CN113437035B - 一种高效双面压接型水冷散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效双面压接型水冷散热器，其特征在于：上盖板及下盖板内侧均设置有双螺旋散热流道，双螺旋散热流道两端分别设置有进水口及出水口，双螺旋散热流道中心位置处设置有圆形导热齿，圆形导热齿上下均设置有弧形引流齿，弧形引流齿在中心处将双螺旋散热流道均分为左侧流道和右侧流道，左侧流道及右侧流道上表面均设置有若干扰流环。本发明设计科学合理，分开后的左侧流道和右侧流道通流面积之和与分开之前的双螺旋散热流道通流面积保持一致，既加强了中心水路换热效率；且中心区流道曲面半径更小，此区域的散热修正系数大幅增加；同时扰流环能够在紧贴热源表面一侧的流动层起到扰流作用，进一步提高中心区域换热系数。
Description
技术领域
本发明属于电气散热技术领域，特别涉及一种高效双面压接型水冷散热器。
背景技术
随着工业电力系统的高速发展，各种MVA级大容量电力电子装置在冶金、机车电力牵引、大型船舶电力推进和电厂发电机励磁系统中应运而生。其总损耗至少也在几十至几百千瓦之间。由于功率开关器件的内部通常是由多个硅晶片并联构成的，在使用时其热流密度大多超过了20W/cm2，并且外部一般采用高强度压接设计以减小接触热阻，因而散热器本身的散热性能、均温特性以及机械强度对其安全运行至关重要，是大容量电力电子装置应用中需要解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效双面压接型水冷散热器，既能够提高整体散热能力又保证中心区域与边缘区域具有良好的均温特性。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种高效双面压接型水冷散热器，其特征在于：包括散热器主体及分别设置于散热器主体两端的上盖板及下盖板，所述上盖板和下盖板的外表面为第一散热面和第二散热面，所述第一散热面与第二散热面平行，所述上盖板和下盖板内侧为冷却流体通道，所述上盖板及下盖板内侧均设置有双螺旋散热流道，所述双螺旋散热流道两端分别设置有进水口及出水口，所述进水口和出水口设置在同一侧，所述双螺旋散热流道中心位置处设置有圆形导热齿，所述圆形导热齿上下均设置有弧形引流齿，所述弧形引流齿在中心处将双螺旋散热流道均分为左侧流道和右侧流道，所述左侧流道及右侧流道上表面均设置有若干扰流环，所述若干扰流环以内嵌形式设置于流道上表面。
而且，所述出水口及所连接的流道位于所述双螺旋散热流道的最外侧，连接所述进水口及出水口的双螺旋流道整体为串联关系，出水口连接的流道与进水口连接的流道间隔分布，且两者于中心处交汇，且由弧形引流齿分为左右并联通道。
而且，所述圆形导热齿及弧形引流齿与上、下盖板均为一体加工制成，所述上盖板和下盖板外侧一圈与散热器主体内侧一圈采用搅拌摩擦焊焊接，上盖板和下盖板内侧双螺旋散热流道部分与散热器主体接触面采用钎焊焊接。
而且，所述上盖板及下盖板的整体厚度为6.5～8.5mm，所述双螺旋散热流道的深度为4～6mm，流道宽度为0.5～2.5mm，双螺旋散热流道的流道宽度为2～4mm，弧形流环内嵌入上盖板和下盖板内侧表面0.1mm～0.2mm。
而且，所述双螺旋散热流道的轮廓直径为84.5～85.5mm。
而且，所述上盖板及下盖板外侧中心位置处均设置有定位孔，所述定位孔直径小于圆形导热齿直径。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的高效双面压接型水冷散热器，设置圆形导热齿和弧形引流齿使其内部没有流动死区，且在圆形导热齿和内嵌扰流环遵循场协同理论原理，在中心高温区域强化了散热效果，从而既提高了整体散热能力又保证中心区域与边缘区域具有良好的均温特性；上、下盖板相互平行、对称且流道完全一致，冷却水流量上下均等实现双面水路并联散热，该流道结构减小了散热器双面之间由水路串联引起的热耦合效应，提高散热效率。
2、本发明的高效双面压接型水冷散热器，出水流道和入水流道间隔分布，具有较好的均温特性，且出水口及其连接流道位于所述双螺旋散热流道的外侧，由于出水流道水温较高，将其设置于散热压力较小的外侧，能够进一步改善边缘区域的均温特性。
3、本发明的高效双面压接型水冷散热器，所述圆形导热齿及弧形引流齿与上、下盖板均为一体加工制成，能够避免热量从外表面向内传递过程中产生的接触热阻且机械强度更高。上盖板及下盖板与散热器主体为钎焊和摩擦搅拌焊接。
4、本发明的高效双面压接型水冷散热器，双螺旋散热流道的轮廓直径为85mm与IGCT的换热面保持一致，可实现在同等水阻下提高换热效率。
5、本发明的高效双面压接型水冷散热器，上盖板及下盖板外侧中心位置处均设置有定位孔，实现对IGCT的准确定位以保证其换热面对下方内部流道区域分布对称均匀。
6、本发明设计科学合理，中心区域换热通道采用圆形导热齿及弧形引流齿的设计，中心处散热流道由弧形引流齿一分为二，分开后的两部分通流面积之和与分开之前的双螺旋散热流道通流面积保持一致，确保冷却液体流速在中心区与螺旋流道区一致，既加强了中心水路换热效率，又对中心区散热齿加厚处理，中心区圆形导热齿直径较大导热性能良好，可以将热量从上、下盖板部分高效传导至散热器主体部分，与中心区圆环形流道中冷却水高效散热能力匹配；且中心区流道曲面半径更小，此区域的散热修正系数大幅增加；同时，在中心区域靠近散热器表面处两边分别设置扰流环，在紧贴热源表面一侧的流动层起到扰流作用，进一步提高中心区域换热系数。由于中心区域采用上述强化散热设计，可分担外围热流，使散热器换热圆面中心区域、靠中部区域、靠外部区域三个区域整体均温特性更加优异。
附图说明
图1为本发明水冷散热器的结构示意图；
图2为本发明下盖板的主视图；
图3为本发明下盖板的结构示意图；
图4为本发明上盖板的主视图；
图5为现有技术与本发明专利的散热器均温特性对比图，(a)、(b)为现有技术及本发明散热器的结构对比图，(c)、(d)为现有技术与本发明散热器的温度分布图。
附图标记说明
1-定位孔、2-上盖板、3-散热器主体、4-左侧流道、5双螺旋散热流道、6-弧形引流齿、7-右侧流道、8-扰流环、9-出水口、10-圆形导热齿、11-下盖板、12-进水口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种高效双面压接型水冷散热器，其特征在于：包括散热器主体3及分别设置于散热器主体两端的上盖板2及下盖板11，所述上盖板和下盖板的外表面为第一散热面和第二散热面，所述第一散热面与第二散热面平行，所述上盖板和下盖板内侧为冷却流体通道，所述上盖板及下盖板内侧均设置有双螺旋散热流道5，所述双螺旋散热流道两端分别设置有进水口12及出水口9，所述进水口和出水口设置在同一侧，所述双螺旋散热流道中心位置处设置有圆形导热齿10，所述圆形导热齿上下均设置有弧形引流齿6，所述弧形引流齿在中心处将双螺旋散热流道均分为左侧流道4和右侧流道7，所述左侧流道及右侧流道上表面均设置有若干扰流环8，所述若干扰流环以内嵌形式设置于流道上表面，上、下盖板相互平行、对称且流道完全一致，冷却水流量上下均等实现双面水路并联散热，该流道结构减小了散热器双面之间由水路串联引起的热耦合效应，提高散热效率；该水冷散热器内部没有流动死区，且在中心高温区域强化了散热，从而既提高了整体散热能力又保证中心区域与边缘区域具有良好的均温特性。
出水口及连接的流道位于所述双螺旋散热流道的最外侧，连接所述进水口及出水口的双螺旋流道整体为串联关系，出水口连接的流道与进水口连接的流道间隔分布，且两者于中心处交汇，且由弧形引流齿分为左右并联通道，能够改善散热器中心区域和边缘区域的均温特性。
圆形导热齿及弧形引流齿与上、下盖板均为一体加工制成，所述上盖板和下盖板外侧一圈与散热器主体内侧一圈采用搅拌摩擦焊焊接，上盖板和下盖板内侧双螺旋散热流道部分与散热器主体接触面采用钎焊焊接，能够避免接触热阻且机械强度更高。
上盖板及下盖板的整体厚度为6.5～8.5mm，所述双螺旋散热流道的深度为4～6mm，流道宽度为0.5～2.5mm，双螺旋散热流道的流道宽度为2～4mm，弧形流环内嵌入上盖板和下盖板内侧表面0.1mm～0.2mm。
双螺旋散热流道的轮廓直径为84.5～85.5mm，在同等水阻下提高了换热效率。
上盖板及下盖板外侧中心位置处均设置有定位孔1，所述定位孔直径小于圆形导热齿直径，实现对IGCT的准确定位以保证其对下方内部流道区域分布对称均匀。
本发明的中心区域换热通道采用圆形导热齿及弧形引流齿的设计，中心处散热流道由弧形引流齿一分为二，分开后的两部分通流面积之和与分开之前的双螺旋散热流道通流面积保持一致，确保冷却液体流速在中心区与螺旋流道区一致，既加强了中心水路换热效率，又对中心区散热齿加厚处理，中心区散热齿加厚后导热性能更加良好，可以将热量从上、下盖板部分高效传导至散热器主体部分，与中心区圆环形流道中冷却水高效散热能力匹配；且中心区流道曲面半径更小，此区域的散热修正系数大幅增加；同时，在中心区域靠近散热器表面处两边分别设置扰流环，在紧贴热源表面一侧的流动层起到扰流作用，进一步提高中心区域换热系数。
通过与现有技术中无圆形导热齿及弧形引流齿的散热流道结相比，本发明的水冷散热器的均温特性更好，如图5所示，本发明的散热器其均温差异只有1℃，而现有技术结构的均温差异为9℃。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (1)
1.一种高效双面压接型水冷散热器，其特征在于：包括散热器主体及分别设置于散热器主体两端的上盖板及下盖板，所述上盖板和下盖板的外表面为第一散热面和第二散热面，所述第一散热面与第二散热面平行，所述上盖板和下盖板内侧为冷却流体通道，所述上盖板及下盖板内侧均设置有双螺旋散热流道，所述双螺旋散热流道两端分别设置有进水口及出水口，所述进水口和出水口设置在同一侧，所述双螺旋散热流道中心位置处设置有圆形导热齿，所述圆形导热齿上下均设置有弧形引流齿，所述弧形引流齿在中心处将双螺旋散热流道均分为左侧流道和右侧流道，所述左侧流道及右侧流道上表面均设置有若干扰流环，所述若干扰流环以内嵌形式设置于流道上表面；
所述出水口及所连接的流道位于所述双螺旋散热流道的最外侧，连接所述进水口及出水口的双螺旋流道整体为串联关系，出水口连接的流道与进水口连接的流道间隔分布，且两者于中心处交汇，且由弧形引流齿分为左右并联通道；
所述圆形导热齿及弧形引流齿与上、下盖板均为一体加工制成，所述上盖板和下盖板外侧一圈与散热器主体内侧一圈采用搅拌摩擦焊焊接，上盖板和下盖板内侧双螺旋散热流道部分与散热器主体接触面采用钎焊焊接；
所述上盖板及下盖板的整体厚度为6.5～8.5mm，所述双螺旋散热流道的深度为4～6mm，流道宽度为0.5～2.5mm，双螺旋散热流道的流道宽度为2～4mm，弧形流环内嵌入上盖板和下盖板内侧表面0.1mm～0.2mm；
所述双螺旋散热流道的轮廓直径为84.5～85.5mm；
所述上盖板及下盖板外侧中心位置处均设置有定位孔，所述定位孔直径小于圆形导热齿直径。
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