CN114071955A - 冷却装置及包含其的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却装置及包含其的电子设备，冷却装置包括导热基板、第一散热翅片和冷却回路，所述第一散热翅片安装于所述导热基板上，所述冷却回路包括连通的内部回路和外部回路，所述内部回路设于所述导热基板的内部并用于与所述导热基板进行热交换，所述外部回路具有换热段，换热段的管道设于所述第一散热翅片远离所述导热基板的一端端部；和/或，所述外部回路具有换热段，换热段的管道上设有换热组件，所述换热组件用于与所述外部回路进行热交换。本发明的冷却装置相比传统的翅片散热器，不仅具有更好的散热冷却效果，而且不需要对散热翅片进行加高加密处理，保证了散热器结构的紧凑性，避免改变现有电子设备的整体结构。

Description

冷却装置及包含其的电子设备

技术领域

本发明涉及一种冷却装置及包含其的电子设备。

背景技术

风电光伏领域变流器内部具有一系列的大功率的电力电子器件如IGBT等，这些电力电子器件在高功率的同时也具有很高的发热量，有时能达到几十千瓦。为了保证这些器件在合理的温度范围内安全稳定运行，通常将这些大功率的电力电子器件布置在变流器的核心位置，变流器的整体结构设计都围绕其进行。

对于冷却方式为风冷的变流器，其大功率电力电子器件通常被放置于散热器的基板上，紧贴基板表面。基板另一侧设有散热翅片，变流器内部的风扇将空气从外界环境吸入变流器内部，在翅片表面进行热交换，从而带走器件热量。当电子器件功率进一步增大，发热量进一步增加时，通常采用加密加高翅片的方式在一定程度上加强散热。

然而加密加高翅片的方式也存在一定的局限性。一方面，翅片的密集程度会影响空气在翅片间的流通，因此翅片之间距离存在一个最小值，当翅片间距小于这个值的时候，散热效果反而会变差；另一方面，由于热量从翅片的根部传导至翅片顶部，翅片根部温度最高，翅片顶部温度最低。因此翅片高度越高，翅片顶部越接近空气温度，翅片效率越低。因此，通过优化翅片结构的方法难以从根本上提升散热器的冷却性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中冷却装置的散热冷却性能较差的缺陷，提供一种冷却装置及包含其的电子设备。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种冷却装置，包括导热基板、第一散热翅片和冷却回路，所述第一散热翅片安装于所述导热基板上，所述冷却回路包括连通的内部回路和外部回路，所述内部回路设于所述导热基板的内部并用于与所述导热基板进行热交换，所述外部回路具有换热段，所述换热段的管道设于所述第一散热翅片远离所述导热基板的一端端部；

和/或，所述外部回路具有换热段，所述换热段的管道上设有换热组件，所述换热组件用于与所述外部回路进行热交换。

在本方案中，冷却装置采用上述结构形式，发热部件产生的热量传导到导热基板上，其中大部分热量被导热基板中的内部回路中流动的冷却液带走，冷却液从导热基板中的内部回路吸热后流动至外部回路后再将热量传递至换热组件或第一散热翅片远离导热基板的端部进行降温，降温后的冷却液会再次回到内部回路中对导热基板进行降温；同时也会有少部分热量传导至导热基板上的第一散热翅片上，会进一步降低导热基板的温度。相比传统的翅片散热器，不仅具有更好的散热冷却效果，而且不需要对散热翅片进行加高加密处理，保证了散热器结构的紧凑性，避免改变现有电子设备的整体结构。

较佳地，所述第一散热翅片具有多个，多个所述第一散热翅片平行设置，两个相邻的所述第一散热翅片之间形成空气流道。

在本方案中，采用上述结构形式，采用多个第一散热翅片可以增强冷却装置的散热效果，提高冷却性能。形成空气流道便于空气通过带走第一散热翅片上的热量。

较佳地，所述换热段的管道沿着多个所述第一散热翅片的排列方向来回穿设于所述第一散热翅片。

在本方案中，采用上述结构，可以增加外部回路与第一散热翅片的接触面，快速对外部回路内的冷却液进行降温，以便于冷却液流到内部回路中对导热基板进行降温。

较佳地，所述换热段的管道包括多个管道支路，多个所述管道支路分别沿着多个所述第一散热翅片的排列方向贯穿多个所述第一散热翅片，多个所述管道支路首尾依次连通。

采用上述结构形式，使得外部回路中换热段的管道呈S形设置，增加外部回路与第一散热翅片的接触面，使外部回路内的冷却液的温度在流动过程中逐渐变低以满足需求。

较佳地，所述换热段的管道包括多个管道支路，多个所述管道支路分别沿着多个所述第一散热翅片的排列方向贯穿多个所述第一散热翅片，多个所述管道支路的一端通过第一连接管连通，多个所述管道支路的另一端通过第二连接管连通。

采用上述结构形式，使得外部回路中换热段的管道呈类似F形结构设置，将外部回路内的冷却液进行分散，增加外部回路内的冷却液的换热效率，使冷却液快速降温。

较佳地，所述换热组件设于所述第一散热翅片的一侧，且所述空气流道与所述换热组件相对设置。

在本方案中，采用上述结构形式，一方面避免换热组件占有其余位置，影响冷却装置的结构紧凑性，另一方面可以使流经空气流道的空气再次流经换热组件对换热组件进行降温。

较佳地，所述换热组件为翅片组件，所述翅片组件包括多个第二散热翅片，在所述第一散热翅片远离所述导热基板的延伸方向，多个所述第二散热翅片间隔排列。

在本方案中，换热组件采用上述结构，结构简单，成本低，并且多个第二散热翅片间隔排列也会形成空气流道，可以使流经第一换热翅片的空气流道的空气再次流经第二换热翅片的空气流道，从而可以快速对第二翅片进行降温。

较佳地，所述换热组件为板翅式换热器。

在本方案中，换热组件采用板翅式换热器，结构简单、安装方便，并且板翅式换热器可以通过换热介质对外部回路中的冷却液进行快速降温，降温效率高。

较佳地，所述换热组件设于所述空气流道的出风口一侧。

在本方案中，采用上述结构，可以使空气先对第一散热翅片进行散热，以便于第一散热翅片可以直接带走导热基板更多的热量。

较佳地，所述导热基板具有相背离的第一安装面和第二安装面，所述第一散热翅片设于所述第二安装面，所述第一安装面用于安装待散热的发热部件。

较佳地，所述外部回路还包括两个连接段，两个所述连接段分别与所述内部回路的进口和出口连接，所述换热段的两端分别通过两个所述连接段连通所述内部回路。

在本方案中，采用上述结构，方便外部回路与内部回路进行安装以及便于调整外部回路的安装位置。

较佳地，所述换热组件设于所述换热段的管道上，或者所述换热段的管道设于所述第一散热翅片远离所述导热基板的一端端部。

在本方案中，采用上述结构，便于对外部回路中的冷却液进行降温。

较佳地，所述冷却装置还包括循环泵，所述循环泵用于驱动所述冷却回路内的冷却液在所述内部回路和所述外部回路之间循环流动。

在本方案中，通过循环泵使得外部回路和内部回路中的冷却液循环流动。

较佳地，所述内部回路呈S形分布于所述导热基板的内部。

在本方案中，内部回路呈S形分布可以使冷却液在导热基板内流动更多位置，便于更好的带走导热基板上的热量。

本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的冷却装置，所述电子设备的发热部件安装于所述导热基板上。

在本方案中，采用上述冷却装置的电子设备，可以有效降低电子设备内发热部件的热量，无需改变现有电子设备的整体结构。

本发明的积极进步效果在于：本发明的冷却装置采用上述结构形式，发热部件产生的热量传导到导热基板上，其中大部分热量被导热基板中的内部回路中流动的冷却液带走，冷却液从导热基板中的内部回路吸热后流动至外部回路后再将热量传递至换热组件或第一散热翅片远离导热基板的端部进行降温，降温后的冷却液会再次回到内部回路中对导热基板进行降温；同时也会有少部分热量传导至导热基板上的第一散热翅片上，会进一步降低导热基板的温度。相比传统的翅片散热器，不仅具有更好的散热冷却效果，而且不需要对散热翅片进行加高加密处理，保证了散热器结构的紧凑性，避免改变现有电子设备的整体结构。

附图说明

图1为本发明实施例1中冷却装置的结构示意图。

图2为图1中冷却装置的另一视角的结构示意图。

图3为图1中导热基板的横向剖视图。

图4为本发明实施例2中冷却装置的结构示意图。

图5为本发明实施例3中冷却装置的结构示意图。

图6为本发明实施例4中冷却装置的结构示意图。

附图标记说明：

导热基板100

第一安装面101

第二安装面102

第一散热翅片200

空气流道210

内部回路310

进口311

出口312

换热段320

管道支路321

第一连接管322

第二连接管323

连接段330

循环泵400

发热部件500

换热组件600

第二散热翅片601

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在以下的实施例范围之中。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供了一种冷却装置，包括导热基板100、第一散热翅片200和冷却回路，第一散热翅片200安装于导热基板100上。导热基板100具有相背离的第一安装面101和第二安装面102，第一散热翅片200设于第二安装面102，第一安装面101用于安装待散热的发热部件500。在本实施例中，发热部件500为变流器内部的大功率的电力电子器件(如IGBT)。

请参照图1所示，在本实施例中，第一散热翅片200具有多个，多个第一散热翅片200平行设置，两个相邻的第一散热翅片200之间形成空气流道210。采用多个第一散热翅片200可以增强冷却装置的散热效果，提高冷却性能。形成空气流道210便于空气通过带走第一散热翅片200上的热量。变流器内的冷却风扇驱动外部空气流经第一散热翅片200以带走第一散热翅片200上的热量。

在本实施例中，冷却回路包括连通的内部回路310和外部回路，内部回路310设于导热基板100的内部并用于与导热基板100进行热交换。如图3所示，内部回路310呈S形分布于导热基板100的内部。内部回路310呈S形分布可以使冷却液在导热基板100内流动更多位置，便于更好的带走导热基板100上的热量。

当然，在其他一些实施例中，内部回路310的结构不限于本实施例中的S型流道，也可以是F型流道等其他结构，只要能使内部回路310与导热基板100进行充分换热即可。

在本实施例中，外部回路具有换热段320，换热段320的管道设于第一散热翅片200远离导热基板100的一端端部，通过第一散热翅片200对外部回路内的冷却液进行热交换。冷却装置采用上述结构形式，发热部件500产生的热量传导到导热基板100上，其中大部分热量被导热基板100中的内部回路310中流动的冷却液带走，冷却液从导热基板100中的内部回路310吸热后流动至外部回路后再将热量传递至第一散热翅片200远离导热基板100的端部进行降温，降温后的冷却液会再次回到内部回路310中对导热基板100进行降温；同时也会有少部分热量传导至导热基板100上的第一散热翅片200上，会进一步降低导热基板100的温度。相比传统的翅片散热器，不仅具有更好的散热冷却效果，而且不需要对散热翅片进行加高加密处理，保证了散热器结构的紧凑性，避免改变现有电子设备的整体结构。

具体地，将大功率电力电子器件固定且紧贴在于导热基板100的正面(第一安装面101)，电力电子器件产生的热量传导到导热基板100上，其中大部分热量被导热基板100内部流动的冷却液带走，同时也会有少部分热量传导至导热基板100的背面(第二安装面102)的第一散热翅片200上，由于直接传递到第一散热翅片200上的热量较少，只能传递到第一散热翅片200靠近导热基板100的一端的部分区域后就会被外部空冷带走，不会传递到第一散热翅片200的远端区域。将换热段320的管道安装在第一散热翅片200的远端位置，冷却液从导热基板100的内部回路310吸热后流动至外部回路时将热量传递至第一散热翅片200的远端部分然后被外部空气带走从而实现对冷却液的降温，在此过程中，由于外部回路内的高比热容冷却液温度变化较小，传递到第一散热翅片200的远端部分的热量也很少，第一散热翅片200的远端部分的热量也不会向第一散热翅片200靠近导热基板100的一端的区域传递过多热量，故第一散热翅片200的两端的端部区域的散热性能不会受到彼此过多的影响，从而可以使该结构的冷却装置具有更好的冷却效果。变流器内部的冷却风扇驱动外部空气带走第一散热翅片200上的热量。

对于传统的基板加翅片的散热器，其散热过程需要经过基板到翅片的热传导和翅片表面的热对流，基板温度最高。本发明中高比热容的冷却液吸热后温度变化更小，可以将导热基板100的热量迅速带走，传递到远离导热基板100的第一散热翅片200的端部，再与导热基板100背面的空冷相叠加，使得导热基板100的温度更低，相比传统的翅片散热器有更好的冷却效果。

如图1-3所示，导热基板100的侧面设有与内部回路310连通的进口311和出口312。在导热基板100的外部，进口311与出口312之间通过外部回路连通。外部回路还包括两个连接段330，两个连接段330分别与内部回路310的进口311和出口312连接，换热段320的两端分别通过两个连接段330连通内部回路310。外部回路采用上述结构，方便外部回路与内部回路310进行安装以及便于调整外部回路的安装位置。

换热段320的管道设于第一散热翅片200远离导热基板100的一端端部，便于对外部回路中的冷却液进行降温。

换热段320的管道沿着多个第一散热翅片200的排列方向来回穿设于第一散热翅片200。采用上述结构，可以增加外部回路与第一散热翅片200的接触面，快速对外部回路内的冷却液进行降温，以便于冷却液流到内部回路310中对导热基板100进行降温。

如图2所示，在本实施例中，换热段320包括多个管道支路321，多个管道支路321分别沿着多个第一散热翅片200的排列方向贯穿多个第一散热翅片200，多个所述管道支路321首尾依次连通。换热段320呈S形设置，增加外部回路与第一散热翅片200的接触面，使外部回路内的冷却液的温度在流动过程中逐渐变低以满足需求。

如图1所示，冷却装置还包括循环泵400，循环泵400用于驱动冷却回路内的冷却液在内部回路310和外部回路之间循环流动。通过循环泵400使得外部回路和内部回路310中的冷却液循环流动。循环泵400可以是微型泵，循环泵400设于外部回路的其中一个连接段330上。

本发明还提供了一种电子设备，电子设备包括上述的冷却装置，该电子设备的发热部件500安装于导热基板100上。采用上述冷却装置的电子设备，可以有效降低电子设备内发热部件500的热量，无需改变现有电子设备的整体结构。

实施例2

本实施例中，冷却装置的与实施例1的结构大致相同，不同之处在于：换热段320的管道包括多个管道支路321，多个管道支路321分别沿着多个第一散热翅片200的排列方向贯穿多个第一散热翅片200，管道支路321的一端通过第一连接管322连通，多个管道支路321的另一端通过第二连接管333连通。

如图4所示，多个管道支路321位于同一侧的一端通过一个第一连接管322连通，多个管道支路321位于同一侧的另一端通过两个第二连接管323连通。

本实施例中，换热段320呈类似F形设置，将外部回路内的冷却液进行分散，增加外部回路内的冷却液的换热效率，使冷却液快速降温。

实施例3

如图5所示，本实施例中冷却装置的与实施例1的结构大致相同，不同之处在于：在本实施例中，换热段320的管道并没有设置在第一散热翅片200远离导热基板100的一端端部，在换热段320的管道上设有换热组件600，该换热组件600用于与外部回路进行热交换。其中，换热组件600设于外部回路的换热段320的管道上。

在本实施例中，换热组件600为翅片组件，翅片组件包括多个第二散热翅片601，在第一散热翅片200远离导热基板100的延伸方向，多个第二散热翅片601间隔排列。换热组件600采用上述结构，结构简单，成本低，并且多个第二散热翅片601间隔排列也会形成空气流道，可以使流经第一换热翅片的空气流道210的空气再次流经第二换热翅片的空气流道，从而可以快速对第二翅片进行降温。

在一种较佳地实施方式中，换热组件600设于第一散热翅片200的一侧，且空气流道210与换热组件600相对设置。采用上述结构形式，一方面避免换热组件600占有其余位置，影响冷却装置的结构紧凑性，另一方面可以使流经空气流道210的空气再次流经换热组件600对换热组件600进行降温。

在一种较佳地实施方式中，换热组件600设于空气流道210的出风口一侧。可以使空气先对第一散热翅片200进行散热，以便于第一散热翅片200可以直接带走导热基板100更多的热量。

当然，在一些实施方式中，换热组件600也可以设于空气流道210的进风口一侧。

实施例4

如图6所示，本实施例中冷却装置的与实施例2的结构大致相同，不同之处在于：在本实施例中，换热组件600为板翅式换热器。换热组件600采用板翅式换热器，结构简单、安装方便，并且板翅式换热器可以通过换热介质对外部回路中的冷却液进行快速降温，降温效率高。

该实施方式运用循环流动的冷却液将导热基板100上的热量迅速带走，并且传递到远离导热基板100的板翅式换热器上。冷却空气先经过导热基板100背面的第一散热翅片200，再经过板翅式换热器。导热基板100背面的空冷和导热基板100的液冷的叠加使导热基板100获得一个更低的温度，对大功率电力电子器件有更好的冷却效果。

实施例5

本实施例中冷却装置的与实施例1的结构大致相同，不同之处在于：在本实施例中，外部回路有两组，其中第一组外部回路换热段320的管道设于第一散热翅片200远离导热基板100的一端端部，通过第一散热翅片200对第一组换热段320内的冷却液进行热交换，第二组外部回路换热段320的管道上设有换热组件600，该换热组件600用于与第二组换热段320内的冷却液进行热交换。

在该实施例中，换热组件600可以采用实施例3中的方案进行设置，也可以采用实施例4中的方案进行设置。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种冷却装置，包括导热基板、第一散热翅片和冷却回路，所述第一散热翅片安装于所述导热基板上，所述冷却回路包括连通的内部回路和外部回路，所述内部回路设于所述导热基板的内部并用于与所述导热基板进行热交换，其特征在于，所述外部回路具有换热段，所述换热段的管道设于所述第一散热翅片远离所述导热基板的一端端部；

和/或，所述外部回路具有换热段，所述换热段的管道上设有换热组件，所述换热组件用于与所述外部回路进行热交换。

2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述第一散热翅片具有多个，多个所述第一散热翅片平行设置，两个相邻的所述第一散热翅片之间形成空气流道。

3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述换热段的管道沿着多个所述第一散热翅片的排列方向来回穿设于所述第一散热翅片。

4.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述换热段的管道包括多个管道支路，多个所述管道支路分别沿着多个所述第一散热翅片的排列方向贯穿多个所述第一散热翅片，多个所述管道支路首尾依次连通。

5.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述换热段的管道包括多个管道支路，多个所述管道支路分别沿着多个所述第一散热翅片的排列方向贯穿多个所述第一散热翅片，多个所述管道支路的一端通过第一连接管连通，多个所述管道支路的另一端通过第二连接管连通。

6.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述换热组件设于所述第一散热翅片的一侧，且所述空气流道与所述换热组件相对设置。

7.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述换热组件为翅片组件，所述翅片组件包括多个第二散热翅片，在所述第一散热翅片远离所述导热基板的延伸方向，多个所述第二散热翅片间隔排列。

8.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述换热组件为板翅式换热器。

9.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述换热组件设于所述空气流道的出风口一侧。

10.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述导热基板具有相背离的第一安装面和第二安装面，所述第一散热翅片设于所述第二安装面，所述第一安装面用于安装待散热的发热部件。

11.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述外部回路还包括两个连接段，两个所述连接段分别与所述内部回路的进口和出口连接，所述换热段的两端分别通过两个所述连接段连通所述内部回路。

12.如权利要求11所述的冷却装置，其特征在于，所述换热组件设于所述换热段的管道上，或者所述换热段的管道设于所述第一散热翅片远离所述导热基板的一端端部。

13.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括循环泵，所述循环泵用于驱动所述冷却回路内的冷却液在所述内部回路和所述外部回路之间循环流动。

14.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述内部回路呈S形分布于所述导热基板的内部。

15.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-14任意一项所述的冷却装置，所述电子设备的发热部件安装于所述导热基板上。

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