[发明专利]一种单元流路、换热器、液冷板

说明书

本发明公开了一种单元流路、换热器设计方法、液冷板，所述单元流路包括：两个换热器并联构成的换热器组和两个分流器；一个分流器位于所述换热器组的上游，另一个分流器倒置位于所述换热器组的下游，构成分流器—换热器组—分流器的流路拓扑结构；所述换热器具有不对称的上下游结构且在几何位置上与所要冷却的功率器件相对应。本发明具有换热效率高、功率容量大、体积紧凑、资源集约利用的特点，并可以根据功率器件的布局特点灵活调整流路，特别适合于解决高热流密度、大功率电子模块的冷却问题，并有助于解决此类电子模块的组阵应用难题。

技术领域

本发明涉及适合于小型化电子设备的热管理和结构设计，用于高热流密度功率器件的冷却技术领域，特别是一种单元流路、换热器、液冷板。

背景技术

冷板（cooling plate）是换热器（heat exchanger）的一种衍生品，用于实现固体与流体之间的热交换。目前，多回流道整体式液冷板是用于大功率电气、电子、动力设备散热的主流形式。其设计原则是针对大面积均匀热源的均温设计以及最大化利用热侧面积，可实现中等热耗散功率、中等热流密度的电子模块（或电气模块，以下为简化描述统称为电子模块）的冷却，且对电子模块的种类、数量和排列顺序不敏感，适应性较好，可称之为通用液冷板。但是，工程实践中发现，均温设计的液冷板不能针对局部高热流密度点热源强化局部换热能力，导致一些区域过换热，而另一些区域欠换热，浪费了冷却液的热容量。其设计特点和性能难以满足具有分布式点热源特点的某类电子模块的冷却要求。

某类电子模块通常包括由多个功率器件组成的电路，具有典型的分布式点热源的特点。此外，对更高性能、更高集成度和集成环境适应性的不断追逐，也使得电子模块需要更有效的冷却。因此，针对此类电子模块的冷却需求，有必要发展有别于通用液冷板设计思路的专用液冷板。专用液冷板可以针对其功率器件的布局特点强化局部换热能力，较好地解决非均匀、分布式点热源的冷却问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种单元流路、换热器、液冷板，具有换热效率高、功率容量大、体积紧凑、资源集约利用的特点，并可以根据功率器件的布局特点灵活调整流路，特别适合于解决高热流密度、大功率电子模块的冷却问题。

一方面，本发明公开了一种仅由换热器和分流器组成的单元流路，包括：两个换热器并联构成的换热器组和两个分流器；一个分流器位于所述换热器组的上游，另一个分流器倒置位于所述换热器组的下游，构成分流器—换热器组—分流器的流路拓扑结构；所述换热器由换热区、上游结构和下游结构组成，所述换热器具有不对称的上下游结构且在几何位置上与所要冷却的功率器件相对应，所述换热器的上游结构是一个具有扩展角的扩压器，所述换热器的下游结构是一个具有收缩角的喷管。

优选地，所述换热器的上游结构是一个具有较大扩展角的扩压器，扩压器的扩展角介于120°～150°之间，轮廓转折处设计圆角平滑过渡；所述换热器的下游结构是一个具有较小收缩角的喷管，喷管的收缩角介于45°～90°之间。

优选地，所述换热器的换热区呈顺流向矩形，顺流向为矩形长边，沿流动展向为矩形短边；所述换热器长度由换热区长度、扩压器长度和喷管长度3段组成，换热器宽度等于换热区短边。

优选地，两个所述分流器的结构相同，其功能均由分流器结构和冷却液的流动方向组合确定；冷却液正向流动时，分流器依靠其主路和两个支路结合点的对称结构和楔角实现动压均匀二分流；冷却液逆向流动时，分流器实现二合一汇流；在主路和两个支路结合点，分流器两个支路的夹角不超过150°；主路与支路轮廓相接处设计有圆角平滑过渡。

另一方面，本发明还公开了一种适应微通道传热的层流特性的换热器，适用于上述所述的单元流路，所述换热器具有不对称的上下游结构且在几何位置上与所要冷却的功率器件相对应，所述换热器的上游结构是一个具有扩展角的扩压器，所述换热器的下游结构是一个具有收缩角的喷管；所述换热器还包括由若干微通道和散热齿相间排列而成的换热区，换热区呈顺流向矩形，顺流向为矩形长边，沿流动展向为矩形短边，引导功率器件的热量主要沿垂直于流动平面的方向传导至散热齿，并与冷却液换热。