CN210157552U - 液冷集中散热模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液冷集中散热模块，需要散热的元器件贴合在流道腔体内外两侧的壁面上(内腔壁和外腔壁)，元器件所产生的热量可以直接传导至导热腔腔壁，从而大大缩短了元器件的传热路径，降低热阻，提升了散热效率，同样的功耗，本实施方式可以带走更多的热量；并且，由于元器件集中排布在导热腔内或者贴合在导热腔周围，从而可以减小产品体积，提高功率密度，增加产品竞争力；在导热量相同条件下，由于本实施方式传热路径短，所需要的导热液体的体积流量更小，从而可以降低外部辅助设备功耗(例如供水的水泵)。

Description

液冷集中散热模块

技术领域

本实用新型涉及一种电器散热技术，尤其涉及一种电器液冷散热结构。

背景技术

在汽车电子行业的电控系统集成度&功率密度不断提高的趋势下，内部器件产生的热损耗越来越大。当热量不能及时散发时，会严重影响电子元件的可靠性和使用寿命。这就对散热提出了更高的要求，优秀的热设计方案，不仅可以满足产品的可靠性要求，同时还在轻量化和小型化的方面为汽车节省更多的有效空间，以及达到整体减重效果。

现有的电控系统常规水冷方案为：将发热功率器件固定在金属槽内外，金属槽再通过导热材料与下方的水冷板连接，这样既增加了传热热阻，又增加了结构零件，且体积较大，现有方案在散热最佳化方向还有很大空间可以尝试并提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种液冷集中散热模块，使得能够缩短功率器件的传热路径，降低热阻，提升散热效率，减小产品体积。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种液冷集中散热模块，包括：一立体导热腔，所述导热腔包括中空的内腔和包围所述内腔的腔壁；

所述腔壁由高效导热材料(例如压铸铝合金材料，镁合金等)构成，腔壁包括内腔壁、外腔壁、以及设置于所述内腔壁和外腔壁之间的导热流道，所述导热流道用于流通导热液体；

所述内腔集中排布一个或多个具有功耗发热的元器件，所排布的元器件与所述内腔壁贴合；

延所述导热腔外腔壁排布一个或多个具有功耗发热的元器件，所排布的元器件与所述外腔壁贴合。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，需要散热的元器件贴合在流道腔体内外两侧的壁面上(内腔壁和外腔壁)，元器件所产生的热量可以直接传导至导热腔腔壁，从而大大缩短了元器件的传热路径，降低热阻，提升了散热效率，同样的功耗，本实施方式可以带走更多的热量；并且，由于元器件集中排布在导热腔内或者贴合在导热腔周围，从而可以减小产品体积，提高功率密度，增加产品竞争力；在导热量相同条件下，由于本实施方式传热路径短，所需要的导热液体的体积流量更小，从而可以降低外部辅助设备功耗(例如供水的水泵)。

作为进一步改进，所述导热腔内腔壁与外腔壁之间横向设置有一条或多条用于导流的肋条，所述内腔壁、外腔壁与所述肋条组合构成所述导热流道。通过导热流道确定液冷路径，使得导热液体能够沿流道流动到元器件分布的区域，无需在整个导热腔的腔壁内灌满导热液体，进一步降低外部辅助设备的功耗。

作为进一步改进，多条所述导流肋条上下分层排布，构成上下多层流道；各所述导流肋条上分别开有引流缺口，导热液体在重力作用下从所述引流缺口流入不同层的流道；

根据元器件的排布位置，确定引流缺口的位置和缺口大小，在元器件排布更多的区域引入更大流量的导热液体。从而能够在重力方向上，依需求调整不同层的体积流量，使得传热最优化。

作为进一步改进，所述导热腔的导热流道内设置有导热肋条，所述导热肋条与所述内腔壁和/或外腔壁相连，将所述内腔壁和/或外腔壁的热量引入导热流道内。通过导热肋条(也可以是导热凸台等)，可以将腔壁的内壁和/ 或外壁的热量传递至导热腔壁内的导热肋条上，增加与导热腔壁内的导热液体的接触面积，进一步提升导热效率。

作为进一步改进，所述内腔壁和所述外腔壁密封组合，所述导流肋条固定于所述内腔壁或外腔壁上；

集中排布于所述导热腔内腔的一个或多个具有功耗发热的元器件集中设置于一PCB板上，伸入所述导热腔的内腔，与所述内腔壁贴合。安装简便，易于实现。

作为进一步改进，所述内腔壁、外腔壁为压铸铝件；

所述内腔壁与所述外腔壁通过搅拌摩擦焊接工艺密封固定，密封效果更佳；或者

所述内腔壁与所述外腔壁通过螺丝螺母及密封胶条密封固定，安装简便。

作为进一步改进，集中排布于所述导热腔内腔的元器件为功耗发热量高的元器件，从而进一步提升导热效率。

作为进一步改进，集中排布于所述导热腔内腔的元器件通过第一导热材料与所述内腔壁贴合，从而加快元器件与导热腔腔壁之间的热量传导速度。

作为进一步改进，延所述导热腔外腔壁排布的元器件通过第二导热材料与所述外腔壁贴合，从而加快元器件与导热腔腔壁外侧面之间的热量传导速度。所述第一导热材料与第二导热材料可以相同或不同。所述第一导热材料和/ 或第二导热材料可以是TIM导热界面材料。

作为进一步改进，所述腔壁的上部区域设置有导热液体流入口，所述腔壁的下部区域设置有导热液体流出口。从而使得导热液体可以在重力作用下进行引流，在满足导热需求的同时，减小导热液体的流量，降低外部辅助设备功耗。

附图说明

图1是根据本实用新型一较佳实施方式的液冷集中散热模块的爆破图；

图2是根据本实用新型一较佳实施方式的液冷集中散热模块组装后的外部结构示意图；

图3是根据本实用新型一较佳实施方式的液冷集中散热模块组装后的内部结构剖面图；

图4是根据本实用新型一较佳实施方式的导热腔内腔的多个元器件集中设置示意图；

图5是根据本实用新型一较佳实施方式的导热腔内腔壁和外腔壁组装前的结构示意图；

图6是根据本实用新型一较佳实施方式的导热腔组装后所形成流道的剖面图；

图7是根据本实用新型一较佳实施方式的导热流道及液体流动平面示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的一较佳实施方式涉及一种液冷集中散热模块，如图1至图3 所示，其中图1是液冷集中散热模块组装前的爆破图；图2是液冷集中散热模块组装后的外部结构示意图；图3是液冷集中散热模块组装后的内部结构剖面图。

从图中可以看出，该液冷集中散热模块包括：一立体导热腔，所述导热腔包括中空的内腔1和包围所述内腔的腔壁2；其中内腔1即为腔壁2包围的区域。

所述腔壁2可以由高效导热材料(例如压铸铝合金材料，镁合金等)构成，腔壁2具体包括内腔壁21、外腔壁22、以及设置于所述内腔壁21和外腔壁22之间的导热流道23，所述导热流道23用于流通导热液体，又称为液体流道。

所述内腔1内集中排布多个具有功耗发热的元器件3，所排布的元器件3 与所述内腔壁21的内侧贴合，具体可以通过导热材料如导热胶进行贴合，如在内腔内填入导热灌封胶；从而加快元器件与导热腔腔壁之间的热量传导速度。图1中的具有功耗发热的元器件3包括多个电感、变压器等，其仅为示意，在具体应用中可以根据需求进行调整。

延所述导热腔外腔壁排布一个或多个具有功耗发热的元器件4，所排布的元器件4与所述外腔壁22的外侧贴合，同样可以通过导热材料如导热胶进行贴合，或者通过其他材料辅助贴合。图1中排布在外圈的具有功耗发热的元器件4包括多个功率管，同样仅为示意作用。

本实施方式中，内腔壁21和外腔壁22密封组合，形成密闭的液体流道腔体。具体实现中，内腔壁(内壁)与外腔壁(外壁)可以通过工艺一体成型，或者，也可以如图1所示，内腔壁和外腔壁分别独立成型，之后通过工艺将内腔壁和外腔壁拼接密封。集中排布于导热腔内腔的一个或多个具有功耗发热的元器件3集中设置(焊接)于一PCB板5上，如图4所示，整体伸入导热腔的内腔1中，同时可以在内腔1中填入导热灌封胶，以确保各元器件与内腔壁21贴合。其工艺安装简便，易于实现。其中，导热腔腔壁2可以包括顶壁，使得导热腔呈容器结构，以便于在导热腔内腔1内填入导热灌封胶。顶壁可以设置在导热腔外腔壁或内腔壁上，图3中，顶壁211设置于导热腔内腔壁21上。

内腔壁和外腔壁的密封方式可以根据其材料不同选择最优的方式，如内腔壁和外腔壁为压铸铝件，则可以将内腔壁21和外腔壁22组装为一体后，对组装后的腔壁顶面和底面采用搅拌摩擦焊接工艺进行密封固定，形成密闭性流道腔体，密封效果更佳。或者，内腔壁21和外腔壁22的装配密封方式也可以采用常规的密封胶条+螺丝螺母固定的方式，安装简便。图5为导热腔 (即内腔壁和外腔壁)组装前的结构示意图，图6为导热腔组装后所形成流道的剖面图，可以看见腔壁内部导热液体流道。

本实用新型实施方式中，需要散热的元器件贴合在流道腔体内外两侧的壁面上(内腔壁和外腔壁)，元器件所产生的热量可以直接传导至导热腔腔壁，从而最大程度大缩短了元器件的传热路径，降低热阻，提升了散热效率，同样的功耗，本实施方式可以带走更多的热量；并且，由于元器件集中排布在导热腔内或者贴合在导热腔周围，从而可以减小产品体积，提高功率密度，增加产品竞争力；在导热量相同条件下，由于本实施方式传热路径短，所需要的导热液体的体积流量更小，从而可以降低外部辅助设备功耗(例如供水的水泵)。

作为进一步改进，所述导热腔内腔壁21与外腔壁22之间横向设置有多条用于导流的肋条24，所述内腔壁21、外腔壁22与肋条24组合构成导热流道 23。通过导热流道确定液冷路径，使得导热液体能够沿流道流动到元器件分布的区域，无需在整个导热腔的腔壁内灌满导热液体，进一步降低外部辅助设备的功耗。

导流肋条24可以直接固定在内腔壁或外腔壁上，与内腔壁或外腔壁形成一体成型结构。如本实施方式图1中内腔壁21与导流肋条24即为一体成型结构。

作为进一步改进，图1至图6中，多条导流肋条24上下分层排布，构成上下多层流道；各导流肋条24上分别开有引流缺口25，导热液体在重力作用下从引流缺口流入不同层的流道，流道及液体流动示意图如图7所示。具体可以根据元器件的排布位置，确定引流缺口的位置和缺口大小，在元器件排布更多的区域引入更大流量的导热液体。从而能够在重力方向上，依需求调整不同层的体积流量，使得传热最优化。具体可以通过增大本区域上层导流肋条的引流缺口宽度，以增大导流液体流量，和/或将本区域上层导流肋条的引流缺口设置在更靠近导热液体流入口的位置，以便获得更快的流速，等等。引流缺口大小与位置共同决定了引流大小：引流缺口类似节流阀门，流量的大小可以根据缺口处的面积与层厚计算；缺口位置靠近导热液体流入口的流速快，重力因素影响弱化，随着与继续的往前流动，引表面的摩擦而引起流阻增大，导致速度慢慢减弱，重力影响明显，因此缺口位置的确定也需要根据不同的水泵功率以及导热腔腔壁内的结构尺寸进行确定。作为进一步改进，还可以在导热腔的导热流道内增设导热肋条，导热肋条与内腔壁21和 /或外腔壁22直接相连，将内腔壁和/或外腔壁的热量引入导热流道23内。这里的导热肋条也可以为其他形状，如用导热凸台代替等。通过导热肋条(也可以是导热凸台等)，可以将腔壁的内壁和/或外壁的热量传递至导热腔壁内的导热肋条上，增加与导热腔壁内的导热液体的接触面积，进一步提升导热效率。

作为进一步改进，所述腔壁的上部区域设置有导热液体流入口6，所述腔壁的下部区域设置有导热液体流出口7。从而使得导热液体可以在重力作用下进行引流，在满足导热需求的同时，减小导热液体的流量，降低外部辅助设备功耗。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (9)

1.一种液冷集中散热模块，其特征在于，包括：一立体导热腔，所述导热腔包括中空的内腔和包围所述内腔的腔壁；

所述腔壁由高效导热材料构成，包括内腔壁、外腔壁、以及设置于所述内腔壁和外腔壁之间的导热流道，所述导热流道用于流通导热液体；

所述内腔集中排布一个或多个具有功耗发热的元器件，所排布的元器件与所述内腔壁贴合；

延所述导热腔外腔壁排布一个或多个具有功耗发热的元器件，所排布的元器件与所述外腔壁贴合。

2.根据权利要求1所述的液冷集中散热模块，其特征在于，所述导热腔内腔壁与外腔壁之间横向设置有一条或多条用于导流的肋条，所述内腔壁、外腔壁与所述肋条组合构成所述导热流道。

3.根据权利要求2所述的液冷集中散热模块，其特征在于，多条所述导流肋条上下分层排布，构成上下多层流道；各所述导流肋条上分别开有引流缺口，导热液体在重力作用下从所述引流缺口流入不同层的流道；

根据元器件的排布位置，确定引流缺口的位置和缺口大小，在元器件排布更多的区域引入更大流量的导热液体。

4.根据权利要求1所述的液冷集中散热模块，其特征在于，所述导热腔的导热流道内设置有导热肋条，所述导热肋条与所述内腔壁和/或外腔壁相连，将所述内腔壁和/或外腔壁的热量引入所述导热流道内。

5.根据权利要求2所述的液冷集中散热模块，其特征在于，所述内腔壁和所述外腔壁密封组合，所述导流肋条固定于所述内腔壁或外腔壁上；

集中排布于所述导热腔内腔的一个或多个具有功耗发热的元器件集中设置于一PCB板上，伸入所述导热腔的内腔，与所述内腔壁贴合。

6.根据权利要求5所述的液冷集中散热模块，其特征在于，所述内腔壁、外腔壁为压铸铝件；

所述内腔壁与所述外腔壁通过搅拌摩擦焊接工艺密封固定；或者

所述内腔壁与所述外腔壁通过螺丝螺母及密封胶条密封固定。

7.根据权利要求1所述的液冷集中散热模块，其特征在于，集中排布于所述导热腔内腔的元器件通过第一导热材料与所述内腔壁贴合。

8.根据权利要求1所述的液冷集中散热模块，其特征在于，延所述导热腔外腔壁排布的元器件通过第二导热材料与所述外腔壁贴合。

9.根据权利要求1所述的液冷集中散热模块，其特征在于，所述腔壁的上部区域设置有导热液体流入口，所述腔壁的下部区域设置有导热液体流出口。

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