液冷板及散热设备

1.本发明涉及散热装置技术领域，尤其涉及一种液冷板及散热设备。


背景技术：

2.设备元器件的温度是影响电力电子设备性能和可靠性的主要因素之一，当工作温度超过一定范围时，设备元器件的性能随结温升高而降低，失效率与其结温成指数关系，过热时甚至影响其使用寿命。同时，对于同一系统内的多个电力电子设备，如半导体激光器、igbt等而言，设备间的温度均一性会影响整个系统的稳定性及使用寿命，因此，控制整个系统的设备温差，从而提高各设备间的温度均匀性就显得尤为重要。
3.空气冷却因具有结构简单、能耗相对较低等特点而被广泛应用于电子散热，但随着电子设备发热功率的不断增大，由于空气自身性质的限制，空气冷却的散热能力有限，已无法满足大功率电力电子设备的散热需求。相比之下，液体冷却具有较高的导热率和比热容，散热能力强、响应速度快、可靠性高，能满足大功率电力电子设备的散热需求，市场应用潜力较大，已成为电子领域的主流散热形式之一。
4.为实现液体冷却的优良散热效果，对应用于激光发射器等设备中的液冷散热器的基本要求是：(1)具有较高的散热效率从而及时带走多余热量，以避免设备过热；(2)需要精确的散热设计从而控制温差，以保证设备间的温度均匀性。因此，如何同时保证液冷系统的绝对散热能力及电子设备的温差在合理可控的范围内是目前液冷散热器的一大研究重点。
5.目前，在实际应用中，考虑到加工工艺及成本，液冷散热器常见的流道主要为串联蛇形通道、并联的冷热交叉通道和u型通道等。然而，现有的液冷散热器的流道形式不利于控制系统内各设备间的温差。
6.因此，如何将同一系统内各设备间的温差控制在较小范围，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种液冷板，在满足设备结温要求的同时，能够控制各设备间的温差在较小的范围，保证系统温度均匀性。本发明的另一个目的在于提供一种包括上述液冷板的散热设备。
8.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
9.一种液冷板，包括进口和出口以及连通所述进口和所述出口的换热流道，所述换热流道包括多个依次连通的通道单元，在沿所述换热流道的液流方向上，至少两个所述通道单元的通流截面面积依次减小。
10.优选地，在沿所述换热流道的液流方向上的第二个至最后一个通道单元中，任意一个所述通道单元的通流截面面积小于等于上游相邻的所述通道单元的通流截面面积。
11.优选地，每个所述通道单元包括一个子通道或多个并联布置的子通道。
12.优选地，各个所述子通道的通流截面面积相等，在沿所述换热流道的液流方向上，
至少两个所述通道单元的所述子通道的数量依次减小。
13.优选地，在沿所述换热流道的液流方向上的第二个至最后一个通道单元中，任意一个所述通道单元的所述子通道的个数小于等于上游相邻的所述通道单元的所述子通道的个数。
14.优选地，同一所述通道单元内的相邻所述子通道之间布置有分隔部。
15.优选地，所述子通道内设有若干换热翅片。
16.优选地，在沿所述换热流道的液流方向上，至少两个所述通道单元内的所述换热翅片的密度依次增大。
17.优选地，在沿所述换热流道的液流方向上的第二个至最后一个通道单元中，任意一个所述通道单元内的所述换热翅片的密度大于等于上游相邻的所述通道单元内的所述换热翅片的密度。
18.优选地，至少一个所述通道单元设有进口分流通道和出口汇流通道，所述进口分流通道与所述子通道的入口连通，所述出口汇流通道与所述子通道的出口连通。
19.优选地，所述进口分流通道连通有多个所述子通道，多个所述子通道在沿远离所述进口分流通道的进口的方向上依次排布，且多个所述子通道的进口处对应的所述进口分流通道的通流截面面积在沿多个所述子通道的排布方向上依次减小。
20.优选地，所述进口分流通道的背离所述子通道的进口一侧的壁面在沿多个所述子通道的排布方向上逐渐向所述子通道的进口一侧靠近。
21.优选地，所述进口分流通道的纵截面呈梯形或三角形。
22.优选地，所述出口汇流通道的通流截面面积在沿液流方向上保持一致。
23.本发明提供的液冷板，包括进口和出口以及连通所述进口和所述出口的换热流道，所述换热流道包括多个依次连通的通道单元，在沿所述换热流道的液流方向上，至少两个所述通道单元的通流截面面积依次减小。使用时，由于从进口到出口的冷却液的温度逐渐升高，而本方案中在沿液流方向上设计有通流截面面积依次减小的至少两个通道单元，因此，在沿液流方向上，这些通道单元中单位通流截面的冷却液的流量依次增大，从而使得这些通道单元的换热能力趋于一致，改善了整个液冷散热器的温度均匀性。本发明在满足设备结温要求的同时，能够控制各设备间的温差在较小的范围，保证系统温度均匀性。
24.本发明还提供了一种包括上述液冷板的散热设备，该散热设备产生的有益效果的推导过程与上述液冷板带来的有益效果的推导过程类似，故本文不再赘述。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明具体实施例中的液冷板的使用状态示意图；
27.图2为本发明具体实施例中的液冷板的底板结构示意图；
28.图3为本发明具体实施例中的液冷板的底板结构俯视图。
29.图1至图3中的各项附图标记的含义如下：
30.1-发热设备、2-上盖板、3-进口、4-出口、5-底板、6-换热翅片、7-分隔部、8-通道单元、9-进口分流通道、10-出口汇流通道、11-子通道。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.请参照图1至图3，图1为本发明具体实施例中的液冷板的使用状态示意图；图2为本发明具体实施例中的液冷板的底板结构示意图；图3为本发明具体实施例中的液冷板的底板结构俯视图。
33.本发明提供了一种液冷板，包括进口3和出口4以及连通进口3和出口4的换热流道，换热流道包括多个依次连通的通道单元8，在沿换热流道的液流方向上，至少两个通道单元8的通流截面面积依次减小。需要说明的是，如图1所示，本发明中的液冷板具体包括上盖板2和底板5，换热流道可以由上盖板2和/或底板5上加工的沟槽组成，优选的，本方案在底板5上加工出换热流道，再用上盖板2密封覆盖于底板5上，形成液冷板。
34.使用时，将各个发热设备1与液冷板表面接触布置，由于从进口3到出口4的冷却液的温度逐渐升高，而本方案中在沿液流方向上设计有通流截面面积依次减小的至少两个通道单元8，因此，在沿液流方向上，这些通道单元8中单位通流截面的冷却液的流量依次增大，从而使得这些通道单元8的换热能力趋于一致，改善了整个液冷散热器的温度均匀性。本发明在满足设备结温要求的同时，能够控制各发热设备1间的温差在较小的范围，保证系统温度均匀性。
35.优选地，在沿换热流道的液流方向上的第二个至最后一个通道单元8中，任意一个通道单元8的通流截面面积小于等于上游相邻的通道单元8的通流截面面积。如此设置，使得整个液冷板上的各个通道单元8的通流截面面积在沿液流方向上按预设规律逐渐减小，从而使得液冷板上的各个发热设备1间的温差进一步减小。
36.优选地，每个通道单元8包括一个子通道11或多个并联布置的子通道11。如此设置，冷却液在流经通道单元8的时候，各个子通道11可以对冷却液进一步引导、分配。
37.需要说明的是，上述每个通道单元8中的各个子通道11或者不同通道单元8的各个子通道11可以设计为通流截面面积相等的结构，也可以设计为通流截面面积不等的结构。在一种优选方案中，各个子通道11的通流截面面积相等，在沿换热流道的液流方向上，至少两个通道单元8的子通道11的数量依次减小。具体的，本方案通过设计具有不同个数子通道11的通道单元8，来实现不同通道单元8的通流截面面积的差异设计。
38.进一步优选地，在沿换热流道的液流方向上的第二个至最后一个通道单元8中，任意一个通道单元8的子通道11的个数小于等于上游相邻的通道单元8的子通道11的个数。如此设置，使得整个液冷板上的各个通道单元8的通流截面面积在沿液流方向上按预设规律逐渐减小，从而使得液冷板上的各个发热设备1间的温差进一步减小。
39.优选地，同一通道单元8内的相邻的子通道11之间布置有分隔部7。具体的，分隔部7可以设计为隔板结构或分隔块结构等等。本发明中的各个子通道11的长度可以相等或不
等，子通道11的整体可以设计为沿直线方向或曲线方向延伸布置。
40.进一步优选地，子通道11内设有若干换热翅片6。具体的，换热翅片6沿液流方向延伸布置，各个换热翅片6之间的间隙形成换热间隙，由此可以进一步增大各子通道11内的换热面积，从而进一步提高整个液冷板的换热能力。
41.优选地，在沿换热流道的液流方向上，至少两个通道单元8内的换热翅片6的密度依次增大。其中，换热翅片6的密度是指通道单元8内的单位通流截面内的换热翅片6的数量。由于冷却液在上游的若干通道单元8内进行换热之后，温度会逐渐升高，为了保证下游的通道单元8内也能具有足够的换热能力，本方案在沿换热流道的液流方向上，增大了下游的通道单元8内的换热翅片密度，从而增强下游通道单元8的换热系数，提高散热能力，提高了整个液冷板的温度均匀性。
42.优选地，在沿换热流道的液流方向上的第二个至最后一个通道单元8中，任意一个通道单元8内的换热翅片6的密度大于等于上游相邻的通道单元8内的换热翅片6的密度。如此设置，使得整个液冷板上的各个通道单元8的换热翅片6的密度在沿液流方向上按预设规律逐渐增大，从而进一步提高了整个液冷板的温度均匀性，使得液冷板上的各个发热设备1间的温差进一步减小。
43.优选地，至少一个通道单元8设有进口分流通道9和出口汇流通道10，进口分流通道9与子通道11的入口连通，出口汇流通道10与子通道11的出口连通。具体的，对于布置有多个并联的子通道11的通道单元8，或者仅布置有一个子通道11的通道单元8且子通道11的进口和出口尺寸较大的情况，冷却液在由上游的通道单元8流入到该通道单元8时可以借助进口分流通道9分配进入到各个子通道11内或进入单个子通道11的各个位置，相应地，冷却液在流经该通道单元8之后可以借助出口汇流通道10进行汇聚，便于流入下一个相邻的通道单元8中。
44.优选地，进口分流通道9连通有多个子通道11，多个子通道11在沿远离进口分流通道9的进口的方向上依次排布，且多个子通道11的进口处对应的进口分流通道9的通流截面面积在沿多个子通道11的排布方向上依次减小。如此设置，可以利用通流截面逐渐减小的进口分流通道9使冷却液同时进入各个子通道11，同时保证各个子通道11内的流量一致，实现均匀分流，有效控制并联的各个子通道11对应的设备温差。
45.优选地，进口分流通道9的背离子通道11的进口一侧的壁面在沿多个子通道11的排布方向上逐渐向子通道11的进口一侧靠近。具体的，本方案可以将各个子通道11的进口平齐布置，并将进口分流通道9的背离子通道11的进口一侧的壁面设计为在沿多个子通道11的排布方向上逐渐向靠近子通道11的进口一侧倾斜；本方案还可以将进口分流通道9的背离子通道11的进口一侧的壁面设计为与液冷板侧边平行的直边壁面，同时将各个子通道11的进口设计为在沿多个子通道11的排布方向上逐渐向靠近上述直边壁面的方向倾斜。本方案通过上述结构设计可以使得进口分流通道9的通流截面宽度在沿多个子通道11的排布方向上逐渐缩小，进而实现对多个子通道11均匀分配冷却液的目的。
46.优选地，进口分流通道9的纵截面呈梯形或三角形，如图2和图3所示。当然，本发明还可以将进口分流通道9的背离子通道11的进口一侧的壁面设计为弧面结构，这样，就可以使进口分流通道9的纵截面呈弓形或其他不规则形状，本文不再赘述。
47.需要说明的是，本发明还可以将进口分流通道9设计为其他结构形状，例如，如图2
和图3所示，液冷板上设计的换热流道包括上下两行流道部分，液冷板最右侧的两个通道单元8连通结构为两行流道部分的相接处，由于位于下侧一行的右端通道单元8的入口与位于上侧一行右端通道单元8的出口正对布置，因此，冷却液在这两个通道单元8之间的流动无阻隔，无需分流通道分流来平衡流入各个子通道11的流量，因此，位于下侧一行右端的通道单元8的进口分流通道9没有设计成如上所述的梯形或三角形结构。
48.优选地，出口汇流通道10的通流截面面积在沿液流方向上保持一致。具体的，出口汇流通道10可以设计成纵截面为矩形的通道结构，即，出口汇流通道10的背离子通道11的出口一侧的壁面与各个子通道11的出口之间的距离保持一致，如图3所示。
49.需要说明的是，本发明提供的液冷板可以根据发热设备的数量以及冷却液的流量大小来设计进出口的位置，例如，进口3和出口4均位于液冷板的同一侧(如图1所示)，或者，进口3和出口4分别位于液冷板的相邻两侧，或者，进口3和出口4分别位于液冷板的相对两侧。
50.本发明还提供了一种包括上述液冷板的散热设备，该散热设备产生的有益效果的推导过程与上述液冷板带来的有益效果的推导过程类似，故本文不再赘述。
51.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。