CN216058098U - 一种冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于冷却设备技术领域，公开了一种冷却装置，包括下箱体和热导管；下箱体内填充有绝缘冷却液，发热组件浸没于绝缘冷却液内；所述下箱体为具有导热性能的材质体，所述下箱体上端连接有箱盖；所述热导管下端固定设置在下箱体内，所述热导管下端浸没在绝缘冷却液内，所述热导管上端伸出下箱体内部，所述热导管上端连通有散热器，所述热导管和散热器内填充有导热介质。本实用新型采用浸入式液体冷却与热导管以及箱体外壁相结合的冷却方式，可以由内到外同时进行散热；散热过程无需额外能耗，节能效果好；发热体浸没在相对静止的液体中，发热组件不接触任何流体，不会受到流体的作用，可靠性高，寿命长。

Description

一种冷却装置

技术领域

本实用新型属于冷却设备技术领域，尤其涉及一种冷却装置。

背景技术

目前，锂离子电池由于具有比能量高、无污染、无记忆效应等优点成为新能源汽车动力系统的最佳候选。但锂离子电池对温度非常敏感，在合适的温度范围内电池组才能高效率放电并保持良好的性能。高温会使锂离子电池老化速度变快、热阻增加变快、循环次数变少、使用寿命变短，甚至引发电池热失控等问题；当环境温度超过60℃，电池就会因温升过大而产生过热燃烧、爆炸的风险。低温会使得电解液的电导率降低，传导活性离子的能力下降，阻抗增加，容量下降。尽管电动汽车电池管理系统(BMS)会对电池温度进行检测并实时干预，但锂电池在充放电的时候，由于电池内部化学反应激烈，会释放出大量的热量，稍不留神就会使电池温度过高。

此外，随着计算机的不断发展，设备的功率消耗也随之增大，导致设备的发热量越多。而发热量带来的温升将大幅降低芯片的处理能力。

常见的散热系统从类型上主要分为主动和被动散热这两种，两者之间在效率上有很大的差别。被动系统所要求的成本比较低，采取的措施也较简单。主动系统结构相对复杂一些，且需要更大的附加功率，但它的热管理更加有效。不同导热界面材料的传热介质的散热效果不同。

被动式散热：采用气体(空气)作为导热绝缘材料传热介质，这种散热结构非常简单，质量轻，成本较低，但不足之处就在于散热介质与电池壁面之间换热系数低，冷却速度慢，效率低，夏天的时候电池容易出现温度过高，出现车子主动限制电机输出或者降低充电电流的情况，而到了冬天，风冷系统几乎形同虚设，电池系统只能依靠运行的自发热量来维持较低的电池活性，因此续航里程也会大打折扣。而且一旦停车或者充电时，电池活性则迅速下降，导致充电速度、充电量无法达到预定速度，所以导致纯电动车冬天续航大打折扣。

主动式散热：通常采用液冷作为传热介质，相比风冷的被动式散热来说，液冷的优点有很多，比如与电池壁面之间换热系数高，冷却速度快，但最重要的一点是它能够通过软件系统来更好的实现智能化的电池温控管理。它可以依靠多个传感器检测电池的温度，并根据温度可以给电池组提供冷却、保温和加热三个功能。

如果设备的散热问题解决不好，就会严重降低设备的运行效率，增大能耗，并且会导致设备的寿命降低。传统的风冷一般都是用风扇来进行散热，但其散热效果较差，且存在耗能、噪音、灰尘以及振动等问题；而水冷散热则是通过将水流过需要散热物体来进行，对于电气元器件，其水必须是在管道内流动，需要进行复杂的结构设计与制作，还需要将电子元器件与管道进行有效绝缘，其绝缘质量也会严重影响电气原件的正常使用，且也存在活动部件多、耗能、结构复杂、成本高等问题。

一般而言，浸入式冷却设备是利用将发热组件(如服务器、磁盘阵列等)浸没在冷却液槽所储存的冷却液中，如CN 101894985 B一种电池组冷却结构。透过冷却液吸热后所产生的蒸气带走发热组件运作时的热能，再使用风扇装置将蒸气冷却回液体并经由泵浦装置送回的液气两相转换过程来产生散热功效。

而传统的浸入式冷却系统中，靠带动液体流动的方式可分为三种不同形式的冷却系统，一是利用风扇或泵施加额外能量的条件下带动液体，使液体产生流动，即为主动式冷却系统，其二是将液体抽出箱体通过外置的散热管道或者热交换器再流回箱体的主动式散热。其三则是利用电子元件产生的废热使液体产生密度差，进而产生自然对流使液体流动，或是利用液体因废热而沸腾时所产生的气泡使液体流动，由于气泡密度较液体小，因此气泡将自然浮出液面，进而带动液体流动，即为被动式冷却系统，以上两种形式的浸入式冷却系统皆是利用液体吸收电子元件的热量，并通过液体流动的方式，逐渐将电子元件的热量传导至所有液体分子，并通过液体吸热汽化的过程，将热量消散。

虽然利用主动式冷却系统，能有效的控制液体的流动速度与方向，使液体能均匀吸收电子元件所产生的热量，但须额外加装风扇或泵等驱动液体流动的装置，如此需要提供额外的能量，将使其冷却系统的功耗增加。相反地，利用被动式冷却系统，虽不需外加能量，但受限于其物理特性，液体主要流动方向仅能与重力方向相反，且无法控制流体速度，使液体无法有效且均匀地吸收电子元件所产生的热量。

目前在液态浸入式散热方面得到广泛使用的3M NOVEC电子氟化液，其主要是采用直接沸腾方式，这种气液两相的散热方式，但会导致有以下问题：

1、气液两相得变化会导致冷媒液体本身的容积变化很大，所以封装应该是一个很难解决的问题，而且如果不能封装，因为液体本身对于空气中颗粒物质的强烈吸附性，那对于环境的要求就需要极为苛刻。

2、气液两相的转换过程中，因为液体大量吸热而瞬时汽化所带来的噪音也是一个不可避免的问题。

3、由于液体呈现沸腾状态，也必然会使得浸入的精密电子元器件产生振动，长期使用可能会导致脱焊、断线甚至短路等故障，必将影响其使用寿命。

现有技术一：CN 112055503 A浸入式冷却设备，其包含冷却液槽、蒸气排出管、液体回流管及散热管。冷却液槽具有气体排出口及液体回流口以用来储存冷却液及容置发热组件。蒸气排出管连通于气体排出口，以使冷却液于吸收发热组件的热能时所产生的蒸气经由蒸气排出管离开冷却液槽。液体回流管穿过液体回流口以浸入冷却液中。散热管连通于蒸气排出管及液体回流管之间且与冷却液槽分离隔开，用来将从蒸气排出管流入的蒸气冷却回液体且将冷却后的液体经由液体回流管流入冷却液中。其实质与3M NOVEC电子氟化液的冷却相似，主要还是采用直接沸腾方式，通过与发热组件接触的液体沸腾带走热量，不过其将沸腾蒸气加以利用。

现有技术二：CN 111736672 A浸入式冷却系统的控制策略，在一个实施方式中，用于在正常操作模式下操作和控制浸入式冷却系统的方法包括：获得浸入式冷却系统的浸入槽内的流体的传感器数据，其中传感器数据包括流体的温度值和流体的液位值；获得浸入在浸入槽的流体中的至少一个电子设备的温度值；确定温度值是否在所需的温度值范围内；以及如果温度值不在所需的温度值范围内，则确定温度值是否高于所需的范围。该方法还包括：如果温度值高于所需的范围，则增加浸入式冷却系统的返回泵速。用于操作和控制浸入式冷却系统的方法也包括用于初始安装和最大冷却条件的控制策略。本系统使用了流体传感器、液位传感器、温度传感器、压力监测器、缓冲槽、浸入槽、泵控制器504和阀控制器505配置成控制泵521(供应泵、返回泵)和阀，其电气元器件众多，存在液体流动以及诸多检测、控制，只要其中任何一个元器件发生问题就可能发生故障。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的液态浸入式散热方式中气液两相的变化会导致冷媒液体本身的容积变化很大，使得封装困难，对环境的要求极为苛刻。

(2)气液两相的转换过程中，因为液体大量吸热而瞬时汽化所带来的噪音也是一个不可避免的问题。

(3)由于液体呈现沸腾状态，也必然会使得浸入的精密电子元器件产生振动，长期使用可能会导致脱焊、断线甚至短路等故障，必将影响其使用寿命。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种冷却装置。

本实用新型是这样实现的，一种冷却装置设置有：

下箱体和热导管；

所述下箱体内填充有绝缘冷却液，发热组件浸没于绝缘冷却液内；

所述下箱体为具有导热性能的材质体，所述下箱体上端连接有箱盖；

所述热导管下端固定设置在下箱体内，所述热导管下端浸没在绝缘冷却液内，所述热导管上端伸出下箱体内部，所述热导管上端连通有散热器，所述热导管和散热器内填充有导热介质。

进一步，所述热导管采用导热硅胶粘贴或者直接焊接在发热组件或下箱体内壁上。

进一步，所述下箱体内侧底部设置有加热膜，所述下箱体内侧上端固定有温度传感器，所述温度传感器位于绝缘冷却液的液面上侧，所述加热膜和温度传感器分别通过连接线路与外部控制器连接。

进一步，所述发热组件下端与下箱体底部之间设置有间隔。

进一步，当发热体功率较大时，将所述下箱体放置于下冷却水箱内，所述下箱体上端连接有上冷却箱体，所述热导管上端大部分伸出到上冷却箱体内。

进一步，所述下冷却水箱和上冷却箱体的左侧下端分别通过连接管路与自来水或者外来水源进口连通，所述下冷却水箱和上冷却箱体的右侧上端均连通有热水出口。

进一步，所述自来水或者外来水源进口位置安装有过滤器。

进一步，所述下箱体下端与下冷却水箱底部之间设置有间隔。

结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：

本实用新型采用浸入式液体冷却与热导管以及箱体外壁相结合的冷却方式，可以由内到外同时进行散热；散热过程无需额外能耗，节能效果好；发热体浸没在相对静止的液体中，发热组件不接触任何流体，不会受到流体(气、液流体)的作用，可靠性高，寿命长。

本实用新型结构简单，功能易行、故障率低；发热体各面均与绝缘冷却液、下箱体各面与下冷却箱体的冷却水都是有效接触，无局部过热现象；只针对有温度过低影响的发热组件增加了外部控制，当外接环境温度过低设置了温度传感器及加热膜进行控制，其余情况不但没有发热膜，而且也不存在控制系统，其控制部件少。发热体、冷却液体可以实现完全密封，没有了液体的蒸发损失与被污染，且由于热导管的热传导效率比普通的纯铜高数十倍甚至数百倍，能够快速的导出绝缘冷却液的热量，使得其温升更低，这也极大的提高了绝缘冷却液的使用寿命。散热过程无需额外能耗，节能效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的用于发热量较少的电气元件的冷却装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的用于固定式较大发热组件的冷却装置的结构示意图。

图中：1、自来水或外来水源进口；2、过滤器；3、下箱体；4、下冷却水箱；5、发热组件；6、绝缘冷却液；7、上冷却箱体；8、冷却水；9、热导管；10、上箱体盖；11、散热器；12、热水出口；13、箱盖；14、加热膜；15、温度传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种冷却装置，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供的冷却装置，包括：自来水或外来水源进口、过滤器2、下箱体3、下冷却水箱4、发热组件5、绝缘冷却液6、上冷却箱体7、冷却水8、热导管9、上箱体盖10、散热器11、热水出口12、箱盖13、加热膜14、温度传感器15。

在用于发热量较少的电气元件，如芯片、小型变压器、电动车电池等的冷却时，将发热组件5固定于下箱体3中并浸没在绝缘冷却液6中(箱体尽量采用导热的铝合金等材料制作)，发热组件5底部与下箱体3底部隔离一定的高度，以便方便安装在下箱体3底部的加热膜14的安装及使得发热组件5的底部也与绝缘冷却液6充分接触，从而使得发热组件5各面均与绝缘冷却液6充分接触，其所发出的热量都能被绝缘冷却液6所带走，因此，不会出现单纯空气散热或者热导管散热容易产生的局部过热现象。由于绝缘冷却液6相比于空气，吸收热量的效率为空气的1000多倍，比空气冷却更加高效。所以其相对需要冷却产品来说，可以比空气更加快速的带走其产生的热量，热导管9可以采用导热硅胶粘贴或者直接焊接在发热组件或下箱体3内壁上，其一端伸出箱体以外，另一端浸没在于绝缘冷却液6之中，当发热组件发出的热量被冷却液体吸收后其温度会相应升高达到一定值时(这个温度值可以通过热导管内的液体类型、负压大小来调节)，浸没在液体里的热导管9内部的负压液体被蒸发，而液体相变需要吸收大量热量(液体与气体之间的相变反应使热管的热传导效率比普通的纯铜高数十倍甚至数百倍)，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，在散热器11等的作用下释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发端，如此循环不止，热量由热导管一端迅速传至另外一端，这种极佳的导热效果，可以使热量不会在发热部位堆积，而是快速的通过热导管散发到装置以外。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

因此，利用本发明，可以无需风扇、泵体即可实现快速冷却，其散热方面是无需再用其他控制元器件进行控制。而且，在此散热过程中，液体、热导管都是静止不动的，发热组件不会与任何流体接触。

而当电池等发热组件在低温环境下存在性能下降等问题时，该装置可设置一个温度传感器15及固定在箱体底部的加热膜14，加热膜14限定了可最高加热温度。当环境温度低于设计温度条件时，控制器启动，先给加热膜14送电，使绝缘冷却液3加热升温达到给发热组件升温的目的直到相应温度，停止加热，这时，才开始允许发热组件正常使用。而如果所针对的发热组件没有低温性能下降的问题，则该装置可不需要温度传感器15及加热膜14及相应的控制系统。

如图2所示，本实用新型实施例提供的冷却装置在用于一些固定式较大发热组件，如超大数据中心、大型变压器等的冷却，将超大数据中心的发热元器件、变压器等固定在下箱体3，并浸没在绝缘冷却液6中，热导管9上端插入上箱体7中且大部分伸出到上箱体，并与之周向满焊，这样，就可以使得自来水或外来水源进口1通过过滤器2过滤的冷水进入上箱体后不会发生泄漏。当上、下箱体装配在一起时，热导管9的下端一部分浸没在下箱体的绝缘冷却液6中(较佳浸没长度5-20mm)。

本实施例中：当发热组件工作产生热量，热量被绝缘冷却液6吸收而升温，当温度达到一定值后，热导管9的下端内部的低压液体被蒸发，其蒸发的气体往上运动达到热导管的上部，而其上部浸没在通过过滤的流动冷却水中，水流能够充分的带走热导管、散热片11以及上箱体的热量，因此，热导管内的蒸汽又被快速冷凝成液体、回流到热导管的下端，如此循环不止，而冷却水则经过充分与热导管接触吸热，其被加热升温后经设置于另一端上侧出水口流出。此外，为加强散热效果，下箱体3也浸没在下冷却箱4的冷却水中，其外壳的热量也会迅速被冷却水带走，从而达到了快速冷却的目的。这与其他浸入式冷却相比，不但通过下箱体壁带走了箱体周边热量，同时，也通过热导管更快速的将液体中心位置的热量带走，使其具有更好的散热效果。

本实施例相对于图1中的实施例，其冷凝段采用了过滤冷水冷却，且冷却水采用低进高出的设计，能够充分发挥冷却水的作用，极大的加大了热导管内的蒸汽冷凝速度，可以充分发挥热导管的散热效果。且由于上下冷却箱体的冷却水都没有与任何有害物质接触，因此，其完全可以直接通过公用自来水的流动来达到冷却效果，且经冷却的自来水还可继续回归自来水管道正常使用，因此，本实施例的冷却过程也无需额外能源的消耗。

本实施例中，也可将下箱体3放置在水库、河流、湖泊等水源中，代替下冷却水箱4，达到更好的冷却效果。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种冷却装置，其特征在于，所述冷却装置设置有：

下箱体和热导管；

所述下箱体内填充有绝缘冷却液，发热组件浸没于绝缘冷却液内；

所述下箱体为具有导热性能的材质体，所述下箱体上端连接有箱盖；

所述热导管下端固定设置在下箱体内，所述热导管下端浸没在绝缘冷却液内，所述热导管上端伸出下箱体内部，所述热导管上端连通有散热器，所述热导管内填充有导热介质。

2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述热导管采用导热硅胶粘贴或者直接焊接在发热组件或下箱体内壁上。

3.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述下箱体内侧底部设置有加热膜，所述下箱体内侧上端固定有温度传感器，所述温度传感器位于绝缘冷却液的液面上侧，所述加热膜和温度传感器分别通过连接线路与外部控制器连接。

4.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述发热组件下端与下箱体底部之间设置有垫层。

5.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，当发热体功率较大时，将所述下箱体放置于下冷却水箱内，所述下箱体上端连接有上冷却箱体，所述热导管上端一部分伸出到上冷却箱体内。

6.如权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述下冷却水箱和上冷却箱体的左侧下端分别通过连接管路与自来水或者外接水源进口连通，所述下冷却水箱和上冷却箱体的右侧上端均连通有热水出口。

7.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述自来水或外接水源进口位置安装有过滤器。

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