CN202168321U

CN202168321U - 一体式液冷散热器

Info

Publication number: CN202168321U
Application number: CN2011202896241U
Authority: CN
Inventors: 王海岩; 何叶
Original assignee: Beijing Qihong Technology Research & Development Center Co Ltd
Current assignee: Beijing Qihong Technology Research & Development Center Co Ltd; Beijing AVC Technology Research Center Co Ltd
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2021-08-11

Abstract

本实用新型是有关于一种一体式液冷散热器，包括冷板、泵、鳍片散热器、连接上述部件的软管、填充于散热器内部的冷却液以及冷却鳍片散热器的风扇，所述的鳍片散热器、风扇和泵固定在冷板的上方，且风扇紧贴鳍片散热器布置。本实用新型通过水冷板、泵与鳍片散热器的有效整合，缩短了冷却液管程，减少了不必要的沿程散热损失，并充分发挥了水冷换热与风冷换热的适用特点，使得整体换热效率较高，对高功率、有限空间下的电子热源起到了有效的散热作用，且因采用焊接和短程软管连接，使得冷却液泄露的风险大大减小，安全系数显著提高，同时，一体化的整合设计，使得散热器尺寸规则，安装适用性强。

Description

一体式液冷散热器

技术领域

本实用新型涉及一种用于超级计算机、航空航天、轨道交通、无线通讯以及风电、光电等领域中的大功率电子设备的散热装置，特别是涉及一种一体式液冷散热器。

背景技术

当前，随着电子元器件功率与集成度的不断提高，电子设备体积变小的同时散热量却大大增加，电子芯片的热流密度已由20W/cm²升高到了200W/cm²。除中央处理器(CPU)及图形图像处理器(GPU)外，一些体积小、高功率的电子元器件也出现在超级计算机、航空航天、轨道交通、无线通讯以及风电、光电等领域中。对于大多数电子元件，应使其温度保持在85℃以下，且电子器件的可靠性对温度非常敏感，在70～80℃水平上，温度每增加1℃，可靠性将下降5％，因此，为保证电子元件的可靠性及使用寿命，寻求紧凑、高效且切实可行的冷却方式是电子计算机、通讯和光电领域中非常重要的技术环节，并逐步成为日益严峻和具有决定性的关键问题。

在电子散热领域，常用的散热方式有铝挤散热器、热管散热器和水冷散热器。铝挤散热器结构简单，制程容易，成本低廉，但由于铝材的导热能力有限，铝底板与铝鳍片的温度不均匀性严重，使其散热性能相对较差。为了克服铝材导热能力不足的缺点，常常采用铜材进行替代，但成本大幅提高，且换热强度提升空间有限。热管散热器采用相变换热技术，利用水在相变时温度恒定且伴随大量气化潜热传递的特点，实现热量的高效传递，同时，由于热管管材内部为中空，使得热管散热器在重量上具有优势。但由于热管换热在一定程度上受重力影响而具有方向性，当热源位置高于鳍片位置时热管会发生失效，并且热管散热器的传热能力受单根热管传热极限影响，因此热管散热器的应用受到很大的局限。

随着高端电子产品的热通量不断提高，传统的铝挤散热器，热管散热器已无法满足高效的散热需求，液冷散热技术逐渐成为电子散热领域的新宠儿。现有常用的液冷产品主要包括冷板、泵、鳍片散热器和连接上述组件的软管。冷板紧贴热源(即电子芯片，如CPU)，在泵驱动下的液体流经冷板时吸收电子器件的热量，而后进入鳍片散热器中将热量释放到外部环境中去，被冷却后的液体再次流经冷板，循环往复、连续不断地把热量从发热芯片传递到环境中。鳍片散热器可采用自然风冷或风扇强制冷却，冷却液体可采用去离子水、掺加防冻液的纯净水、或者其它液体及混合物(如四氟乙烷R134a)。对于现有的液冷散热器，由于采用软管连接各个组件，连接口位置发生液体泄漏的风险较高，且各组件布置分散，结构不够紧凑，不能最大程度的利用有限的散热空间。因此，对于热源散热量较大、安全系数要求较高且布置空间有限的电子设备的散热，传统的分散式或半集成式液冷散热系统都存在不适用性，开发出散热效率高、结构紧凑且装配简便的一体式液冷散热器成为一种必然的需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种一体式液冷散热器，使其散热效率高、结构紧凑且装配简便，从而克服现有的液冷散热器的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型一种一体式液冷散热器，包括冷板、泵、鳍片散热器、连接上述部件的软管、填充于散热器内部的冷却液以及冷却鳍片散热器的风扇，所述的鳍片散热器、风扇和泵固定在冷板的上方，且风扇紧贴鳍片散热器布置。

作为本实用新型的一种改进，所述的冷板与鳍片散热器焊接。

所述的鳍片散热器底部设有注液口。

所述的冷却液为乙二醇水溶液、去离子水或掺加防冻液的纯净水。

所述的乙二醇水溶液的体积浓度为20％。

所述的鳍片散热器为板翅式散热器。

所述的板翅式散热器的芯体为铝质，尺寸为460mm×100mm×372mm。

所述的冷板采用纯铝材质，尺寸为460mm×370mm×28mm。

所述的风扇尺寸为200mm×70mm，转速为4800r/min。

所述的水泵流量为8m³/min。

采用这样的结构后，本实用新型至少具有以下优点：

1、通过水冷板、泵与鳍片散热器的有效整合，缩短了冷却液管程，减少了不必要的沿程散热损失，并充分发挥了水冷换热与风冷换热的适用特点，使得整体换热效率较高，对高功率、有限空间下的电子热源起到了有效的散热作用；

2、因采用焊接和短程软管连接，使得冷却液泄露的风险大大减小，安全系数显著提高；

3、一体化的整合设计，使得散热器尺寸规则，安装适用性强。

如上所述，本实用新型从快速高效原则出发，提出了一种换热高效、结构紧凑的一体式水冷散热器，用于实现热源散热量较大、安全系数要求较高且布置空间有限的电子设备的散热，更适于推广使用。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型一体式液冷散热器的结构示意图。

图2是图1的后部结构示意图。

图3是本实用新型一体式液冷散热器的分解结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1-3所示，本实用新型一体式液冷散热器，包括鳍片散热器1、冷板3、泵4、连接上述部件的软管、填充于散热器内部的冷却液以及冷却鳍片散热器1的风扇2。

如图所示，本实用新型将冷板3、鳍片散热器1、风扇2和泵4整合布置，鳍片散热器1、风扇2和泵4均固定在冷板3的上方，冷板3与鳍片散热器1优选为焊接固定，风扇2紧贴鳍片散热器1布置。

其中，在鳍片散热器1的底部设置注液口，冷却液注入后进行封闭。

冷板3优选为水冷板，也就是采用乙二醇水溶液、去离子水、掺加防冻液的纯净水等冷却液。

使用时，在泵4驱动下的冷却液流经冷板3时吸收电子器件的热量，而后进入鳍片散热器1中通过风冷作用将热量释放到外部环境中去，被冷却后的液体再次流经冷板3，循环往复、连续不断地把热量从发热芯片传递到环境中。其中，冷却液在循环过程中分别经历了冷板3中的液冷换热和鳍片换热器1中的空冷换热。根据散热热源的热通量、空间结构以及安全性、噪音控制等方面的要求，可对冷板3的尺寸、风扇2与散热鳍片的数量以及二者与泵4的相对位置进行相应的调整，综合考虑散热效率、安全性、可靠性及性价比的影响，通过优化设计，获得一体化液冷散热器的最佳方案。

下面以本实用新型一体式液冷散热器在6kW IGBT模块冷却系统中的应用为例，对本发明作进一步的描述。

6kW IGBT模块冷却系统散热器的性能要求为：总发热功率6000W；冷却液为体积浓度20％的乙二醇水溶液，流量为30.38L/min；空气温度(环境温度)最高40℃，空气流量1600m³/h，压降≤100Pa；IGBT模块温度≤80℃。

6kW IGBT模块冷却系统散热器的的尺寸限制为：460(L)mm×370(W)mm×420(H)mm。

如附图3所示，本实用新型换热器设计参数为：整体尺寸为460(L)mm×370(W)mm×400(H)mm；冷板尺寸为460(L)mm×370(W)mm×28(H)mm，材质为纯铝；板翅式散热器芯体尺寸为460(L)mm×100(W)mm×372(H)mm，材质为纯铝；风扇规格为200mm×70mm，转速为4800r/min；水泵流量为8m³/min。

在泵驱动下的乙二醇水溶液流经冷板时吸收IGBT模块的热量，而后进入板翅式散热器中将热量释放到外部环境中去，被冷却后的乙二醇水溶液再次流经冷板，循环往复、连续不断地把热量从IGBT模块传递到环境中去，从而实现对模块温度的有效控制。

模拟分析结果及性能测试结果显示，采用一体式液冷散热器作为6kW IGBT模块冷却系统的散热器IGBT模块表面最高温度为56.5℃，板翅式散热器的空气压降为53Pa，均能很好地满足设计要求。

本实用新型一体式液冷散热器散热效率高，结构紧凑，能满足狭小空间下高热通量的散热要求，且绿色环保，拥有一流的稳定性、安全性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种一体式液冷散热器，包括冷板、泵、鳍片散热器、连接上述部件的软管、填充于散热器内部的冷却液以及冷却鳍片散热器的风扇，其特征在于：

所述的鳍片散热器、风扇和泵固定在冷板的上方，且风扇紧贴鳍片散热器布置。

2.根据权利要求1所述的一体式液冷散热器，其特征在于所述的冷板与鳍片散热器焊接。

3.根据权利要求1所述的一体式液冷散热器，其特征在于所述的鳍片散热器底部设有注液口。

4.根据权利要求1所述的一体式液冷散热器，其特征在于所述的冷却液为乙二醇水溶液、去离子水或掺加防冻液的纯净水。

5.根据权利要求4所述的一体式液冷散热器，其特征在于所述的乙二醇水溶液的体积浓度为20％。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一体式液冷散热器，其特征在于所述的鳍片散热器为板翅式散热器。

7.根据权利要求6所述的一体式液冷散热器，其特征在于所述的板翅式散热器的芯体为铝质，尺寸为460mm×100mm×372mm。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的一体式液冷散热器，其特征在于所述的冷板采用纯铝材质，尺寸为460mm×370mm×28mm。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的一体式液冷散热器，其特征在于所述的风扇尺寸为200mm×70mm，转速为4800r/min。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的一体式液冷散热器，其特征在于所述的水泵流量为8m³/min。