一种用于流体热交换的热管理装置及其制备方法

技术领域

本发明应用于换热器技术领域，特别涉及一种用于流体热交换的热管理装置及其制备方法。

背景技术

目前应用于芯片封测的液冷产品采用的控温方式主要有以下两种：

1、水冷机方式——独立的测试通道通过串联或并联的方式连通主动控温的水冷外机，水冷机内部一般采用压缩机制冷系统对冷却液主动控温后通过水泵循环到每个液冷头上。但是，水冷机方案由于外置水冷主机的体积大，复杂通道的工况下，还需要采用分流器处理分流问题，另外水冷机属于独立的外置设备造成控制方式复杂程度增加，造成整套系统成本的上升。

2、液冷排直冷方式——测试通道的液冷头连通到单个液冷排中，通过水泵循环冷却液，将液冷头上的热量通过冷却液输送到液冷排流道中，安装在液冷排上的风扇强制对流使液体间接和空气交换热量达到降温的效用。但是，液冷排方案主要通过强迫风冷方式将每个循环通道上的热量由空气交换带走，而液冷头上能降低的最低温度受限于环境温度，且无法低于环境温度。

现有一公开号为CN207266495U的专利文献提出了一种多散热器液冷系统，其包括水泵、主水冷头、第一散热器、第二散热器以及风扇。该主水冷头流体连通于该水泵，该水泵驱动该水泵内的该工作液体流入至该主水冷头内，使该工作液体于该主水冷头内与该主水冷头进行热交换。该第二散热器流体连通于该第一散热器，以接收来自该第一散热器的该工作液体。该风扇邻设于该第一散热器以及该第二散热器的一侧，并对该第一散热器以及该第二散热器吹送风，以将该第一散热器以及该第二散热器内的该工作液体的热能向外散逸。但是，该多散热器液冷系统只采用风扇对对位于不同区域的散热器进行吹送风，主水冷头内的液体能降低的温度受限于环境温度，控温区间比较窄。如能设计出一种控温区间比较宽，密封性比较强，能够有效保证各个回路散热能力一致性的用于流体热交换的热管理装置及其制备方法，则能够很好地解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种控温区间比较宽，密封性比较强，能够有效保证各个回路散热能力一致性的用于流体热交换的热管理装置及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：所述一种用于流体热交换的热管理装置包括液冷排和若干个制冷模组，所述制冷模组包括水泵和半导体制冷组件，所述液冷排的输出端和所述水泵的输入端相连接，所述水泵的输出端和所述半导体制冷组件的输入端相连接，所述半导体制冷组件的输出端和所述液冷排的输入端相连接。

进一步地，所述液冷排包括壳体和若干条呈扁平状的第一水管，若干条所述第一水管并排设置在所述壳体上，所述壳体的两侧分别设置有进水箱和出水箱，所述第一水管的两端分别与所述进水箱和所述出水箱相连通，每相邻两条所述第一水管之间均设置有波浪形散热片，所述出水箱和所述水泵的输入端相连接，所述半导体制冷组件的输出端和所述进水箱相连接。

进一步地，所述进水箱上设置有若干个进水接头，所述出水箱设置有若干个出水接头，所述出水接头通过第二水管与所述水泵的输入端相连接，所述半导体制冷组件的输出端通过第三水管与所述进水接头相连接。

进一步地，所述半导体制冷组件包括盒体、半导体制冷片、第一液冷头以及第二液冷头，所述半导体制冷片的制热面设置在所述盒体上，所述半导体制冷片的制冷面设置有导热块，所述盒体的内部设置有散热器，所述第一液冷头和所述第二液冷头均设置在所述盒体上，所述第一液冷头和所述第二液冷头均与所述盒体的内腔相连通，所述水泵的输出端通过第四水管与所述第一液冷头相连接，所述第二液冷头通过第三水管与所述进水接头相连接。

进一步地，所述第二水管、所述第三水管以及所述第四水管均为铁氟龙波纹管。

进一步地，所述壳体上设置有若干台散热风扇。

进一步地，所述制冷模组的数量设置有两个。

进一步地，所述制备方法包括以下步骤：

A.所述液冷排、所述水泵以及所述半导体制冷组件的输入输出端接头均采用N8宝塔接头，各个所述N8宝塔接头通过铁氟龙波纹管相互连通，将所述N8宝塔接头上的竹节最大外径内涨所述铁氟龙波纹管的直头端，所述铁氟龙波纹管的直头端发生塑性变形收缩，充分与所述N8宝塔接头的竹节最大外径配合，再使用单耳无极卡箍锁紧所述铁氟龙波纹管的直头端；

B.所述水泵采用DDC无刷陶瓷轴泵，所述水泵的上半部分是由采用透明材料制成的具有75mL的水箱，再通入非透明导热流体进行热交换，便于检查所述热管理装置内部的流体状态；

C.所述水泵的下半部分为泵芯，在所述泵芯的叶轮旋转运动作用下，使流体在叶轮之间实行离心运动，并使流体沿着阿基米德螺旋曲线流道甩出来获得流速和扬程，给系统流体提供循环动力；

D.所述液冷排设计成两进两出结构，当两个所述水泵同时运行时，两个回路的流体集中汇流混合，均衡流体温度，使双回路系统散热能力一致；只启动单个所述水泵时，另一个回路的流体循环最大能达到启动状态时回路附属的5%流量。

进一步地，在所述步骤A中，在所述N8宝塔接头上的管螺纹套装O型密封圈，再将所述N8宝塔接头插装在所述铁氟龙波纹管的直头端。

进一步地，在所述步骤A中，具有周期或非周期振动的使用场景下，在所述N8宝塔接头的第二或第三圈螺纹处点一圈液态生料带，再将所述N8宝塔接头与所述铁氟龙波纹管连接在一起。

本发明的有益效果是：所述热管理装置包括液冷排和两个制冷模组。其中，每个所述制冷模组包括水泵和半导体制冷组件，所述液冷排的输出端和所述水泵的输入端相连接，所述水泵的输出端和所述半导体制冷组件的输入端相连接，所述半导体制冷组件的输出端和所述液冷排的输入端相连接，从而构成了一个具有双流道、双水泵的回路系统，有效地保证了回路的散热能力一致性，所述散热风扇结合所述半导体制冷组件能够将控温区间实现-20℃-125℃的无极调节。在所述热管理装置的制备方法中，所述铁氟龙波纹管的直头端发生塑性变形收缩，充分与所述N8宝塔接头的竹节最大外径配合后，此时整个回路系统的耐压能力能达到0.2Mpa，此配合条件下的系统的气密性测试漏率≤10Pa/sec，而且所述N8宝塔接头通过O型密封圈或者液态生料带与所述铁氟龙波纹管相连接，能够有效避免所述N8宝塔接头的螺纹松动而导致流体泄露，可靠性高。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是所述液冷排的立体图；

图3是所述半导体制冷组件的立体图；

图4是所述半导体制冷组件的分解图。

具体实施方式

如图1至图4所示，在本实施例中，所述一种用于流体热交换的热管理装置包括液冷排1和两个制冷模组，所述制冷模组包括水泵2和半导体制冷组件3，所述液冷排1的输出端和所述水泵2的输入端相连接，所述水泵2的输出端和所述半导体制冷组件3的输入端相连接，所述半导体制冷组件3的输出端和所述液冷排1的输入端相连接。

在本实施例中，所述液冷排1包括壳体4和若干条呈扁平状的第一水管5，若干条所述第一水管5并排设置在所述壳体4上，所述壳体4的两侧分别设置有进水箱6和出水箱7，所述第一水管5的两端分别与所述进水箱6和所述出水箱7相连通，每相邻两条所述第一水管5之间均设置有波浪形散热片8，所述出水箱7和所述水泵2的输入端相连接，所述半导体制冷组件3的输出端和所述进水箱6相连接。其中，当流体进入所述第一水管5后，流体会将热量传导到所述第一水管5上，所述第一水管5再将热量传导到所述波浪形散热片8上，从而进行热交换。

在本实施例中，所述进水箱6上设置有两个进水接头9，所述出水箱7设置有两个出水接头10，所述出水接头10通过第二水管11与所述水泵2的输入端相连接，所述半导体制冷组件3的输出端通过第三水管12与所述进水接头9相连接。

在本实施例中，所述半导体制冷组件3包括盒体13、半导体制冷片14、第一液冷头15以及第二液冷头16，所述半导体制冷片14的制热面设置在所述盒体13上，所述半导体制冷片14的制冷面设置有导热块17，所述盒体13的内部设置有散热器18，所述第一液冷头15和所述第二液冷头16均设置在所述盒体13上，所述第一液冷头15和所述第二液冷头16均与所述盒体13的内腔相连通，所述水泵2的输出端通过第四水管19与所述第一液冷头15相连接，所述第二液冷头16通过第三水管12与所述进水接头9相连接。其中，当流体从所述第二水管11流入到所述水泵2后，通过所述水泵2的驱动，增大流体的压力，使流体快速地流入到所述第四水管19中，然后经过所述第一液冷头15后流入到所述盒体13的内部，驱动所述半导体制冷片14后，使流体与所述半导体制冷片14进行热交换，流体再从所述第二液冷头16流入到所述第三水管12中，再从所述进水接头9流入到所述进水箱6中，再从所述第一水管5流入到所述出水箱7中，最后再从所述出水接头10流入到所述第二水管11中，从而实现循环流动。

在本实施例中，所述第二水管11、所述第三水管12以及所述第四水管19均为铁氟龙波纹管。其中，所述铁氟龙波纹管经过10万次的折弯老化验证测试，能够有效保障管路系统的结构强度，低于0.5%的挥发率能有效降低泄露风险。

在本实施例中，所述壳体4上设置有三台散热风扇20。

在本实施例中，所述一种用于流体热交换的热管理装置的工作原理如下：

由所述热管理装置形成的液冷系统采用双流道闭环液体回路，所述半导体制冷片14上经电驱动后产生帕尔贴效应将控温端的温度降低到设定值，所述半导体制冷片14也可以通过外部驱动单元，采集冷头端的温度，无极调节-20℃-125℃的温度区间；两个所述制冷模块的液体回路都由独立的水泵2驱动导热液在系统内循环，导热液交换所述半导体制冷片14产生的热量，经由所述铁氟龙波纹管循环到所述液冷排1的进水箱6后，进入到所述第一水管5中，所述散热风扇20驱动空气与所述液冷排1上的第一水管5和波浪形散热片8进行强迫对流交换热量，经过循环后的热量散发到环境中，维持系统稳定运行。

在本实施例中，所述制备方法包括以下步骤：

A.所述液冷排1、所述水泵2以及所述半导体制冷组件3的输入输出端接头均采用N8宝塔接头21，各个所述N8宝塔接头21通过铁氟龙波纹管相互连通，将所述N8宝塔接头21上的竹节最大外径内涨所述铁氟龙波纹管的直头端，所述铁氟龙波纹管的直头端发生塑性变形收缩，充分与所述N8宝塔接头21的竹节最大外径配合，此时系统耐压能力能达到0.2Mpa，此配合条件下的系统气密性测试漏率≤10Pa/sec，再使用单耳无极卡箍锁紧所述铁氟龙波纹管的直头端；

B.所述水泵2采用DDC无刷陶瓷轴泵，所述水泵2的上半部分是由采用透明材料制成的具有75mL的水箱，再通入非透明导热流体进行热交换，便于检查所述热管理装置内部的流体状态；

C.所述水泵2的下半部分为泵芯，在所述泵芯的叶轮旋转运动作用下，使流体在叶轮之间实行离心运动，并使流体沿着阿基米德螺旋曲线流道甩出来获得流速和扬程，给系统流体提供循环动力；

D.所述液冷排1设计成两进两出结构，当两个所述水泵2同时运行时，两个回路的流体集中汇流混合，均衡流体温度，使双回路系统散热能力一致；只启动单个所述水泵2时，另一个回路的流体循环最大能达到启动状态时回路附属的5%流量。

在本实施例中，在所述步骤A中，在所述N8宝塔接头21上的管螺纹套装O型密封圈，再将所述N8宝塔接头21插装在所述铁氟龙波纹管的直头端。

在本实施例中，在所述步骤A中，具有周期或非周期振动的使用场景下，在所述N8宝塔接头21的第二或第三圈螺纹处点一圈液态生料带，再将所述N8宝塔接头21与所述铁氟龙波纹管连接在一起，能够有效避免所述N8宝塔接头的螺纹松动而导致流体泄露。