CN220629874U - 一种分叉流道液冷板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分叉流道液冷板，液冷板包括冷却基板和密封盖，冷却基板和密封盖对应贴合密封连接；冷却基板内设置有流道结构；流道结构包括主流道和若干与主流道连接的分支流道；主流道连通进液口和出液口，若干分支流道设置在主流道两侧间隔分布，并向冷却基板边缘延伸；同一侧相邻的分支流道之间互相连通。与现有技术相比，本实用新型通过将主流道中的冷却液依次流入枝状分布的各个分支流道中，渐缩结构的支干流道使冷却液均匀的分布到液冷板各个区域，同时通过在分支流道之间设置较窄的连通流道，使冷却液通过连通流道加速，增强扰流并提升换热效率，弥补冷却液在之前换热温度升高导致的换热性能下降，使换热更均匀。

Description

一种分叉流道液冷板

技术领域

本实用新型涉及液冷板领域，更具体地，涉及一种分叉流道液冷板。

背景技术

随着芯片集成度的提升以及数据中心单机柜功率密度的增加，以精密空调为主的机柜级别的风冷散热方案已无法满足其散热需求。针对服务器内部芯片级的散热解决方案对减小机柜局部热点，提升数据中心的运行可靠性至关重要。液冷技术是解决芯片级高热流密度散热的有效手段。

现有的数据中心芯片级液冷技术主要包括单相浸没式液冷和单相液冷板技术和热管技术。单相浸没式液冷是将一个或多个服务器整个泡在浸没池中，池内充满绝缘冷却液，由冷却液与发热芯片表面直接接触带走热量。该方案由于冷却液与电子元件直接接触，对冷却液的绝缘性、热稳定性、与电子元器件的兼容性具有极高的要求。此外，浸没式液冷需要专门定制的服务器和机柜结构，并由于机柜内部填充大量液体工质，对土建的承重要求也极高，故而该方案不适用于大型数据中心的改造。

而单相冷板式液冷采用换热冷板与芯片表面接触，再以外部循环泵驱动冷却液在冷板内部流动，通过强制对流换热带走芯片产生的热量。该方案装置简单，换热效率也远高于传统的风冷技术，并且改造成本低，十分适用于新建数据中心项目及老旧数据中心改造项目。然而，现有的液冷板普遍存在流动压降大、换热效率低、表面均温性差的问题。影响液冷板工作性能的核心在于内部流道的结构，过于单一的流道结构设计会导致液体在内部流动扰流较少，导致整体的换热效率较低。过于复杂的流道结构设计则会导致液体的流动阻力大幅增加，泵功耗提升。而对液体分布区域的忽视则极易造成液冷板表面温度一致性差。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种分叉流道液冷板，用于提供一种散热更均匀的液冷板。

本实用新型采取的技术方案是：

本实用新型提供一种分叉流道液冷板，所述液冷板包括冷却基板和密封盖，所述冷却基板和密封盖对应贴合密封连接，所述冷却基板用于与芯片表面贴合进行换热；

所述冷却基板边缘设置有进液口和出液口，所述冷却基板内设置有流道结构；

所述流道结构包括主流道和若干与主流道连接的分支流道；

所述主流道连通进液口和出液口，若干所述分支流道设置在主流道两侧间隔分布，并向冷却基板边缘延伸；同一侧相邻的所述分支流道之间互相连通。

本实用新型是用于贴合在芯片表面来对芯片进行换热的，冷却液能够通过进液口进入液冷板，通过设置在液冷板中的流道，从出液口流出完成循环，带走热量；在具体的流道中设置了主流道和分支流道，冷却液能够在主流道进行分流，进入到各个分支流道中，同时在分支流道之间能够互相连通，使冷却液能够从一级分支流道流到下一级分支流道，使冷却液能够通过主流道和分支流道均匀的分布到液冷板的各个区域，使得可以对与冷却基板贴合的芯片各个区域进行散热，进而达到均匀换热的效果。

进一步的，所述主流道的宽度沿进液口至出液口方向逐渐减小；

和/或，所述分支流道的宽度由所述连接口开始逐渐减小；

和/或，所述主流道同一侧的各个分支流道从进液口至出液口的方向流通截面逐渐减小。

冷却液从进液口到出液口的方向流通时，通常冷却液在前面部分温度较低，经过换热后温度逐渐升高，随着冷却液温度的逐渐升高，冷却液的冷却性能也会逐渐下降，本实用新型将主流道和分支流道的宽度逐渐减小，使冷却液在其上流动时，在前面部分可以保持相对较慢的流速，充分进行换热，而越往主流道、分支流道的后面部分以及越往后的分支流道流动时，冷却液能够不断加速，弥补冷却液因为换热流入后面部分的温度升高导致的换热性能下降，进而使换热更均匀。

进一步的，所述主流道中设置有扰流柱。扰流柱的设置也能够加强冷却液的扰流效果，使湍流更剧烈，强化液冷板的换热能力。

进一步的，所述扰流柱设置为圆柱形，其设置的位置与所述主流道和分支流道的连接处对应。

优选的，扰流柱的设置数量与一侧的分支流道的数量匹配；圆柱形的扰流柱，能够在具有很好的扰流效果的同时，也能够对冷却液进行分液，将其设置与分支流道的连接口位置对应，能够更好的使冷却液分液进入分支流道，提高分支流道的换热能力。

进一步的，所述分支流道设置在冷却基板左右两侧的数量相等，且同一侧的分支流道之间的间距相同。使冷却基板左右两侧的换热效率以及同一侧的各个分支流道的换热效率相同，避免局部过热的情况。

进一步的，若干所述分支流道非对称的设置在主流道两侧。非对称的设置能够保证进入各个分支流道的冷却液的量充足。

进一步的，所述分支流道的设置形状为包括底边、中长边和长边的三角形；

所述底边为所述主流道和分支流道的连接处的截面，所述长边的长度大于中长边；主流道同一侧的所述分支流道的中长边互相平行。设置为三角形，使流道由宽至窄，提高流道末端的冷却液的流速，使换热更均匀，同时也减少流道的弯折，使冷却液的流动更平滑，流动过程产生的阻力损失。

进一步的，所有所述分支流道的长边和中长边的交点至所述冷却基板边缘的距离相等。

进一步的，所述分支流道之间的区域设置为分隔区，每个所述分隔区均匀设置有若干宽度相同的连通流道，所述连通流道用于连通相邻的两个所述分支流道。

连通流道均匀的设置在分隔区上，使分支流道中的冷却液能够均匀的流入到下一级的分支流道中，进一步的使换热更均匀。

进一步的，同一侧相邻两个所述分隔区上的连通流道错开设置。连通流道的错开设置，能够防止冷却液从连接出口流出后进入到连接入口，使冷却液能够与该级中的冷却液产生扰流，提高换热效果。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型通过在液冷板中的冷却基板中设置主流道、分支流道和连通流道，以主流道为主流道，分支流道非对称的均匀分布在主流道两侧，形成多级分支流道，各级分支流道能够通过设置在分隔区上的连通流道互相连通，当冷却液通过进液口进入主流道，冷却液在主流道中流动的过程中，经过扰流柱的扰流作用，在扰流柱处形成湍流，使冷却液在主流道处的换热更充分；

2.本实用新型通过扰流柱还能将冷却液合理的分流至两侧的分支流道中，冷却液在分支流道中由于其宽度逐渐减小的结构，冷却液随着分支流道宽度的减小而加速，通过使分支流道末端的冷却液加速，来弥补分支流道末端冷却性能的下降，进而使换热更均匀，进一步提高了换热效果；

3.本实用新型通过设置在分隔区的连通流道，使分支流道中的冷却液能够流道下一级的分支流道中，由于连通流道的宽度较窄，流经连通流道的冷却液能够加速，并且均匀分配在分隔区上能配合分支流道的形状结构对冷却液进行加速，弥补分支流道各个区域的换热性能；并且从连通流道的出口流出的加速的冷却液能够对下一级分支流道中的冷却液进行扰流，同时连通流道的交错设置能够进一步的强化扰流效果，进而使换热更均匀；

4.通过主流道的不断收窄，与分支流道的形状分布，越靠近出液口，主流道和分支流道的流通空间逐渐减小，也能够加速冷却液的流动，从而弥补经过换热的冷却液的温度升高而导致的冷却性能的下降，进一步的使换热更均匀。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图。

图2为本实用新型的冷却基板的剖面结构图。

图3为本实用新型的冷却基板的剖面俯视图。

图4为本实用新型的分支流道的放大图。

附图说明：冷却基板100，进液口110，进液管头111，出液口120，出液管头121，主流道130，扰流柱131，分支流道140，底边141，中长边142，长边143，连通流道150，密封盖200。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种枝状分叉流道液冷板，所述液冷板包括冷却基板100和密封板200，冷却基板100和密封板200形状匹配，一种优选的实施方式中，冷却基板100和密封板200的平面形状设置为正方形，在实际应用中，冷却基板100和密封板200可以设置为正方形、普通四边形等其他形状，具体会根据需要换热的芯片的形状尺寸来设置。所述冷却基板100和密封板200对应贴合密封连接，所述冷却基板100与芯片表面贴合，通过冷却基板100与芯片表面的贴合，使液冷板能够对芯片进行降温，为了能够更好的贴合芯片，冷却基板100的尺寸设置与芯片相匹配，在本实施例中，正方形冷却基板100的尺寸可以设置为60*60mm，密封板200的尺寸与冷却基板100的尺寸相同。

在冷却基板100的内部设置有流道结构，并且所述冷却基板100边缘设置有进液口110和出液口120，为了使冷却液在冷却基板100内流经的区域较大，通常进液口110和出液口120设置在冷却基板100边缘中距离最远的两个点位。具体实现时，在冷却基板100边缘设置进液口110和出液口120的位置开口，所述开口与冷却基板100内部的流道结构连通，使冷却液能够通过进液口110流入流道结构再从出液口120流出，使冷却液在流道结构中流动，带走液冷板吸收的芯片的热量。并且在进液口110和出液口120的开口处向外设置进液管头111和出液管头121，使液冷板易于与外部的管路进行连接，所述进液管头111和出液管头121可以位置为宝塔形结构，便于连接。

如图3所示，当冷却基板100为正方形时，在冷却基板100的正方形相对的两端设置有进液口110和出液口120，具体的，以图3的具体设置为基准，进液口110设置在冷却基板100的下端，出液口120设置在冷却基板100的上端，通过将上下两端的顶角的部分削平，并在削平的剖面中心处开口，与冷却基板100内部的流道结构连通，使冷却液能够通过进液口110流入流道结构再从出液口120流出，使冷却液在流道结构中流动，带走液冷板吸收的芯片的热量，并且在进液口110和出液口120的开口处向外设置有进液管头111和出液管头121，使液冷板易于与外部的管路进行连接；在本实施例中，与60*60mm正方形冷却基板100相匹配的，进液管头111和出液管头121的外径均设置为4mm，内径均设置为3mm。

进一步的，流道结构包括主流道130、若干分支流道140和若干连通流道150，其中，主流道130连通进液口110和出液口120；在设置时使主流道130宽度沿进液口至出液口方向，或沿冷却液流动的方向逐渐减小。

当所述冷却基板100为正方形时，主流道130的平面形状可以设置为梯形结构，且结构对称，主流道130设置在冷却基板100的进液口110和出液口120所在顶角的对角线上，且主流道130的中轴线与该对角线重合，主流道130的梯形结构的宽的一端与冷却基板100下端的进液口110连接，窄的一端与冷却基板100上端的出液口120连接，使冷却液在主流道130中流动时，由于主流道130逐渐变窄，冷却液的流速逐渐加速；冷却液在主流道130的中部吸收热量后，温度会升高，使冷却液在主流道130后部的换热效率降低，而冷却液的流速的增加，能够提高带走热量的速率，进而提高换热效率，弥补了冷却液的升温而导致的冷却性能下降，进而可以确保冷却基板100各个区域均匀换热。在一种优选的实施方式中，与60*60mm正方形冷却基板100相匹配，主流道130宽的一端的宽度可以设置为5mm，窄的一端的宽度可以设置为1mm，进而可以获得均匀性很好的换热效果。

若干条分支流道140非对称的间隔分布在主流道130的两侧，并且向冷却基板100的边缘延伸；设置在主流道130左右两侧的分支流道140的数量相等，并且相邻的分支流道130之间的间距相同；同一侧的相邻两条分支流道140之间通过连通流道150连通；并且，分支流道140在设置时，使分支流道140的宽度从连通主流道130的一端开始逐渐减小，或/和在主流道130同一侧的各个分支流道140从进液口至出液口的方向流通截面逐渐减小；具体的，如图4所示，每条分支流道140的平面形状可以设置为三角形结构，三角形结构包括底边、中长边142和长边143，长边143的长度大于中长边142的长度，分支流道140的底边设置在主流道130的侧边上，将底边设置为主流道130与分支流道140的连接口，主流道130的冷却液通过连接口流入分支流道140，中长边142和长边143以底边为底，向冷却基板100的边缘延伸，长边143的长度大于中长边142的长度，长边和中长边的交点至所述冷却基板边缘的距离相等。

当冷却基板100为正方形时，如图3所示，中长边142设置为与冷却基板100进液口110两侧的边平行，则分支流道140的中长边142和长边143的交点与冷却基板100出液口120两侧的边的最短垂直距离相等；主流道同一侧的所述分支流道的中长边互相平行。

在一种优选的实施方式中，与60*60mm的冷却基板100相匹配，分支流道140可以设置28条，其中14条依次设置在主流道130的梯形结构的左侧边上，另外14条设置在主流道130的梯形结构的右侧边上，且同一侧相邻两条分支流道140之间的间距相同，均设置为1.8mm；将右侧分支流道140中最靠近进液口110的分支流道140设置为第一分支流道，将左侧分支流道中最靠近进液口110的分支流道140设置为第二分支流道，第一分支流道和第二分支流道的连接口宽度设置为其他分支流道140连接口宽度的3/2，即对应的三角形结构的底边边长，在本实施例中，其他分支流道140的连接口宽度设置为3.6mm，第一分支流道140和第二分支流道140的连接口宽度设置为5.4mm；进一步的，左右两侧的分支流道140沿主流道130的两侧边的方向错开设置2.5mm设置，具体表现为，第一分支流道140沿主流道130右侧边至其宽边的距离比第二分支流道140沿主流道130左侧边至其宽边的距离小，该距离差设置为2.5mm；而分支流道140的中长边142和长边143的交点与冷却基板100出液口120两侧的边的最短垂直距离设置为2mm。

在主流道130中还设置有圆柱形的扰流柱131，扰流柱131的两个底面分别设置在冷却基板100和密封板200上；在密封板200贴合在冷却基板100上时能与扰流柱131的对应的面贴合，优选的，扰流柱131与冷却基板100一体成形，另一端与密封板200通过焊接相连；优选的，扰流柱131的设置数量与任一侧分支流道140的数量对应，则在本实施例中设置为14个，每一个扰流柱131与一侧的连接口对应；扰流柱131的底面的圆心设置在主流道130的中轴线上，即对应的对角线上；在本实施例中，由于更靠近进液口110的第一分支流道140设置在右侧，则扰流柱131的设置位置与右侧的分支流道140的连接口对应，具体为，扰流柱131的圆心设置在连接口的中垂线与主流道130的中轴线的交点上；为了能够实现更好的扰流效果，同时不会影响主流道130的冷却液的流通，每一个扰流柱131的直径与其对应位置的主流道130的宽度相关，设置为其对应位置的主流道130的宽度的3/4。

在同一侧的分支流道140之间设置有若干连通流道150，如图3和图4所示，将同一侧的分支流道140之间的区域设置为分隔区，连通流道150均匀的分布在分隔区上，具体为，连通流道与其连通的两条分支流道形成对应的连接入口和连接出口，连接入口和连接出口分别均匀的分布在对应的分支流道上；对应三角形的分支流道为：一条连通流道150的一端连接一条分支流道140的中长边142，另一端连接相邻的分支流道140的长边143，使两个相邻的分支流道140连通；同一分隔区的连通流道150之间的间距相同；同一侧的相邻的两个连通流道150的设置错开，使冷却液从连通流道150流出后不会直接进入下一个连通流道150，能够在分支流道140中形成一定的扰流，提高换热的效果；每条连通流道150的宽度固定，在一种优选的实施方式中，与60*60mm的冷却基板100相匹配，连通流道的宽度设置为1mm，将连通流道的宽度设置较窄，使冷却液在经过连通流道时加速，弥补冷却液在前面的分支流道中换热后的温度升高导致的冷却性能下降，进而使换热更均匀。

通过本实施例上述的具体设置，形成了多级的冷却，每个分支流道140为一个层级，冷却液通过进液口110进入到主流道130中，冷却液在主流道130流动的过程中，受到各个扰流柱131的影响，在主流道130的各个部分形成扰流，来增强主流道130的换热效果，同时如图3所示，由于扰流柱131的设置位置和尺寸的影响，除了产生扰流效果以外，还会将冷却液分流至与其对应连接口的分支流道140中，使冷却液能够通过各个分支流道140分散至液冷板的各个位置，使液冷板的换热更均匀；冷却液进入分支流道140后，冷却液随着流动不断地进行换热，同时温度也会不断升高，会导致冷却液的换热效率不断降低，而本实施例的三角形的分支流道140，随着冷却液的流动，流道逐渐变窄，冷却液流速增加，通过增加流速的方式来提高换热的速率，进而提高换热的效率，使分支流道140的各个部分的换热均匀；并且将中长边142设置与冷却基板100的一边平行，能够使冷却液更平缓的流入到分支流道140中；在分支流道140中流动的冷却液能够通过连通流道150流入到下一级的分支流道140中，由于连通流道150设置得较窄，能够使冷却液进一步的加速，提高换热效率；冷却液从连通流道150流出后，由于连通流道150的错位设置，使冷却液不会直接进入下一级的分支流道140，而是与该级分支流道140中的冷却液产生扰流，增强冷却液的换热效果，由于连通流道150的均匀设置，进一步的使分支流道140的各个部分换热更均匀；另外，由于对角设置，主流道130的宽度逐渐变窄，分支流道140的长度也不断变短，使冷却液的流动空间不断被压缩，也使得冷却液的流速不断加快，带走更多的热量，进而使换热更均匀。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，如左右两侧的分支流道140的翻转设置等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分叉流道液冷板，其特征在于，所述液冷板包括冷却基板和密封盖，所述冷却基板和密封盖对应贴合密封连接，所述冷却基板用于与芯片表面贴合进行换热；

所述冷却基板边缘设置有进液口和出液口，所述冷却基板内设置有流道结构；

所述流道结构包括主流道和若干与主流道连接的分支流道；

所述主流道连通进液口和出液口，若干所述分支流道设置在主流道两侧间隔分布，并向冷却基板边缘延伸；同一侧相邻的所述分支流道之间互相连通。

2.根据权利要求1所述的一种分叉流道液冷板，其特征在于，所述主流道的宽度沿进液口至出液口方向逐渐减小；

和/或，所述分支流道的宽度由与所述主流道连接的连接口开始逐渐减小；

和/或，所述主流道同一侧的各个分支流道从进液口至出液口的方向流通截面逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的一种分叉流道液冷板，其特征在于，所述主流道中设置有扰流柱。

4.根据权利要求3所述的一种分叉流道液冷板，其特征在于，所述扰流柱设置为圆柱形，其设置的位置与所述主流道和分支流道的连接处对应。

5.根据权利要求2所述的一种分叉流道液冷板，其特征在于，所述分支流道设置在冷却基板左右两侧的数量相等，且同一侧的两个所述连接口之间的间距相同。

6.根据权利要求5所述的一种分叉流道液冷板，其特征在于，所述分支流道非对称的设置在主流道两侧。

7.根据权利要求2所述的一种分叉流道液冷板，其特征在于，所述分支流道的设置形状为三角形，包括底边、中长边和长边；

所述底边为所述连接口，所述长边的长度大于中长边；同一侧的所述分支流道的中长边互相平行。

8.根据权利要求7所述的一种分叉流道液冷板，其特征在于，所有所述分支流道的长边和中长边的交点至所述冷却基板边缘的距离相等。

9.根据权利要求1-6任一项所述的一种分叉流道液冷板，其特征在于，所述分支流道之间的区域设置为分隔区，每个所述分隔区均匀设置有若干宽度相同的连通流道，所述连通流道用于连通相邻的两个所述分支流道。

10.根据权利要求9所述的一种分叉流道液冷板，其特征在于，同一侧相邻两个所述分隔区上的连通流道错开设置。