一种两相散热器及冷却系统的制作方法

本发明涉及散热，更具体地说，涉及一种两相散热器及冷却系统。

背景技术：

1、两相散热器是一种利用物质在液态和气态之间相变过程中的潜热进行高效热交换的设备。强迫对流两相散热器结合了强迫对流和两相流（液体和气体）的特性，以实现更好的散热效果。强迫对流两相散热器的冷却液被强迫（通常是通过泵）流经热源，吸收热量后蒸发成气体，然后气体被引导至冷却区域（如冷凝器或散热片），冷凝为液态并放热，完成循环。

2、在数据中心的散热中，随着数据中心功率密度的增加和对能效要求的提高，两相散热器正逐渐成为数据中心散热的优选方案之一，其避免了传统风冷方法的局限性。

3、在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

4、两相散热器腔体内的蒸汽不易排出，使得腔体内的蒸汽聚集，造成腔体内的饱和压力较高，进而提高了两相散热器内工质的饱和温度，使得两相散热器的散热效率降低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种两相散热器及冷却系统，该两相散热器及冷却系统的结构设计可以有效地解决两相散热器内蒸汽聚集使得散热效率降低的问题。

2、为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种两相散热器，包括：

4、壳体，所述壳体形成有内腔，且所述壳体设有液体进口和气体出口，所述液体进口和所述气体出口分别与所述内腔连通，以使液态工质由所述液体进口进入所述内腔并与热源换热后蒸发为气态工质，所述气态工质经所述气体出口排出；

5、出气管，设于所述壳体外部，包括相对的第一端和第二端，所述第一端与所述气体出口连接形成进气端，所述第二端形成出气端，且所述出气管的管腔截面积由第一端至第二端逐渐减小。

6、可选地，上述两相散热器中，所述出气管的管腔呈圆台状。

7、可选地，上述两相散热器中，所述壳体设有所述气体出口的端面相对于水平面倾斜，且所述气体出口位于所述端面的倾斜方向上相对两端中垂直高度相对较高的一端。

8、可选地，上述两相散热器中，还包括与所述出气管连接的排气驱动部件，所述排气驱动部件用于将所述内腔内的气体经所述出气管排出。

9、可选地，上述两相散热器中，还包括毛细多孔层，设于所述壳体，所述毛细多孔层将所述内腔分隔为气态腔体和液态腔体，所述气体出口与所述气态腔体连通，所述液体进口与所述液态腔体连通，所述壳体至少部分壁面为导热材质，以使所述液态腔体内的液态工质能够受热蒸发形成气态工质，并进入气态腔体。

10、可选地，上述两相散热器中，所述液态腔体包括流道槽和积液腔，所述积液腔与所述液体进口连通，所述流道槽与所述积液腔连通，所述毛细多孔层覆盖所述流道槽的槽口。

11、可选地，上述两相散热器中，设有多条所述流道槽，且多条所述流道槽纵横交错分布呈网格状，并相互连通。

12、可选地，上述两相散热器中，所述流道槽开设于所述壳体的内壁，所述壳体的内壁围成所述积液腔。

13、可选地，上述两相散热器中，所述液态腔体还包括与所述流道槽对应的连通流道，所述连通流道的一端与所述积液腔连通，另一端与对应的所述流道槽连通。

14、可选地，上述两相散热器中，所述壳体包括：

15、主壳体，所述流道槽设于所述主壳体，所述主壳体的内壁还设有第一凹槽，所述第一凹槽的槽底设有第二凹槽和连通槽，所述连通槽分别与所述第二凹槽和所述流道槽连通；

16、盖板，设于所述第一凹槽，且所述盖板覆盖于所述连通槽的槽口以形成所述连通流道，所述盖板覆盖于所述第二凹槽的槽口以形成所述积液腔。

17、可选地，上述两相散热器中，所述主壳体包括：

18、基板，所述流道槽、所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述连通槽均开设于所述基板上；

19、顶盖，设于所述基板，并与所述基板围成所述内腔。

20、本发明提供的两相散热器包括壳体和出气管。其中，壳体形成有内腔，且壳体设有液体进口和气体出口，液体进口和气体出口分别与内腔连通，以使液态工质由液体进口进入内腔并与热源换热后蒸发为气态工质，气态工质经气体出口排出；出气管设于壳体外部，包括相对的第一端和第二端，第一端与气体出口连接形成进气端，第二端形成出气端，出气管的管腔截面积由第一端至第二端逐渐减小。

21、应用本发明提供的两相散热器，液态工质经由液体进口进入内腔，并与热源换热后蒸发为气态工质，气态工质经气体出口由出气管排出，流入冷凝器进行冷凝，冷凝后的液态工质经过驱动回流至液体进口，完成一个循环，实现对器件的有效散热。

22、本申请中通过在气体出口设置出气管，出气管的管腔截面积由第一端至第二端逐渐减小，根据伯努利方程：

23、

24、式中，ua为出气管的第二端的截面流速，ub为出气管的第一端的截面流速，pa为出气管第二端的截面的静压，pb分别为出气管第一端的截面的静压，ha为出气管第二端的截面的高度，hb为出气管第一端的截面的高度，g为重力加速度，ρ为流体的密度。由于出气管的第一端的管腔截面积较大，因此出气管第一端的截面的流速ub较小，静压pb较大。相应的，出气管的第二端的管腔截面积较小，因此出气管第二端的截面的ua流速较大，静压pa较小。故出气管的第二端和第一端之间存在压差pb-pa，在pb-pa压差下可加速气体由内腔导出，避免气态工质在腔体内的聚集，减小了密闭腔体内的压力。进而降低了两相散热器内工质的饱和温度，提高了两相散热器的散热效率。

25、在一些实施例中，壳体内设置毛细多孔层，利用毛细多孔层将壳体的内腔物理分隔为气态腔体和液态腔体，即气态腔体和液态腔体实现了气液的物理隔离，避免了气态工质与液态工质在腔体内的夹带干涉及产生压力脉动等不稳定现象。另外，液态工质能够在毛细多孔层上形成一层薄液膜，薄液膜在蒸发沸腾时，薄膜沸腾的气泡生长速度更快，气泡的脱离速度更快，气泡脱离频率更高，液体补充更有效，即气泡更容易脱离受热面，因此薄液膜蒸汽沸腾时，对流换热系数更大，换热效果更强，使得该两相散热器更适用于高功率器件的散热。

26、为了达到上述目的，本发明还提供了一种冷却系统，该冷却系统包括上述任一种两相散热器。由于上述的两相散热器具有上述技术效果，具有该两相散热器的冷却系统也应具有相应的技术效果。

技术特征：

1.一种两相散热器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的两相散热器，其特征在于，所述出气管（14）的管腔呈圆台状。

3.根据权利要求1所述的两相散热器，其特征在于，所述壳体（11）设有所述气体出口（102）的端面相对于水平面倾斜，且所述气体出口（102）位于所述端面的倾斜方向上相对两端中垂直高度相对较高的一端。

4.根据权利要求1所述的两相散热器，其特征在于，还包括与所述出气管（14）连接的排气驱动部件（15），所述排气驱动部件（15）用于将所述内腔（13）内的气体经所述出气管（14）排出。

5.根据权利要求1-4任一项所述的两相散热器，其特征在于，还包括毛细多孔层（12），设于所述壳体（11），所述毛细多孔层（12）将所述内腔（13）分隔为气态腔体（131）和液态腔体（132），所述气体出口（102）与所述气态腔体（131）连通，所述液体进口（101）与所述液态腔体（132）连通，所述壳体（11）至少部分壁面为导热材质，以使所述液态腔体（132）内的液态工质能够受热蒸发形成气态工质，并进入气态腔体（131）。

6.根据权利要求5所述的两相散热器，其特征在于，所述液态腔体（132）包括流道槽（1321）和积液腔（1322），所述积液腔（1322）与所述液体进口（101）连通，所述流道槽（1321）与所述积液腔（1322）连通，所述毛细多孔层（12）覆盖所述流道槽（1321）的槽口。

7.根据权利要求6所述的两相散热器，其特征在于，设有多条所述流道槽（1321），且多条所述流道槽（1321）纵横交错分布呈网格状，并相互连通。

8.根据权利要求6所述的两相散热器，其特征在于，所述流道槽（1321）开设于所述壳体（11）的内壁，所述壳体（11）的内壁围成所述积液腔（1322）。

9.根据权利要求6所述的两相散热器，其特征在于，所述液态腔体（132）还包括与所述流道槽（1321）对应的连通流道（1323），所述连通流道（1323）的一端与所述积液腔（1322）连通，另一端与对应的所述流道槽（1321）连通。

10.根据权利要求9所述的两相散热器，其特征在于，所述壳体（11）包括：

11.根据权利要求10所述的两相散热器，其特征在于，所述主壳体（111）包括：

12.一种冷却系统，包括冷凝器（2）、泵（3）和散热器，其特征在于，所述散热器为如权利要求1-11任一项所述的两相散热器（1），所述两相散热器（1）的气体出口（102）与所述冷凝器（2）的进口连接，所述冷凝器（2）的出口通过所述泵（3）与所述两相散热器的液体进口（101）连接。

技术总结
本发明涉及散热技术领域，具体公开了一种两相散热器及冷却系统，包括壳体和出气管。壳体围成内腔，壳体设有液体进口和气体出口，液体进口和气体出口分别与内腔连通，以使液态工质由液体进口进入内腔并与热源换热后蒸发为气态工质，气态工质经气体出口排出；出气管设于壳体外部，包括相对的第一端和第二端，第一端与气体出口连接形成进气端，第二端形成出气端，且出气管的管腔截面积由第一端至第二端逐渐减小。本申请中通过在气体出口设置出气管，出气管的管腔截面积由第一端至第二端逐渐减小，使得第一端和第二端之间形成压差，在压差下可加速气体由内腔导出，降低了两相散热器内工质的饱和温度，提升了两相散热器的传热性能。

技术研发人员：乔森,佟薇
受保护的技术使用者：深圳市英维克科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5