CN106847766A - 一种t型水冷散热器及水冷散热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种T型水冷散热器及水冷散热方法，包括隔水板、连接在隔水板上、下面的二块L形散热板。每块散热板上，水嘴口连通汇水流道，汇水流道与散热流道通过连接流道口相连通。二块散热板上的散热流道通过连通流道相连通。汇水流道中设加强筋，连接流道口设均流环。通过在隔水板上面和下面对称连接二块散热板，二块散热板上的流道结构以及安装IGBT器件的结构均对称设置，并使二块散热板的流道连通，形成密闭的流道空间进行散热。本发明具有结构紧凑，较低的热阻和流阻、散热板面上的均温性好等优点。能够双面安装IGBT器件，实现同时对多个IGBT器件进行散热，实现进出水口调换。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，尤其是电力机车牵引变流器IGBT器件散热技术领域。
背景技术
随着电力电子技术的快速发展，IGBT器件热流密度越来越大，若没有良好的散热措施，则IGBT器件的温度可能达到或超过器件结温，从而导致器件性能的恶化以致损坏。同时电力机车牵引变流系统越来越集成化、模块化，使得牵引变流系统在正常工作时的耗散热流密度也越来越大，对散热产品的散热性能要求越来越高。目前牵引变流系统多采用多块水冷散热器串并联的方式对IGBT器件冷却散热，导致系统内部管路和管接头较多，存在漏水风险，也不利于系统小型化、集成化、高密度化发展。
现有技术中，申请号为201420798013.3的中国实用新型专利公开了一种用于机车牵引的液冷板，包括流道板和散热板，流道板中设有进水空腔和出水空腔，流道板与散热板相固定连接，散热板中设有散热块，散热块的一端面设有至少一组散热流道，散热块的另一端面设有散热通腔，散热板的底部设有连通腔，散热流道与散热通腔通过连通腔相连通，散热流道与进水空腔相连通，散热通腔与出水空腔相连通，进水空腔、散热流道、散热通腔和出水空腔形成散热道。该专利说明书中还具体公开了散热板一端面设有6组散热流道，每组散热流道由4个曲线流道相组成，4个曲线流道呈间隔状分布，并规定了液冷板中液体流动的方向的设计方法，曲线流道能够增强液体在液冷板流道内的扰动，增强换热效率。但该种液冷板的弊端就是只能单面散热，且液体反向流动时液冷板性能差异会较大；6组散热流道与流道板连接处的流道口无均流环设计，无法使6组散热流道中的流量均匀分布，导致整个散热板面温差相对较大。另外流道板进水空腔和出水空腔中没有设置加强筋，流道板存在强度不够、鼓包等风险。申请号为200820092806.8 的中国实用新型公开了一种液冷散热器,用于与安装在其上的功率模块进行热交换,包括良导热散热主体,在所述散热主体内至少设有分层排列的、并串联连接的两层流道;串联连接后的流道包括有进液口和出液口。通过分层排列并串联连接的两层流道,实现了散热器双面安装应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种T型水冷散热器及水冷散热方法，其能够双面安装IGBT器件，实现同时对多个IGBT器件进行散热、实现进出水口调换。
本发明的技术方案是：一种T型水冷散热器，包括隔水板和连接在隔水板上面的散热板一，其特征是，还包括连接在隔水板下面的散热板二；所述散热板一为L形，散热板一包括一体相连的长板一和短板一，短板一上加工有水嘴口一和汇水流道一，长板一下面加工有散热流道一，长板一和短板一连接处加工有连接流道口一；水嘴口一连通汇水流道一，汇水流道一与散热流道一通过连接流道口一相连通；长板一上面加工有用于安装IGBT器件的螺纹孔一；
散热板二为L形，散热板二包括一体相连的长板二和短板二，短板二上加工有水嘴口二和汇水流道二，长板二上面加工有散热流道二，长板二和短板二连接处加工有连接流道口二；水嘴口二连通汇水流道二，汇水流道二与散热流道二通过连接流道口二相连通；长板二下面加工有用于安装IGBT器件的螺纹孔二；
散热流道一和散热流道二之间设有经过隔水板的连通流道，隔水板上连通流道经过处设有通孔，散热流道一和散热流道二通过连通流道相连通。
散热板一与散热板二的内部流道结构以及用于安装IGBT器件的螺纹孔均对称加工而成。
所述汇水流道一和汇水流道二中均设置有加强筋；汇水流道一和汇水流道二均由若干组流道组成，汇水流道一的若干组流道仅在水嘴口一处以及连接流道口一处相连通，在其他位置互不连通；汇水流道二的若干组流道仅在水嘴口二处以及连接流道口二处相连通，在其他位置互不连通；加强筋设置在相邻的两组流道之间。
所述连接流道口一和连接流道口二各有六组，连接流道口一和连接流道口二均设置有均流环；各组连接流道口设置有不同的均流环，从第一组到第六组连接流道口的均流环直径逐渐增大。
散热板一和散热板二各设有六组散热流道，散热流道结构采用直槽道结构、翅柱式结构或枣核状结构。
T型水冷散热器的内部流道结构采用化学氧化处理，外部表面采用电化学氧化处理。
一种水冷散热方法，在隔水板上面和下面对称连接二块散热板，二块散热板上的流道结构以及安装IGBT器件的结构均对称设置，并使二块散热板的流道连通，形成密闭的流道空间，从而实现同一水冷散热器双面安装IGBT器件、实现同时对多个IGBT器件进行散热、实现进出水口调换。
制作二块相同的L形散热板和一块一端附近带有通孔的隔水板；在散热板的长板部分的外侧面制作出散热流道、内侧面加工好用于安装IGBT的螺纹孔，散热板的短板部分制作出汇水流道和连接汇水流道的水嘴口；在长板部分和短板部分相交处加工连接流道口，使汇水流道与散热流道连通；将二块散热板分别连接在隔水板的上面和下面，设置连通流道将二块散热板的散热流道连通，连通流道经过隔水板的通孔，散热板的短板部分位于隔水板没有通孔的一端；
位于隔水板上面的散热板为散热板一，散热板一上设水嘴口一、汇水流道一、连接流道口一、散热流道一；位于隔水板下面的散热板为散热板二，散热板二上设水嘴口二、汇水流道二、连接流道口二、散热流道二；
冷却液由散热板一的水嘴口一进入汇水流道一，经过连接流道口一进入散热流道一，再通过连通流道进入散热板二的散热流道二，然后经连接流道口二进入汇水流道二，从散热板二的水嘴口二流出；或者，冷却液由散热板二的水嘴口二进入汇水流道二，经过连接流道口二进入散热流道二，再通过连通流道进入散热板一的散热流道一，然后经连接流道口一进入汇水流道一，从散热板一的水嘴口一流出。
在汇水流道中设加强筋，从而提高散热板强度，加强筋与散热板为一体式结构。
在连接流道口中设均流环，以保证通过每组连接流道口冷却液的流量均匀，同时保证每组散热流道中每条流道流量均匀。
本发明具有结构紧凑、较低的热阻和流阻、散热板面上的均温性好等优点。能够双面安装IGBT器件，实现同时对多个IGBT器件进行散热，具有较强的散热能力。水嘴口、汇水流道和散热流道采用全对称结构，可实现进出水口调换，对散热器的热阻和流阻无影响。进、出汇水流道中设置加强筋，可承受3MPa~6MPa的工作压力保持不变形，具有较高的可靠性。六组连接流道口将进、出汇水流道与六组散热流道连通，在每组连接流道口处设置均流环，均流环将冷却液流量均匀分配至每组散热流道，通过均流环的均流作用，使整个散热面安装IGBT器件最高温度点的温差在3℃以内。
附图说明
图1是本发明T型水冷散热器主视结构（剖视）示意图；
图2是本发明T型水冷散热器的右侧局部剖视结构示意图；
图3是本发明中的散热板一上用于安装IGBT器件的一面的结构示意图；
图中：1、散热板一， 2、隔水板， 3、散热板二， 4、汇水流道一， 5、连接流道口一， 6、散热流道一， 7、连通流道， 8、散热流道二，9、连接流道口二， 10、汇水流道二， 11、水嘴口一， 12、水嘴口二，13、加强筋，14、螺纹孔一。
具体实施方式
请参考图1至图3，T型水冷散热器主要由散热板一1、散热板二3和隔水板2组成。散热板一和散热板二均为L形，其上均设有水嘴口、汇水流道、连接流道口、散热流道。每块散热板上，水嘴口连通汇水流道，汇水流道与散热流道通过连接流道口相连通，散热流道背面的散热板上均加工有用于安装IGBT器件的螺纹孔。二块散热板上的散热流道通过连通流道7相连通。
其中，散热板一1由导热性能好的铝合金制成，其形状类似一个L形，L形散热板一的长板一（长板部分一）与短板一（短板部分一）垂直，可通过搅拌摩擦焊接加工或挤型材加工而成。L型的短板一侧加工水嘴口一11和汇水流道一4，长板一侧加工散热流道一6，L型的长板一和短板一相交处加工连接流道口一5，使汇水流道一与散热流道一连通。散热流道一背面（长板一上表面）加工有用于安装六组IGBT器件的螺纹孔一14，该平面加工后具有很高平面度和较低粗糙度，以保证与IGBT器件良好接触，减少传导热阻。
散热板二由导热性能好的铝合金制成，其形状类似一个L形，其大小形状与散热板一相同，L形散热板二的长板二（长板部分二）与短板二（短板部分二）垂直，可通过搅拌摩擦焊接加工或挤型材加工而成。其内部流道结构（包括水嘴口二12、汇水流道二10、连接流道口二9和散热流道二8）和背面用于安装IGBT器件的螺纹孔二与散热板一的相应结构（水嘴口一、汇水流道一、连接流道口一、散热流道一和螺纹孔一）对称加工而成。
隔水板由导热性能好的铝合金制成。在隔水板一端附近位置设有连通流道用于连接散热流道一和散热流道二，连通流道经过隔水板的位置处设置一个通孔，将散热板一的散热流道一和散热板二的散热流道二连接起来，使流道按规定方向从水嘴口一到水嘴口二形成一条完整的水路。
汇水流道中设置加强筋13。汇水流道一中流体（冷却液）流动方向由散热板一的水嘴口一至散热板一上的第六组IGBT器件对应的散热流道一方向流动，散热板一上的汇水流道一由几组流道组成，这些流道仅在水嘴口一处以及连接流道口一处相通，其他地方互不连通。这些流道与连接流道口一连通，保证冷却液进入散热流道一，冷却液再经连通流道进入散热板二的散热流道二，由连接流道口二进入汇水流道二后经散热板二的水嘴口二流出。散热板二上的汇水流道二也由几组流道组成，这些流道仅在水嘴口二处以及连接流道口二处相通，其他地方互不连通。汇水流道一中互不连通的流道之间即为加强筋（汇水流道二同）。加强筋与散热板一和散热板二为一体，其强度性能优于焊接及其他结构，能够在3MPa~6MPa的工作压力保持不变形，具有较高的可靠性。汇水流道一包括六组流道，汇水流道二也包括六组流道。
与汇水流道相对应，连接流道口一和连接流道口二也各设置六组，散热流道一和散热流道二也各设置六组。以散热板一为例（散热板二同），各组连接流道口中分别设置不同的均流环，保证通过每组连接流道口中冷却液的流量均匀，同时保证每组散热流道中每条流道流量均匀。依据沿程阻力、局部阻力和流量大小的关系，对六组连接流道口设置不同的均流环，其大致理论关系为第一组到第六组连接流道口的均流环口径设置呈一定关系增大，通过均流环的设置，使冷却液均匀通过每组连接流道口，同时保证每组散热流道中每条流道流量均匀，使整个散热面安装IGBT器件最高温度点的温差在3℃以内，具有较好的均温性。散热板一和散热板二都有六组散热流道，每组散热流道均由多条直槽道结构组成，该结构简单利于加工，可提高生产效率，且具有较大的散热面积及对流体有较强的扰动作用，散热效率较高。
作为优选，第一组均流环设置口径为一个小口径，均流环使冷却液进入散热流道的方向与散热流道方向垂直，保证该组散热流道中的每条流道流量均匀。
作为优选，第二组均流环设置口径为三个小口径，均流环使冷却液进入散热器流道的方向与散热流道方向一致，保证该组散热流道中的每条流道流量均匀。
作为优选，第三、第四、第五和第六组均流环设置口径为一个小口径，四组口径大小不同，均流环使均流环使冷却液进入散热器流道的方向与散热流道方向一致，保证各自散热流道中的每条流道流量均匀。
T型水冷散热器，内部流道结构采用化学氧化处理，外部表面采用电化学氧化处理，使水冷散热器具有较高的抗腐蚀能力。
该T型水冷散热器零件相互装配关系是：下面是散热板二，中间是隔水板，上面是散热板一，通过焊接的方式，形成一个密闭的流道空间。冷却液由散热板一的水嘴口一进入汇水流道一经过连接流道口一进入散热流道一，通过连通流道进入散热板二散热流道二，经连接流道口二进入汇水流道二，至散热板二的水嘴口二流出。反之亦然，可实现进、出水口调换。
一种水冷散热方法，在隔水板上面和下面对称连接二块散热板，二块散热板上的流道结构以及安装IGBT器件的结构均对称设置，并使二块散热板的流道连通，形成密闭的流道空间。制作二块相同的L形散热板和一块一端附近带有通孔的隔水板；在散热板的长板部分（即长板）的外侧面（即长板一下面或长板二上面）制作出散热流道、内侧面（连接短板部分的一面）加工好用于安装IGBT的螺纹孔，散热板的短板部分（即短板）制作出汇水流道和连接汇水流道的水嘴口；散热板的长板部分和短板部分相交处加工连接流道口，使汇水流道与散热流道连通；将二块散热板分别连接在隔水板的上面和下面（外侧面向着隔水板），设置连通流道将二块散热板的散热流道连通，连通流道经过隔水板的通孔，散热板的短板部分位于隔水板没有通孔的一端。
位于隔水板上面的散热板为散热板一，散热板一上设水嘴口一、汇水流道一、连接流道口一、散热流道一；位于隔水板下面的散热板为散热板二，散热板二上设水嘴口二、汇水流道二、连接流道口二、散热流道二。冷却液由散热板一的水嘴口一进入汇水流道一，经过连接流道口一进入散热流道一，再通过连通流道进入散热板二的散热流道二，然后经连接流道口二进入汇水流道二，从散热板二的水嘴口二流出；反之，冷却液可由散热板二的水嘴口二进入汇水流道二，经过连接流道口二进入散热流道二，再通过连通流道进入散热板一的散热流道一，然后经连接流道口一进入汇水流道一，从散热板一的水嘴口一流出。通过以上方法，能实现同一水冷散热器双面安装IGBT器件、实现同时对多个IGBT器件进行散热、实现进出水口调换。
上述T型水冷板散热流道结构采用直槽道结构方式，但散热流道结构采用翅柱式结构、枣核状结构方式均可以实现本发明。
本发明中，水嘴口、汇水流道和散热流道采用全对称结构，可实现进出水口调换，对散热器的热阻和流阻无影响。汇水流道中设置加强筋，可承受3MPa~6MPa的工作压力保持不变形，具有较高的可靠性。六组连接流道口分别将六组汇水流道与六组散热流道连通，在每组连接流道口处设置均流环，均流环将冷却液流量均匀分配至各组散热流道，通过均流环的均流作用，使整个散热面安装IGBT器件最高温度点的温差在3℃以内。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种T型水冷散热器，包括隔水板和连接在隔水板上面的散热板一，其特征是，还包括连接在隔水板下面的散热板二；所述散热板一为L形，散热板一包括一体相连的长板一和短板一，短板一上加工有水嘴口一和汇水流道一，长板一下面加工有散热流道一，长板一和短板一连接处加工有连接流道口一；水嘴口一连通汇水流道一，汇水流道一与散热流道一通过连接流道口一相连通；长板一上面加工有用于安装IGBT器件的螺纹孔一；
散热板二为L形，散热板二包括一体相连的长板二和短板二，短板二上加工有水嘴口二和汇水流道二，长板二上面加工有散热流道二，长板二和短板二连接处加工有连接流道口二；水嘴口二连通汇水流道二，汇水流道二与散热流道二通过连接流道口二相连通；长板二下面加工有用于安装IGBT器件的螺纹孔二；
散热流道一和散热流道二之间设有经过隔水板的连通流道，隔水板上连通流道经过处设有通孔，散热流道一和散热流道二通过连通流道相连通。
2.根据权利要求1所述的T型水冷散热器，其特征是，散热板一与散热板二的内部流道结构以及用于安装IGBT器件的螺纹孔均对称加工而成。
3.根据权利要求1所述的T型水冷散热器，其特征是，所述汇水流道一和汇水流道二中均设置有加强筋；汇水流道一和汇水流道二均由若干组流道组成，汇水流道一的若干组流道仅在水嘴口一处以及连接流道口一处相连通，在其他位置互不连通；汇水流道二的若干组流道仅在水嘴口二处以及连接流道口二处相连通，在其他位置互不连通；加强筋设置在相邻的两组流道之间。
4.根据权利要求1所述的T型水冷散热器，其特征是，所述连接流道口一和连接流道口二各有六组，连接流道口一和连接流道口二均设置有均流环；各组连接流道口设置有不同的均流环，从第一组到第六组连接流道口的均流环直径逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的T型水冷散热器，其特征是，散热板一和散热板二各设有六组散热流道，散热流道结构采用直槽道结构、翅柱式结构或枣核状结构。
6.根据权利要求1所述的T型水冷散热器，其特征是，T型水冷散热器的内部流道结构采用化学氧化处理，外部表面采用电化学氧化处理。
7.一种水冷散热方法，其特征是，在隔水板上面和下面对称连接二块散热板，二块散热板上的流道结构以及安装IGBT器件的结构均对称设置，并使二块散热板的流道连通，形成密闭的流道空间，从而实现同一水冷散热器双面安装IGBT器件、实现同时对多个IGBT器件进行散热、实现进出水口调换。
8.根据权利要求7所述的水冷散热方法，其特征是，制作二块相同的L形散热板和一块一端附近带有通孔的隔水板；在散热板的长板部分的外侧面制作出散热流道、内侧面加工好用于安装IGBT的螺纹孔，散热板的短板部分制作出汇水流道和连接汇水流道的水嘴口；在长板部分和短板部分相交处加工连接流道口，使汇水流道与散热流道连通；将二块散热板分别连接在隔水板的上面和下面，设置连通流道将二块散热板的散热流道连通，连通流道经过隔水板的通孔，散热板的短板部分位于隔水板没有通孔的一端；
位于隔水板上面的散热板为散热板一，散热板一上设水嘴口一、汇水流道一、连接流道口一、散热流道一；位于隔水板下面的散热板为散热板二，散热板二上设水嘴口二、汇水流道二、连接流道口二、散热流道二；
冷却液由散热板一的水嘴口一进入汇水流道一，经过连接流道口一进入散热流道一，再通过连通流道进入散热板二的散热流道二，然后经连接流道口二进入汇水流道二，从散热板二的水嘴口二流出；或者，冷却液由散热板二的水嘴口二进入汇水流道二，经过连接流道口二进入散热流道二，再通过连通流道进入散热板一的散热流道一，然后经连接流道口一进入汇水流道一，从散热板一的水嘴口一流出。
9.根据权利要求7所述的水冷散热方法，其特征是，在汇水流道中设加强筋，从而提高散热板强度，加强筋与散热板为一体式结构。
10.根据权利要求7所述的水冷散热方法，其特征是，在连接流道口中设均流环，以保证通过每组连接流道口冷却液的流量均匀，同时保证每组散热流道中每条流道流量均匀。
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