CN109982544B - 液冷散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液冷散热器，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；在水冷流道包括：第一流道和第二流道；在第二流道对应发热芯片的位置处设置有散热翅片区域，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分布面积较大，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。

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；

在所述水冷流道包括：第一流道和第二流道；

所述第一流道的一端与所述进水口连接，所述第二流道的一端与所述出水口连接；所述第一流道的另一端与所述第二流道的另一端连通；

在所述第二流道对应所述发热芯片的位置处设置有散热翅片区域，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，所述散热翅片的一端为圆形结构；所述散热翅片的另一端为设置有倾斜斜面的尖锐结构；

所述散热翅片的另一端的朝向与水冷液在所述水冷流道中的流动方向形成第一预设夹角，且所述倾斜斜面面向背离所述出水口的方向。

进一步的，所述散热翅片包括：第一散热翅片、第二散热翅片和第三散热翅片；

所述第一散热翅片和所述第二散热翅片为表面设置有扰流凸起的柱状结构；所述第一散热翅片的长度大于所述第二散热翅片的长度；

所述第三散热翅片的一端为表面设置有扰流凸起的柱状结构，所述第三散热翅片的另一端为表面光滑的柱状结构；

所述第一散热翅片、所述第二散热翅片和所述第三散热翅片依次交叉排列，且排列的方向与水冷液在所述水冷流道中的流动方向形成第二预设夹角。

进一步的，所述发热芯片包括：第一发热芯片和第二发热芯片，所述第一发热芯片的发热量大于所述第二发热芯片的发热量；

所述第二散热翅片的位置与所述第一发热芯片的位置相对应；

所述第三散热翅片的一端的位置与所述第一发热芯片的位置相对应，所述第三散热翅片的另一端的位置与所述第二发热芯片的位置相对应；

所述第一发热芯片和所述第二发热芯片之间设置有间隔间隙，所述第一散热翅片的位置与所述间隔间隙的位置相对应。

进一步的，所述第一流道的另一端与所述第二流道的另一端连接的位置处设置有导流区域；

所述导流区域包括多个向背离所述进水口的方向弯曲的导流板。

进一步的，在所述第一流道和所述第二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背离所述进水口的一端设置有向所述泄露缝隙区域的外侧凸起的减阻窝结构和减阻凸起结构。

进一步的，所述第二流道的另一端与所述第一流道的另一端的连接位置处，设置有向第二流道的内侧凹陷的导向凹陷结构。

进一步的，所述进水口与所述出水口同向设置在所述水冷流道的一侧。

进一步的，所述第二流道的流道宽度大于所述第一流道的流道宽度。

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；在水冷流道包括：第一流道和第二流道；第一流道的一端与进水口连接，第二流道的一端与出水口连接；第一流道的另一端与第二流道的另一端连通；在第二流道对应发热芯片的位置处设置有散热翅片区域，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液冷散热器的外观示意图；

图3为本发明实施例所述的一种液冷散热器的平面结构示意图；

图4为本发明实施例所述的一种水冷流道的外观示意图；

图5为本发明实施例所述的另一种水冷流道的外观示意图；

图6为本发明实施例所述的另一种液冷散热器的平面结构示意图。

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，进一步参照图2，其示出了本发明实施例提供的一种液冷散热器的外观示意图，散热器主体40的导热面与发热芯片60连接，其中，发热芯片60可以包括：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。

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平面结构示意图，在水冷流道50包括：第一流道501和第二流道502；第一流道501的一端与进水口10连接，第二流道502的一端与出水口20连接；第一流道501的另一端与第二流道502的另一端连通；在第二流道502对应发热芯片60的位置处设置有散热翅片区域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，其中水冷液的介质可以是水、乙二醇、乙二醇水溶液、机油、燃料油、车载空调冷却介质及其他低温车载液体工质。

实际应用中，对于进出液口在同一侧的液冷散热器，如需要实现并联流动，需要采用一根跨越管，将水冷液引导至液冷散热器的对角线方向，跨越管部分产生的水冷液流动阻力，对于发热芯片60的散热是无效的，所以需要优化水冷流道50的尺寸和形状，在实现其引导水冷液功能的基础上，尽量降低流动阻力。

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。

另外，参照图3，在水冷流道50中对应发热芯片60的位置处可以设置散热翅片区域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2，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，因此还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；在水冷流道包括：第一流道和第二流道；第一流道的一端与进水口连接，第二流道的一端与出水口连接；第一流道的另一端与第二流道的另一端连通；在第二流道对应发热芯片的位置处设置有散热翅片区域，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，在本发明实施例，针对散热翅片区域包括的散热翅片的外形和排布方式有多种设计方案，参照图4，其示出了本发明实施例提供的一种水冷流道的外观示意图，其中，提供了一种散热翅片的外形和排布方式方案，具体的，散热翅片A的一端a为圆形结构；散热翅片A的另一端b为设置有倾斜斜面n的尖锐结构；散热翅片A的另一端b的朝向与水冷液在水冷流道50中的流动方向形成第一预设夹角，且倾斜斜面n面向背离出水口20的方向。

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采用前圆后尖的拉长水滴形结构，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，且散热翅片A的另一端b设置的倾斜斜面n面向背离出水口20的方向，以顺应流体宏观流动方向，降低流动阻力。也可以采用不偏转结构本发明实施例对此不作限定。另外，散热翅片A的排布方向可以垂直于水冷流道50中水冷液的流动方向，即第一预设夹角为90度，以达到最优的增强流体扰动的目的。

可选的，参照图5，其示出了本发明实施例提供的另一种水冷流道的外观示意图，图5提供了另一种散热翅片的外形和排布方式方案。散热翅片A包括：第一散热翅片A1、第二散热翅片A2和第三散热翅片A3；第一散热翅片A1和第二散热翅片A2为表面设置有扰流凸起的柱状结构；第一散热翅片A1的长度大于第二散热翅片A2的长度；第三散热翅片A3的一端c为表面设置有扰流凸起的柱状结构，第三散热翅片A3的另一端d为表面光滑的柱状结构；第一散热翅片A1、第二散热翅片A2和第三散热翅片A3依次交叉排列，且排列的方向与水冷液在水冷流道50中的流动方向形成第二预设夹角。

可选的，参照图6，其示出了本发明实施例提供的另一种液冷散热器的平面结构示意图，发热芯片60包括：第一发热芯片601和第二发热芯片602，第一发热芯片601的发热量大于第二发热芯片602的发热量；第二散热翅片A2的位置与第一发热芯片601的位置相对应；第三散热翅片A3的一端c的位置与第一发热芯片601的位置相对应，第三散热翅片A3的另一端d的位置与第二发热芯片602的位置相对应；第一发热芯片601和第二发热芯片602之间设置有间隔间隙，第一散热翅片A1的位置与间隔间隙的位置相对应。

在本发明实施例中，散热翅片A还可以包括多组互相平行的前圆后尖、近似长方形的翅片，如：第一散热翅片A1、第二散热翅片A2和第三散热翅片A3，在低功率的第二发热芯片602的对应位置，第三散热翅片A3的另一端d的形状与图4中所示的散热翅片A的结构几乎相同；在每个第二发热芯片602的对应位置，可以与第三散热翅片A3的另一端d的位置相对应；在高功率的第一发热芯片601的对应位置，设置三组或更多的第二散热翅片A2，第二散热翅片A2其可以采用近似长方形形状，为了提高换热能力，增加水冷液的扰动，破坏热边界层厚度的扩张，也可以在相邻散热翅片A的表面增加一些扰流凸起，扰流凸起的顶点排列形式，可以在垂直于散热翅片A长度方向互相共线，也可以有一定的交错，如一侧散热翅片A的曲线凸起，正好对应临近散热翅片A的直线形状的附近，以使得水冷液在扰流凸起间的流道处呈现近似S形的弯曲流动，增强扰动提高换热能力。水冷液整体流动方向与散热翅片A的长度方向垂直或几乎垂直，即第二预设夹角优选为90度。

参照图6，第一流道501的另一端与第二流道502的另一端连接的位置处设置有导流区域80；导流区域80包括多个向背离进水口的方向弯曲的导流板B。

在本发明实施例中，为了在第一流道501的另一端与第二流道502的另一端之间的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导流板B，为了降低阻力，导流板B为向背离所述进水口的方向弯曲的形状，能够对流经导流板B的水冷液进行有效导向，降低导流板B所在位置的流动阻力。

可选的，参照图5，在第一流道501和第二流道502之间设置有泄露缝隙区域90，泄露缝隙区域90的宽度大于预设阈值；在泄露缝隙区域90背离进水口10的一端设置有向泄露缝隙区域90的外侧凸起的减阻窝结构901和减阻凸起结构902。

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90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90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90与第二流道502的连接位置，即第一流道501与第二流道502之间的U型结构内侧转弯处，为了降低涡流和低压区流动损失，在即将开始转弯的流道口，增加一个略微凹陷的减阻窝结构901，减阻窝结构901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901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中部宽度的减阻凸起结构902，减阻凸起结构902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，减阻凸起结构902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。

可选的，参照图5，第二流道502的另一端与第一流道501的另一端的连接位置处，设置有向第二流道502的内侧凹陷的导向凹陷结构5021。

在本发明实施例中，在第二流道502的另一端与第一流道501的另一端的连接位置处，采用了大半径圆弧过渡轮廓，并在过渡圆弧的末端，可以设置形状为半个椭圆形的导向凹陷结构5021，以帮助将外圈水冷液流体向左侧均匀分配流量；在水冷液转弯完成后的背面，通过导向凹陷结构5021以填补此处的低压区。

可选的，进水口10与出水口20同向设置在水冷流道50的一侧。

在本发明实施例中，水冷流道50采用整体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，第二流道502的流道宽度大于第一流道501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。

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；在水冷流道包括：第一流道和第二流道；第一流道的一端与进水口连接，第二流道的一端与出水口连接；第一流道的另一端与第二流道的另一端连通；在第二流道对应发热芯片的位置处设置有散热翅片区域，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 (8)

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；

在所述水冷流道包括：第一流道和第二流道；

所述第一流道的一端与所述进水口连接，所述第二流道的一端与所述出水口连接；所述第一流道的另一端与所述第二流道的另一端连通；

在所述第二流道对应所述发热芯片的位置处设置有散热翅片区域，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；

其中，所述散热翅片包括：第一散热翅片、第二散热翅片和第三散热翅片；

所述第一散热翅片和所述第二散热翅片为表面设置有扰流凸起的柱状结构；所述第一散热翅片的长度大于所述第二散热翅片的长度；

所述第三散热翅片的一端为表面设置有扰流凸起的柱状结构，所述第三散热翅片的另一端为表面光滑的柱状结构；

所述第一散热翅片、所述第二散热翅片和所述第三散热翅片依次交叉排列，且排列的方向与水冷液在所述水冷流道中的流动方向形成第二预设夹角。

2.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

所述散热翅片的一端为圆形结构；所述散热翅片的另一端为设置有倾斜斜面的尖锐结构；

所述散热翅片的另一端的朝向与水冷液在所述水冷流道中的流动方向形成第一预设夹角，且所述倾斜斜面面向背离所述出水口的方向。

3.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

所述发热芯片包括：第一发热芯片和第二发热芯片，所述第一发热芯片的发热量大于所述第二发热芯片的发热量；

所述第二散热翅片的位置与所述第一发热芯片的位置相对应；

所述第三散热翅片的一端的位置与所述第一发热芯片的位置相对应，所述第三散热翅片的另一端的位置与所述第二发热芯片的位置相对应；

所述第一发热芯片和所述第二发热芯片之间设置有间隔间隙，所述第一散热翅片的位置与所述间隔间隙的位置相对应。

4.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

所述第一流道的另一端与所述第二流道的另一端连接的位置处设置有导流区域；

所述导流区域包括多个向背离所述进水口的方向弯曲的导流板。

5.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

在所述第一流道和所述第二流道之间设置有泄露缝隙区域；

在所述泄露缝隙区域背离所述进水口的一端设置有向所述泄露缝隙区域的外侧凸起的减阻窝结构和减阻凸起结构。

6.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

所述第二流道的另一端与所述第一流道的另一端的连接位置处，设置有向第二流道的内侧凹陷的导向凹陷结构。

7.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，

所述进水口与所述出水口同向设置在所述水冷流道的一侧。

8.根据权利要求1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的流道宽度。

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