CN216852934U - 工质散热装置及工控设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工质散热装置及工控设备，工质散热装置包括导流件和散热块；其中，导流件与散热块相邻设置，且导流件与散热块相接触，导流件的下端用于连接功率器件；导流件具有导流通道，导流通道内贮存有导热工质；导热工质在接收到功率器件产生的热量后由液态蒸发为气态并沿导流通道上升，且蒸发后的导热工质在经散热块冷却后由气态冷凝为液态并沿导流通道回落。本实用新型公开的工质散热装置可解决现有的散热器难以在兼顾结构简洁、低成本的前提下实现对高功率密度器件的高效散热的技术问题。

Description

工质散热装置及工控设备

技术领域

本实用新型属于散热器技术领域，具体涉及一种工质散热装置及工控设备。

背景技术

功率器件的散热关乎设备的运行可靠性及器件使用寿命，随着CPU、IGBT绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)等电子及工控设备领域功率器件的功率密度不断增加，散热问题日益难解。

散热器是实现散热功能的重要部件，目前的散热器普遍采用的散热方式为强制风冷散热或液冷散热。当采用风冷散热方式时，通常配合齿状散热片或热管使用，而齿状散热片的散热能力有限，难以满足高功率密度的散热需求，热管则制造成本较高；当采用液冷散热方式时，传统的液冷系统包括液冷板、循环水泵、储液罐、热交换器及连接管道等，结构复杂，造价高，且存在一定的液体泄漏风险。

综上所述，目前的散热方式均难以在兼顾结构简洁、低成本的前提下实现对高功率密度器件的高效散热。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点，本实用新型的目的在于提供一种工质散热装置，旨在解决现有的散热器难以在兼顾结构简洁、低成本的前提下实现对高功率密度器件的高效散热的技术问题。

本实用新型为达到其目的，所采用的技术方案如下：

一种工质散热装置，所述工质散热装置包括导流件和散热块；其中：

所述导流件与所述散热块相邻设置，且所述导流件与所述散热块相接触，所述导流件的下端用于连接功率器件；所述导流件具有导流通道，所述导流通道内贮存有导热工质；

所述导热工质在接收到所述功率器件产生的热量后由液态蒸发为气态并沿所述导流通道上升，且蒸发后的所述导热工质在经散热块冷却后由气态冷凝为液态并沿所述导流通道回落。

进一步地，所述导流件呈折弯板状，所述导流件环绕所述散热块螺旋上升，所述导流通道为开设于所述导流件内部的导流孔；所述导流孔的两端为封堵状态，以使所述导热工质封装于所述导流孔内。

进一步地，所述导流件环绕所述散热块螺旋上升，所述导流件的至少一个内侧面与所述散热块焊接连接。

进一步地，所述散热块具有多个散热鳍片。

进一步地，所述工质散热装置还包括风扇，所述风扇朝向所述导流件设置。

进一步地，所述风扇设置于所述导流件的上端，且所述风扇的出风方向为垂直向下；

或者，所述风扇设置于所述导流件的下端，且所述风扇的出风方向为垂直向上。

进一步地，所述散热块具有多个散热鳍片，多个所述散热鳍片沿第一方向间隔设置，所述第一方向垂直于所述风扇的出风方向。

进一步地，所述导流件为均温板，所述均温板的材质为铜、铝中的任意一种。

对应地，本实用新型还提出一种工控设备，所述工控设备包括功率器件以及如前述的工质散热装置，所述功率器件连接于所述导流件的下端。

进一步地，所述功率器件与所述导流件粘接连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提出的工质散热装置，将具有导流通道的导流件与散热块相邻设置且相互接触，并将功率器件安装于导流件的下端，导流通道内的液态导热工质亦由于重力作用而位于导流通道下端，如此，功率器件在工作过程中产生的热量可通过导流件传递到液态导热工质，使液态导热工质温度上升并蒸发为气态，气态导热工质携带热量沿导流通道上升，并在上升过程中将所携带热量不断传递到导流件上，再由导流件传递到与之接触的散热块或外界，当气态导热工质所携带的热量逐渐发散后，气态导热工质重新冷凝为液态并沿导流通道回落至导流通道下端，以再次循环上述散热过程。该方式在简化了散热结构的同时增强了散热效率，并实现了可循环散热。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型工质散热装置一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型工质散热装置一实施例中导流板的截面结构示意图；

图3为本实用新型工质散热装置一实施例中散热块的结构示意图；

图4为本实用新型工质散热装置另一实施例的结构示意图。

附图标记说明：

标号	名称	标号	名称
				1	导流件	4	风扇
2	散热块	11	导流通道
				3	功率器件	21	散热鳍片

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1至图3，本实用新型一实施例提供一种工质散热装置，该工质散热装置包括导流件1和散热块2；其中：

导流件1与散热块2相邻设置，且导流件1与散热块2相接触，导流件1的下端用于连接功率器件3；导流件1具有导流通道11，导流通道11内贮存有导热工质(图中未示意出)；

导热工质在接收到功率器件3产生的热量后由液态蒸发为气态并沿导流通道11上升，且蒸发后的导热工质在经散热块2冷却后由气态冷凝为液态并沿导流通道11回落。

在本实施例中，功率器件3即设备中功率密度较高、在工作过程中发热较严重的元器件；导流件1可为管道、钣金折弯件或板件，导流件1与散热块2相邻设置的方式可包括导流件1直接贴合于散热块2的一侧面上、导流件1环绕散热块2螺旋上升等。当导流件1为管道时，导流通道11即管道的内腔，当导流件1为加工件时，导流通道11可以是开设于加工件内部的通路；导热工质即热传导液，热传导液处于液态时因重力作用而位于导流件1的下端(即导流通道11的下端)，功率器件3产生的热量可通过导流件1传递到导热工质中，具体地，当热传导液的沸点与功率器件3在工作状态下通过热传递使热传导液所能达到的温度相近时，即能达到热传导液随着功率器件3温度的升高而逐渐蒸发的效果，因此，工作人员可根据实际应用过程中功率器件3的功率及发热状况选用沸点相适配的热传导液；散热块2可以由导热性能较好的任意材质制成，气态导热工质所携带的热量可传递到散热块2上，再由散热块2传递到外界或其它与之相连的导热器件上，达到散热效果，此处对散热块2的具体形状结构不作限定。

本实施例中工质散热装置的具体散热过程如下：

在设备运行过程中，功率器件3产生的热量通过导流件1热传递至液态导热工质，使液态导热工质温度上升并逐渐蒸发为气态，气态导热工质沿导流通道11上升，由于导流通道11的上端温度较低，气态导热工质所携带的热量将在气态导热工质上升过程中不断传递到导流件1上，再由导流件1传递到散热块2或外界；当气态导热工质所携带的热量逐渐发散后，气态导热工质重新冷凝为液态并沿导流通道11回落，回落至导流通道11下端的液态导热工质将因功率器件3传递的热量而再次蒸发为气态，并不断循环上述散热过程。

由此可见，本实施例提供的工质散热装置，将具有导流通道11的导流件1与散热块2相邻设置且相互接触，并将功率器件3安装于导流件1的下端，导流通道11内的液态导热工质亦由于重力作用而位于导流通道11下端，如此，功率器件3在工作过程中产生的热量可通过导流件1传递到液态导热工质，使液态导热工质温度上升并蒸发为气态，气态导热工质携带热量沿导流通道11上升，并在上升过程中将所携带热量不断传递到导流件1上，再由导流件1传递到与之接触的散热块2或外界，当气态导热工质所携带的热量逐渐发散后，气态导热工质重新冷凝为液态并沿导流通道11回落至导流通道11下端，以再次循环上述散热过程。该方式在简化了散热结构的同时增强了散热效率，并实现了可循环散热。

具体地，参照图1和图2，导流件1呈折弯板状，导流件1环绕散热块2螺旋上升，导流通道11为开设于导流件1内部的导流孔；导流孔的两端为封堵状态，以使导热工质封装于导流孔内。

如图2所示，导流件1可通过具有一定厚度的矩形板件折弯形成，导流孔可为圆孔或图示的方孔，导流孔可为多个并以图示方式排布于导流件1的侧壁上。在具体实施过程中，可先将液态导热工质灌装于导流孔内，再将导流孔的上下两端封堵(可通过设置螺塞、焊接填充件等方式进行封堵)。

由于导流件1及导流通道11均呈螺旋状，因而在同样的延伸高度下增加了导流通道11的距离以及增大了导流件1与散热块2的接触面积，节省了空间，增强了散热效果。

具体地，参照图1，导流件1环绕散热块2螺旋上升，导流件1的至少一个内侧面与散热块2焊接连接。

散热块2的水平截面具体可为图示的矩形，导流件1亦可按图示方式进行折弯，以使折弯后的导流件1的四个内侧壁与散热块2的四个侧壁相适配，从而可选择导流件1的任意一个或多个内侧壁与散热块2对应的侧壁进行焊接(具体可为钎焊)，进一步的，可选择导流件1安装有功率器件3那一侧的内侧壁与散热块2对应的侧壁进行焊接。通过焊接连接的导流件1与散热块2之间的接触面积更大、贴合更充分且更为紧密，从而可进一步提高热量从导流件1传递至散热块2的效率。

具体地，导流件1为均温板，均温板的材质为铜、铝中的任意一种。

具体地，参照图1至图3，散热块2具有多个散热鳍片21。

多个散热鳍片21可以通过图3所示的折叠fin方式(即所有散热鳍片21相互叠合)排布而形成散热块2，亦可通过穿fin方式(即通过一连接件将所有散热鳍片21串接起来)排布而形成散热块2，此处不作限定。设置散热鳍片21可增大散热块2的表面积，进一步提高导热效率。

优选地，当多个散热鳍片21以图3所示的折叠fin方式排布时，可将各个散热鳍片21的两侧边与导流件1对应的内侧壁焊接起来，以实现散热鳍片21与导流件1的相对固定。

进一步地，参照图4，在一个示例性的实施例中，工质散热装置还包括风扇4，风扇4朝向导流件1设置。

设置风扇4可加速热量散发，降低导流件1及散热块2的温度，进一步提高散热效率。

具体地，参照图4，风扇4设置于导流件1的上端，且风扇4的出风方向为垂直向下；

或者，风扇4设置于导流件1的下端，且风扇4的出风方向为垂直向上。

具体地，参照图3和图4，散热块2具有多个散热鳍片21，多个散热鳍片21沿第一方向间隔设置，第一方向垂直于风扇4的出风方向。

如图4所示，风扇4的出风方向为垂直向下或垂直向上，具体为风扇4的出风方向与散热块2的延伸高度方向(即导流件1螺旋上升的方向)相同；多个散热鳍片21可如图示方式排布，其相互之间的间隙正对出风方向。通过上述设置，风扇4吹出的风可从一端穿过散热块2并到达另一端，亦可在各高度位置上覆盖导流件1，如此，风扇4吹出的风与散热块2及导流件1的接触面积最大，可将散热块2及导流件1上更多的热量带走，进一步提高散热效率。

对应地，本实用新型实施例还提供一种工控设备，该工控设备包括功率器件3以及上述任一实施例中的工质散热装置，功率器件3连接于导流件1的下端。

在本实施例中，工控设备可以是包括CPU、IGBT绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor)等功率器件3的各种自动化控制设备；功率器件3即工控设备中功率密度较高、在工作过程中发热较严重的元器件。功率器件3产生的热量可通过导流通道11下端(即导流件1下端)的导热工质的相变而向上传递，最终将热量传递至散热块2并排放到外界，从而达到散热的效果。

关于工质散热装置的其它具体结构，可参照上述实施例。由于该工控设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

具体地，功率器件3与导流件1粘接连接。

相比于传统的螺纹连接，此处采用免螺钉设计，将功率器件3通过粘接胶直接固定于导流件1上，从而简化了功率器件3的安装过程。

需要说明的是，本实用新型公开的工质散热装置及工控设备的其它内容可参见现有技术，在此不再赘述。

以上仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种工质散热装置，其特征在于，所述工质散热装置包括导流件和散热块；其中：

所述导流件与所述散热块相邻设置，且所述导流件与所述散热块相接触，所述导流件的下端用于连接功率器件；所述导流件具有导流通道，所述导流通道内贮存有导热工质；

所述导热工质在接收到所述功率器件产生的热量后由液态蒸发为气态并沿所述导流通道上升，且蒸发后的所述导热工质在经散热块冷却后由气态冷凝为液态并沿所述导流通道回落。

2.根据权利要求1所述的工质散热装置，其特征在于，所述导流件呈折弯板状，所述导流件环绕所述散热块螺旋上升，所述导流通道为开设于所述导流件内部的导流孔；所述导流孔的两端为封堵状态，以使所述导热工质封装于所述导流孔内。

3.根据权利要求1所述的工质散热装置，其特征在于，所述导流件环绕所述散热块螺旋上升，所述导流件的至少一个内侧面与所述散热块焊接连接。

4.根据权利要求1所述的工质散热装置，其特征在于，所述散热块具有多个散热鳍片。

5.根据权利要求1所述的工质散热装置，其特征在于，所述工质散热装置还包括风扇，所述风扇朝向所述导流件设置。

6.根据权利要求5所述的工质散热装置，其特征在于，所述风扇设置于所述导流件的上端，且所述风扇的出风方向为垂直向下；

或者，所述风扇设置于所述导流件的下端，且所述风扇的出风方向为垂直向上。

7.根据权利要求6所述的工质散热装置，其特征在于，所述散热块具有多个散热鳍片，多个所述散热鳍片沿第一方向间隔设置，所述第一方向垂直于所述风扇的出风方向。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的工质散热装置，其特征在于，所述导流件为均温板，所述均温板的材质为铜、铝中的任意一种。

9.一种工控设备，其特征在于，所述工控设备包括功率器件以及如权利要求1至8中任一项所述的工质散热装置，所述功率器件连接于所述导流件的下端。

10.根据权利要求9所述的工控设备，其特征在于，所述功率器件与所述导流件粘接连接。

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