CN219981381U - 一种多通道射流液冷板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多通道射流液冷板，包括自上而下叠置的顶盖、布液器、冲击腔三个部件，所述布液器内设置有进液流道和出液流道，所述冲击腔内开设有槽状的内腔；所述进液流道的底部分布有多个射流孔，所述射流孔为渐缩型孔，其连通进液流道和所述内腔；所述出液流道底部设置多个回液孔，所述回液孔供冷却介质从所述内腔回流至所述出液流道；所述内腔的底面均匀分布有波纹状导液槽；通过本实用新型的多通道射流液冷板，可以提高冷却表面的散热均匀性，解决液冷板应对热工耗突变时动态响应能力差的问题，提升液冷板散热热流密度。

Description

一种多通道射流液冷板

技术领域

本实用新型涉及大功率半导体器件射流冷却散热技术领域，特别涉及一种多通道射流液冷板。

背景技术

随着功率半导体、芯片、电子技术的发展，电力电子器件的热工耗急剧增大，然而电力电子器件性能受温度影响较大，为保障设备处于正常工作温度，需要为电力电子器件配置更为高效的散热冷却装置。

继续提高散热热流密度是散热冷却技术的发展方向，特别是实现在有限区域内的快速热量传递。液冷以其大比热容、高换热系数，已成为超越风冷、热管相变冷却的主流冷却方式。

现有技术中，液冷板冷却受其结构限制无法实现冷却表面的均匀散热，并且对于器件瞬时热工耗变化的动态响应能力较差，导致大功率电力器件出现热量积聚，降低器件运行效率和使用寿命。

实用新型内容

基于上述技术现状，本实用新型提供了一种多通道射流液冷板，以提高冷却表面的散热均匀性，解决液冷板应对热工耗突变时动态响应能力差的问题，提升液冷板散热热流密度。

本实用新型采用的技术方案如下：一种多通道射流液冷板，其特征在于，包括自上而下叠置的顶盖、布液器、冲击腔三个部件，所述布液器内设置有进液流道和出液流道，所述冲击腔内开设有槽状的内腔；所述进液流道的底部分布有多个射流孔，所述射流孔为渐缩型孔，其连通进液流道和所述内腔；所述出液流道底部设置多个回液孔，所述回液孔供冷却介质从所述内腔回流至所述出液流道；所述内腔的底面均匀分布有波纹状导液槽。

每个导液槽的截面均呈倒三角形，多个导液槽并排设置；导液槽的深度为H，两个相邻导液槽的槽底距离为L，导液槽槽底距离冲击腔上表面深度为S，导液槽的槽底距离冲击腔下表面厚度为t；其中1.5mm≤t≤2mm。

进一步的，所述射流孔的入口直径为D，射流孔的出口直径为d，高度为h，其中d〈D≤2d，D＝h。

进一步的，H≤0.5L，L≤d，1.5D≤S≤2D。

所述进液流道包括主进液流道和多个子进液流道，多个子进液流道并排连通所述主进液流道，且排布于与主进液流道最下游连通的子进液流道的上游的子进液流道的入口处均设置有弧形分流结构。所述弧形分流结构为一体式成型于布液器上的尖角型结构，构成尖角的两个侧面均为弧面。所述出液流道包括多个子出液流道和主出液流道，所述回液孔设置于所述子出液流道底部；多个子出液流道与多个子进液流道相互间隔排布，多个子出液流道汇流至主出液流道。与主进液流道的端部对应处的布液器侧壁上开设有进液口，与主出液流道的端部对应处的布液器侧壁上开设有出液口。

进一步的，所述回液孔为长圆孔；所述内腔底面的相邻导液槽之间的脊线垂直于所述回液孔的中心线；所述冲击腔的内腔底面尺寸等于热源散热面尺寸，所述冲击腔的内腔边界不超过所述布液器中流动有冷却工质的区域。

进一步的，所述冲击腔材料为铜或铝，使用一体成型加工工艺。

进一步的，所述顶盖和布液器材料为聚碳酸酯，使用一体成型加工工艺。

本实用新型专利包括以下优点：布液器中设置圆弧形分流结构将冷却工质均匀分配到子进液流道，射流孔与子进液通道垂直，子进液通道内的液体动能转变为压能，使各个射流孔喷射流量相近，配合井字形均匀分布的射流孔，使冷却工质在压力作用下从各个射流孔均匀喷出，相比于传统冷板，大大提升冷板散热均匀性。射流冲击在冲击腔内的导流槽表面，导流槽使冷却液体快速扩散，单方向导流槽实现腔内液体的定向运动，大幅降低冲击射流流动阻力。波纹状导流槽结构增加了冷却工质的相变成核位点使冷却工质更容易发生相变，渐缩形射流孔使喷射液体速度进一步提高，在射流冲击下，微小气泡被快速带离冷却表面，相比于传统冷板大幅提高了冷板冷却能力。相比于传统射流冷却装置，交错分布的回液孔与子进液流道，使含有大量微小气泡已经参与过换热的冷却工质快速导出，有效避免气泡继续生长造成的管路堵塞，并且可进一步提升冷板冷却性能。冲击腔内冷却工质通过对流传热和相变吸热两种主要方式带走表面热量，由于冲击腔内冷却工质流速快停滞时间短，通常情况仅有少部分液体发生相变，当热工耗突增时，冲击腔内冷却工质相变吸热量液瞬时增大，能够快速动态响应，提升了传统冷板面对热工耗突增时的动态响应速度，此外也可动态调整冷却工质进口速度，进一步提升快速响应能力。

附图说明

图1是本实用新型的多通道射流液冷板结构爆炸图；

图2是本实用新型的多通道射流液冷板的整体剖视图；

图3是本实用新型的多通道射流液冷板的冲击腔的侧剖视图；

图4是本实用新型的多通道射流液冷板的布液器的平剖视图；

图5是本实用新型的多通道射流液冷板的布液器的侧剖视图；

图中：100、顶盖，200、布液器，300、冲击腔；

210、进液口，220、出液口，230、进液流道，231、主进液流道，232、子进液流道，240、出液流道，250、浅槽，260、射流孔，270、回液孔，280、弧形分流结构；

310、导液槽，320、密封填料槽，330、内腔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型专利中的附图，对本实用新型实施例中的装置进行清楚、完整地描述，显然，所描述地实施例仅为本实用新型的部分实施例，而非全部实施例。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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1所示，是本实用新型的多通道射流液冷板结构爆炸图，一种多通道射流液冷板，包括顶盖100、布液器200和冲击腔300三个部件，安装时布液器200朝上放置即内部流道朝上射流孔朝下，顶盖100下端面与布液器200上端面连接，冲击腔300上端面与布液器下端面连接。所述三个部件连接端面上均设置有密封填料槽320，连接时在密封填料槽内填充丁晴橡胶作为密封材料，部件四角开设通孔，使用长螺栓紧固。顶盖100、布液器200和冲击腔300三者连接将内部空间封闭，冷却工质通过进液口210进入腔体，通过出液口220排出，进液口210和出液口220均开设在布液器200的侧部。

图2是本实用新型的多通道射流液冷板的整体剖视图，结合图1、图2，所述多通道射流液冷板的内部腔体空间由布液器200和冲击腔300构成，冷却工质自进液口210进入腔体后分布入进液流道230，自进液流道230经射流孔260进入所述冲击腔300的内腔330，然后自内腔330经回液孔270进入出液流道240，汇流后从出液孔220流出布液器200。

所述布液器200的结构如图4、图5所示，其中图4是本实用新型的多通道射流液冷板的布液器的平剖视图，图5是本实用新型的多通道射流液冷板的布液器的侧剖视图，所述进液流道230包括主进液流道231和多个子进液流道232，多个子进液流道232并排连通所述主进液流道231，参见图4，排布于与主进液流道231最下游连通的子进液流道232的上游的子进液流道232的入口处均设置有弧形分流结构280，所述弧形分流结构280为一体式成型于布液器200上的尖角型结构；每个子进液流道232的底部均设置有多个连通至冲击腔300的射流孔260，所述射流孔260的形状参见图5，其为截面渐缩的小孔，射流孔260的入口直径为D，出口直径为d，高度为h，其中D大于d。在具体实施例中，优选D＝2d，D＝h，而进液流道230的深度为3D。

所述出液流道240贯穿布液器200的厚度方向，在图4所示的实施例中，多个子出液流道与多个子进液流道232间隔排布，多个子出液流道汇流至出液流道240后连通出液口220，所述出液流道240与主进液流道231分别设置与布液器200的一侧部。

参见图3，是本实用新型的多通道射流液冷板的冲击腔的侧剖视图，所述冲击腔300以开槽的形式设置内腔330，所述内腔330的底面设置波纹状的导液槽310，所述导液槽310的截面呈三角形，导液槽310的深度为H，两个相邻导液槽310的槽底距离为L，导液槽310槽底距离冲击腔300上表面深度为S，及内腔330的深度最大为S，导液槽310槽底距离冲击腔300下表面厚度为t。

优选的，t为1.5mm，在保证冲击腔底部强度的同时，减小导热热阻，提高冷板动态响应能力。，

优选的，导液槽310宽度L等于射流孔出口直径d，波纹状导液槽310深度H等于0.5L，导液槽310槽底距离冲击腔300上表面深度S等于1.5倍射流孔入口直径D。导液槽310的起伏结构为冷却工质相变提供了大量成核位点，当散热面出现瞬时增大时，冷却工质能够在成核位点出快速相变吸热。

所述冷却工质从进液口210进入主进液流道231，在弧形分流结构280作用下，冷却工质均匀流入子进液流道232，使各射流孔流量均匀一致。由于子进液流道232末端封闭，大量冷却工质进入子进液流道232后减速，所述冷却工质动能转变为压能。如图2所示，冷却工质受压从射流孔260喷出，冲击在内腔330底面，冲击在底面的冷却工质向四周扩散。如图3所示，内腔330底面设置波纹状导流槽，大量冷却工质沿导液槽310流动，少量工质向垂直于导液槽310方向流动。如图2所示，相邻射流孔260喷出的冷却工质在回液孔270附近聚集，从回液孔进入出液流道240，最终由出液口220排出。

所述顶盖100、布液器200和冲击腔300连接后内部腔体如图2所示，渐缩型射流孔260将压能转变为动能，高速射流冲击在导液槽表面将冷却工质相变产生的微小气泡带离导液槽310表面，参与换热后带有大量微小气泡的冷却工质从回液孔270排出。导液槽310大幅降低了冷却工质的流动阻力，冷却工质在冲击腔300内仍保持较高的流动的速度，因而仅有少部分冷却工质发生相变。在液体的推动下，相变产生的微小气泡被快速带离冲击腔300，因而腔内不会产生大气泡造成管路或流道阻塞。

在具体实施例中，所述冷却工质由外部泵体提供动力，所述冷却工质是沸点30～70℃的氟化液，如R141b等。

在具体实施例中，所述冲击腔300材料为紫铜，使用一体成型加工工艺，波纹状导液槽310使用数控铣床加工。冲击腔300下底面与发热源散热表面接触，热源热量经过底面传到至导液槽310表面。冲击腔300底面进行平整度处理，使底面与热源表面更好贴合，提高散热均匀性。

在具体实施例中，所述顶盖100和布液器200材料为聚碳酸酯，使用一体成型加工工艺。安装时，顶盖100、布液器200和冲击腔300连接面上涂布密封胶。参见图1，其还标识了浅槽250，当然其也可以为倒角，即顶盖100下端面具有与浅槽250配合的凸起，在顶盖100扣合在布液器200上时，凸起与浅槽250卡扣配合，以增强接触面的密封性。

在具体实施例中，所述冲击腔的内腔330底面尺寸等于热源散热面尺寸，冲击腔300内部腔体边界不超过图4中布液器200外侧流道边界。

在具体实施例中，进液口210和出液口220开设在的进液流道230初始位置和出液流道240末端位置对应的布液器200侧壁面上，使进液口210仅和进液流道230连通，出液口220仅和出液流道240连通，优选的，所述起始位置处和末端位置处根据图4中箭头方向判断。

在具体实施例中，为避免热应力，回液孔270设计为长圆孔，回液孔270与子进液流道交错分布，极大缩短了冷却工质滞留时间，避免气泡过度生长，同时避免气泡和过热液体在流动交汇处聚集。

在具体实施例中，进液口210与出液口220螺纹型号为NPT 1/8。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多通道射流液冷板，其特征在于，包括自上而下叠置的顶盖、布液器、冲击腔三个部件，所述布液器内设置有进液流道和出液流道，所述冲击腔内开设有槽状的内腔；所述进液流道的底部分布有多个射流孔，所述射流孔为渐缩型孔，其连通进液流道和所述内腔；所述出液流道底部设置多个回液孔，所述回液孔供冷却介质从所述内腔回流至所述出液流道；所述内腔的底面均匀分布有波纹状导液槽。

2.根据权利要求1所述的多通道射流液冷板，其特征在于，所述射流孔的入口直径为D，射流孔的出口直径为d，高度为h，其中d〈D≤2d，D＝h。

3.根据权利要求2所述的多通道射流液冷板，其特征在于，每个导液槽的截面均呈倒三角形，多个导液槽并排设置；导液槽的深度为H，两个相邻导液槽的槽底距离为L，导液槽槽底距离冲击腔上表面深度为S，导液槽的槽底距离冲击腔下表面厚度为t；其中1.5mm≤t≤2mm。

4.根据权利要求3所述的多通道射流液冷板，其特征在于，其中H≤0.5L，L≤d，1.5D≤S≤2D。

5.根据权利要求1所述的多通道射流液冷板，其特征在于，所述进液流道包括主进液流道和多个子进液流道，多个子进液流道并排连通所述主进液流道，且排布于与主进液流道最下游连通的子进液流道的上游的子进液流道的入口处均设置有弧形分流结构。

6.根据权利要求5所述的多通道射流液冷板，其特征在于，所述出液流道包括多个子出液流道和主出液流道，所述回液孔设置于所述子出液流道底部；多个子出液流道与多个子进液流道相互间隔排布，多个子出液流道汇流至主出液流道。

7.根据权利要求6所述的多通道射流液冷板，其特征在于，所述回液孔为长圆孔；所述内腔底面的相邻导液槽之间的脊线垂直于所述回液孔的中心线。

8.根据权利要求1-7任一项所述的多通道射流液冷板，其特征在于，所述冲击腔材料为铜或铝，使用一体成型加工工艺。

9.根据权利要求1-7任一项所述的多通道射流液冷板，其特征在于，所述顶盖和布液器材料为聚碳酸酯，使用一体成型加工工艺。

10.根据权利要求1所述的多通道射流液冷板，其特征在于，所述冲击腔的内腔底面尺寸等于热源散热面尺寸，所述冲击腔的内腔边界不超过所述布液器中流动有冷却工质的区域。