；C-前端封板；D-后端端头；E-后端封板；2-第一流道入口；3-第二流道出口；4-第一流道出口；5：第二流道入口；6-安装挂件；71-第一供液通道；72-第二供液通道；81-第一回流通道；82-第二回流通道；91-第一前端过渡支路；92-第二前端过渡支路；111-第一后端过渡支路；112-第二后端过渡支路；12-隔板；13-微通道流道。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行说明。图1是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板的整体结构前端轴测图；图2是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板的整体结构后端轴测图；图3是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板前端端头I-I剖面轴测图；图4是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板前端端头I-I剖面图；图5是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板后端端头II-II剖面轴测图；图6是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板后端端头II-II剖面图；图7是本实用新型一种双通道逆流微通道均温冷板冷板主体III-III截面图。

如图所示，本实用新型的技术方案是：一种双通道逆流微通道均温冷板，包含第一流体通道和第二流体通道两个流体介质通道，由冷板主体(A)、前端端头(B)、前端封板(C)、后端端头(D)、后端封板(E)组成。

所述冷板主体(A)由若干并列排列的微通道流道(13)组成，各个微通道流道(13)之间通过间壁隔离，不直接连通；微通道流道(13)的当量直径为0.3～1mm，宽高比为1/5～1/4；本实施例中，微通道流道(13)分成12组，第一流体通道和第二流体通道介质的每个流程由五个微通道流道(13)并列为一组构成。

所述冷板主体(A)的形状为长条状板状，上下两侧表面进行光滑处理，减小冷板主体(A)上下表面与热源发热面的接触热阻。大功率发热模块或大功率发热器件可以通过热熔胶贴合在冷板主体(A)的两侧面上，冷板主体(A)内共有流向交叉的第一流体通道和第二流体通道，可同时供温度、流量、压力等工作参数相同或不同的一种或两种不同的冷却介质分别在流体通道内流动。

进一步的，冷板主体(A)的前部与前端端头(B)连接，所述冷板主体(A)的后部与后端端头(D)连接，连接方式为焊接；所述前端端头(B)与前端封板(C)连接，所述后端端头(D)与后端封板(E)连接，连接方式为焊接。前端封板(C)与后端封板(E)上各设有安装挂件(6)，能够快速便捷的将冷板主体(A)安装在电源柜或设备柜中。

同时的，前端封板(C)从左至右分别设有第一流道入口(2)、第二流道出口(3)、第一流道出口(4)、第二流道入口(5)。

同时的，前端端头(B)包括第一供液通道(71)、第二回流通道(82)、第一前端过渡支路(91)、第二前端过渡支路(92)、第一回流通道(81)与第二供液通道(72)，所述第一前端过渡支路(91)与第二前端过渡支路(92)交错排布。

同时的，后端端头(D)包括第一后端过渡支路(111)与第二后端过渡支路(112)，所述第一后端过渡支路(111)与第二后端过渡支路(112)交错排布。

进一步的，所述第一流道入口(2)、第一供液通道(71)、六组微通道流道(13)、第一后端过渡支路(111)、第一前端过渡支路(91)、第一回流通道(81)与第一流道出口(4)构成第一流体通道；所述第二流道入口(5)、第二供液通道(72)、六组微通道流道(13)、第二后端过渡支路(112)、第二前端过渡支路(92)、第二回流通道(82)与第二流道出口(3)构成第二流体通道。

进一步的，第一流体通道与第二流体通道不相连通。

一方面，第一流体通道包括第一流道入口(2)、第一供液通道(71)、六组微通道流道(13)、第一后端过渡支路(111)、第一前端过渡支路(91)、第一回流通道(81)、第一流道出口(4)。第一流体通道内的冷却介质通过第一流道入口(2)进入，随后流入第一供液通道(71)，进而进入一组微通道流道(13)，然后通过第一后端过渡支路(111)进入下一组微通道流道(13)，再通过第一前端过渡支路(91)的连接进入下一组微通道流道(13)，重复的，依次再通过第一后端过渡支路(111)进入下一组微通道流道(13)，最后从第六组微通道流道(13)流入第一回流通道(81)，最终从第一流道出口(4)流出；冷却介质在微通道流道(13)内流动时，带走安装在冷板主体(A)上的发热面的热量。

进一步的，第一流体通道内的流体介质在通过微通道流道(13)时，依次依靠第一后端过渡支路(111)与第一前端过渡支路(91)将微通道流道(13)首尾串联连接，使第一流体通道内的流体介质在冷板内形成蛇形6个流程；第一后端过渡支路(111)有隔板(12)防止第一流体通道与第二流体通道内的流体介质混合，相应的，第一前端过渡支路(91)有隔板(12)防止第一流体通道与第二流体通道内的流体介质混合。

另一方面，第二流体通道包括第二流道入口(5)、第二供液通道(72)、六组微通道流道(13)、第二后端过渡支路(112)、第二前端过渡支路(92)、第二回流通道(82)、第二流道出口(3)。第二流体通道内的冷却介质依次通过第二流道入口(5)进入，随后流入第二供液通道(72)，进而进入一组微通道流道(13)，然后通过第二后端过渡支路(112)进入下一组微通道流道(13)，再通过第二前端过渡支路(92)的连接进入下一组微通道流道(13)，重复的，依次再通过第二后端过渡支路(112)进入下一组微通道流道(13)，最后从第六组微通道流道(13)流入第二回流通道(82)，最终从第二流道出口(3)流出；冷却介质在微通道流道(13)内流动时，带走安装在冷板主体(A)上的发热面的热量。

进一步的，第二流体通道内的流体介质在通过微通道流道(13)时，依次依靠第二后端过渡支路(112)与第二前端过渡支路(92)将微通道流道(13)首尾串联连接，使第二流体通道内的流体介质在冷板内形成蛇形6个流程；第二后端过渡支路(112)有隔板(12)防止第二流体通道与第一流体通道的流体介质混合，相应的，第二前端过渡支路(92)有隔板(12)防止第二流体通道与第一流体通道内的流体介质混合。

进一步的，冷板主体(A)内的冷却介质可以分别通过第一流道入口(2)与第二流道入口(5)进入，并在冷板主体(A)内形成两个独立的逆流换热形式的冷却介质回路，提高冷板散热的均匀性。

所述装置的运行过程为：

冷却介质分别从第一流道入口(2)进入第一流体通道，从第二流道入口(5)进入第二流体通道。其中，通过第一流体通道的冷却介质在进入第一流道入口(2)后，随后流入第一供液通道(71)，进而进入一组微通道流道(13)，然后通过第一后端过渡支路(111)进入下一组微通道流道(13)，再通过第一前端过渡支路(91)的连接进入下一组微通道流道(13)，重复的，依次再通过第一后端过渡支路(111)进入下一组微通道流道(13)，最后从第六组微通道流道(13)流入第一回流通道(81)，最终从第一流道出口(4)流出流出带出所吸收的热量；与此同时，通过第二流体通道的冷却介质在进入第二流道入口(5)后，随后流入第二供液通道(72)，进而进入一组微通道流道(13)，然后通过第二后端过渡支路(112)进入下一组微通道流道(13)，再通过第二前端过渡支路(92)的连接进入下一组微通道流道(13)，重复的，依次再通过第二后端过渡支路(112)进入下一组微通道流道(13)，最后从第六组微通道流道(13)流入第二回流通道(82)，最终从第二流道出口(3)流出带出所吸收的热量；冷却介质在分别进入第一、第二流体通道后，冷却介质的温度将不断升高，但由于冷却介质同时进入冷板的流体通道，两个通道内的流体实现形成蛇形逆流，能有效降低冷却介质进入冷板前后的温度差，实现冷板在高热流密度环境下温度分布的均匀性，提高冷板的换热效率。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双通道逆流微通道均温冷板，其特征在于：所述的一种双通道逆流微通道均温冷板包含第一流体通道和第二流体通道两个流体介质通道，由长条状的冷板主体(A)、前端端头(B)、前端封板(C)、后端端头(D)、后端封板(E)组成；

所述的第一流体通道包括第一流道入口(2)、第一供液通道(71)、六组微通道流道(13)、第一后端过渡支路(111)、第一前端过渡支路(91)、第一回流通道(81)、第一流道出口(4)；所述的第一流体通道内的流体介质在通过微通道流道(13)时，依次依靠第一后端过渡支路(111)与第一前端过渡支路(91)将六组微通道流道(13)首尾串联连接，使第一流体通道内的流体介质在冷板内形成蛇形六个流程；

所述的第二流体通道包括第二流道入口(5)、第二供液通道(72)、六组微通道流道(13)、第二后端过渡支路(112)、第二前端过渡支路(92)、第二回流通道(82)与第二流道出口(3)；所述的第二流体通道内的流体介质在通过微通道流道(13)时，依次依靠第二后端过渡支路(112)与第二前端过渡支路(92)将六组微通道流道(13)首尾串联连接，使第二流体通道内的流体介质在冷板内形成六个蛇形流程；

所述的第一流体通道与第二流体通道不相连通，在冷板主体(A)内形成两个独立的逆流换热形式的冷却介质回路，从第一流道入口(2)和第二流道入口(5)可同时通入温度、流量、压力相同或不同的一种或两种不同的冷却介质。

2.根据权利要求1所述的一种双通道逆流微通道均温冷板，其特征在于：所述冷板主体(A)由若干微通道流道(13)组成，各个微通道流道(13)之间通过间壁隔离，不直接连通，微通道流道(13)的当量直径为0.3mm～1mm，宽高比为1/5～1/4，微通道流道(13)分成若干组，第一流体通道和第二流体通道介质的每个流程由四至八个微通道流道(13)并列为一组构成。

3.根据权利要求1所述的一种双通道逆流微通道均温冷板，其特征在于：所述的第一流道入口(2)、第一流道出口(4)、第二流道出口(3)、第二流道入口(5)都设在所述冷板的同一侧，所述前端封板(C)从左至右分别设有第一流道入口(2)、第二流道出口(3)、第一流道出口(4)、第二流道入口(5)。

4.根据权利要求1所述的一种双通道逆流微通道均温冷板，其特征在于：所述前端端头(B)包括第一供液通道(71)、第二回流通道(82)、第一前端过渡支路(91)、第二前端过渡支路(92)、第一回流通道(81)与第二供液通道(72)，所述第一前端过渡支路(91)与第二前端过渡支路(92)成对交错排布，所述第一前端过渡支路(91)与第二前端过渡支路(92)的交错部分与冷板主体(A)连接的一侧设有隔板(12)。

5.根据权利要求1所述的一种双通道逆流微通道均温冷板，其特征在于：所述后端端头(D)包括第一后端过渡支路(111)与第二后端过渡支路(112)，所述第一后端过渡支路(111)与第二后端过渡支路(112)成对交错排布，所述第一后端过渡支路(111)与第二后端过渡支路(112)的交错部分与冷板主体(A)连接的一侧设有隔板(12)。