CN113035805A - 液冷板及功率模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液冷板及功率模组，其中，液冷板包括散热模块，散热模块包括散热腔及设置在散热腔内的翅片组件，散热腔包括沿冷却液流动方向依次设置的至少两个散热区，由第一个散热区至倒数第二个散热区中的一个散热区或者多个散热区为单元散热区，单元散热区包括并列设置的翅片组件和冷却液通道，冷却液通道的通流截面大于分支流道的通流截面。由于单元散热区包括并列设置的翅片组件和冷却液通道，冷却液通道在翅片组件中相邻两个导热翅片之间形成的分支流道并联设置，冷却液通道的通流截面大于分支流道的通流截面，进而便于流向下一个散热区，提高液冷板的散热均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及器件散热技术领域，特别涉及一种液冷板。本发明还涉及一种包括上述液冷板的功率模组。
背景技术
随着电气结构普遍使用，例如变流器功率等级的不断提升，IGBT等功率模块冷却所使用的传热设备液冷板，其散热能力要求越来越高。
随着IGBT等功率模块并联数量的增加，由于液冷板的单一进口和出口要求，以及随着液冷板上并联IGBT等功率模块数量增加，流道加长，流道内水温逐步增高，所能带走功率模块的热量减少，造成前后各功率模块之间或者同一功率模块内的温差越来越大，进而导致液冷板散热均匀性较差。
因此，如何提高液冷板的散热均匀性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种液冷板，该液冷板的散热均匀性提高。本发明的另一目的是提供一种包括上述液冷板的功率模组。
为实现上述目的，本发明提供一种液冷板，包括散热模块，所述散热模块包括散热腔及设置在所述散热腔内的翅片组件；所述散热腔包括沿冷却液流动方向依次设置的至少两个散热区，由第一个所述散热区至倒数第二个所述散热区中的一个所述散热区或者多个所述散热区为单元散热区；所述单元散热区包括并列设置的翅片组件和冷却液通道，所述冷却液通道的通流截面大于所述分支流道的通流截面。
优选地，所述导热翅片沿垂直于冷却液流动方向依次设置。
优选地，所述单元散热区内所述翅片组件的进液端呈阶梯式设置。
优选地，所述单元散热区内所述翅片组件的进液端中间呈内凹结构。
优选地，所述导热翅片内所述导热翅片的出液端齐平设置，且所述导热翅片由中间向两侧所述导热翅片的长度逐渐减小。
优选地，所述单元散热区内所述翅片组件的进液端中间呈凸起结构。
优选地，所述导热翅片内所述导热翅片的出液端齐平设置，且所述导热翅片由中间向两侧所述导热翅片的长度逐渐增大。
优选地，所述冷却液通道内设有扰流柱。
优选地，所述导热翅片为直板型结构或曲面结构或折线型结构或蛇形结构。
优选地，所述分支流道的宽度相同或不同。
优选地，还包括流道基板及与所述流道基板密封连接的封板，所述流道基板和所述封板之间形成用于放置所述散热模块的放置腔。
优选地，所述散热模块安装在所述流道基板上。
优选地，所述散热模块和所述流道基板一体成型。
优选地，进液口和出液口均设置在所述流道基板上。
优选地，所述封板为两个，分别为第一封板和第二封板，所述流道基板背向设置的两侧均设有散热模块，所述第一封板和所述第二封板分别密封设置在所述流道基板背向设置的两侧。
优选地，所述流道基板和所述封板粘接、焊接或两者连接位置通过密封圈密封连接。
优选地，所述流道基板和/或所述封板为导热件。
优选地，所述散热模块为多个，多个所述散热模块堆叠设置。
优选地，所述散热模块为两个，两个所述散热模块背向设置。
一种功率模组，包括液冷板及安装在所述液冷板的上的发热器件，所述液冷板为上述任一项所述的液冷板。
优选地，所述发热器件位于所述液冷板的一侧，或所述液冷板的背向设置的两侧均设有所述发热器件。
在上述技术方案中，本发明提供的液冷板包括散热模块，散热模块包括散热腔及设置在散热腔内的翅片组件，散热腔包括沿冷却液流动方向依次设置的至少两个散热区，由第一个散热区至倒数第二个散热区中的一个散热区或者多个散热区为单元散热区，单元散热区包括并列设置的翅片组件和冷却液通道，冷却液通道的通流截面大于分支流道的通流截面。
通过上述描述可知，在本申请提供的散热液冷板中，通过设置翅片组件，由于单元散热区包括并列设置的翅片组件和冷却液通道，冷却液通道在翅片组件中相邻两个导热翅片之间形成的分支流道并联设置，冷却液通道的通流截面大于分支流道的通流截面，进而便于流向下一个散热区，提高液冷板的散热均匀性。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的功率模组的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的液冷板内部结构三维结构图；
图3为本发明实施例所提供的液冷板内部俯视图；
图4为本发明实施例所提供的沿冷却液流动方向功率模组的剖视图；
图5为本发明实施例所提供的沿垂直于冷却液流动方向功率模组的剖视图。
其中图1-5中：
100-第一封板；
200-流道基板、201-密封面、202-分支流道、203-进液口、204-出液口、205-导热翅片、206-扰流柱、207-冷却液通道；
300-第二封板；
400-接头
500-发热器件。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种液冷板，该液冷板的散热均匀性提高。本发明的另一目的是提供一种包括上述液冷板的功率模组。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图5。
在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的液冷板包括散热模块，散热模块包括散热腔及设置在散热腔内的翅片组件，散热腔包括沿冷却液流动方向依次设置的至少两个散热区，由第一个散热区至倒数第二个散热区中的一个散热区或者多个散热区为单元散热区。单元散热区包括并列设置的翅片组件和冷却液通道207，即在同一个单元散热区内，冷却液通道207与翅片组件中相邻两个导热翅片205之间形成的分支流道202并连设置，冷却液通道207的通流截面大于分支流道202的通流截面，具体的，冷却液通道207内冷却液流动速度大于分支流道202内冷却液流动速度，具体使得分支流道202有着很好的流通效果，阻力小，有效避免冷却液在流道堵塞问题。
具体的，最后一个散热区可以与常规散热区相同，翅片组件的两端的导热翅片205延伸至散热腔的左右两侧。
如图2和图3所示，翅片组件的进液端呈阶梯式设置，即散热模块的导热翅片205采用阶梯齿流道结构，具体根据实发热器件500形成多层设置。具体的，分支流道202进液端非齐平设置。可使得较低温度多的介质进入后方的分支流道202内，进而使较低温度冷却液对后方发热器件500冷却。
具体的，翅片组件的进液端中间呈内凹结构。优选，导热翅片205的出液端齐平设置，由中间向两侧导热翅片205的长度逐渐减小。
具体的，翅片组件的进液端中间呈凸起结构。优选，导热翅片205的出液端齐平设置，由中间向两侧导热翅片205的长度逐渐增大。本申请可以通过调整导热翅片205的长短进而调整液冷板前后的导热性能，使得液冷板上沿冷却液流动方向前后发热器件500的热量被均衡的带走，保证了多并联发热器件均温性问题。
当然，翅片组件的进液端可以整体相当于液体流动方向呈倾斜设置，可设计性强。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的散热液冷板中，通过设置翅片组件，由于单元散热区包括并列设置的翅片组件和冷却液通道207，冷却液通道207在翅片组件中相邻两个导热翅片205之间形成的分支流道202并联设置，冷却液通道207的通流截面大于分支流道202的通流截面，进而便于流向下一个散热区，提高液冷板的散热均匀性。
具体的，导热翅片205可以为厚度相同或者厚度不同的结构。具体的，分支流道202的宽度相同或不同，具体根据发热器件500排布及散热需求而定。
在具体排布时，导热翅片205沿垂直于冷却液流动方向依次设置。
在一种具体实施方式中，冷却液通道207内设有扰流柱206。具体的，扰流柱206可以为圆柱或多边形柱等，扰流柱206能够实现将冷却液通道207内介质扰动。
具体的，导热翅片205为直板型结构或曲面结构或折线型结构或蛇形结构等。导热翅片205可为直型或者蛇形等多种形状。
其中导热翅片205的长短和疏密可根据发热器件500的发热位置进行调整，其多个分支流道202沿垂直于冷却液流动方向可以两侧宽，中间位置分支流道202窄。也可以多个分支流道202沿垂直于冷却液流动方向可以两侧窄，中间位置分支流道202宽。
在一种具体实施方式中，该液冷板还包括流道基板200及与流道基板200密封连接的封板，流道基板200和封板之间形成用于放置散热模块的放置腔。具体的，封板可以为一个，封板与流道基板200间可通过密封面201进行密封圈密封，也可通过焊接密封。
具体的，散热模块安装在流道基板200上。当然，散热模块也可以安装在封板上。当散热模块安装在流道基板200上时，优选，流道基板200上设有进液口203和出液口204，其中进液口203和出液口204位置均分别设有接头400用于与外界管路连接。接头400中的进水接头和出水接头用于将液冷板与外界水冷系统连接亦可将外部水冷系统直接与流道基板200连接；具体的，扰流柱206可直接在流道基板200上加工出，也可通过嵌入流道基板200上实现安装。
具体的，导热翅片205可直接在流道基板200上加工出，也可在使用嵌入式的导热翅片205。为了提高组装效率，优选，散热模块和流道基板200一体成型。本申请导热翅片205加工方便，流道形状的可调可控性强，加工成本低，有利于大批量生产。
在一种具体实施方式中，封板为两个，分别为第一封板100和第二封板300，流道基板200背向设置的两侧均设有散热模块，第一封板100和第二封板300分别密封设置在流道基板200背向设置的两侧，具体的，第一封板100和第二封板300一者位于流道基板200上侧，另一者位于流道基板200下侧。具体的，第一封板100和第二封板300与流道基板200通过紧固件或者焊接或者粘接等方式进行密封配合，保证流道的密封效果。
为了提高散热效果，优选，流道基板200和/或封板为导热件，具体的，流道基板200和/或封板可以选用导热系数较高的金属加工而成。为了延长液冷板的使用寿命，优选，流道基板200和/或封板由耐腐蚀性的型材加工而成，或者流道基板200和/或封板表面设有防腐层。
在上述各方案的基础上，散热模块为多个，多个散热模块堆叠设置。当然，散热模块可也以为一个。具体的，流道基板200可单层布置，也可堆叠布置，而后通过封板进行密封，可以达到更好的散热效果。
在一种具体实施方式中，散热模块为两个，两个散热模块背向设置。具体的，两个散热模块可以设置在流道基板200背向设置的两侧。
本申请提供的液冷板发明专利能够通过阶梯齿流道导热翅导热翅片205安装位置片的变化，改变液冷板流道内的介质吸收热量的能力，实现了冷却介质可以避开前级发热源，在基本温度不变的情况下向后级输送冷却介质，通过冷却液通道207阶梯流道的台阶尺寸和流道齿导热翅片205布置位置和数量来增加后级散热能力。本发明专利流道结构简单、加工成本低、流道宽、流道形状可调整性强，可分多层执行，易于实现大批量生产，节约成本。同时够满足较多的功率模块的串并联结构，用以解决现有液冷板流道易堵塞、加工成本高以及均温性能差的问题。
本申请提供的一种功率模组，包括液冷板及安装在液冷板的上的发热器件500，其中液冷板为上述任一种液冷板。前文叙述了关于液冷板的具体结构，本申请包括上述液冷板，同样具有上述技术效果
在具体实施时，发热器件500可以位于液冷板的一侧，或液冷板的背向设置的两侧均设有发热器件500。其中液冷板同侧设置多个发热器件500，具体的，发热器件500可以为功率模块。
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 (21)
1.一种液冷板，其特征在于，包括散热模块，所述散热模块包括散热腔及设置在所述散热腔内的翅片组件；所述散热腔包括沿冷却液流动方向依次设置的至少两个散热区，由第一个所述散热区至倒数第二个所述散热区中的一个所述散热区或者多个所述散热区为单元散热区；所述单元散热区包括并列设置的翅片组件和冷却液通道(207)，所述冷却液通道(207)的通流截面大于所述分支流道(202)的通流截面。
2.根据权利要求1所述的液冷板，其特征在于，所述导热翅片(205)沿垂直于冷却液流动方向依次设置。
3.根据权利要求1所述的液冷板，其特征在于，所述单元散热区内所述翅片组件的进液端呈阶梯式设置。
4.根据权利要求3所述的液冷板，其特征在于，所述单元散热区内所述翅片组件的进液端中间呈内凹结构。
5.根据权利要求4所述的液冷板，其特征在于，所述导热翅片(205)内所述导热翅片(205)的出液端齐平设置，且所述导热翅片(205)由中间向两侧所述导热翅片(205)的长度逐渐减小。
6.根据权利要求3所述的液冷板，其特征在于，所述单元散热区内所述翅片组件的进液端中间呈凸起结构。
7.根据权利要求6所述的液冷板，其特征在于，所述导热翅片(205)内所述导热翅片(205)的出液端齐平设置，且所述导热翅片(205)由中间向两侧所述导热翅片(205)的长度逐渐增大。
8.根据权利要求1所述的液冷板，其特征在于，所述冷却液通道(207)内设有扰流柱(206)。
9.根据权利要求1所述的液冷板，其特征在于，所述导热翅片(205)为直板型结构或曲面结构或折线型结构或蛇形结构。
10.根据权利要求1所述的液冷板，其特征在于，所述分支流道(202)的宽度相同或不同。
11.根据权利要求1所述的液冷板，其特征在于，还包括流道基板(200)及与所述流道基板(200)密封连接的封板，所述流道基板(200)和所述封板之间形成用于放置所述散热模块的放置腔。
12.根据权利要求11所述的液冷板，其特征在于，所述散热模块安装在所述流道基板(200)上。
13.根据权利要求12所述的液冷板，其特征在于，所述散热模块和所述流道基板(200)一体成型。
14.根据权利要求12所述的液冷板，其特征在于，进液口(203)和出液口(204)均设置在所述流道基板(200)上。
15.根据权利要求11所述的液冷板，其特征在于，所述封板为两个，分别为第一封板(100)和第二封板(300)，所述流道基板(200)背向设置的两侧均设有散热模块，所述第一封板(100)和所述第二封板(300)分别密封设置在所述流道基板(200)背向设置的两侧。
16.根据权利要求11所述的液冷板，其特征在于，所述流道基板(200)和所述封板粘接、焊接或两者连接位置通过密封圈密封连接。
17.根据权利要求11所述的液冷板，其特征在于，所述流道基板(200)和/或所述封板为导热件。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的液冷板，其特征在于，所述散热模块为多个，多个所述散热模块堆叠设置。
19.根据权利要求18所述的液冷板，其特征在于，所述散热模块为两个，两个所述散热模块背向设置。
20.一种功率模组，包括液冷板及安装在所述液冷板的上的发热器件(500)，其特征在于，所述液冷板为权利要求1-19中任一项所述的液冷板。
21.根据权利要求20所述的功率模组，其特征在于，所述发热器件(500)位于所述液冷板的一侧，或所述液冷板的背向设置的两侧均设有所述发热器件(500)。
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