CN213755477U - 液冷散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液冷散热器，该液冷散热器包括：壳体，具有进液口和出液口；至少两个主流道，并联设置在壳体内，每个主流道的两端分别与进液口和出液口连通，每个主流道均包括多个水平段和多个竖直段，相邻两个水平段之间设置有一个竖直段，多个水平段平行设置。通过本申请提供的技术方案，能够解决现有技术中的液冷散热器无法满足散热需求的问题。

Description

液冷散热器

技术领域

本实用新型涉及散热器技术领域，具体而言，涉及一种液冷散热器。

背景技术

目前，电力电子行业随着功率密度的高集成化，设备内部依靠传统的风冷散热已经不能满足要求，这就更多的引入了液体冷却技术在电力电子行业的应用，因此液冷散热器作为核心散热部件就广泛采用。

电力电子行业典型的水冷技术应用于风能变流器，近年海上风电行业的大力发展对变流器功率密度要求更高，但是现有的液冷散热器无法满足散热需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种液冷散热器，以解决现有技术中的液冷散热器无法满足散热需求的问题。

本实用新型提供了一种液冷散热器，液冷散热器包括：壳体，具有进液口和出液口；至少两个主流道，并联设置在壳体内，每个主流道的两端分别与进液口和出液口连通，每个主流道均包括多个水平段和多个竖直段，相邻两个水平段之间设置有一个竖直段，多个水平段平行设置。

进一步地，液冷散热器还包括分流结构，至少部分水平段内设置有分流结构。

进一步地，分流结构包括分流隔板，分流隔板的延伸方向与水平段的延伸方向相同。

进一步地，分流结构包括多个分流隔板，多个分流隔板平行设置。

进一步地，液冷散热器还包括旁通流道，旁通流道的两端分别与相邻两个竖直段连通。

进一步地，旁通流道靠近进液口设置。

进一步地，液冷散热器包括第一主流道和第二主流道，第一主流道围设在第二主流道的外周。

进一步地，进液口位于壳体的下部，出液口位于壳体的上部。

进一步地，主流道在壳体的厚度方向上对称设置在壳体内。

进一步地，主流道与壳体为一体成型结构。

应用本实用新型的技术方案，该液冷散热器包括壳体和至少两个主流道，至少两个主流道并联设置在壳体内。其中，壳体具有进液口和出液口，每个主流道的两端分别与进液口和出液口连通，液体可从进液口分别进入至少两个主流道内，利用两个主流道同时进行散热。并且，每个主流道均包括多个水平段和多个竖直段，相邻两个水平段之间设置有一个竖直段，多个水平段平行设置。由于多个水平段与多个竖直段串联设置，进入主流道内的液体会依次流过多个水平段和多个竖直段，在液体的流动过程中，由于多个水平段平行设置，液体会在壳体内往复流动，壳体具有足够大的换热面积，进而能够提升液冷散热器的散热性能，进而使得液冷散热器满足散热需求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施例提供的液冷散热器的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例提供的液冷散热器另一视角的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型实施例提供的液冷散热器未设置旁通流道的结构示意图；

图4示出了根据本实用新型实施例提供的液冷散热器设置有旁通流道的结构示意图；

图5示出了根据本实用新型实施例提供的液冷散热器装配有IGBT管的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、壳体；11、进液口；12、出液口；20、主流道；21、水平段；22、竖直段；23、第一主流道；24、第二主流道；30、分流结构；31、分流隔板；40、旁通流道；50、IGBT管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图4所示，本实用新型实施例提供了一种液冷散热器，该液冷散热器包括壳体10和至少两个主流道20，至少两个主流道20并联设置在壳体10内。其中，壳体10具有进液口11和出液口12，每个主流道20的两端分别与进液口11和出液口12连通，液体可通过进液口11进入主流道20内，在完成换热之后，液体会通过出液口12流出壳体10。在本实施例中，每个主流道20均包括多个水平段21和多个竖直段22，相邻两个水平段21之间设置有一个竖直段22，多个水平段21平行设置。

应用本实施例提供的液冷散热器，液体可从进液口11分别进入至少两个主流道20内，利用两个主流道20同时进行散热，进入主流道20内的液体会依次流过多个水平段21和多个竖直段22，在液体的流动过程中，由于多个水平段21平行设置，液体会在壳体10内往复流动，壳体10具有足够大的换热面积，进而能够提升液冷散热器的散热性能，进而使得液冷散热器满足散热需求。

而传统的液冷散热器多采用简单的多支路并联流道，同时通过大流道和大流量来实现热量交换，在高散热效率(单位流量下需要带走更多的流量)要求下，传统的液冷散热器就很难满足。

在本实施例中，水平段21的长度尺寸大于竖直段22的长度尺寸，保证相邻两个水平段21之间的距离不会过远，进而保证液冷散热器具有足够大的换热面积。

如图1和图4所示，为了进一步提升散热效果，在本实施例中，液冷散热器还包括分流结构30，至少部分水平段21内设置有分流结构30。其中，可以在全部水平段21内设置分流结构30，也可以在部分水平段21内设置分流结构。

在其它实施例中，还可以将分流结构30设置在竖直段22内。

具体地，分流结构30包括但不限于分流板、分流凸台等结构，只要能够对流道内的液体进行分流即可。

如图1所示，在本实施例中，分流结构30包括分流隔板31，分流隔板31的延伸方向与水平段21的延伸方向相同，如此能够在利用分流隔板31实现对流道内的液体的分流的同时，保证分流隔板31不会对液体施加过大的阻力，以保证液体在流道内的流速。

在本实施例中，分流隔板31的长度尺寸与水平段21的长度尺寸相同，即整个水平段21内均设置有分流隔板31，在液体进入水平段21内直至液体从水平段21流出的过程中，液体均处于分流的状态，如此能够保证分流效果，进而保证换热效果。

在其它实施例中，可根据使用需求将分流隔板31不设置满整个水平段21，以满足各种使用需求。

如图1和图2所示，分流结构30包括多个分流隔板31，多个分流隔板31平行设置。在多个分流隔板31的分流作用下，进入水平段21内的液体会被分流成多股流体，利用多股流体同时进行换热，进而能够提升换热效果。

在本实施例中，在水平段21内平行设置有三个分流隔板31，三个分流隔板31将水平段21分流为四条并联的小流道。

而传统的液冷散热器水道设计简单，通常没有扰流设计，热交换效率低。

为了进一步提升换热效果，在本实施例中，液冷散热器还包括旁通流道40，旁通流道40的两端分别与相邻两个竖直段22连通，利用旁通流道40可将相邻两个水平段21的互不连通的一端连通。

在本实施例中，旁通流道40靠近进液口11设置。由于靠近进液口11处的液体的温度较低，将旁通流道40设置在靠近进液口11的位置，利用旁通流道40将靠近进液口11的相邻两个水平段21的互不连通的一端连通，能够降低流道内液体的温度，进而能够提升换热降温效果。

需要说明的是，在本实施例中，旁通流道40靠近进液口11设置，指的是旁通流道40位于壳体10在竖直方向上的中心线的下方。

旁通流道40通过仿真验证很好降低了散热器热分布梯度，满功率液冷散热器上下温度梯度在2度以内，很好地降低了梯度。

在其它实施例中，可将旁通流道40设置在其它位置，只要能够实现旁通效果即可。或者，还可以同时设置多个旁通流道40，利用多个旁通流道40同时对流道内液体的温度进行降温。

如图2所示，在本实施例中，液冷散热器包括第一主流道23和第二主流道24，第一主流道23围设在第二主流道24的外周。采用上述结构，能够在增大换热面积的同时保证流道内的液体的温度不会过高，进而保证液冷散热器的换热降温效果。

需要说明的是，主流道的数量并不仅限于两个，主流道的数量可根据壳体10的大小以及使用需求进行适应性的调整。

在本实施例中，进液口11位于壳体10的下部，出液口12位于壳体10的上部。温度较低的液体从壳体10下部的进液口11进入流道内，在完成换热之后，液体会通过壳体10上部的出液口12排出。由于出液口12位于壳体10的上部，液体中的气体可顺利地从出液口12排出，保证气体不会聚集在流道内，进而保证换热效果。

并且，在本实施例中，进液口11和出液口12位于壳体10的同一侧，如此便于对壳体10进行装配。

在本实施例中，主流道20在壳体10的厚度方向上对称设置在壳体10内，如此主流道20与壳体10两侧的距离相同。在将元器件装配到壳体10上时，可选择性地在壳体10的一侧装配元器件或在壳体10的两侧同时装配元器件。

其中，壳体10的两个相对的侧壁为元器件的安装面。

在本实施例中，主流道20与壳体10为一体成型结构，如此便于进行加工，能够降低加工成本。并且，将主流道20与壳体10一体成型结构，还能够保证流道的密封性，避免液冷散热器出现漏液的问题。

为了减小液体在流道内的流动阻力，可以在水平段21与竖直段22的连接处，即流道的转弯处设置弧形段，保证流体的流动速度。

在本实施例中，水平段21沿水平方向延伸，竖直段22沿竖直方向延伸。具体地，水平段21和竖直段22均为平直结构。在其它实施例中，可将竖直段22设置为弧形结构，只要能够保证多个水平段21相互平行即可。

而传统的液冷散热器通常采用钻孔的方式对流道进行加工，流道过渡直角转弯较多，流阻相对较大。

为了便于理解本实施例提供的液冷散热器，下面根据小流道分流原理进行描述：

(1)依据液体流态分布，从工程角度上流态越稳定即越处于层流状态则对流体定流量分配越容易，划分流态的主要参数依据即雷诺数Re，雷诺数可由下式求得：

式中Q——管内流量；d——管径；γ——流体的运动黏度；

备注：当流量、液体种类确定情况下，则管径越大雷诺数越小即流态越接近层流。

(2)依据等压力布局中，截面大小与流量成正比关系来确定并联主流道的设计，通过多支路串联来实现各支路流量分配，并通过并联小支路数量和大小使得流体流态更加均衡。

如图5所示，在本实施例中，该液冷散热器应用于IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)绝缘栅双极型晶体管。其中，该液冷散热器可单面布局IGBT管50，可根据损耗和流量调整流道尺寸。该液冷散热器也可双面布局IGBT管50，流道整体串并联方案不变，可根据损耗和流量调整流道尺寸，从而实现大功率高密度功率方案。

在其它实施例中，可将该液冷散热器应用于其它元器件。

通过本实施例提供的装置，具有以下有益效果：

(1)采用主流道和分流道，流道串并联方案，能够提升液冷散热器的换热效率；

(2)在芯片发热集中区域采用四条小流道并联，充分增大热集中区域的换热面积，同时增加内部流体的扰流，使液体在流动过程中充分跟散热器进行热交换；

(3)为了降低整个液冷散热器的热分布梯度，在主流道设计旁通流道来均衡水温，可根据旁通流道的大小和位置来调整主流道的流体温度；

(4)流道对称设计，该散热器可以双面布局发热IGBT管，也可单面布局，灵活方便。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液冷散热器，其特征在于，所述液冷散热器包括：

壳体(10)，具有进液口(11)和出液口(12)；

至少两个主流道(20)，并联设置在所述壳体(10)内，每个所述主流道(20)的两端分别与所述进液口(11)和所述出液口(12)连通，每个所述主流道(20)均包括多个水平段(21)和多个竖直段(22)，相邻两个所述水平段(21)之间设置有一个所述竖直段(22)，多个所述水平段(21)平行设置。

2.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述液冷散热器还包括分流结构(30)，至少部分所述水平段(21)内设置有所述分流结构(30)。

3.根据权利要求2所述的液冷散热器，其特征在于，所述分流结构(30)包括分流隔板(31)，所述分流隔板(31)的延伸方向与所述水平段(21)的延伸方向相同。

4.根据权利要求3所述的液冷散热器，其特征在于，所述分流结构(30)包括多个所述分流隔板(31)，多个所述分流隔板(31)平行设置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的液冷散热器，其特征在于，所述液冷散热器还包括旁通流道(40)，所述旁通流道(40)的两端分别与相邻两个所述竖直段(22)连通。

6.根据权利要求5所述的液冷散热器，其特征在于，所述旁通流道(40)靠近所述进液口(11)设置。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的液冷散热器，其特征在于，所述液冷散热器包括第一主流道(23)和第二主流道(24)，所述第一主流道(23)围设在所述第二主流道(24)的外周。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的液冷散热器，其特征在于，所述进液口(11)位于所述壳体(10)的下部，所述出液口(12)位于所述壳体(10)的上部。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的液冷散热器，其特征在于，所述主流道(20)在所述壳体(10)的厚度方向上对称设置在所述壳体(10)内。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的液冷散热器，其特征在于，所述主流道(20)与所述壳体(10)为一体成型结构。

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