[0001] 本申请涉及冷板技术领域，特别涉及一种微通道冷板。

[0002] 冷板式液冷散热技术作为液冷散热技术的一种，其具有散热效率高、稳定性和可靠性好、紧凑轻便、节能等优点，同时，电子器件不会与冷却液产生直接接触，目前冷板式液冷散热技术的技术成熟度较高，特别是将其与微通道强化换热技术结合后，散热性能得到进一步提高，因此在军用雷达、高密度数据中心、高性能电脑、动力电池、高功率LED等散热领域均有应用，是解决大功率高热流散热、提升能效、降低制冷运行成本、提高稳定性与可靠性的有效应用方案。

[0003] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下技术问题：

[0004] 目前，随着电子器件的热流密度逐步增大，且部分电子器件中存在热量集中于器件中心位置的问题，现有的冷板式液冷散热装置在对存在上述问题的电子器件进行散热时，因散热装置与电子器件覆盖安装且散热装置的工质入口设置在靠近其边缘处，因此无法针对热量集中的地方进行有效散热，散热效果不佳，从而会影响整个器件的稳定性及使用寿命。

[0035] 在详细描述实施例之前，应该理解的是，本申请不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本申请可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描“一个某元件”时，本申请并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

[0036] 对上述背景技术中的指出的现有技术中存在的问题，本申请的微通道冷板，冷板中流体从中间进两侧出，汇集于中间流出。因为热源热集中的原因，一般热源中间位置容易出现高温，中间进的设计，使得最冷的流体优先冷却最热的热源位置即中间热源处，从而有利于降低电子器件的结温。此外，中间进的设计相比于单侧进单侧出的设计，使得流体的有效流程变短，有利于降低冷板表面温差，提高温度均匀性。

[0037] 请参阅图1，微通道冷板100包括流体入口110、流体出口120及冷板本体130，流体入口110和流体出口120连接于冷板本体130顶面(冷板盖板侧)，冷板本体130的底面(冷板基板侧)为与高热流密度的电子器件的接触面。微通道冷板100中，流体从冷板30的顶部进入冷板30后再从冷板30顶部的流体出口120流出，流体上进上出，具有一定的分流效果。

[0038] 请结合参阅图2，冷板本体130包括冷板盖板131及冷板基板132，冷板盖板131的底部具有开口，冷板基板132嵌入到冷板盖板131底部的开口中，通过装配面与冷板盖板131连接与定位，冷板盖板131的底面与冷板基板132的底面平齐。热源布置在冷板本体130的底部，即冷板基板132的底部。流体入口110和流体出口120位于冷板盖板131顶部，流体出口120在冷板本体130顶面的正中间，流体入口110位于流体出口120的一侧，流体上进上出，具有一定的分流效果。

[0039] 在图示实施例中，微通道冷板100上，流体入口110、流体出口120均呈圆筒状，且流体出口120的口径大于流体入口110的口径。对于两相冷板式液冷而言，流体入口110的口径小于流体出口120的口径，可使得制冷剂工质吸热发生相变从液态变为气态后更容易从出口流出，从而减小气体回流风险。

[0040] 请结合参阅图3，其为微通道冷板100的垂直面流道截面示意图。冷板本体130内部形成供流体从流体入口110向流体出口120流动的腔体，自流体流动方向(如图中箭头所示)顺次包括入口缓冲腔133、节流结构134、微通道翅片区135及出口缓冲腔。其中，出口缓冲腔包括第一出口缓冲腔136及第二出口缓冲腔137，第一出口缓冲腔136分布在微通道翅片区135的两侧，第二出口缓冲腔137对两侧的第一出口缓冲腔136进行汇流。入口缓冲腔133中流体横向流动，入口缓冲腔133一侧的上端与流体入口110的下端连通，另一侧的下端与节流结构134的上端连通。节流结构134中流体自上向下流动，节流结构134的上端与入口缓冲腔133连通，下端与微通道翅片区135连通。微通道翅片区135中流体自中间向两侧横向流动，微通道翅片区135的外侧分别与第一出口缓冲腔136的下端连通。第一出口缓冲腔136中流体自下而上流动，第一出口缓冲腔136的上端与第二出口缓冲腔137外侧的下端连通。第二出口缓冲腔137中流体由外侧向中间横向流动，第二出口缓冲腔137的中间与流体出口
120的下端连通。其中，节流结构134在长度方向上设置在冷板本体130中间，节流结构134的两侧对称设置微通道翅片区135及第一出口缓冲腔136，两侧的第一出口缓冲腔136中的流体在第二出口缓冲腔137中汇流。

[0041] 从流体入口110自上而下进入冷板本体130的流体横向向中间流动进入入口缓冲腔133，流体在入口缓冲腔133中扩散再自上而下经由节流结构134节流后横向向两侧流动进入微通道翅片区135；从微通道翅片区135流出的流体在第一出口缓冲腔136从外侧自下而上流入第二出口缓冲腔137中汇合，在第二出口缓冲腔137中流体从两侧横向向中间流动；流体最终从第二出口缓冲腔137中自下而上从中间的流体出口120流出。

[0042] 请参阅图4，冷板本体130内部的腔体在高度方向上可分为三层，从上至下分别为出口流动层1301、入口流动层1302及微通道流动层1303。出口流动层1301位于冷板本体130的上部，为第二出口缓冲腔137所在高度层。入口流动层1302位于冷板本体130的中部，为入口缓冲腔133所在高度层。微通道流动层1303位于冷板本体130的下部，为微通道翅片区135所在高度层。流出微通道流动层1303的流体经出口缓冲腔137流出流体出口120。节流结构134从中间连通入口流动层1302的入口缓冲腔133与微通道流动层1303的两微通道翅片区
135的入口，两第一出口缓冲腔136分别从两侧连通微通道流动层1303的微通道翅片区135的出口的与出口流动层1301的第二出口缓冲腔137。

[0043] 请结合参阅图5至图7，冷板盖板131呈底部开口的腔体，内部形成有内分隔腔1311，底部开口的边缘形成阶梯装配凹槽1312。内分隔腔1311内部形成入口缓冲腔133，内分隔腔1311的底部中间形成节流结构134，内分隔腔1311的两侧壁与冷板盖板131的两侧壁之间形成第一出口缓冲腔136，内分隔腔1311的顶面与冷板盖板131顶板之间形成第二出口缓冲腔137。

[0044] 内分隔腔1311的顶面上设有圆筒1313及圆柱1314，圆筒1313与内分隔腔1311内部的入口缓冲腔133连通并与冷板盖板131顶板上的流体出口120连通。圆柱1314的位置与圆筒1313对称，圆柱1314抵接在内分隔腔1311的顶面与冷板盖板131顶板之间。即，圆筒1313及圆柱1314设置第二出口缓冲腔137中，并提供支撑以增加结构强度。

[0045] 内分隔腔1311底部在节流结构134的两侧形成斜面板1315，斜面板1315与冷板基板132形成微通道翅片区135。

[0046] 入口缓冲腔133的竖直方向的截面呈长方体(不限于长方体)，宽度覆盖整个微通道翅片区135的宽度，其下侧连接节流结构134。

[0047] 节流结构134水平方向的截面，可以是长方形，也可以是其他中间宽两边窄的形状结构。在图示实施例中，节流结构134在竖直方向上的截面呈矩形，宽度与入口缓冲腔133的宽度一致，但长度远小于入口缓冲腔133的长度，呈狭小细缝，流体流经节流结构134形成射流效应。在其它实施例中，节流结构134在竖直方向上的截面也可呈上宽下窄的形状，形成如喷嘴状。如此，流体由流体入口110进入入口缓冲腔133，由于节流结构134为狭小细缝，流体优先横向填充，快速充满入口缓冲腔133，进而通过节流结构134流入微通道翅片区135，提高了流体分配的均匀性。此外，节流结构134的狭小细缝设计，使得在中心位置形成射流，流体局部流速增大，提高了中心位置的换热系数，有利于强化换热。同时，对于两相冷板式液冷而言，节流结构134的狭小细缝设计，增加了由于汽化而产生的汽体在重力和浮升力作用下通过节流结构134回流的阻力，有利于抑制流动不稳定性。

[0048] 第二出口缓冲腔137与流体出口120连通，出口缓冲腔1371与出口缓冲腔1372与微通道翅片区135的两侧连接。流体从微通道翅片区135中间向两侧流动进入两侧的第一出口缓冲腔136，进而汇入第二出口缓冲腔137，最后从流体出口120流出。为了保证冷板本体130的结构对称性，流体出口120设计在冷板本体130的正中间，且出口流动层1301设计有完全对称的尺寸相同的圆筒1313和圆柱1314。如此，正中间的流体出口120设计、完全对称的第一出口缓冲腔136以及完全对称的圆筒1313和圆柱1314，保证了在流体自节流结构134进入微通道翅片区135后流动完全对称，使得微通道翅片区135内的流体均匀流过并通过第二出口缓冲腔137流出流体出口120，有利于降低冷板本体130的表面温差，保证冷板本体130底面的温度均匀性。对于两相冷板式液冷而言，两侧向上的大空间的出口缓冲腔不仅有利于降低冷板压降，而且有利于汽体更容易流出，从而缓解流动不稳定性。

[0049] 请参阅图8至图10，冷板基板132装设于冷板盖板131的底部开口中，冷板基板132包括板体1321、阶梯装配边缘1322及针翅1323。板体1321盖设在冷板盖板131的底部，阶梯装配边缘1322形成在板体1321的周圈并与阶梯装配凹槽1312配合，使冷板基板132与冷板盖板131装配后底面平齐形成冷板整体。

[0050] 针翅1323坐落在板体1321上表面的中间区域，针翅1323的顶面抵接在斜面板1315上，在板体1321与斜面板1315之间形成微通道翅片区135。微通道翅片区135中翅片采用针翅1323且错列布置，从而形成在流体流动方向上交错的微通道1324。更具体地，微通道翅片区135在流体流动方向上间隔设置多列翅片组；每一列翅片组中，针翅1323间隔排布，相邻的针翅1323之间形成微通道1324；每一列翅片组的针翅1323与下一列翅片组的针翅1323在流体流动方向上错开。针翅1323的截面从板体1321自下而上逐渐减小，其中，即靠近冷板基板132的板体1321针翅截面大，靠近冷板盖板131针翅截面小，自下而上呈下部大上部小的棱台形状。在图示实施例中，针翅1323呈四棱台，针翅1323的顶面和底面为菱形(见图10)。微通道翅片区135采用针翅1323，相比于直翅片的通道，使得流道互相连通，提高了流体流动的稳定性；错列布置的针翅1323加强了流体扰流，从而强化了换热，有利于提高冷板的散热性能；对于两相冷板式液冷而言，连通的通道避免了通道内的压力不平衡导致的流动不稳定性，菱形的针翅1323尖角也有利于打散较大的气泡，进一步提高换热性能和流动稳定性。

[0051] 针翅1323的截面自下而上逐渐减小，由针翅1323组成的微通道1324的截面呈梯形形状，对应地，微通道1324的截面的梯形短边在冷板基板132，梯形长边在冷板盖板131一侧。此设计带来的效果是，从冷板基板132到冷板盖板131，针翅1323的厚度逐渐减薄，微通道1324的宽度逐渐扩大，使得下部流速快、上部流速慢，有利于强化与冷板基板132底面接触位置的换热，降低冷板温度。特别地，对于两相冷板式液冷而言，受重力和浮升力影响，气泡沿径向生长和脱离的容易程度逐渐增大，更容易向上部移动，促使汽液分离，有利于沸腾换热，减小局部干涸现象，且流动稳定性提高。

[0052] 微通道翅片区135的针翅1323和微通道1324的高度沿流体流动方向逐渐增大。所有的针翅1323底面处于同一平面，即处于板体1321的上表面，所有的针翅1323的顶面处于同一平面且倾斜于底面所在的平面，针翅1323的顶部与斜面板1315连接。从冷板本体130中间位置(节流结构134处)到两侧，各针翅1323和微通道1324的高度按一定的斜率向顶部增大，形成倾斜坡状。如此，沿流体流动方向，周向通道截面逐渐增大，微通道翅片区135中间位置流速最大，越靠近第一出口缓冲腔136流速越慢，从而加强了中间位置的换热，有利于降低冷板结温，提高温度均匀性。特别地，周向通道截面逐渐增大，对于两相冷板式液冷而言，气泡沿径向生长的容易程度逐渐增大，且气泡脱离后容易向出口侧移动。此外，受重力和浮升力影响，气泡生长脱离后受浮升力影响向上部移动，顶部的倾斜设计有利于气泡向出口缓冲腔移动。因此，微通道翅片区135的倾斜设计进一步减弱了活塞效应，从而有利于消除气泡堵塞和液体回流现象。

[0053] 工作时，热量通过导热传递到微通道冷板100的冷板基板132，微通道冷板100中工质的运行过程为：低温液态工质在外部驱动力的作用下，从流体入口110向下进入口缓冲腔133，经入口缓冲腔133缓冲扩散再由节流结构134节流后向下流入微通道翅片区135。流体在微通道翅片区135内流动期间吸收热量：或者，工质温度升高，高温液态工质在压差的推动下，经第一出口缓冲腔136、第二出口缓冲腔137由流体出口120流出冷板完成换热(单相冷板式液冷散热)；或者，工质发生沸腾产生大量气泡，成为两相流，汽液混合工质在压差的推动下，经第一出口缓冲腔136、第二出口缓冲腔137由流体出口120流出冷板完成换热(两相冷板式液冷散热)。

[0054] 综上所述，本申请提供一种微通道冷板，底面布置高热流密度的电子器件，具有通用性，对高热流密度的电子器件进行冷却，可用于单相冷板式液冷散热，也可用于两相冷板式液冷散热。与现有技术相比较，本申请的微通道冷板至少具有以下优点：

[0055] (1)流体在冷板本体内由中间的节流结构进入微通道翅片区并从两侧对称地经由出口缓冲腔流出，在流体自节流结构进入微通道区后流动完全对称，有利于降低电子器件中心处的结温，并降低冷板表面温差，提高温度均匀性。进一步地，出口缓冲腔包括两侧的第一出口缓冲腔和连通两侧的第一出口缓冲腔的第二出口缓冲腔，对于两相冷板式液冷而言，两侧向上的大空间的出口缓冲腔不仅有利于降低冷板压降，而且有利于汽体更容易流出，从而缓解流动不稳定性。

[0056] (2)冷板的中心位置处设计有节流结构，节流结构为狭小细缝，结合入口缓冲腔，流体优先横向填充，快速充满入口缓冲腔，进而通过节流结构流入微通道区，提高了流体分配的均匀性。此外，节流结构的狭小细缝设计，使得在中心位置形成射流，流体局部流速增大，提高了中心位置的换热系数，有利于强化换热；同时，对于两相冷板式液冷而言，节流结构的狭小细缝设计，增加了由于汽化而产生的汽体在重力和浮升力作用下通过节流结构回流的阻力，有利于抑制流动不稳定性。

[0057] (3)微通道区中翅片做菱形针翅设计，各针翅错列布置，有利于增强流体扰流，强化换热。对于两相冷板式液冷而言，连通的通道避免了通道内的压力不平衡导致的流动不稳定性，菱形的针翅尖角也有利于打散较大的气泡，进一步提高换热性能和流动稳定性。

[0058] (4)针翅设计为下部大上部小的形状，使得微通道呈下部小上部大的形状，导致下部流速快、上部流速慢，有利于强化与冷板基板接触位置的换热，降低冷板温度。对于两相冷板式液冷而言，受重力和浮升力影响，气泡沿径向生长和脱离的容易程度逐渐增大，更容易向上部移动，促使汽液分离，有利于沸腾换热，减小局部干涸现象，且流动稳定性提高。

[0059] (5)沿流体流动方向，针翅的顶部倾斜设计，从冷板中间位置到两侧各针翅和微通道高度按一定的斜率向顶部增大，形成倾斜坡状，从而使得微通道区中间位置流速最大，越靠近出口流速越慢，从而加强了中间位置的换热，有利于降低冷板结温，提高温度均匀性。特别地，周向通道截面逐渐增大，对于两相冷板式液冷而言，气泡沿径向生长的容易程度逐渐增大，且气泡脱离后容易向出口侧移动；此外，受重力和浮升力影响，气泡生长脱离后受浮升力影响向上部移动，顶部的倾斜设计有利于气泡向出口移动。因此，垂直方向的倾斜设计进一步减弱了活塞效应，从而有利于消除气泡堵塞和液体回流现象。

[0060] 本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本申请的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。