CN109982543A - 液冷散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液冷散热器，液冷散热器包括：进水口、出水口、散热器盖板、散热器主体和水冷流道；水冷流道分别与进水口和出水口连通；水冷流道设置在散热器主体的散热面，水冷流道为凹槽结构；散热器盖板与散热器主体的散热面连接，散热器主体的导热面与发热芯片连接；在水冷流道背离散热器盖板的一侧且对应发热芯片的位置处设置有多个散热翅片区域，散热翅片区域包括多个按照预设规则排布的散热翅片。本发明通过按照发热芯片的分布位置布置对应的散热翅片区域降低了散热翅片区域在水冷流道中的面积占比，降低流速以减少流动阻力，提高了散热效率，同时降低了液冷散热器的加工制造难度与成本。

Description

液冷散热器

技术领域

本发明涉及液冷散热领域，特别涉及一种液冷散热器。

背景技术

新能源汽车的驱动电机向着大功率的方向发展。随着总功率的增加，电动机控制器中的功率芯片发热与散热问题将越发严重,这就需要采用高性能的液冷散热器，以确保芯片及时散热，防止因芯片温度超标而产生可靠性问题。

对于目前的液冷散热器，会在液冷散热器的内表面设置多条U形散热流道，U形散热流道的设置为串联设置或并联设置，并且通过多个列阵式排布的扰流凸起覆盖整个U形散热流道的表面，扰流凸起通常为圆柱形、菱形等形状，扰流凸起的目的是通过增加水冷液的局部流速和流体扰动的方法强化传热。

但是，目前方案中液冷散热器的扰流凸起的面积较大，且没有按照发热芯片的分布位置对应划分扰流凸起的分布位置，导致水冷液流动阻力较大，散热效果较差，并且使得液冷散热器的加工制造难度与成本增加。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种液冷散热器，以解决现有技术中液冷散热器中水冷液的流动阻力较大，散热效果较差，并且使得液冷散热器的加工制造难度与成本增加的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种液冷散热器，所述液冷散热器包括：

进水口、出水口、散热器盖板、散热器主体和水冷流道；

所述水冷流道分别与所述进水口和所述出水口连通；

所述水冷流道设置在所述散热器主体的散热面，所述水冷流道为凹槽结构；

所述散热器盖板与所述散热器主体的散热面连接，所述散热器主体的导热面与发热芯片连接；

在所述水冷流道背离所述散热器盖板的一侧且对应所述发热芯片的位置处设置有多个散热翅片区域，所述散热翅片区域包括多个按照预设规则排布的散热翅片。

进一步的，所述散热翅片为一端圆形、另一端尖锐的水滴状结构；

所述散热翅片的另一端的朝向与冷却液在所述水冷流道中的流动方向相同。

进一步的，所述进水口与所述水冷流道的连接位置处设置有第一导流区域；

所述第一导流区域包括多个第一导流板。

进一步的，所述水冷流道包括：第一流道、第二流道和第三流道；

所述进水口与所述第一流道的第一入口连接，所述第一流道的第一出口与所述第二流道的第二入口连接，所述第二流道的第二出口与所述第三流道的第三入口连接，所述第三流道的第三出口与所述出水口连接；

所述第二流道为U型流道结构，所述第二流道的第二入口与所述第二流道的第二出口同向设置。

进一步的，在所述第二流道中设置有第二导流区域；

所述第二导流区域包括多个第二导流板。

进一步的，位于所述第二流道中的散热翅片区域，所述散热翅片区域包括的多个散热翅片之间形成预设夹角。

进一步的，位于所述第三流道中的散热翅片区域，所述散热翅片区域包括：第一散热翅片序列、第二散热翅片序列和第三散热翅片序列；

所述第二散热翅片序列设置在所述第一散热翅片序列和所述第三散热翅片序列之间；

所述第一散热翅片序列和所述第三散热翅片序列的朝向与冷却液在所述第三流道中的流动方向相同；

所述第二散热翅片序列的朝向与冷却液在所述第三流道中的流动方向不同。

进一步的，在所述第一流道、所述第二流道和所述第三流道之间设置有泄露缝隙区域，所述泄露缝隙区域的宽度大于预设阈值；

在所述泄露缝隙区域与所述第二流道的连接位置处设置有向所述泄露缝隙区域的内侧凹陷的减阻窝结构、向所述泄露缝隙区域的外侧凸起的第一减阻凸起结构和第二减阻凸起结构；

所述第一减阻凸起结构设置在所述减阻窝结构与所述第二减阻凸起结构之间。

进一步的，所述第二流道的流道宽度大于所述第一流道和所述第三流道的流道宽度。

进一步的，所述散热翅片区域的形状为矩形。

相对于现有技术，本发明所述的一种液冷散热器具有以下优势：

本发明实施例提供的一种液冷散热器，液冷散热器包括：进水口、出水口、散热器盖板、散热器主体和水冷流道；水冷流道分别与进水口和出水口连通；水冷流道设置在散热器主体的散热面，水冷流道为凹槽结构；散热器盖板与散热器主体的散热面连接，散热器主体的导热面与发热芯片连接；在水冷流道背离散热器盖板的一侧且对应发热芯片的位置处设置有多个散热翅片区域，散热翅片区域包括多个按照预设规则排布的散热翅片。本发明通过按照发热芯片的分布位置布置对应的散热翅片区域降低了散热翅片区域在水冷流道中的面积占比，降低流速以减少流动阻力，提高了散热效率，同时降低了液冷散热器的加工制造难度与成本。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种液冷散热器的轴侧透视图；

图2为本发明实施例所述的一种水冷流道的轴测图；

图3为本发明实施例所述的一种液冷散热器的主视图；

图4为本发明实施例所述的一种水冷流道的平面示意图；

图5为本发明实施例所述的一种泄露缝隙区域的平面示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，其示出了本发明实施例提供的一种液冷散热器的轴侧透视图，该液冷散热器包括：进水口10、出水口20、散热器盖板30、散热器主体40和水冷流道50；水冷流道50分别与进水口10和出水口20连通；水冷流道50设置在散热器主体40的散热面，水冷流道50为凹槽结构；散热器盖板30与散热器主体40的散热面连接，散热器主体40的导热面与发热芯片60连接，进一步参照图2，其示出了本发明实施例提供的一种水冷流道的轴测图，在水冷流道50背离散热器盖板30的一侧且对应发热芯片60的位置处设置有多个散热翅片区域70，散热翅片区域70包括多个按照预设规则排布的散热翅片A。

在本发明实施例中，图1所示的液冷散热器通常应用于电动汽车的电动机控制器，电动机控制器的功率芯片作为发热芯片60，在工作状态下会发出大量的热能，因此，电动汽车的设计过程需要考虑针对发热芯片60的热量管理，避免发热芯片60发出的热能过大导致芯片的损坏，使得电动机控制器发生故障，导致电动汽车无法正常使用。

本发明实施例通过设计一种液冷散热器，将液冷散热器包括散热器主体40的散热面设置有凹槽结构的水冷流道50，当散热器盖板30与散热器主体40的散热面连接时，散热器盖板30与水冷流道50之间形成了散热空间，通入液冷散热器的水冷液可以在该散热空间中流动，在流动的过程中带走发热芯片60发出的热能，为了保证散热空间的密封性，避免水冷液泄露，可以将散热器盖板30通过螺栓产生的预紧力或其他方式，压紧在散热器主体40的散热面。

具体的，参照图3，其示出了本发明实施例提供的一种液冷散热器的主视图，散热器主体40的导热面可以布置有多个发热芯片60，发热芯片60包括：第一芯片601和第二芯片602，第一芯片601的面积和发热量要远大于第二芯片602的面积和发热量。

另外，在水冷流道50中对应发热芯片60的位置处可以设置多个散热翅片区域70，散热翅片区域70包括多个按照预设规则排布的散热翅片A，散热翅片A的作用是增强水冷液的扰动，防止热边界层的大范围增厚，以减少热边界层部分的热阻，同时提高了对流侧的膜传热系数，并通过散热翅片A的外表面增加的散热面积，保证了整体的散热能力，散热翅片A的材料一般采用铸造铝合金，并通过精密机械加工设备进行加工铸造。

在本发明实施例中，在电动汽车的电动机控制器中，只有发热芯片60的发热能力较强，因此本发明可以针对发热芯片60的布置位置，对应在水冷流道50中布置散热翅片区域70，使得散热翅片区域70与发热芯片60的位置相重叠，以进行针对发热芯片60的精确散热，因此提高了散热效果。另外，由于发热芯片60可以拆卸，还可以先布置散热翅片区域70的位置，再根据散热翅片区域70的位置对应布置发热芯片60的位置，本发明实施例对此不作限定。

需要说明的是，参照图1，在实际应用中，由于第一芯片601的面积和发热量要远大于第二芯片602的面积和发热量，因此可以只针对第一芯片601的位置布置对应的散热翅片区域70，而对于第二芯片602，则可以不用布置对应的散热翅片区域70，因为根据多次试验得出，通过水冷流道50的矩形直通状流道截面流过的水冷液，即可对第二芯片602进行有效的散热，无需布置多余的散热翅片区域70，因此，相较于现有技术，减少了散热翅片A的分布面积，使得水冷流道50的流动截面积增大，降低流速以减少流动阻力，提高了散热效率。

综上所述，本发明实施例提供的一种液冷散热器，包括：进水口、出水口、散热器盖板、散热器主体和水冷流道；水冷流道分别与进水口和出水口连通；水冷流道设置在散热器主体的散热面，水冷流道为凹槽结构；散热器盖板与散热器主体的散热面连接，散热器主体的导热面与发热芯片连接；在水冷流道背离散热器盖板的一侧且对应发热芯片的位置处设置有多个散热翅片区域，散热翅片区域包括多个按照预设规则排布的散热翅片。本发明通过按照发热芯片的分布位置布置对应的散热翅片区域降低了散热翅片区域在水冷流道中的面积占比，降低流速以减少流动阻力，提高了散热效率，同时降低了液冷散热器的加工制造难度与成本。

可选的，参照图2，散热翅片A为一端a圆形、另一端b尖锐的水滴状结构；散热翅片A的另一端b的朝向与冷却液在水冷流道50中的流动方向相同。

在本发明实施例中，可以采用较大尺寸的散热翅片A，方便一次性铸造加工成型，降低了成本，同时为了降低水冷液受到阻力的消耗，散热翅片A采用前圆后尖的水滴形结构，其相对已有产品的圆柱形或菱形翅片，可以降低数倍的局部流动阻力损失，增强了散热翅片A位置处的流体扰动，增强了此处的换热效率，散热翅片A另一端b的朝向几乎顺应流体宏观流动方向，尽量降低流动阻力消耗，并且根据发热芯片60的温度分布结果和流体流线结果，可以合理优化散热翅片A的布置位置与形状，通过顺序、交叉、倾斜等方式排列的翅片结构，增强了流体的扰动，在保证换热性能，降低阻力消耗的基础上，简化了设计。

需要说明的是，散热翅片A还可以为前圆后圆的椭圆形或前尖后尖的菱形等流线型形状，同样可以达到降低局部流动阻力损失的目的，本发明实施例对此不作限定。另外，散热翅片A垂直于水冷流道50中水冷液的流动方向，竖直向上，并加工形成一定的锥度，以方便铸造加工成型。

可选的，参照图2，进水口10与水冷流道50的连接位置处设置有第一导流区域701，第一导流区域701包括多个第一导流板B。

在本发明实施例中，在进水口10与水冷流道50的连接位置处，由于此处水冷液的前进方向需要大幅度转弯，为了降低此处的流动阻力，增加了几组倾斜一定角度的第一导流板B形成第一导流区域701，第一导流板B的倾斜角度经过多方案对比，可以保证第一导流板B两侧的流线平滑顺序过渡，几乎不存在低压死水区和分离区，达到降低所在位置流动阻力和匀分配冷却液的目的。

可选的，参照图4，其示出了本发明实施例提供的一种水冷流道的平面示意图，水冷流道50包括：第一流道501、第二流道502和第三流道503；进水口10与第一流道501的第一入口连接，第一流道501的第一出口与第二流道502的第二入口连接，第二流道502的第二出口与第三流道503的第三入口连接，第三流道503的第三出口与出水口20连接；第二流道502为U型流道结构，第二流道502的第二入口与第二流道502的第二出口同向设置。

在本发明实施例中，水冷流道50采用串联方案的整体U形水道结构，使得水冷液整体呈U形状流动，保证了进水口10和出水口20在同一侧，并且按顺序依次流过各个发热芯片60，逐个帮助其散热。

可选的，参照图4，在第二流道502中设置有第二导流区域702；第二导流区域702包括多个第二导流板C。

在本发明实施例中，为了在第二流道502的U型转弯部分均匀分配冷却液的流量，并且充分考虑处于第二流道502所在区域的发热芯片的散热效果，采用了几组向内侧弯曲的第二导流板C，为了降低阻力，第二导流板C与散热翅片A的形状几乎相同，但是第二导流板C采用前圆后尖的拉长水滴形，能够对流经第二流道502的水冷液进行有效导向，降低第二导流板C所在位置的流动阻力。

可选的，参照图4，位于第二流道502中的散热翅片区域701，散热翅片区域701包括的多个散热翅片A之间形成预设夹角。

在本发明实施例中，由于第二流道502为U型结构流道，流经此处的水冷液会产生因流动阻力加大而流速下降的问题，因此，针对该问题，本发明实施例可以将位于第二流道502中的散热翅片区域701包括的多个散热翅片A之间形成预设夹角，具体的，形成预设夹角要保证散热翅片A的另一端(尖端)方向与水冷液在第二流道502中的流动方向一致，即产生错位排布的效果，通过间隔错排的排列关系，一方面增强的流体的扰动，提高对流换热系数；一方面增加了散热翅片A的数量，增加了总的换热面积，保证了整体的换热能力。尽管此处水冷液的流动方向存在大幅度转弯，但是经过合理布置散热翅片A之间的位置关系，顺应了水冷液的转弯流动趋势，使得散热翅片A的两侧几乎不存在低流速死水区和分离区，减少了流动阻力，又保证了换热性能。

可选的，参照图4，位于第三流道503中的散热翅片区域5031，散热翅片区域5031包括：第一散热翅片序列5031A、第二散热翅片序列5031B和第三散热翅片序列5031C；第二散热翅片序列5031B设置在第一散热翅片序列5031A和第三散热翅片序列5031C之间；第一散热翅片序列5031A和第三散热翅片序列5031C的朝向与冷却液在第三流道503中的流动方向相同；第二散热翅片序列5031B的朝向与冷却液在第三流道503中的流动方向不同。

在本发明实施例中，根据实际应用中发现的问题，在临近出水口20的发热芯片60所对应水冷流道50的位置处，由于第二流道502中发热芯片60的加热作用，水冷液的换热温差下降，使得水冷液在第三流道503中的换热能力降低，为此，可以在第三流道503中的散热翅片区域5031采用交错且倾斜的散热翅片排布序列组合，使得倾斜的第二散热翅片序列5031B增强了此处水冷液的流体扰动，进而增强了此处的换热。

可选的，参照图4，在第一流道501、第二流道502和第三流道503之间设置有泄露缝隙区域80，泄露缝隙区域80的宽度大于预设阈值；进一步参照图5，其示出了本发明实施例提供的一种泄露缝隙区域的平面示意图，在泄露缝隙区域80与第二流道502的连接位置处设置有向泄露缝隙区域80的内侧凹陷的减阻窝结构801、向泄露缝隙区域80的外侧凸起的第一减阻凸起结构802和第二减阻凸起结构803；第一减阻凸起结构802设置在减阻窝结构801与第二减阻凸起结构803之间。

在现有技术中，液冷散热器的流道互相间距和密封缝隙宽度较小，且散热器盖板处由于加工和装配的原因，会留有一层薄薄的流体泄漏缝隙。在流道之间压力差的作用下，使得一部分冷流体从流道的一侧通过缝隙直接泄漏到对面的泄漏缝隙处，这部分泄漏的冷流体没有参与换热，只是单纯的损失冷却液，降低了换热能力的发挥。并且根据实验得出，在缝隙高度一定和流道间压差一定的情况下，缝隙宽度越大，其流动阻力越大，越有利于减少此处的泄漏损失。

因此，本发明实施例增大了泄露缝隙区域80的缝隙宽度，通常为现有技术方案的2到3倍，大幅度增大了此处的泄漏阻力，减少了冷却液的横向流道间泄漏损失，由于泄露缝隙区域80的宽度较大，也可以考虑在散热器主体40和散热器盖板30的中间部分布置一些小直径的螺栓，通过螺栓预紧力，增加此处的压紧密封力，进一步减少泄漏缝隙的高度尺寸，减少泄漏的发生。

进一步的，在泄露缝隙区域80与第二流道502的连接位置，即第二流道502的U型结构内侧转弯处，为了降低涡流和低压区流动损失，在第二流道502即将开始转弯的流道口，增加一个略微凹陷的减阻窝结构801，减阻窝结构801的作用是使得水冷液更顺畅的转弯，且几乎不产生流动的分离。在减阻窝结构801附近的水冷液180度转弯的端部圆心处，为了减少水冷液发生分离而损失阻力，采用了近似半圆形、且半径略大于泄露缝隙区域80中部宽度的第一减阻凸起结构802，第一减阻凸起结构802可以极为明显的降低冷却液转弯时在转弯圆心附近的分离损失，第一减阻凸起结构802凸起的最佳半径，一般为其上游的第一流道501宽度的0.2到0.45倍。在第二流道502中，水冷液即将完成转弯的圆心侧，设置近似半个纺锤形或近似半个椭圆形的平滑曲线过渡的第二减阻凸起结构803，用于进一步降低冷却液转弯时在转弯圆心附近的分离损失。

可选的，第二流道502的流道宽度大于第一流道501和第三流道503的流道宽度。将第二流道502的流道宽度设计为大于第一流道501和第三流道503的流道宽度，可以降低水冷液在第二流道502转弯圆心附近的流动阻力，提高水冷液在第二流道502中的换热性能。

可选的，散热翅片区域70的形状为矩形。在实际应用中，发热芯片60通常设计为矩形结构，因此，为了对应发热芯片60的形状，提出将散热翅片区域70的形状设计为矩形，达到精确散热的目的。

综上所述，本发明实施例提供的一种液冷散热器，包括：进水口、出水口、散热器盖板、散热器主体和水冷流道；水冷流道分别与进水口和出水口连通；水冷流道设置在散热器主体的散热面，水冷流道为凹槽结构；散热器盖板与散热器主体的散热面连接，散热器主体的导热面与发热芯片连接；在水冷流道背离散热器盖板的一侧且对应发热芯片的位置处设置有多个散热翅片区域，散热翅片区域包括多个按照预设规则排布的散热翅片。本发明通过按照发热芯片的分布位置布置对应的散热翅片区域降低了散热翅片区域在水冷流道中的面积占比，降低流速以减少流动阻力，提高了散热效率，同时降低了液冷散热器的加工制造难度与成本。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种液冷散热器，其特征在于，所述液冷散热器包括：

进水口、出水口、散热器盖板、散热器主体和水冷流道；

所述水冷流道分别与所述进水口和所述出水口连通；

所述水冷流道设置在所述散热器主体的散热面，所述水冷流道为凹槽结构；

所述散热器盖板与所述散热器主体的散热面连接，所述散热器主体的导热面与发热芯片连接；

在所述水冷流道背离所述散热器盖板的一侧且对应所述发热芯片的位置处设置有多个散热翅片区域，所述散热翅片区域包括多个按照预设规则排布的散热翅片。

2.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

所述散热翅片为一端圆形、另一端尖锐的水滴状结构；

所述散热翅片的另一端的朝向与冷却液在所述水冷流道中的流动方向相同。

3.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

所述进水口与所述水冷流道的连接位置处设置有第一导流区域；

所述第一导流区域包括多个第一导流板。

4.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

所述水冷流道包括：第一流道、第二流道和第三流道；

所述进水口与所述第一流道的第一入口连接，所述第一流道的第一出口与所述第二流道的第二入口连接，所述第二流道的第二出口与所述第三流道的第三入口连接，所述第三流道的第三出口与所述出水口连接；

所述第二流道为U型流道结构，所述第二流道的第二入口与所述第二流道的第二出口同向设置。

5.根据权利要求4所述的液冷散热器，其特征在于，

在所述第二流道中设置有第二导流区域；

所述第二导流区域包括多个第二导流板。

6.根据权利要求4所述的液冷散热器，其特征在于，

位于所述第二流道中的散热翅片区域，所述散热翅片区域包括的多个散热翅片之间形成预设夹角。

7.根据权利要求4所述的液冷散热器，其特征在于，

位于所述第三流道中的散热翅片区域，所述散热翅片区域包括：第一散热翅片序列、第二散热翅片序列和第三散热翅片序列；

所述第二散热翅片序列设置在所述第一散热翅片序列和所述第三散热翅片序列之间；

所述第一散热翅片序列和所述第三散热翅片序列的朝向与冷却液在所述第三流道中的流动方向相同；

所述第二散热翅片序列的朝向与冷却液在所述第三流道中的流动方向不同。

8.根据权利要求4所述的液冷散热器，其特征在于，

在所述第一流道、所述第二流道和所述第三流道之间设置有泄露缝隙区域，所述泄露缝隙区域的宽度大于预设阈值；

在所述泄露缝隙区域与所述第二流道的连接位置处设置有向所述泄露缝隙区域的内侧凹陷的减阻窝结构、向所述泄露缝隙区域的外侧凸起的第一减阻凸起结构和第二减阻凸起结构；

所述第一减阻凸起结构设置在所述减阻窝结构与所述第二减阻凸起结构之间。

9.根据权利要求4所述的液冷散热器，其特征在于，

所述第二流道的流道宽度大于所述第一流道和所述第三流道的流道宽度。

10.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

所述散热翅片区域的形状为矩形。