CN113891642B - 散热装置及冷板散热*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热设备领域，尤其是涉及一种散热装置及冷板散热***。本发明提供的散热装置，包括散热件；散热件上设有第一腔体和第二腔体，第一腔体用于通过冷媒，第二腔体内存在液体，第一腔体具有相对的第一端和第二端，散热件上靠近第一端处设有与第一腔体连通的第一开口，散热件上靠近第二端处设有与第一腔体连通的第二开口；在沿第一端至第二端的方向上，若干工作模块间隔设置在散热件上，且第二腔体内具有液相部和气相部，气相部的水平高度高于液相部的水平高度。本发明能够提高散热件的均温性，降低工作模块温度差，提高工作稳定性。

Description

散热装置及冷板散热***

技术领域

本发明涉及散热设备领域，尤其是涉及一种散热装置及冷板散热***。

背景技术

在电力设备领域，往往涉及变压、整流和变频等工况，其主要发热单元是如IGBT这类工作模块，尤其是高频变频器往往需要多个IGBT模块和整流模块同时工作，相应地它的散热问题亟待解决。

冷媒散热可以利用制冷剂蒸发冷凝过程中的潜热，因此是一种效率较高、经济型较好的散热方式，现有的技术方案主要包含微通道散热板、蛇形通道散热板和以上两种方式与热管技术结合的散热方式。微通道散热板是将板子内部制成多条尺寸微小的通道，提高流道内温度边界层附近流速，以提高换热效率；蛇形通道散热板是在散热板内制成一条或多条冷媒通道，冷媒在通道内吸收散热板热量；与热管技术结合的散热板是将利用热管技术与上述两种散热技术相结合，不仅可以利用冷媒的高效率散热优势，又可以利用热管技术提高散热的均温性。

在特殊工况下，现有技术方案存在均温性差或热阻大的缺点。当冷媒或冷却液工质流量不足时，工质入口温度与出口有较大温度差，同时散热板入口位置和出口位置也有较大的温差，导致靠近工质入口处的工作模块的散热效率较高，而靠近工质出口处的工作模块的散热效率较低。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种散热装置，能够提高散热件的均温性。

本发明的目的之二在于提供一种冷板散热***。

一方面，本发明提供的散热装置，包括散热件；

所述散热件上设有第一腔体和第二腔体，所述第一腔体用于通过冷媒，所述第二腔体内存在液体，所述第一腔体具有相对的第一端和第二端，所述散热件上靠近所述第一端处设有与所述第一腔体连通的第一开口，所述散热件上靠近所述第二端处设有与所述第一腔体连通的第二开口；

在沿所述第一端至所述第二端的方向上，若干工作模块间隔设置在所述散热件上，且所述第二腔体内具有液相部和气相部，所述气相部的水平高度高于所述液相部的水平高度。

进一步的，所述散热件上设有第一翅片组和第二翅片组，所述第一翅片组位于所述气相部内，所述第二翅片组位于所述液相部内。

进一步的，所述第一翅片组包括第一左翅片组和第一右翅片组，所述第一左翅片组和所述第一右翅片组之间具有第一流道，所述第一左翅片组包括若干第一左翅片本体，所述第一右翅片组包括若干第一右翅片本体，在沿所述第一端至所述第二端的方向上，若干所述第一左翅片本体和若干所述第一右翅片本体分别间隔设置，所述第一左翅片本体和所述第一右翅片本体均具有朝向所述第二端方向的第一侧面，所述第一侧面朝向第一流道倾斜向下。

进一步的，所述第二翅片组包括第二左翅片组和第二右翅片组，所述第二左翅片组和所述第二右翅片组之间具有第二流道，所述第二左翅片组包括若干第二左翅片本体，所述第二右翅片组包括若干第二右翅片本体，在沿所述第一端至所述第二端的方向上，若干所述第二左翅片本体和若干所述第二右翅片本体分别间隔设置，所述第二左翅片本体和所述第二右翅片本体均具有朝向所述第一端方向的第二侧面，所述第二侧面朝向第二流道倾斜向上。

进一步的，所述第一腔体的数量为两个，两个所述第一腔体分别位于所述第二腔体的两侧。

进一步的，所述散热件上设有第三腔体，所述第三腔体和所述第一腔体分别位于所述第二腔体的两侧，所述散热件上靠近所述第二端处设有与所述第三腔体连通的第三开口，所述散热件上靠近所述第一端处设有与所述第三腔体连通的第四开口，所述散热件上设有分别与所述第一开口和所述第四开口连通的第一连通腔体。

进一步的，所述第二腔体的数量为两个，两个所述第二腔体分别位于所述第一腔体的两侧。

进一步的，所述散热件包括第一板件、第二板件和通道板，所述第一板件上设有第一区域和分别位于所述第一区域两侧的第二区域，所述第二区域内设有所述第一翅片组和所述第二翅片组，所述通道板上设有流道槽，所述第一板件与所述通道板扣合以使得所述第一区域与所述流道槽围合形成所述第一腔体，所述第二板件上设有与所述第二区域一一对应的第三区域，所述第二板件与所述第一板件扣合以使得所述第三区域、所述第二区域和所述通道板围合形成所述第二腔体。

进一步的，所述第二板件上设有第四区域，所述第四区域位于两个所述第三区域之间，所述第四区域设有连通槽，所述连通槽与所述通道板围合形成用于连通两个所述第二腔体的第二连通腔体。

另一方面，本发明提供的冷板散热***，包括如上述任一项所述的散热装置。

进一步的，包括压缩机、阀门、入口温度监测单元和出口温度监测单元，所述压缩机的输出口与所述第二开口连通，所述压缩机的输入口与所述第一开口连通，所述阀门位于所述压缩机与所述第一开口或所述第二开口之间，所述入口温度监测单元位于所述第二开口处，所述出口温度监测单元位于所述第一开口处。

有益效果：

本方案利用第一腔体内冷媒的流动，实现散热件的散热，进而实现工作模块的散热，当冷媒流量较少时，由于冷媒在第二开口处未与散热件发生热交换，因此第二开口处的温度较低，第一开口处温度较高，导致散热件各处存在温差，最终导致工作模块之间温差较大。本方案进而通过第二腔体内的液体在液相部蒸发到汽相区域，再冷凝回流至液相部的循环，实现了两相物质的迁移和热量的转移，从而达到降低第一端处散热件的温度而提升第二端处散热件温度的目的，提高了工作模块的均温性，改善了当冷媒不足时散热均温性差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例提供的散热件的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一腔体和第二腔体的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一翅片组和第二翅片组的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第一翅片组的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第二翅片组的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的散热件的另一种结构示意图；

图7为本发明实施例提供的散热件的分解结构示意图；

图8为本发明实施例提供的冷板散热***的示意图。

图标：1-第一板件；2-第二板件；3-第二槽体；4-第一槽体；5-第二翅片组；6-第一翅片组；7-第一腔体；8-气相部；9-液相部；10-第二开口；11-第二端；12-第一开口；13-第一端；14-第二腔体；15-散热件；16-工作模块；17-第一左翅片组；18-第一右翅片组；19-第一流道；20-第二流道；21-第二左翅片组；22-第二右翅片组；23-第一右翅片本体；24-第一侧面；25-第二右翅片本体；26-第二侧面；27-第一连通腔体；28-第三腔体；29-第三开口；30-第一区域；31-第二区域；32-流道槽；33-通道板；34-第四区域；35-第三区域；36-连通槽；37-气液分离器；38-压缩机；39-冷凝器；40-控制***；41-阀门。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

根据图1至图5所示的散热装置，包括散热件15；

散热件15上设有第一腔体7和第二腔体14，第一腔体7用于通过冷媒，第二腔体14内存在液体，第一腔体7具有相对的第一端13和第二端11，散热件15上靠近第一端13处设有与第一腔体7连通的第一开口12，散热件15上靠近第二端11处设有与第一腔体7连通的第二开口10；

在沿第一端13至第二端11的方向上，若干工作模块16间隔设置在散热件15上，且第二腔体14内具有液相部9和气相部8，气相部8的水平高度高于液相部9的水平高度。

工作模块16与散热件15之间存在热交换，工作模块16的热量传导至散热件15上，第二开口10为第一腔体7的冷媒流入口，第一开口12为第一腔体7的冷媒流出口，冷媒在压缩机38的驱动下，从第二开口10进入第一腔体7内，在完成散热件15的热交换后，冷媒温度升高，并从第一开口12流出，从而带走散热件15的热量，完成散热件15的冷却。第一开口12处的冷媒温度高于第二开口10处的冷媒温度，第一开口12靠近散热件15的第一端13，第二开口10靠近散热件15的第二端11，因此第一端13的温度高于第二端11的温度，液相部9靠近第一端13，液相部9内的液体受热蒸发，蒸气上升至气相部8，此处的温度较低，蒸气冷凝为液体流回液相部9。液体的蒸发过程为吸热过程，其冷凝的过程为放热过程，因此液体在蒸发过程中带走一部分第一端13处的散热件15热量，在冷凝过程中对第二端11处的散热件15进行加热，即本方案中的第二腔体14内的液体可在散热件15第一端13和第二端11存在温差时，将第一端13处的热量定向搬运至第二端11，从而实现散热件15热量的均匀分布。

当冷媒流量较少时，由于冷媒在第二开口10处未与散热件15发生热交换，因此第二开口10处的温度较低，第一开口12处温度较高，导致散热件15各处存在温差，由于散热件15与工作模块16之间主要通过温差实现热交换，来对工作模块16进行散热，温差的大小与热交换的效率相关，因此散热件15温度较低处的工作模块16温度最低，而散热件15温度较高处的工作模块16温度最高，导致工作模块16之间温差较大。本方案通过第二腔体14内的液体在液相部9蒸发到汽相区域，再冷凝回流至液相部9的循环，实现了两相物质的迁移和热量的转移，从而达到降低第一端13处散热件15的温度而提升第二端11处散热件15温度的目的，提高了工作模块16的均温性，改善了当冷媒不足时散热均温性差的问题。

优选地，第二腔体14内的液体充液率应满足50%-80%。充液的液体选用去离子水、乙醇等。

在一种可选的实施方式中，散热件15上设有第一翅片组6和第二翅片组5，第一翅片组6位于气相部8内，第二翅片组5位于液相部9内。

第一翅片组6合第二翅片组5的作用是增加气相部8和液相部9的表面积，从而提高液体与散热件15热交换的效率。

液体在第二腔体14内，主要通过与第二腔体14的内壁接触实现热交换，第一翅片组6和第二翅片组5包括若干的翅片本体，翅片本体凸出设置在第二腔体14内的内壁上，翅片本体为板状或圆柱状。

在一种可选的实施方式中，第一翅片组6包括第一左翅片组17和第一右翅片组18，第一左翅片组17和第一右翅片组18之间具有第一流道19，第一左翅片组17包括若干第一左翅片本体，第一右翅片组18包括若干第一右翅片本体23，在沿第一端13至第二端11的方向上，若干第一左翅片本体和若干第一右翅片本体23分别间隔设置，第一左翅片本体和第一右翅片本体23均具有朝向第二端11方向的第一侧面24，第一侧面24朝向第一流道19倾斜向下。

在一种可选的实施方式中，第二翅片组5包括第二左翅片组21和第二右翅片组22，第二左翅片组21和第二右翅片组22之间具有第二流道20，第二左翅片组21包括若干第二左翅片本体，第二右翅片组22包括若干第二右翅片本体25，在沿第一端13至第二端11的方向上，若干第二左翅片本体和若干第二右翅片本体25分别间隔设置，第二左翅片本体和第二右翅片本体25均具有朝向第一端13方向的第二侧面26，第二侧面26朝向第二流道20倾斜向上。

第一左翅片本体和第一右翅片本体23上的第一侧面24呈斜向下倾，有利于蒸气冷凝后的液滴下滴，并从第一流道19回流至液相部9内。第二左翅片本体和第二右翅片本体25上的第二侧面26呈斜向上倾，有利于汽泡形成后上浮，并通过第二流道20上升至气相部8内。

优选的，第一侧面24和第二侧面26的倾角为30°- 60°。第一左翅片本体和第一右翅片本体23应较疏布置，第二左翅片本体和第二右翅片本体25应较密布置，相邻两个第一左翅片本体或第一右翅片本体23之间的间距，大于相邻两个第二左翅片本体或第二右翅片本体25之间的间距。

在一种可选的实施方式中，第一腔体7的数量为两个，两个第一腔体7分别位于第二腔体14的两侧。

散热件15由第一板件1和第二板件2摩擦焊接形成，第一板件1和第二板件2选用铝合金材料或铜材，其中第一板件1上设有两个第一槽体4和一个第二槽体3，第一槽体4在第一板件1的两端处，分别设有一个开口，第二槽体3内设有第一翅片组6和第二翅片组5，散热件15对应位置开设与第二槽体3连通的注液口，当第一板件1和第二板件2拼合时，第一槽体4和第二板件2的端面围合形成第一腔体7，第二槽体3和第二板件2的端面围合形成第二腔体14，并且第一槽体4在第一板件1的两端处的开口分别形成第一开口12和第二开口10。

实施例2

根据图6所示的散热装置，散热件15上设有第三腔体28，第三腔体28和第一腔体7分别位于第二腔体14的两侧，散热件15上靠近第二端11处设有与第三腔体28连通的第三开口29，散热件15上靠近第一端13处设有与第三腔体28连通的第四开口，散热件15上设有分别与第一开口12和第四开口连通的第一连通腔体27。

冷媒从第二开口10流入第一腔体7内，从第一开口12进入第一连通腔体27，再从第四开口进入第三腔体28内，最后从第三开口29流出。冷媒的入口和出口在散热件15的同一端，即第一端13，由于冷媒入口温度较低而出口温度较高，因此第一端13的第二开口10和第三开口29处通过热交换，达到温度的均匀，从而减小了第一端13和第二端11处的散热件15的温差，相对降低了散热模块的温差。同时，第一腔体7、第一连通腔体27和第三腔体28依次连通形成的冷媒通道环绕第二腔体14，又可以促进整个散热件15的均温性，良好的均温性使得整个散热件15的温度较为均匀，当冷媒入口处的散热件15温度较低时可以降低散热件15凝露的风险。

实施例3

根据图7所示的散热装置，第二腔体14的数量为两个，两个第二腔体14分别位于第一腔体7的两侧。

在一种可选的实施方式中，散热件15包括第一板件1、第二板件2和通道板33，第一板件1上设有第一区域30和分别位于第一区域30两侧的第二区域31，第二区域31内设有第一翅片组6和第二翅片组5，通道板33上设有流道槽32，第一板件1与通道板33扣合以使得第一区域30与流道槽32围合形成第一腔体7，第二板件2上设有与第二区域31一一对应的第三区域35，第二板件2与第一板件1扣合以使得第三区域35、第二区域31和通道板33围合形成第二腔体14。

散热件15由第一板件1、第二板件2和通道板33拼合形成，其中第一板件1和第二板件2拼合形成容纳腔，通道板33位于该容纳腔内，将容纳腔分隔为两个第二腔体14，通道板33上设有流道槽32，当通道板33与第一板件1贴合时，第一板件1上的第一区域30与流道槽32围合形成第一腔体7，流道槽32两端的开口分别形成第一开口12和第二开口10。第一板件1上对应第二腔体14的区域为第二区域31，第二区域31上设有第一翅片组6和第二翅片组5。

在一种可选的实施方式中，第二板件2上设有第四区域34，第四区域34位于两个第三区域35之间，第四区域34设有连通槽36，连通槽36与通道板33围合形成用于连通两个第二腔体14的第二连通腔体。

实施例4

根据图8所示的散热装置本发明提供的冷板散热***，包括如上述任一项的散热装置。

在一种可选的实施方式中，包括压缩机38、阀门41、入口温度监测单元和出口温度监测单元，压缩机38的输出口与第二开口10连通，压缩机38的输入口与第一开口12连通，阀门41位于压缩机38与第一开口12或第二开口10之间，入口温度监测单元位于第二开口10处，出口温度监测单元位于第一开口12处。

压缩机38将冷媒由低温低压的气态冷媒压缩至高温高压的气态冷媒，然后流经冷凝器39冷却为液态冷媒，液态冷媒通常有一定的过冷度，液态冷媒流出冷凝器39后，一部分冷媒流经主回路经节流装置降压节流后流经蒸发器，另一部分冷媒经阀流经散热件15，流出后经阀门41与主回路冷媒汇合。然后冷媒流经气液分离器37后回流至压缩机38。

冷板散热***包含一个控制***40，包含入口温度监测单元，出口温度监测单元和出口阀门41控制单元，阀门41可为电子膨胀阀。

控制***40的控制逻辑如下：监测入口温度监测单元所得T1，监测出口温度监测单元所得T2，监测环境温度监测单元所得T3，当温度T3与温度T1之差值大于预设温度差值T4，或温度T3与温度T2之差值大于预设温度T4，如预设温度差值3-5 ℃时，控制***40降低阀门41开度，减小冷媒流量，防止凝露。当温度T2与T1之差值大于预设温度T5，预设温度T5可为5-10℃，则增大阀门41开度，增大冷媒流量。当温度T3与温度T1之差值小于预设温度差值T4，或温度T3与温度T2之差值小于预设温度T4，且温度T2与T1之差值小于预设温度T5，保持阀门41开度不变。

在本发明实施例的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种散热装置，其特征在于，包括散热件（15）；

所述散热件（15）上设有第一腔体（7）和第二腔体（14），所述第一腔体（7）用于通过冷媒，所述第二腔体（14）内存在液体，所述第一腔体（7）具有相对的第一端（13）和第二端（11），所述散热件（15）上靠近所述第一端（13）处设有与所述第一腔体（7）连通的第一开口（12），所述散热件（15）上靠近所述第二端（11）处设有与所述第一腔体（7）连通的第二开口（10），所述第二开口（10）为第一腔体（7）的冷媒流入口，所述第一开口（12）为第一腔体（7）的冷媒流出口；

在沿所述第一端（13）至所述第二端（11）的方向上，若干工作模块（16）间隔设置在所述散热件（15）上，且所述第二腔体（14）内具有液相部（9）和气相部（8），所述液相部（9）靠近所述第一端（13），所述气相部（8）靠近所述第二端（11），所述气相部（8）的水平高度高于所述液相部（9）的水平高度。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热件（15）上设有第一翅片组（6）和第二翅片组（5），所述第一翅片组（6）位于所述气相部（8）内，所述第二翅片组（5）位于所述液相部（9）内。

3.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述第一翅片组（6）包括第一左翅片组（17）和第一右翅片组（18），所述第一左翅片组（17）和所述第一右翅片组（18）之间具有第一流道（19），所述第一左翅片组（17）包括若干第一左翅片本体，所述第一右翅片组（18）包括若干第一右翅片本体（23），在沿所述第一端（13）至所述第二端（11）的方向上，若干所述第一左翅片本体和若干所述第一右翅片本体（23）分别间隔设置，所述第一左翅片本体和所述第一右翅片本体（23）均具有朝向所述第二端（11）方向的第一侧面（24），所述第一侧面（24）朝向第一流道（19）倾斜向下。

4.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述第二翅片组（5）包括第二左翅片组（21）和第二右翅片组（22），所述第二左翅片组（21）和所述第二右翅片组（22）之间具有第二流道（20），所述第二左翅片组（21）包括若干第二左翅片本体，所述第二右翅片组（22）包括若干第二右翅片本体（25），在沿所述第一端（13）至所述第二端（11）的方向上，若干所述第二左翅片本体和若干所述第二右翅片本体（25）分别间隔设置，所述第二左翅片本体和所述第二右翅片本体（25）均具有朝向所述第一端（13）方向的第二侧面（26），所述第二侧面（26）朝向第二流道（20）倾斜向上。

5.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述第一腔体（7）的数量为两个，两个所述第一腔体（7）分别位于所述第二腔体（14）的两侧。

6.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热件（15）上设有第三腔体（28），所述第三腔体（28）和所述第一腔体（7）分别位于所述第二腔体（14）的两侧，所述散热件（15）上靠近所述第二端（11）处设有与所述第三腔体（28）连通的第三开口（29），所述散热件（15）上靠近所述第一端（13）处设有与所述第三腔体（28）连通的第四开口，所述散热件（15）上设有分别与所述第一开口（12）和所述第四开口连通的第一连通腔体（27）。

7.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述第二腔体（14）的数量为两个，两个所述第二腔体（14）分别位于所述第一腔体（7）的两侧。

8.根据权利要求7所述的散热装置，其特征在于，所述散热件（15）包括第一板件（1）、第二板件（2）和通道板（33），所述第一板件（1）上设有第一区域（30）和分别位于所述第一区域（30）两侧的第二区域（31），所述第二区域（31）内设有所述第一翅片组（6）和所述第二翅片组（5），所述通道板（33）上设有流道槽（32），所述第一板件（1）与所述通道板（33）扣合以使得所述第一区域（30）与所述流道槽（32）围合形成所述第一腔体（7），所述第二板件（2）上设有与所述第二区域（31）一一对应的第三区域（35），所述第二板件（2）与所述第一板件（1）扣合以使得所述第三区域（35）、所述第二区域（31）和所述通道板（33）围合形成所述第二腔体（14）。

9.根据权利要求8所述的散热装置，其特征在于，所述第二板件（2）上设有第四区域（34），所述第四区域（34）位于两个所述第三区域（35）之间，所述第四区域（34）设有连通槽（36），所述连通槽（36）与所述通道板（33）围合形成用于连通两个所述第二腔体（14）的第二连通腔体。

10.一种冷板散热***，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的散热装置，所述散热***包括压缩机（38）、阀门（41）、入口温度监测单元和出口温度监测单元，所述压缩机（38）的输出口与所述第二开口（10）连通，所述压缩机（38）的输入口与所述第一开口（12）连通，所述阀门（41）位于所述压缩机（38）与所述第一开口（12）或所述第二开口（10）之间，所述入口温度监测单元位于所述第二开口（10）处，所述出口温度监测单元位于所述第一开口（12）处。

Images