CN206674409U - 一种带翅片结构双面水冷板 - Google Patents

Abstract

一种带翅片结构双面水冷板，基板焊接在上盖板与下盖板之间，在基板的一面开有正面流道，基板的另一面开有背面流道，基板上还开有贯通基板的汇流孔，正面流道和背面流道都与汇流孔连通。本实用新型中流道布局方式采用不同高度交错翅片结构串联组合的排列方式，大大增加了冷却液的扰动，同时因交错翅片前后高度不同，能够完全平衡串联流道中因冷却液温度升高而造成的两个相邻模块均温性不一致的问题，这个交错翅片结构散热方式，传热面积大，冷却液在翅片中形成湍流提高了换热效率，该种流道结构能够大幅度提高大功率变流器功率模块用水冷板的散热效率，且流阻低，可靠性好。

Description

一种带翅片结构双面水冷板

技术领域

本实用新型涉及一种水冷板，具体涉及一种具有串联和并联散热流道的冷水板。

背景技术

随着电子技术的发展，电子设备的性能迅速提高，由于器件本身的热电耦合特性，其损耗也随之增加。目前，主流机车上对变流器模块进行排热的散热器装置主要有水冷和风冷两种方式，由于机车牵引的功率增加，功率密度也越来越大，风冷方式难以满足高功率密度模块散热器需求，采用水冷散热方式的紧凑型立体化的变流器成为目前追逐的主流。交流逆变机车牵引的电机控制器结构采用分体水冷板和IGBT的结构形式，但由于变流器整个***的水冷板数量多，管接头也多，从而增加了漏水的风险。

水冷板的设计过程中，其内部流道以及散热翅片的设计是影响散热的关键因素。现有的水冷板多采用在流道中直接CNC铣削加工出翅片的方式，由于流道设计简单，流体流动处于层流状态，没有起到强化散热效果。在散热器功率密度很大时，为了提高水冷换热系数，需减小翅片间隙，增加翅片高度，但是过小的翅片间隙（≤1mm）和较高的翅片高度（≥12mm），在实际加工中很难实现且加工效率很低，这都不利于提高水冷板的散热性能和批产应用。

通过国内检索发现以下专利与本实用新型有相似之处：

申请号为201220075433.X，名称为“一种翅片式水冷板”的实用新型涉及到一种翅片式水冷板，包括有盖板（1）和基座（3），所述的盖板（1）上设有散热片，该散热片为与盖板（1）一起铝挤出的翅片（2），所述的基座（3）上设有与散热片对应的槽道（4），所述的散热片对准伸入至所述的槽道（4）内，所述的盖板（1）与基座（3）之间钎焊连接。本实用新型的水冷板上含翅片的盖板采用铝挤方式生产，成本低，并且盖板和水冷板基座之间的连接可靠性高。

申请号为201320801529.4，名称为“一种双层水冷板”的实用新型公开了一种双层水冷板，属于水冷装置技术领域。该双层水冷板包括基板及两平面盖板，所述基板上下两侧对称地设有凹槽，所述凹槽的底部为平面，所述凹槽上封盖有所述盖板分别形成所述上水箱和所述下水箱，所述上水箱的前端设有分配结构，所述下水箱前端设有收集结构，所述上水箱后端与所述下水箱后端通过循环结构连通，所述基板侧面设有进水口和出水口，所述进水口与所述分配结构相连，所述出水口与所述收集结构相连，所述盖板内侧壁上沿水路方向设有栅格。本实用新型实施例提供了一种双层冷水板，通过在盖板内侧壁上沿水路方向设置栅格，可以减缓水冷板中水流的速度和提高热交换面与冷却水的接触面积，从而达到更好的散热效果。

上述两个专利虽然也都是冷水板，且申请号为201220075433.X的实用新型专利也具有翅片的结构，而申请号为201320801529.4的实用新型专利也是一种双层的水冷板。但申请号为201220075433.X的实用新型专利的翅片结构单一，没有本实用新型中的高台阶、矮台阶、高翅片和矮翅片结构，难以形成矮翅片区的快速散热效果。而申请号为201320801529.4的实用新型专利虽然是双层的水冷板，但其水的流动都是集中在一起，与本实用新型中的水流在基板的两面都进行流动是不同的，且本实用新型还通过设置串联和并联散热流道来增强散热的效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：如何让水冷板的两面都能进行快速的散热，提高散热的效率。

针以上述问题，本实用新型提出的技术方案是：一种带翅片结构双面水冷板，基板焊接在上盖板与下盖板之间，在基板的一面开有正面流道，基板的另一面开有背面流道，基板上还开有贯通基板的汇流孔，正面流道和背面流道都与汇流孔连通。

进一步地，正面流道中设有高台阶与矮台阶，高台阶和矮台阶都是开在基板上的凹槽，高台阶的深度大于矮台阶的深度。

进一步地，高台阶设在汇流孔的一侧，矮台阶开在汇流孔的另一侧。

进一步地，高台阶中设有高翅片，矮台阶中设有矮翅片；高翅片和矮翅片中都开有能让水流通的通孔，且高翅片的高度大于矮翅片的高度。

进一步地，基板的一端开有进水腔，基板的另一端开有出水腔；进水腔、正面流道、背面流道、汇流孔和出水腔能一起形成串联的散热流道。

进一步地，焊接在上盖板与下盖板之间的基板为2块以上，每块基板上的一端开有进水分流通道，每块基板上的另一端开有出水分流通道。

进一步地，在上盖板与下盖板之间还设有进水连通流道和出水端连通流道，每块基板上的进水口腔和进水分流通道都与进水连通流道进行连通；每块基板上的出水口腔和出水分流通道都与出水连通流道进行连通，从而形成并联的散热流道。

本实用新型的优点是：

1.本实用新型中流道布局方式采用不同高度交错翅片结构串联组合的排列方式，大大增加了冷却液的扰动，同时因交错翅片前后高度不同，能够完全平衡串联流道中因冷却液温度升高而造成的两个相邻模块均温性不一致的问题，这个交错翅片结构散热方式，传热面积大，冷却液在翅片中形成湍流提高了换热效率，该种流道结构能够大幅度提高大功率变流器功率模块用水冷板的散热效率，且流阻低，可靠性好。另外，采用进出水口接头与冷板氩弧焊接为一体的方式，使用寿命长，不会产生泄漏。

2.本实用新型中提供了一种结构紧凑，具有较低流阻、热阻和良好均温性的水冷板，能够满足高功率模块的散热需求，具有很高的传热效率和散热效果。同时通过集成多个模块安装，达到一体化设计的目的，将整个***可靠性等级提升20%。

附图说明

图1为本实施例一主视方向的示意图；

图2为实施例一俯视方向的剖视图；

图3为图2沿A-A的剖视示意图；

图4为实施例二俯视方向的剖视图；

图5为高翅片的俯视方向示意图；

图6为图5中沿B-B的剖视示意图；

图7为矮翅片的左视方向剖视示意图；

图中：1基板、11进水口腔、12出水口腔、13正面流道、131高台阶、132矮台阶、14背面流道、15进水分流通道、16出水分流通道、2上盖板、3下盖板、4高翅片、5矮翅片、6接头、7汇流孔、8进水连通流道、9出水连通流道。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做一步的描述：

实施例一

如图1、2和3所示，基板1焊接在上盖板2与下盖板3之间，其中基本包括进水口腔11、出水口腔12、正面流道13和背面流道14，正面流道13开在基板1的一个面上，背面流道14开在基板1的另一个面上。进水口腔11和出水口腔12可以与正面流道13连通，也可以与背面流道14连通。基板1上还开有贯通基板1的汇流孔7，正面流道13和背面流道14都与汇流孔7连通。

如图3、图5、图6和图7所示，在基板1的正面流道13中还设有高台阶131和矮台阶132，高台阶131和矮台阶132都是开在基板1上的凹槽，高台阶131的深度大于矮台阶132的深度。高台阶131设在汇流孔7的一侧，矮台阶132开在汇流孔7的另一侧。高台阶131中焊接固定有高翅片4，矮台阶132中焊接固定有矮翅片5。

高翅片4和矮翅片5中都开有能让水流通的通孔，且高翅片4的高度大于矮翅片5的高度。高台阶131的深度与放入其槽道内的高翅片4的高度相近，矮台阶132的深度与放入其槽道内的矮翅片5的高度相近，这样在交错的将高翅片4和矮翅片5放入到正面流道13内后，高翅片4和矮翅片5的整体表面平齐，从而不会影响到基板1与上盖板2的整体钎焊焊接。

水冷板中各个部件的焊接顺序为：高台阶131和矮台阶132分别与高翅片4和矮翅片5组合焊接固定，再通过真空钎焊与上盖板2和下盖板3连接为一体，下盖板3再与接头6通过氩弧焊接形成一个整体的水冷板结构。

基板1的一端开有进水腔，基板1的另一端开有出水腔；进水腔、正面流道13、背面流道14、汇流孔7和出水腔能一起形成串联的散热流道。由于高低台阶的截面面积不同，而流经单个水冷板的串联的散热流道中的流量相同的情况下，前端流体流经的高台阶131区域流速要低于后端流体流经的矮台阶132区域的流速，从而矮台阶132处散热片的散热效果会更好，矮台阶132处模块的温升要低与高台阶131模块温升，但同时考虑冷却液的自身被加热后模块温升会提高的情况，前后模块在高矮台阶132处的温升情况基本能够保持相同，这样可以很好的提升一个水冷板上面前后IGBT的均温性能，同时高低台阶流道搭配的方式，也有利于降低散热器整体流阻。

实施例二

如图4所示，与实施例一的不同之处在于，焊接在上盖板2与下盖板3之间的基板1为2块以上，每块基板1上的一端开有进水分流通道15，每块基板1上的另一端开有出水分流通道16。在上盖板2与下盖板3之间还设有进水连通流道8和出水端连通流道，每块基板1上的进水口腔11和进水分流通道15都与进水连通流道8进行连通；每块基板1上的出水口腔12和出水分流通道16都与出水连通流道9进行连通，从而形成并联的散热流道。

本实施例中的基板1为四块，冷却水通过进水口从下盖板3进入到基板1背面流道14，背面流道14起到一个对冷却水进行汇流和分流的作用，冷却水通过背面流道14进入到正面流道13的四个并联散热流道中，为保证四个并联散热流道中冷却液均匀，在背面流道14与并联散热流道的交汇处设置不同宽度的进水分流通道15和出水分流通道16，以确保四并联主路上的IGBT模块温升保持一致，防止个别模块过热情况发生。

本实用新型水冷板中基板1采用双面流道结构设计、流道采用并联结构加高、低台阶串联的方式，使得产品的高度集成化的同时，保证了各个发热模块的均温性要求。同时，为了降低流道表面的边界层厚度，提高水冷板的换热效率，采用交错翅片式结构，让液体在流道中发生强烈而且无序的流动，以降低流体的边界层厚度和对流热阻，起到了强化散热的效果。并且该冷板的流道加工简单，适应批量化生产的要求，水冷板在钎焊完后，其中的基板1与盖板连接可靠性高，可以承受高达1.2MPa水压，这种多模块集成真的一体化结构方式，也能提高整个***的使用和维护性能。

很显然，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种带翅片结构双面水冷板，基板（1）焊接在上盖板（2）与下盖板（3）之间，其特征在于，在基板（1）的一面开有正面流道（13），基板（1）的另一面开有背面流道（14），基板（1）上还开有贯通基板（1）的汇流孔（7），正面流道（13）和背面流道（14）都与汇流孔（7）连通。

2.根据权利要求1所述的一种带翅片结构双面水冷板，其特征在于，正面流道（13）中设有高台阶（131）与矮台阶（132），高台阶（131）和矮台阶（132）都是开在基板（1）上的凹槽，高台阶（131）的深度大于矮台阶（132）的深度。

3.根据权利要求2所述的一种带翅片结构双面水冷板，其特征在于，高台阶（131）设在汇流孔（7）的一侧，矮台阶（132）开在汇流孔（7）的另一侧。

4.根据权利要求2或3所述的一种带翅片结构双面水冷板，其特征在于，高台阶（131）中设有高翅片（4），矮台阶（132）中设有矮翅片（5）；高翅片（4）和矮翅片（5）中都开有能让水流通的通孔，且高翅片（4）的高度大于矮翅片（5）的高度。

5.根据权利要求1所述的一种带翅片结构双面水冷板，其特征在于，基板（1）的一端开有进水腔，基板（1）的另一端开有出水腔；进水腔、正面流道（13）、背面流道（14）、汇流孔（7）和出水腔能一起形成串联的散热流道。

6.根据权利要求5所述的一种带翅片结构双面水冷板，其特征在于，焊接在上盖板（2）与下盖板（3）之间的基板（1）为2块以上，每块基板（1）上的一端开有进水分流通道（15），每块基板（1）上的另一端开有出水分流通道（16）。

7.根据权利要求6所述的一种带翅片结构双面水冷板，其特征在于，在上盖板（2）与下盖板（3）之间还设有进水连通流道（8）和出水端连通流道，每块基板（1）上的进水口腔（11）和进水分流通道（15）都与进水连通流道（8）进行连通；每块基板（1）上的出水口腔（12）和出水分流通道（16）都与出水连通流道（9）进行连通，从而形成并联的散热流道。