CN102155851B - 一种水冷式散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水冷式散热器，包括基板、面板和散热翅片，基板上安装有多个散热翅片列，任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片错落设置，散热翅片为立方体结构，焊接于基板的安装槽中。本发明公开的水冷式散热器，在基板上安装多个散热翅片列，并且任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片错落设置，冷却流体从当前散热翅片列流向下一个散热翅片列时，与散热翅片发生碰撞，使冷却流体的流动状态发生急剧变化，产生紊流冲刷散热翅片的表面，破坏散热翅片表面的热膜，提高了传热效率；散热翅片和基板分别进行加工，之后散热翅片通过焊接的方式安装于基板的安装槽中，与铣削加工或模具压铸的加工方式相比，加工工艺简单、费用低。

Description

一种水冷式散热器

技术领域

本发明属于散热器技术领域，尤其涉及一种水冷式散热器。

背景技术

电力机车需要安装冷却设备来散热，以保证各相关设备的正常工作。目前的冷却设备多采用水冷式散热器，包括基板、面板和散热翅片，基板和面板之间形成封闭腔体，在面板上设置有进水口和出水口，基板上设置有散热翅片，冷却介质从进水口流入，在散热翅片形成的通路中穿行后从出水口流出，并将热量带出，实现散热。

影响水冷式散热器散热能力的因素主要有散热面积和传热系数，由于依靠增加散热面积来提高散热器的散热能力会受到电力机车车体大小的限制，所以提高散热器散热能力的重要手段是提高传热系数，而提高散热系数主要依赖于散热翅片的结构。

目前散热翅片结构主要为直翅片结构（如图1所示），在基板上采用铣削加工的方法直接加工出来。在散热器使用过程中，由于冷却介质具有黏度，会在散热器的翅片表面形成热膜，该热膜的导热能力很低，会阻止冷却液与翅片本体之间的热交换，导致散热器的传热效率降低，从而降低散热器的散热能力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水冷式散热器，具有较高的传热效率，并且其散热翅片的结构简单、加工工艺简便、费用较低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水冷式散热器，包括基板、面板和散热翅片，所述基板上安装有多个散热翅片列，任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片错落设置，至少一个散热翅片列中的散热翅片为倾斜设置，所述散热翅片为立方体结构，焊接于所述基板的安装槽中，当所述基板上安装有未倾斜设置的散热翅片列时，倾斜设置的散热翅片沿所述基板所在平面的延伸方向相对于未倾斜设置的散热翅片沿所述基板所在平面的延伸方向倾斜。

优选的，在上述水冷式散热器中，多个所述散热翅片为倾斜设置的散热翅片列在基板上隔列设置。

优选的，在上述水冷式散热器中，任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片呈反向倾斜设置，具体的，一个散热翅片列中的散热翅片沿所述基板所在平面的延伸方向相对于相邻散热翅片列中的散热翅片沿所述基板所在平面的延伸方向倾斜。

优选的，在上述水冷式散热器中，所述基板和散热翅片为铝合金板。

由此可见，在本发明上述公开的水冷式散热器中，在基板上安装多个散热翅片列，并且任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片错落设置，冷却流体从上一个散热翅片列流向下一个散热翅片列时，与下一个散热翅片列中的散热翅片发生碰撞，使冷却流体的流动状态发生急剧变化，产生紊流冲刷散热翅片的表面，破坏散热翅片表面的热膜，提高散热翅片的传热效率；散热翅片和基板分别进行加工，之后散热翅片通过钎焊的方式安装于基板的安装槽中，与铣削加工或模具压铸的加工方式相比，加工工艺简单、费用低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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为现有的直翅片的结构示意图；

图2为本发明公开的水冷式散热器的结构示意图；

图3为图2所示水冷式散热器的侧视图；

图4为本发明公开的一种散热翅片的结构示意图；

图5为冷却流体在图4所示散热翅片之间流动时的流向示意图；

图6为本发明公开的另一种散热翅片的结构示意图；

图7为本发明公开的另一种散热翅片的结构示意图；

图8为冷却流体在图7所示散热翅片之间流动时的流向示意图。

具体实施方式

当散热器中散热翅片的表面形成热膜时，这层热膜会阻止冷却介质与散热翅片之间的热交换，降低散热翅片的传热效率，因此要消除散热翅片表面的热膜。

消除热膜的途径是使冷却流体形成紊流，通过紊流在散热翅片表面的冲刷作用消除热膜。要使冷却流体形成紊流，冷却流体的雷诺数（Ra=v/υ,v为流体流速，υ为流体粘度，Ra为雷诺数）就不能低于某个数值（一般不小于2400），粘度大的流体所要求的流速越高，而流体阻力（简称为流阻）与流速的平方成正比，因此当流速高时流阻也随之增大。传热效率与流阻是矛盾存在的两个方面，流阻大则传热效率高，流阻小则传热效率低。因此如果采用提高冷却流体流速的方法使得冷却流体形成紊流时，虽然消除了散热翅片表面的热膜，但流速的提高直接导致流阻增大，直接影响冷却水泵循环的工况条件。本发明申请人对散热翅片的结构进行改进，在不增大冷却流体流速的情况下，使冷却流体形成紊流，消除散热翅片表面的热膜，达到提高传热效率的目的，并且散热翅片的结构简单、加工工艺简便、费用较低。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。

参见图2和图3，图2为本发明公开的水冷式散热器的结构示意图，图3为图2所示水冷式散热器的侧视图。包括基板1、面板2和散热翅片3。

其中，基板1和面板2形成封闭腔体，在面板2的一端设置有进水口21，在相对的另一端设置有出水口22，基板1上安装有多组散热翅片3。从进水口21流入的冷却流体可以在散热翅片3之间流动，最终由出水口22流出，在冷却流体流动过程中，基板1和散热翅片3上的热量被冷却流体带出。

散热翅片3的结构如图4所示。散热翅片3在基板1上按列分布，形成多个散热翅片列，任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片3错落设置，也就是任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片3位于不同的高度。以图4中散热翅片列a、散热翅片列b和散热翅片列c为例，散热翅片列b中散热翅片3所处的位置与散热翅片列a中相邻两个散热翅片3之间形成的空隙位置对应，散热翅片列a和散热翅片列b中的各个散热翅片3位于不同的高度；同时散热翅片列b中的散热翅片3所处的位置与散热翅片列c中相邻两个散热翅片3之间形成的空隙位置对应，散热翅片列b和散热翅片列c中的各个散热翅片3位于不同的高度。

冷却流体在散热翅片3之间的流向如图5所示。当冷却流体从上一个散热翅片列流向下个散热翅片列时，与下个散热翅片列中的散热翅片3发生碰撞，使冷却流体的流动状态发生急剧变化，产生紊流冲刷散热翅片3的表面，破坏散热翅片3表面的热膜，提高传热效率。

在实施中，分别加工基板1和散热翅片3，将金属板材热轧成型，再进行切割获得散热翅片3，在基板1上需要设置散热翅3的位置开设安装槽，该安装槽的形状与散热翅片3适配，散热翅片3放置于安装槽之后钎焊为一个整体，焊接工艺可以保证良好的传热能力，同时强度较高，并且与铣削加工或模具压铸的加工方式相比，加工工艺简单、费用低。

在实施中，散热翅片3设置为立方体结构，可以降低其加工难度，并且加工基板1的工艺也得以简化，与其他的散热翅片结构相比，整个加工工艺更加简单。

在本发明上述公开的水冷式散热器中，在基板上安装多个散热翅片列，并且任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片错落设置，冷却流体从上一个散热翅片列流向下一个散热翅片列时，会与下一个散热翅片列中的散热翅片发生碰撞，使冷却流体的流动状态发生急剧变化，产生紊流冲刷散热翅片的表面，破坏散热翅片表面的热膜，提高散热翅片的传热效率；散热翅片和基板分别进行加工，之后散热翅片通过焊接的方式安装于基板的安装槽中，与铣削加工或模具压铸的加工方式相比，加工工艺简单、费用低。

图4仅公开了一种散热翅片的结构，其结构还可以如图6和图7所示。

参见图6，图6是本发明公开的另一种散热翅片的结构示意图。

散热翅片3在基板1上按列分布，形成多个散热翅片列，任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片3错落设置，并且在多个散热翅片列中至少有一个散热翅片列中的散热翅片3为倾斜设置，当然散热翅片3为倾斜设置的散热翅片列的数量可以是多个，当该数量达到散热翅片列总数的一半时，可以将散热翅片3为倾斜设置的散热翅片列在基板1上隔列设置。

当冷却流体从上一个散热翅片列流向下一个散热翅片列时，会与下一个散热翅片列中的散热翅片发生碰撞，使冷却流体的流动状态发生急剧变化，产生紊流冲刷散热翅片的表面，破坏散热翅片表面的热膜，提高散热翅片的传热效率。

参见图7，图7为本发明公开的另一种散热翅片的结构示意图。

散热翅片3在基板1上按列分布，形成多个散热翅片列，任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片3错落设置，并且任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片呈反向倾斜设置。

冷却流体在散热翅片3之间的流向如图8中所示，散热翅片3强制冷却流体不断的改变流动方向，使冷却流体形成紊流流动，冲刷散热翅片3表面，破坏散热翅片3表面形成的热膜，达到提高散热翅片3的传热系数的目的。

在实施中，针对不同的技术要求，可通过改变散热翅片3自身的高度H、以及散热翅片列中相邻散热翅片3之间的距离t来改变冷却流体的流速，从而改变冷却流体的流阻。也可以通过改变散热翅片3的倾斜角度X、以及散热翅片3的长度L来改变流体的流动状态。

在本发明上述公开的各个水冷式散热器中，基板和散热翅片优选为铝合金板。由于水冷式散热器中的冷却介质多采用水和乙二醇的混合液，易对铜材造成腐蚀，而铝合金通过氧化处理后的防腐能力优于铜材，并且铝合金的导热率高、钎焊性能好、焊接可靠性高、易加工、易轧制成型，生产成本低，适宜大批量生产。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种水冷式散热器，包括基板、面板和散热翅片，其特征在于，所述基板上安装有多个散热翅片列，任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片错落设置，至少一个散热翅片列中的散热翅片为倾斜设置，所述散热翅片为立方体结构，焊接于所述基板的安装槽中，当所述基板上安装有未倾斜设置的散热翅片列时，倾斜设置的散热翅片沿所述基板所在平面的延伸方向相对于未倾斜设置的散热翅片沿所述基板所在平面的延伸方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的水冷式散热器，其特征在于，多个所述散热翅片为倾斜设置的散热翅片列在基板上隔列设置。

3.根据权利要求1所述的水冷式散热器，其特征在于，任意两个相邻散热翅片列中的散热翅片呈反向倾斜设置，具体的，一个散热翅片列中的散热翅片沿所述基板所在平面的延伸方向相对于相邻散热翅片列中的散热翅片沿所述基板所在平面的延伸方向倾斜。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的水冷式散热器，其特征在于，所述基板和散热翅片为铝合金板。

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