CN111372426B - 一种机电设备的液冷散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热技术领域，具体是涉及一种机电设备的液冷散热装置，包括有液冷头、导热管、换热器、散热风扇、流量传感器和控制器；液冷头、导热管、换热器首尾相连形成闭合循环通路，散热风扇安装在换热器上，流量传感器安装在导热管的导热液通路上，导热管采用双层嵌套结构且之间存在间隙，液冷头、散热风扇、流量传感器与控制器电连接；该方案减少了导热液循环过程中热量在机电设备内部的不必要的逸散，通过蜂窝结构提高了装置的散热效果，结构简单，节约成本，适用范围广。

Description

一种机电设备的液冷散热装置

技术领域

本发明涉及散热技术领域，具体是涉及一种机电设备的液冷散热装置。

背景技术

机电设备多采用风冷的制冷方式。但是众所周知，风冷的一个致命缺陷是冷却系统能耗高、噪音大以及散热效果不佳。因为空气与液态冷媒相比，输送功率大、传热温差大、风扇功耗大。液冷散热器的原理其实很简单,就是利用冷媒的汽化与冷凝来传递热量,将热管的内部真空后充入特殊冷媒，流体以蒸发至冷凝的变相过程在内部反复循环,不断将热端的热量传至冷却端,从而形成将热量从管子的一端传至另一端的传热过程。

液冷散热静音效果好，液冷散热系统利用泵使散热管中的冷却液循环并进行散热。在散热器上的吸热部分（在东远液冷系统中称之为吸热盒）用于从机电设备发热元件上吸热。吸热部分吸收的热量通过散热器排到设备外面。也就是说液冷最大的优点在于不提高机身内部的温度即可把热量传导给散热器，而不是利用液体来冷却机电设备。只要能提高散热器向空气中排放散热管所传导的热量的冷却性能，就能够通过降低冷却散热器的风扇转速或者采用无扇设计来实现静音设计。

液冷散热效率高，液冷还有一个很重要的好处就是液体的热容量大，温升慢，对机电设备可以起到很好的保护效果。

现有的机电设备液冷散热多采用在发热元件外专门设计散热回路的方式，设计成本高，适用范围小，而且散热过程中热量容易在管路处逸散重新回到设备内，散热效率低。

中国专利CN201820806584.5公开了一种电机液冷水道结构，所述电机液冷水道结构包覆在电机本体外围的电机液冷水道结构，其中，所述电机液冷水道结构由第一圆柱形壳体和包覆在所述第一圆柱形壳体的第二圆柱形壳体组成，所述第一圆柱形壳体界面上设有液冷水道结构，所述第一圆柱形壳体界面上从一端面到另一端面设有凸台，进液口设置在所述凸台的两端，出液口设置在所述凸台的中间位置，液体自两端的进液口流入，经所述第一圆柱形壳体界面的S型水液体流动轨道行进，至中间的出液口流出。此类结构需要专门为设备设计专用的结构，经济成本大，适用范围小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机电设备的液冷散热装置，该技术方案解决了上述问题，减少了导热液循环过程中热量在机电设备内部的不必要的逸散，通过蜂窝结构提高了装置的散热效果，结构简单，节约成本，适用范围广。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种机电设备的液冷散热装置，其特征在于，包括有液冷头、导热管、换热器、散热风扇、流量传感器和控制器；

液冷头、导热管、换热器收尾相连形成闭合循环通路，散热风扇安装在换热器上，流量传感器安装在导热管的导热液通路上，导热管采用双层嵌套结构且之间存在间隙，液冷头、散热风扇、流量传感器与控制器电连接。

作为一种机电设备的液冷散热装置的一种优选方案，所述液冷头包括有液冷外壳、注液口、水泵和电机；液冷外壳两端分别于进液和出液的导热管连通，液冷外壳通过导热硅脂与机电设备发热元件粘合，电机和水泵均安装在液冷外壳内，注液口开设在液冷外壳上并设有密封塞。

作为一种机电设备的液冷散热装置的一种优选方案，所述导热管包括有外管、内管、支撑套环、导向组件、卡接组件和端部锁紧组件；若干支撑套环沿内管轴线安装在内管外壁上，支撑套环一端与导向组件固定连接，导向组件另一端开设在外管内壁上，卡接组件一端沿内管轴线均匀分布在内管外壁上，卡接组件另一端与支撑套环内壁固定连接，端部锁紧组件设置在外管和内管端部位置。

作为一种机电设备的液冷散热装置的一种优选方案，所述导向组件包括有导向槽和滑块；导向槽围绕外管轴线均匀开设在外管内壁上，滑块沿支撑套环轴线固定安装在滑块周壁上，导向槽与滑块滑动连接。

作为一种机电设备的液冷散热装置的一种优选方案，所述导向槽和滑块均采用燕尾结构。

作为一种机电设备的液冷散热装置的一种优选方案，所述卡接组件包括有环形卡槽；若干环形卡槽沿内管轴线均匀分布在内管外周上，与环形卡槽对应数量的支撑套环卡接在环形卡槽内。

作为一种机电设备的液冷散热装置的一种优选方案，所述卡接组件还包括有方形卡槽和方形卡接块；若干方形卡槽围绕环形卡槽轴线开设在环形卡槽槽底，对应数量的方形卡接块固定安装在支撑套环内壁上，方形卡槽与方形卡接块相互卡接。

作为一种机电设备的液冷散热装置的一种优选方案，方形卡接块沿支撑套环轴线方向的两端开设有卡接块倒角。

作为一种机电设备的液冷散热装置的一种优选方案，所述端部锁紧组件包括由内螺纹接头、外螺纹接头和双面螺纹连接管；内螺纹接头固定安装在外管端部与外管同轴设置，外螺纹接头固定安装在内管端部与内管同轴设置，安装完毕时内螺纹接头和外螺纹接头的外端相互平齐，双面螺纹连接管外侧与内螺纹接头内侧螺纹连接，双面螺纹连接管内侧与外螺纹接头外侧螺纹连接，双面螺纹连接管为对称结构。

作为一种机电设备的液冷散热装置的一种优选方案，所述换热器上设有蜂窝散热片。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

液冷头与机电设备发热元件通过涂抹导热硅脂相互连接，液冷头还为装置的液冷循环提供动力。工作人员从液冷头处注入导热液，然后通过控制器驱动液冷头工作使导热液从出液的导热管进入换热器，再通过控制器控制散热风扇工作将换热器聚集的热量整体排出，热量被换热器带走而降低温度的导热液从液冷头进液端的导热管回到液冷头内由此完成循环。工作人员通过流量传感器监测工作状态下导热管内导热液流动的速度并将数据发送给控制器，从而帮助工作人员判断工作状态是否异常。当流量过低时可能是因为存在意外破损而造成的漏液，工作人员可以及时修理更换配件，并从液冷头处补充导热液。导热管的双层结构之间存在的间隙有助于减少内外层结构之间的热传导，从而进一步提高导热液的导出效率。同时导热管的双层结构分别采用不同材料，材料接触面之间热阻增大，进一步降低热传导，避免了热量重新从导热管逸散到设备内部，极大提高了散热效率。流量传感器使装置的运行状态变得安全可控，更有助于工作人员实时监测。换热器使用导热性好的金属材料，提高了散热的效率。通过在方形卡接块两端开设卡接块倒角使得将支撑套环安装到环形卡槽内时内侧受到的阻力减小，使安装更加方便，同时对内管管壁提供了有效的保护作用，进一步提高了结构的稳定性。使用蜂窝散热片取代常见换热器上的散热鳍片结构，提高散热风扇出风与换热器的接触面积，增加热交换效率。同时蜂窝散热片的结构相互之间热阻较大，更有助于在提高导热液流速的同时将更多热量留在换热器内，更有利于导热液的冷却和循环再利用，从而提高散热效率。

1、减少了导热液循环过程中热量在机电设备内部的不必要的逸散；

2、通过蜂窝结构提高了装置的散热效果；

3、结构简单，节约成本，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的立体图一；

图2为本发明的立体图二；

图3为本发明的正视图；

图4为本发明去除外管的导热管立体图；

图5为图4去除双面螺纹连接管的立体图；

图6为图5中A处局部放大图；

图7为本发明的导热管局部立体分解图；

图8为图7中B处局部放大图；

图9为本发明的导热管全剖视图；

图10为图9中C处局部放大图；

图11为本发明的支撑套环立体图。

图中标号为：

1、液冷头；1a、液冷外壳；1b、注液口；

2、导热管；2a、外管；2b、内管；2c、支撑套环；2d、导向组件；2d1、导向槽；2d2、滑块；2e、卡接组件；2e1、环形卡槽；2e2、方形卡槽；2e3、方形卡接块；2e4、卡接块倒角；2f、端部锁紧组件；2f1、内螺纹接头；2f2、外螺纹接头；2f3、双面螺纹连接管；

3、换热器；3a、蜂窝散热片；

4、散热风扇；

5、流量传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1至11所示，一种机电设备的液冷散热装置，包括有液冷头1、导热管2、换热器3、散热风扇4、流量传感器5和控制器；

液冷头1、导热管2、换热器3收尾相连形成闭合循环通路，散热风扇4安装在换热器3上，流量传感器5安装在导热管2的导热液通路上，导热管2采用双层嵌套结构且之间存在间隙，液冷头1、散热风扇4、流量传感器5与控制器电连接。

液冷头1与机电设备发热元件通过涂抹导热硅脂相互连接，液冷头1还为装置的液冷循环提供动力。工作人员从液冷头1处注入导热液，然后通过控制器驱动液冷头1工作使导热液从出液的导热管2进入换热器3，再通过控制器控制散热风扇4工作将换热器3聚集的热量整体排出，热量被换热器3带走而降低温度的导热液从液冷头1进液端的导热管2回到液冷头1内由此完成循环。工作人员通过流量传感器5监测工作状态下导热管2内导热液流动的速度并将数据发送给控制器，从而帮助工作人员判断工作状态是否异常。当流量过低时可能是因为存在意外破损而造成的漏液，工作人员可以及时修理更换配件，并从液冷头1处补充导热液。导热管2的双层结构之间存在的间隙有助于减少内外层结构之间的热传导，从而进一步提高导热液的导出效率。同时导热管2的双层结构分别采用不同材料，材料接触面之间热阻增大，进一步降低热传导，避免了热量重新从导热管2逸散到设备内部，极大提高了散热效率。流量传感器5使装置的运行状态变得安全可控，更有助于工作人员实时监测。换热器3使用导热性好的金属材料，提高了散热的效率。

所述液冷头1包括有液冷外壳1a、注液口1b、水泵和电机；液冷外壳1a两端分别于进液和出液的导热管2连通，液冷外壳1a通过导热硅脂与机电设备发热元件粘合，电机和水泵均安装在液冷外壳1a内，注液口1b开设在液冷外壳1a上并设有密封塞。

液冷头1的内部结构已经非常常见，在此不做赘述。液冷外壳1a既起到安装和保护电机水泵的作用，也起到充当水箱的作用，增大液冷装置内的导热液储量，且通过注液口1b可以方便地注入和补充导热液，便于工作人员操作。

所述导热管2包括有外管2a、内管2b、支撑套环2c、导向组件2d、卡接组件2e和端部锁紧组件2f；若干支撑套环2c沿内管2b轴线安装在内管2b外壁上，支撑套环2c一端与导向组件2d固定连接，导向组件2d另一端开设在外管2a内壁上，卡接组件2e一端沿内管2b轴线均匀分布在内管2b外壁上，卡接组件2e另一端与支撑套环2c内壁固定连接，端部锁紧组件2f设置在外管2a和内管2b端部位置。

支撑套环2c内壁和外壁分别抵住内管2b的外壁和外管2a的内壁从而使两者之间存在一定间隙，利用空气导热性远低于固体和液体的原理减少热量从内管2b向外管2a的传导。外管2a采用具有一定强度的塑性材料，而内管2b采用具有一定柔性的耐热材料，从而利用外管2a的强度固定支撑套环2c外壁使其不会脱落。而外管2a的塑性又使其可以方便地弯折从而适应机电设备内部空间满足各种布线需要。内管2b的柔性则使其可以跟随外管2a一同弯折同时具有耐热性以避免被导热液烫坏。导向组件2d的结构可以确保将套有支撑套环2c的内管2b套入外管2a内部时更加方便，不会因为挤压导致支撑套环2c卡在外管2a和内管2b之间。卡接组件2e使支撑套环2c不会在导向组件2d上沿轴线窜动和沿周向旋转，从而使安装更加方便也使后期使用中结构更加稳定。端部锁紧组件2f用于固定外管2a和内管2b的端部使其相互平齐，同时若干导热管2之间也通过端部锁紧组件2f相互连接，端部锁紧组件2f还用于导热管2与液冷头1、换热器3的连接，使安装更加方便。

所述导向组件2d包括有导向槽2d1和滑块2d2；导向槽2d1围绕外管2a轴线均匀开设在外管2a内壁上，滑块2d2沿支撑套环2c轴线固定安装在滑块2d2周壁上，导向槽2d1与滑块2d2滑动连接。

通过导向槽2d1和滑块2d2的滑动连接使安装有支撑套环2c的内管2b更加容易穿过外管2a同时能保证支撑套环2c外壁与外管2a内壁贴合而不会卡死。

所述导向槽2d1和滑块2d2均采用燕尾结构。

通过燕尾结构滑动连接可以使外管2a和内管2b弯折时支撑套环2c外圈依然紧贴外管2a内壁，滑块2d2不会从导向槽2d1内滑落，使结构更加稳定。

所述卡接组件2e包括有环形卡槽2e1；若干环形卡槽2e1沿内管2b轴线均匀分布在内管2b外周上，与环形卡槽2e1对应数量的支撑套环2c卡接在环形卡槽2e1内。

内管2b的柔性材料可以手动使其变形将支撑套环2c套接在环形卡槽2e1处然后松手使内管2b复原，环形卡槽2e1则紧固在内管2b上无法延轴线窜动。支撑套环2c内径小于内管2b的外径，以满足与环形卡槽2e1卡接的需要。

所述卡接组件2e还包括有方形卡槽2e2和方形卡接块2e3；若干方形卡槽2e2围绕环形卡槽2e1轴线开设在环形卡槽2e1槽底，对应数量的方形卡接块2e3固定安装在支撑套环2c内壁上，方形卡槽2e2与方形卡接块2e3相互卡接。

工作人员将支撑套环2c套到环形卡槽2e1上后稍微转动支撑套环2c使支撑套环2c内侧的方形卡接块2e3卡入环形卡槽2e1槽底的方形卡槽2e2，使支撑套环2c无法相对于环形卡槽2e1做周向转动，更加有助于支撑套环2c上的导向组件2d与外管2a的滑动连接。

方形卡接块2e3沿支撑套环2c轴线方向的两端开设有卡接块倒角2e4。

通过在方形卡接块2e3两端开设卡接块倒角2e4使得将支撑套环2c安装到环形卡槽2e1内时内侧受到的阻力减小，使安装更加方便，同时对内管2b管壁提供了有效的保护作用，进一步提高了结构的稳定性。

所述端部锁紧组件2f包括由内螺纹接头2f1、外螺纹接头2f2和双面螺纹连接管2f3；内螺纹接头2f1固定安装在外管2a端部与外管2a同轴设置，外螺纹接头2f2固定安装在内管2b端部与内管2b同轴设置，安装完毕时内螺纹接头2f1和外螺纹接头2f2的外端相互平齐，双面螺纹连接管2f3外侧与内螺纹接头2f1内侧螺纹连接，双面螺纹连接管2f3内侧与外螺纹接头2f2外侧螺纹连接，双面螺纹连接管2f3为对称结构。

双面螺纹连接管2f3用于在导热管2和导热管2之间相互连接，也用于导热管2与液冷头1、换热器3之间的连接，使各部件均可拆卸地连接，使部件更换更加方便，也可以通过增减导热管2的数量来适应不同的机电设备的布线要求，提高了装置的适用范围。使用时将内管2b套入外管2a并使其两端的内螺纹接头2f1和外螺纹接头2f2端部相互对齐，然后将双面螺纹连接管2f3拧入，从而使外管2a和内管2b的端部相互固定。双面螺纹连接管2f3宜采用热阻较大的隔热材料。

所述换热器3上设有蜂窝散热片3a。

使用蜂窝散热片3a取代常见换热器上的散热鳍片结构，提高散热风扇4出风与换热器3的接触面积，增加热交换效率。同时蜂窝散热片3a的结构相互之间热阻较大，更有助于在提高导热液流速的同时将更多热量留在换热器3内，更有利于导热液的冷却和循环再利用，从而提高散热效率。

本发明的工作原理：

液冷头1与机电设备发热元件通过涂抹导热硅脂相互连接，液冷头1还为装置的液冷循环提供动力。工作人员从液冷头1处注入导热液，然后通过控制器驱动液冷头1工作使导热液从出液的导热管2进入换热器3，再通过控制器控制散热风扇4工作将换热器3聚集的热量整体排出，热量被换热器3带走而降低温度的导热液从液冷头1进液端的导热管2回到液冷头1内由此完成循环。工作人员通过流量传感器5监测工作状态下导热管2内导热液流动的速度并将数据发送给控制器，从而帮助工作人员判断工作状态是否异常。当流量过低时可能是因为存在意外破损而造成的漏液，工作人员可以及时修理更换配件，并从液冷头1处补充导热液。导热管2的双层结构之间存在的间隙有助于减少内外层结构之间的热传导，从而进一步提高导热液的导出效率。同时导热管2的双层结构分别采用不同材料，材料接触面之间热阻增大，进一步降低热传导，避免了热量重新从导热管2逸散到设备内部，极大提高了散热效率。流量传感器5使装置的运行状态变得安全可控，更有助于工作人员实时监测。换热器3使用导热性好的金属材料，提高了散热的效率。通过在方形卡接块2e3两端开设卡接块倒角2e4使得将支撑套环2c安装到环形卡槽2e1内时内侧受到的阻力减小，使安装更加方便，同时对内管2b管壁提供了有效的保护作用，进一步提高了结构的稳定性。使用蜂窝散热片3a取代常见换热器上的散热鳍片结构，提高散热风扇4出风与换热器3的接触面积，增加热交换效率。同时蜂窝散热片3a的结构相互之间热阻较大，更有助于在提高导热液流速的同时将更多热量留在换热器3内，更有利于导热液的冷却和循环再利用，从而提高散热效率。

Claims (7)

1.一种机电设备的液冷散热装置，其特征在于，包括液冷头（1）、导热管（2）、换热器（3）、散热风扇（4）、流量传感器（5）和控制器；

所述液冷头（1）内注入有导热液，该液冷头（1）内的导热液通过控制器驱动从出液的导热管（2）进入换热器（3），热量被所述的换热器（3）带走而降低温度的导热液从液冷头（1）进液端的导热管（2）回到液冷头（1）内由此完成循环；

所述的液冷头（1）与机电设备发热元件通过涂抹导热硅脂相互连接；

散热风扇（4）安装在换热器（3）上；

流量传感器（5）安装在导热管（2）的导热液通路上；

所述导热管（2）包括有外管（2a）、内管（2b）、支撑套环（2c）、导向组件（2d）、卡接组件（2e）和端部锁紧组件（2f）；所述卡接组件（2e）包括环形卡槽（2e1），若干环形卡槽（2e1）沿内管（2b）轴线均匀分布在内管（2b）外壁上，与环形卡槽（2e1）对应数量的支撑套环（2c）卡接在环形卡槽（2e1）内，所述导向组件（2d）包括有导向槽（2d1）和滑块（2d2）；导向槽（2d1）围绕外管（2a）轴线均匀开设在外管（2a）内壁上，滑块（2d2）沿支撑套环（2c）轴线固定安装在支撑套环（2c）的外壁上，导向槽（2d1）与滑块（2d2）滑动连接，端部锁紧组件（2f）设置在外管（2a）和内管（2b）端部位置，支撑套环（2c）内壁和外壁分别抵住内管（2b）的外壁和外管（2a）的内壁从而使两者之间存在一定间隙，该间隙内填充有空气，液冷头（1）、散热风扇（4）、流量传感器（5）与控制器电连接；

外管（2a）采用具有一定强度的塑性材料，而内管（2b）采用具有一定柔性的耐热材料。

2.根据权利要求1所述的一种机电设备的液冷散热装置，其特征在于，所述液冷头（1）包括液冷外壳（1a）、注液口（1b）、水泵和电机；液冷外壳（1a）两端分别与出液的导热管（2）和进液端的导热管（2）连通，液冷外壳（1a）通过导热硅脂与机电设备发热元件粘合，电机和水泵均安装在液冷外壳（1a）内，注液口（1b）开设在液冷外壳（1a）上并设有密封塞。

3.根据权利要求1所述的一种机电设备的液冷散热装置，其特征在于，所述导向槽（2d1）和滑块（2d2）均采用燕尾结构。

4.根据权利要求1所述的一种机电设备的液冷散热装置，其特征在于，所述卡接组件（2e）还包括方形卡槽（2e2）和方形卡接块（2e3）；方形卡槽（2e2）围绕环形卡槽（2e1）轴线开设在环形卡槽（2e1）槽底，对应数量的方形卡接块（2e3）固定安装在支撑套环（2c）内壁上，方形卡槽（2e2）与方形卡接块（2e3）相互卡接。

5.根据权利要求4所述的一种机电设备的液冷散热装置，其特征在于，所述方形卡接块（2e3）沿支撑套环（2c）轴线方向的两端开设有卡接块倒角（2e4）。

6.根据权利要求1所述的一种机电设备的液冷散热装置，其特征在于，所述端部锁紧组件（2f）包括内螺纹接头（2f1）、外螺纹接头（2f2）和双面螺纹连接管（2f3）；内螺纹接头（2f1）固定安装在外管（2a）端部与外管（2a）同轴设置，外螺纹接头（2f2）固定安装在内管（2b）端部与内管（2b）同轴设置，安装完毕时内螺纹接头（2f1）和外螺纹接头（2f2）的外端相互平齐，双面螺纹连接管（2f3）外侧与内螺纹接头（2f1）内侧螺纹连接，双面螺纹连接管（2f3）内侧与外螺纹接头（2f2）外侧螺纹连接，双面螺纹连接管（2f3）为对称结构。

7.根据权利要求1所述的一种机电设备的液冷散热装置，其特征在于，所述换热器（3）上设有蜂窝散热片（3a）。

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