一种散热装置、散热系统

1.本技术涉及散热装置领域，特别涉及一种散热装置、散热系统。


背景技术：

2.伴随着受热器件朝着小型化、轻量化、集成化等方向设计发展，受热器件的散热空间会进一步缩小，热流密度会进一步升高，从而引起折射率梯度、内部温度分布不均匀和端面效应等负面影响，最终影响产品的使用与寿命。
3.采用空气对流散热等方法的传统的散热器已不能解决高集成度微纳器件、高功率半导体激光器、高功率发电及军用航空等领域内的发热问题。微射流冷却技术适用于低功率场合，在高功率器件中不能发挥有效作用，且基于熵产最小化原理，微通道冷却板散热效果优于微射流冷却板。
4.喷雾冷却是一种新型高效的高热流密度散热技术，具有温度均匀性好、传热系数大、与表面之间无接触热阻、工质需求量小、临界热流密度高等优点，在高功率激光装置高热流密度散热方面具有潜在的广阔应用前景。微通道冷却技术由于结构简单、紧凑，以及单位体积散热能力高等优点逐渐成为高功率激光装置高热流密度散热的重要发展方向。
5.但是，微通道喷雾冷却是一个复杂的多相热流体系统，目前大多应用于非密闭空间器件的冷却，在封闭空间中针对高功率高热流密度器件中应用仍存在以下主要问题：
6.各种微结构散热装置可移植性差，单一结构适用条件局限性大，不能充分发挥器件的最大效益。
7.微喷喷嘴分布安排受尺寸限制影响，喷雾压力不均可能造成局部冷却效果较差，甚至液滴大面积聚集，影响器件散热。


技术实现要素：

8.本技术实施例提供一种散热装置、散热系统，以解决现有散热装置可移植性差与散热效果差导致的可靠性问题和经济问题，能够有效提高散热装置的适用范围和散热效果。
9.第一方面，提供了一种包括受热盘，该受热盘两侧分别设有第一受热腔体和第二受热腔体，第一受热腔体和第二受热腔体均利用冷却液对受热盘进行冷却；
10.所述第一受热腔体内设有多个开口朝向所述受热盘的微喷喷嘴，用于向受热盘喷洒所述冷却液；
11.所述第二受热腔体内设有多个与所述受热盘接触的换热管道，用于流通所述冷却液。
12.一些实施例中所述第一受热腔体包括中部设有凹腔的腔体上端盖，其凹腔底部设有多个喷嘴安装孔，用于安装所述多个微喷喷嘴；
13.所述腔体上端盖的凹腔开口一侧连接所述受热盘，另一侧连接定压供液器，定压供液器用于以恒定压力向所述多个微喷喷嘴输送所述冷却液。
14.一些实施例中所述腔体上端盖沿周向设有多组气液排放孔，用于排出由所述冷却液吸热生成的气体和液体。
15.一些实施例中每组气液排放孔均包括气体排放孔和液体排放孔，气体排放孔靠近所述定压供液器，液体排放孔靠近所述受热盘。
16.一些实施例中所述定压供液器包括内部中空的支撑圆筒，支撑圆筒底部设有直接分液组件，支撑圆筒沿轴向设有多个间接分液组件；
17.所述冷却液由支撑圆筒顶部进入后，依次经过所述多个间接分液组件和所述直接分液组件输送至所述多个微喷喷嘴。
18.一些实施例中所述直接分液组件包括直接分液板，直接分液板上均匀分布多个直接分液通孔。
19.一些实施例中所述间接分液组件包括设置于支撑圆筒内部的第一环形分液板、沿支撑圆筒周向均匀分布的多个间接分液通孔、以及设置于支撑圆筒外部的第二环形分液板；
20.第一环形分液板沿周向均匀分布多个第一分液通道，第二环形分液板内部设有多个第二分液通道，每个第一分液通道均通过一间接分液通孔与一第二分液通道连通；
21.沿支撑圆筒底部至顶部方向，所有第二环形分液板的大周长逐渐增大，且每个第二环形分液板朝向所述支撑圆筒底部的一面均设有多个送液管，每个第二分液通道均与多个送液管连通。
22.一些实施例中所述第二受热腔体包括内部设有微管道的腔体下端盖，所述腔体下端盖与所述受热盘接触的一面设有所述换热管道，所述微管道与所有换热管道连通；
23.所述冷却液从微管道的一端进入，经微管道的另一端输送至所有换热管道。
24.一些实施例中每个所述换热管道均为圆弧，且所有圆弧具有一共同的圆心；
25.所有圆弧的缺口构成一径向容置区域，所述微管道位于所述径向容置区域内。
26.第二方面，提供了一种一种散热系统，基于所述的散热装置，包括顺序连接的驱动泵、储液箱、冷凝器、以及回收泵；
27.所述散热装置利用冷却液进行散热得到高温气液，所述驱动泵用于向所述散热装置输送冷却液，所述回收泵用于接收高温气液，所述冷凝器用于对高温气液进行冷却得到冷却液，所述储液箱用于对冷却液进行储存；
28.所述散热系统还包括多个控制阀门，用于控制散热系统内的流量。
29.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：通过在受热盘两侧设置具有不同散热结构的第一受热腔体和第二受热腔体，基于不同散热结构利用不同散热方法对受热盘进行散热，有效提高散热装置的适用范围和散热效果。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。
31.图1为本发明实施例中散热装置的结构分解图。
32.图2为本发明实施例中腔体上端盖的结构示意图。
33.图3为本发明实施例中定压供液器的结构示意图。
34.图4为本发明实施例中腔体下端盖的结构示意图。
35.图5为本发明实施例中散热系统的系统示意图。
36.附图标记：
37.1-腔体下端盖；2-换热管道；3-第一密封垫圈；4-受热盘；5-第二密封垫圈；6-微喷喷嘴；7-紧固螺栓；8-腔体上端盖；9-定压供液器；10-凹腔；11-喷嘴安装孔；12-上盖板螺栓安装孔；13-气体排放孔；14-液体排放孔；15-支撑圆筒；16-直接分液板；17-直接分液通孔；18-第一环形分液板；19-第二环形分液板；20-第一分液通道；21-第二分液通道；22-送液管；23-微管道；24-微管道进水口；25-微管道出水口；26-径向容置区域；27-下盖板螺栓安装孔；28-受热盘螺栓安装孔；29-散热装置；30-驱动泵；31-储液箱；32-冷凝器；33-回收泵；34-控制阀门。
具体实施方式
38.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.如图1所示，本技术实施例提供了一种散热装置29，包括在受热盘4两侧分别设有第一受热腔体和第二受热腔体，第一受热腔体和第二受热腔体具有不同散热结构，可根据使用需求选择一种或两种散热结构对具体的发热件进行散热。其中，第一受热腔体内设有多个开口朝向所述受热盘4的微喷喷嘴6，用于向受热盘4喷洒所述冷却液，利用冷却液对受热盘4进行冷却。第二受热腔体内设有多个与所述受热盘4接触的换热管道2，用于流通所述冷却液，利用冷却液对受热盘4进行冷却。受热盘4可为发热件的一部分也可为与发热件连接的独立部件，例如，受热盘4可为圆形高功率全光纤激光器的导热盘，圆形高功率全光纤激光器为发热件。散热装置29基于不同散热结构利用不同散热方法对受热盘4进行散热，能够有效提高适用范围和散热效果。
40.在较佳的实施例中，所述第一受热腔体还包括设置在所述腔体上端盖8和所述受热盘4之间的第二密封垫圈5。
41.在本实施例中，受热盘4通过第二密封垫圈5与腔体上端盖8形成封闭雾化腔体即第一受热腔体。
42.在较佳的实施例中，所述第一受热腔体包括中部设有凹腔10的腔体上端盖8，其凹腔10底部设有多个喷嘴安装孔11，用于安装所述多个微喷喷嘴6。腔体上端盖8环绕其凹腔10的部分均匀设有多个上端盖螺栓安装孔。
43.所述腔体上端盖8的凹腔10开口一侧连接所述受热盘4，另一侧连接定压供液器9，定压供液器9用于以恒定压力向所述多个微喷喷嘴6输送所述冷却液。
44.在本实施例中，上述腔体上端盖8为扁薄圆盘结构，设置多个同心环状通孔接头即喷嘴安装孔11，用于安装所述微喷喷嘴6，并使其保持喷头面向受热盘4姿态，满足向受热盘4喷雾状态。微喷喷嘴6按照环状阵列排布在凹腔10底部，用于与受热盘4表面进行热交换。
45.微喷喷嘴6采用环状排布分布于腔体上端盖8上，该结构可根据实际应用情况增加或减少微喷喷嘴6数量，改变微喷喷嘴6位置，便于改善冷却效率。
46.在较佳的实施例中，所述腔体上端盖8沿周向设有多组气液排放孔，用于排出由所述冷却液吸热生成的气体和液体。
47.每组气液排放孔均包括气体排放孔13和液体排放孔14，气体排放孔13靠近所述定压供液器9，液体排放孔14靠近所述受热盘4。
48.在本实施例中，气液排放孔设置于腔体上端盖8外周，便于冷却后的雾化气体和液滴排出，由回收泵33统一回收利用。
49.在较佳的实施例中，所述定压供液器9包括内部中空的支撑圆筒15，支撑圆筒15底部设有直接分液组件，支撑圆筒15沿轴向设有多个间接分液组件。
50.所述冷却液由支撑圆筒15顶部进入后，依次经过所述多个间接分液组件和所述直接分液组件输送至所述多个微喷喷嘴6。
51.在本实施例中，定压供液器9上设置多层的间接分液组件，定压供液器9底部设置直接分液组件，冷却液从定压供液器9顶部进入其内部后，先经过多层的间接分液组件输送至对应的微喷喷嘴6，之后其内部的冷却液从直接分液组件直接输送至对应的微喷喷嘴6。
52.在较佳的实施例中，所述直接分液组件包括直接分液板16，直接分液板16上均匀分布多个直接分液通孔17。直接分液通孔17沿径向贯穿直接分液板16，直接分液板16为圆形板。
53.在较佳的实施例中，如图3所示，所述间接分液组件包括设置于支撑圆筒15内部的第一环形分液板18、沿支撑圆筒15周向均匀分布的多个间接分液通孔、以及设置于支撑圆筒15外部的第二环形分液板19。
54.第一环形分液板18沿周向均匀分布多个第一分液通道20，第二环形分液板19内部设有多个第二分液通道21，每个第一分液通道20均通过一间接分液通孔与一第二分液通道21连通。
55.沿支撑圆筒15底部至顶部方向，所有第二环形分液板19的大周长逐渐增大，且每个第二环形分液板19朝向所述支撑圆筒15底部的一面均设有多个送液管22，每个第二分液通道21均与多个送液管22连通。
56.在本实施例中，支撑圆筒15、第一环形分液板18、以及第二环形分液板19共圆心，且三者径向的轴线位于同一平面。
57.定压供液器9内部设置的第一环形分液板18作为压力分配器，用于向微喷喷嘴6提供均匀恒定的降温液体即冷却液。
58.利用定压供液器9将冷却液高效均衡的以雾状液滴形式喷射于高功率受热器件即受热盘4表面。定压供液器9利用间接分液组件可将降温介质以恒定压力输送至多个微喷喷嘴6，既保证阵列式分布微喷喷嘴6工作条件一致，同时，多层多个同心环状式微喷喷嘴6同时工作，又使得受热盘4表面高效均匀冷却。冷却液吸热受生成的高温气液可通过气液排放孔排出，使得雾化空间压力恒定，进而保证微喷降温工作持续高效进行。
59.在较佳的实施例中，所述第二受热腔体包括内部设有微管道23的腔体下端盖1，所述腔体下端盖1与所述受热盘4接触的一面设有所述换热管道2，所述微管道23与所有换热管道2连通。所述冷却液从微管道23的一端的微管道进水口24进入，经微管道23的另一端微
管道出水口25输送至所有换热管道2。
60.每个所述换热管道2均为圆弧，且所有圆弧具有一共同的圆心。所有圆弧的缺口构成一径向容置区域26，所述微管道23位于所述径向容置区域26内。
61.在本实施例中，腔体下端盖1通过第一密封垫圈3与受热盘4形成封闭雾化腔体。
62.腔体下端盖1为扁薄圆形盘状结构，用于放置换热管道2。腔体下端盖1侧面开孔作为微管道进水口24，为换热管道2提供冷却介质进口。腔体下端盖1中心开孔作为微管道出水口25，为换热管道2冷却介质提供出口。
63.每两条换热管道2共用一个进出水接口，该进出水接口可开设在微管道23中部，从微管道进水口24和微管道出水口25之间流通的冷却液经进出水接口进入和流出换热管道2。
64.换热管道2采用扁平面管道，可增加换热面积。
65.较佳的实施例中，如图4所示，所述腔体上端盖8上环绕所述凹腔10设有多个上盖板螺栓安装孔12，所述受热盘4设有多个与上盖板螺栓安装孔12位置对应的受热盘螺栓安装孔28，所述腔体下端盖1上环绕设有多个下盖板螺栓安装孔27，贯穿上盖板螺栓安装孔12、受热盘螺栓安装孔28、以及下盖板螺栓安装孔27的紧固螺栓7将腔体上端盖8、受热盘4以及下盖板连接在一起。
66.综上所述，换热装置充分考虑高功率器件即受热盘4散热的独特性，利用微管道23冷却与喷雾冷却结合共同降温的原理，通过在受热盘4两侧分别设置第一受热腔体和第二受热腔体，集微管道23换热与微喷喷嘴6冷却于一体，可单独使用，也可与其他装置组合移植用于高速旋转等复杂工况条件，为高集成度微纳器件、高功率半导体激光器、高功率发电及军用航空等领域内的发热问题提供行之有效的散热方式。
67.第一受热腔体和第二受热腔体作为两个封闭雾化腔体，使得受热盘4的上下表面均分别处于两种不同冷却结构中，两种冷却结构具有互相替代性，克服了传统单一微散热结构适用性差的缺点，有效提高了基于小体积高功率受热盘4的散热装置29可移植性。
68.通过进行微通道换热和喷雾冷却，巧妙地结合两种散热微结构，受热盘4上下整体均得到合理的喷雾冷却处理。合理的定压供液器9结构设计，以及在喷雾冷却的同时进行微管道23冷却，以及设置气液排放孔，在封闭空间中能通过介质流动充分带走多余热量，避免微射流结构产生的过多液体介质聚集，缓解了过量喷雾冷却造成的液体集聚现象，封闭腔内没有残余介质，保证封闭腔中压力恒定，避免液滴聚集影响散热，增强散热效果。
69.如图5所示，本技术实施例还提供了散热系统，包括顺序连接的驱动泵30、储液箱31、冷凝器32、以及回收泵33，可通过橡胶软管连接。
70.所述散热装置29利用冷却液进行散热得到高温气液，所述驱动泵30用于向所述散热装置29输送冷却液，所述回收泵33用于接收高温气液，所述冷凝器32用于对高温气液进行冷却得到冷却液，所述储液箱31用于对冷却液进行储存。
71.所述散热系统还包括多个控制阀门34用于控制散热系统内的流量。
72.在本实施例中，散热装置29和其他部件构成循环冷却的散热系统，储液箱31中的冷却液在驱动泵30的作用下经过控制阀门34输送至腔体下端盖1和定压供液器9中，定压供液器9通与微喷喷嘴6相连，使冷却液处于均压状态，经雾化后喷射到受热盘4，对受热盘4发热表面进行冷却，冷却液被加热后形成的高温气液混合物经腔体上端盖8的气液排放孔排
出，与腔体下端盖1中的冷却液共同在回收泵33作用下排放至冷凝器32中实现气液分离冷却，高温液体被回收至冷凝器32参与热交换，然后至储液箱31继续参与冷却，构成一循环冷却系统。
73.本发明中，经过回收泵33回收的冷却液在冷凝器32中得到降温和进一步回收，充分冷却的冷却液通过介质回收孔收集，并通过软管送至储液箱31中进行循环利用。
74.定压供液器9、微喷喷嘴6和冷凝器32动力来自动力机构。动力机构为驱动泵30。冷凝器32与气液排放孔相连通，所述冷凝器32通过散热翅片以及风扇将排气孔中残留物冷却排出，使得雾化空间压力恒定，使腔体内微喷降温过程保持稳定，所述冷凝器32底部设有排液孔。驱动泵30用于将储液箱31中的降温液体在经过所述阀门后输送至所述定压供液器9。
75.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
76.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
77.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的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技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。