CN220292441U - 液冷散热结构及车载充电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了液冷散热结构及车载充电机，散热壳体的腔体内设有向上凸起的散热墙体；散热墙体的外表面与装设在散热壳体的腔体内的发热器件靠近；散热墙体内具有沿散热墙体长度方向延伸的液冷流道；散热壳体的外表面设有液冷流道连通的进液口和出液口；散热墙体呈U型构造，液冷流道为U型流道，进液口和出液口设于散热壳体的同一侧，且与U型流道的两个自由端连通；液冷流道的内表面设有向液冷流道凸起的扰流构造，扰流构造增加了冷却液流体与壁面的换热壁面面积，使液冷流道内的冷却液流体内部湍流扰动，提高散热效率，改善困气和困水现象。

Description

液冷散热结构及车载充电机

技术领域

本实用新型涉及一种电子设备的技术领域，尤其是涉及一种用于功率器件散热的液冷散热结构，以及具有这种液冷散热结构的车载充电机，功率器件设置在立体水道的外侧，立体水道内充满冷却液，功率器件通过立体水道的壁与冷却液实现换热进而起到散热效果。

背景技术

随着功率电子设备的发展，设备越来越小型化，发热功率也不断增加，散热问题也成为保证电子设备正常运行的重要挑战。相比自然冷却和风冷，液冷的散热效果更优，能够适用于功率密度更高的电子设备，而液冷的散热效果很大部分取决于水道的设计。

授权公告号为CN107104086B公开了一种液冷散热装置及电机控制器，液冷散热装置包括基板和位于基板内的冷却液通道，基板上具有至少一个突出于基板上表面的导热凸台；且导热凸台的侧面具有用于安装功率器件的第一安装位；导热凸台内具有凸台水道，且凸台水道构成冷却液通道的一部分。本发明通过在导热凸台内部增加凸台水道并使该凸台水道构成冷却液通道的一部分，从而可大大提高导热凸台的导热效率，快速带走侧向安装到导热凸台表面的功率器件的热量。

上述专利中的凸台水道内壁平整，其换热面积可能不足，壁面边界层较厚，导致流体内部换热以及流体与固体壁面的换热较差，而且湍流扰动较少，可能会造成局部困气现象。

实用新型内容：

针对于现有液冷散热结构技术中散热效果差，容易产生局部困气和困水现象的缺陷，本实用新型提供了一种能增强冷却水与立体水道壁面的换热，并可改善困气和困水现象的液冷散热结构，以及具有这种液冷散热结构的车载充电机。

本实用新型解决上述技术问题所提供的技术方案为：液冷散热结构，包括散热壳体，所述散热壳体的腔体内设有向上凸起的散热墙体；所述散热墙体的外表面与装设在散热壳体的腔体内的发热器件靠近；所述散热墙体内具有沿散热墙体长度方向延伸的液冷流道；所述散热壳体的外表面设有所述液冷流道连通的进液口和出液口；所述散热墙体呈U型构造，所述液冷流道为U型流道，所述进液口和出液口设于所述散热壳体的同一侧，且与U型流道的两个自由端连通；所述液冷流道的内表面设有向所述液冷流道凸起的扰流构造，所述扰流构造使液冷流道内的冷却液流体内部湍流扰动。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：所述散热墙体包括相互间隔一定距离相对的第一壁和第二壁以及在上端连接第一壁和第二壁的顶壁；所述第一壁、第二壁、顶壁之间形成所述液冷流道；所述扰流构造设于所述第一壁和第二壁的内表面或顶壁的内表面。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：所述扰流构造包括位于所述第一壁和第二壁的内表面的沿散热墙体长度方向间隔分布的若干纵向的弧形凸棱，位于所述第一壁上的弧形凸棱与位于所述第二壁上的弧形凸棱相互错开以使所述液冷流道呈双面波浪形。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：所述扰流构造包括设于顶壁内表面的若干扰流凸柱或沿所述液冷流道波浪形延伸的扰流板。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：多个所述扰流凸柱阵列分布形成微扰流柱群，所述微扰流柱群位于液冷流道的进液端。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：所述散热壳体包括横向隔离壁，所述散热墙体朝横向隔离壁的上侧隆起并在横向隔离壁的下侧形成凹槽，所述散热壳体的下端设有封板，所述封板覆盖所述凹槽所在区域，以围合形成所述液冷流道。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：所述横向隔离壁的下表面设有向上凹进的凹陷区域，所述凹陷区域与所述凹槽连通以构成所述液冷流道的局部，所述凹陷区域设有向下凸起的多个扰流凸柱。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：所述横向隔离壁的下表面设有定位凸起，所述封板设有定位孔，所述封板通过定位孔与定位凸起的配合定位于所述散热壳体底部；所述封板与所述散热壳体相焊接以实现密封连接。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：所述弧形凸棱等宽，且相邻弧形凸棱之间的间隔等距。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：所述弧形凸棱的弧面半径为5mm，弦长为1mm。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：车载充电机，包括所述的液冷散热结构，所述散热壳体的腔体内容置有电源管理系统，所述电源管理系统包括若干功率器件，所述功率器件抵靠在U型构造的散热墙体的外侧面。

本实用新型解决上述技术问题所提供的优选的技术方案为：所述电源管理系统还包括电路板和磁件，U型构造的散热墙体包括相对的第一墙体和第二墙体，以及两者之间的连接第三墙体；所述第一墙体和第二墙体相背离的外侧面分别形成贴设功率器件的第一安装位和第二安装位；所述第一墙体、第二墙体和第三墙体之间围合的区域形成容纳磁件的第三安装位；所述电路板横向设置并覆盖散热墙体上侧，所述电路板与所述功率器件电连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

采用U型流道一方面增加了液冷流道的有效行程；另一方面可以在U型流道的内外形成多个发热部件的安装位，可以更加靠近发热部件，更有利于散热；而且U型流道的进液口和出液口位于同一侧，也更有利于车载充电机的布局。

凸起的扰流构造一方面增加了冷却液流体与壁面的换热壁面面积，另一方面增加了冷却液流体内部的湍流扰动，湍流扰动越强，冷却液流体内部对流换热系数更强，同时湍流扰动破坏或者减小了冷却液在散热墙体壁面形成的边界层，改善困气和困水现象，增强了冷却液流体内部的换热以及冷却液和散热墙体壁面之间的换热。

附图说明

以下将结合附图和优选实施例来对本实用新型进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本实用新型范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1为本实用新型实施例一中的液冷散热结构的示意图一；

图2为本实用新型实施例一中的液冷散热结构的示意图二；

图3为本实用新型实施例一中的液冷散热结构的示意图三；

图4为本实用新型实施例一中的图3中A处的局部放大示意图；

图5为本实用新型实施例一中的液冷散热结构的剖视图；

图6为本实用新型实施例二中的液冷散热结构的示意图一；

图7为本实用新型实施例二中的液冷散热结构的示意图二；

图8为本实用新型实施例二中的图7中B处的局部放大示意图；

图9为本实用新型实施例二中的液冷散热结构的剖视图；

图10为本实用新型实施例三中的液冷散热结构的示意图一；

图11为本实用新型实施例三中的液冷散热结构的示意图二；

图12为本实用新型实施例三中的液冷散热结构的示意图二；

图13为本实用新型实施例三中的图12中C处的局部放大示意图。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本实用新型的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本实用新型的保护范围。

应注意到：相似的标号在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可能不再对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种车载充电机，包括散热壳体1和散热壳体1的腔体内容置的电源管理系统。电源管理系统包括若干功率器件2、电路板和磁件。功率器件2在运行过程中容易发热，为保证功率元件能够正常工作需要及时散热。此外电源管理系统还包括其他发热部件，也需将所产生的热量及时带走，保证电源管理系统高效稳定运行。

如图1-5所示，本实施例提供了液冷散热结构，在这一液冷散热结构中，散热壳体1的腔体内设有向上凸起的散热墙体100。散热墙体100为内部空心的框构造。散热墙体100的外表面与装设在散热壳体1的腔体内的发热器件靠近，包括功率器件2和其他发热部件。

如图1-5所示，在框构造的空心的散热墙体100内具有沿散热墙体100长度方向延伸的液冷流道200。液冷流道200内用于充盈冷却液，功率器件2和其他发热部件通过散热墙体100与液冷流道200内的冷却液换热。散热壳体1的外表面设有液冷流道200连通的进液口21和出液口22。

散热墙体100呈U型构造，液冷流道200为U型流道，进液口21和出液口22设于散热壳体1的同一侧，且与U型流道的两个自由端连通。随着冷却液的流动，功率器件2和其他发热部件的热量被带走，进而使得整个车载充电机实现快速散热。采用U型流道一方面增加了液冷流道200的有效行程；另一方面可以在U型流道的内外形成多个发热部件的安装位，可以更加靠近发热部件，更有利于散热；而且U型流道的进液口21和出液口22位于同一侧，也更有利于车载充电机的布局。

液冷流道200的内表面设有向液冷流道200凸起的扰流构造，扰流构造使液冷流道200内的冷却液流体内部湍流扰动。凸起的扰流构造一方面增加了冷却液流体与壁面的换热壁面面积，另一方面增加了冷却液流体内部的湍流扰动，湍流扰动越强，冷却液流体内部对流换热系数更强，同时湍流扰动破坏或者减小了冷却液与散热墙体100壁面之间的壁面边界层，从而增强了冷却液流体内部的换热以及冷却液和散热墙体100壁面之间的换热。

如图2-3所示，散热墙体100包括相互间隔一定距离相对的第一壁101和第二壁102以及在上端连接第一壁101和第二壁102的顶壁103；第一壁101、第二壁102、顶壁103之间形成液冷流道200；扰流构造设于第一壁101和第二壁102的内表面和顶壁103的内表面。扰流构造包括位于第一壁101和第二壁102的内表面的沿散热墙体100长度方向间隔分布的若干纵向的弧形凸棱S。作为扰流构造，弧形凸棱S增强了湍流扰动，减少了可能存在的局部困气现象。

如图3所示，位于第一壁101上的弧形凸棱S与位于第二壁102上的弧形凸棱S相互错开以使液冷流道200呈双面波浪形。如图1所示，U型构造的散热墙体100包括相对的第一墙体11和第二墙体12，以及两者之间的连接第三墙体13；第一墙体11和第二墙体12相背离的外侧面分别形成第一安装位M1和第二安装位M2；第一墙体11、第二墙体12和第三墙体13之间围合的区域形成第三安装位M3。优选地，第一安装位M1和第二安装位M2设置功率器件2，优选地，功率器件2抵靠在U型构造的散热墙体100的外侧面。第三安装位M3容纳磁件。

采用双面波浪形的液冷流道200，可以同时兼顾到散热墙体100两侧的器件，增强了两侧的换热，使得第一安装位M1、第二安装位M2和第三安装位M3的器件均能得到有效散热。

散热墙体100根据布局需要，其表面呈凹凸异型构造，发热器件能够直接贴在凹凸异型构造上，增加散热路径。

优选地，电路板横向设置并覆盖散热墙体100上侧，电路板与功率器件2电连接，电路板通过连接件与散热墙体100顶壁103连接实现热量传导，以实现液冷效果。

优选地，如图5所示，每一弧形凸棱S等宽，且相邻弧形凸棱S之间的间隔等距。为了兼顾液冷流道200，压损不过大，在本实施例中，这些构建波浪形特征的弧形凸棱S与竖直的壁面相交得到，与未加弧形凸棱S相比，其总体散热面积增加0.7％左右。示例性地，在本实施例中，采用弧面半径为5mm，弦长为1mm的弧形凸棱S。如果液冷流道200宽度改变，波浪形弧面尺寸相应要进行改变，以达到扰流的效果。

如图1所示，功率器件2通过界面材料贴设在散热墙体100的外表面。根据热仿真结果，当在第一壁101和第二壁102上设置上述弧形凸棱S构成双面波浪形特征，最高能将功率器件2温度降低5℃。

如图4-5所示，由于安装温度探测器，安装电路板等，导致散热墙体100的顶壁103若干形成向内隆起的凸台构造，这些凸台构造会影响冷却液流速，造成困气困水现象。为此，优选地，本实施例中扰流构造还包括设于顶壁103内表面的扰流凸柱t。示例性地，在本实施例中，扰流凸柱t的直径为1.2mm。多个扰流凸柱t阵列分布形成微扰流柱群T。扰流柱的直径可以通过扰流的数量和扰流柱的间隙来确定微扰流柱群T设置增加比表面积，增强冷却液与散热墙体100壁面的换热。并且便于冷却液的分流和增加流体的雷诺数，破坏层流状态，使冷却液形成湍流，可改善困气和困水现象，提高散热效率。

如图4-5所示，液冷流道200的进液端设置有冷却液的温度探测头，这一温度探测头形成入口凸台构造p。流体会在这里形成更严重的低速区，造成困气困水，为了改善这个问题，在这入口凸台构造p的上游设置微扰流柱群T，位于液冷流道200的进液端K的微扰流柱群T改善困气和困水现象，提高散热效率。

如图5所示，液冷流道200的出液端L的截面逐渐变小，加快了冷却液的流速，进而使得冷却液可以在短时间内带走更多的热量，大大提升了散热效率。

如图2所示，散热壳体1包括横向隔离壁10，散热墙体100朝横向隔离壁10的上侧隆起并在横向隔离壁10的下侧形成凹槽H，散热壳体1的下端设有封板G，封板G覆盖凹槽H所在区域，以围合形成液冷流道200。横向隔离壁10的下表面设有定位凸起F，封板G设有定位孔E，封板G通过定位孔E与定位凸起F的配合定位于散热壳体1的底部；封板G与散热壳体1相焊接以实现密封连接。

实施例二：

实施例二是在实施例一基础上的改进，以下仅对差异部分进行进一步阐述，相同部分不再进行累述。

如图6-9所示，在实施例二中，散热壳体1’的腔体内设有向上凸起的散热墙体100’，散热墙体100’内部空心，具有沿散热墙体100’长度方向延伸的液冷流道200’。液冷流道200’内用于充盈冷却液。液冷流道200’的两侧壁设置有交错的弧形凸棱S’，以呈双面波浪形特征。

如图7-9所示，呈U型构造散热墙体100’的顶壁103’内侧还设有凸向液冷流道200’的沿液冷流道200’波浪形延伸的扰流板J’。波浪形延伸的扰流板J’高度小于该处液冷流道200’高度的四分之一。扰流板J’一方面起到增大接触面积提高散热效率，另一方面形成湍流改善困气和困水现象，更进一步地对冷却液的流向起到导向作用。

如图8-9所示，液冷流道200’的进液端设置有冷却液的温度探测头，这一温度探测头形成入口凸台构造p’。流体会在这里形成更严重的低速区，造成困气困水。在这入口凸台构造p’的上游设置波浪形延伸的扰流板J’，能够改善这个问题。波浪形延伸的扰流板J’位于液冷流道200’的进液端K’。

实施例三：

实施例三是在实施例一、二基础上的改进，以下仅对差异部分进行进一步阐述，相同部分不再进行累述。

如图10-13所示，在实施例三中，散热壳体1”的腔体内设有向上凸起的散热墙体100”，散热墙体100”内部空心，具有沿散热墙体100”长度方向延伸的液冷流道200”。呈U型构造散热墙体100”的两侧壁内侧不设置构建波浪形特征的弧形凸棱。

如图13所示，散热墙体100”的的顶壁103”内侧设置凸向液冷流道200”的沿液冷流道200”波浪形延伸的扰流板J”。波浪形延伸的扰流板J”高度小于该处液冷流道200”高度的四分之一。扰流板J”一方面起到增大接触面积提高散热效率，另一方面形成湍流改善困气和困水现象，更进一步地对冷却液的流向起到导向作用。优选地，扰流板J”位于液冷流道200”的进液端，且位于其他可能降低流速阻碍流体流动的凸台构造上游。

如图11所示，散热壳体1”包括横向隔离壁10”，散热墙体100”朝横向隔离壁10”的上侧隆起并在横向隔离壁10”的下侧形成凹槽H”，散热壳体1”的下端设有封板G”，封板G”覆盖凹槽H”所在区域，以围合形成液冷流道200”。横向隔离壁10”的下表面设有向上凹进的凹陷区域W”，凹陷区域与凹槽H”连通以构成液冷流道200”的局部，凹陷区域设有向下凸起的多个扰流凸柱t”，多个扰流凸柱t”平行排列成若干行，形成阵列。优选的，相邻行的扰流凸柱t”的直径不同，数量不同。示例性地，相邻两行扰流凸柱t”的直径可分别设置为采用1.5mm和2mm，结合图13所示，相应的数量分别设置为3个和2个。多个扰流凸柱t”阵列分布形成微扰流柱群T”。

微扰流柱群T”的设置增加了比表面积，增强冷却液与散热墙体100”壁面的换热。并且便于冷却液的分流和增加流体的雷诺数，破坏层流状态，使冷却液形成湍流，可改善困气和困水现象，提高散热效率。

通过凹陷区域和微扰流柱群T”设置，可以增加散热路径，为横向隔离壁10”下侧的设置容纳发热部件的安装位提供条件。

以上对本实用新型所提供的液冷散热结构及车载充电机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型及核心思想。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，可以将三个实施例之间可以相互结合，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.液冷散热结构，包括散热壳体，其特征在于：所述散热壳体的腔体内设有向上凸起的散热墙体；所述散热墙体的外表面与装设在散热壳体的腔体内的发热器件靠近；所述散热墙体内具有沿散热墙体长度方向延伸的液冷流道；所述散热壳体的外表面设有所述液冷流道连通的进液口和出液口；所述散热墙体呈U型构造，所述液冷流道为U型流道，所述进液口和出液口设于所述散热壳体的同一侧，且与U型流道的两个自由端连通；所述液冷流道的内表面设有向所述液冷流道凸起的扰流构造，所述扰流构造使液冷流道内的冷却液流体内部湍流扰动。

2.根据权利要求1所述的液冷散热结构，其特征在于所述散热墙体包括相互间隔一定距离相对的第一壁和第二壁以及在上端连接第一壁和第二壁的顶壁；所述第一壁、第二壁、顶壁之间形成所述液冷流道；所述扰流构造设于所述第一壁和第二壁的内表面或顶壁的内表面。

3.根据权利要求2所述的液冷散热结构，其特征在于所述扰流构造包括位于所述第一壁和第二壁的内表面的沿散热墙体长度方向间隔分布的若干纵向的弧形凸棱，位于所述第一壁上的弧形凸棱与位于所述第二壁上的弧形凸棱相互错开以使所述液冷流道呈双面波浪形。

4.根据权利要求2所述的液冷散热结构，其特征在于所述扰流构造包括设于顶壁内表面的若干扰流凸柱或沿所述液冷流道波浪形延伸的扰流板。

5.根据权利要求4所述的液冷散热结构，其特征在于多个所述扰流凸柱阵列分布形成微扰流柱群，所述微扰流柱群位于液冷流道的进液端。

6.根据权利要求2所述的液冷散热结构，其特征在于所述散热壳体包括横向隔离壁，所述散热墙体朝横向隔离壁的上侧隆起并在横向隔离壁的下侧形成凹槽，所述散热壳体的下端设有封板，所述封板覆盖所述凹槽所在区域，以围合形成所述液冷流道。

7.根据权利要求6所述的液冷散热结构，其特征在于所述横向隔离壁的下表面设有向上凹进的凹陷区域，所述凹陷区域与所述凹槽连通以构成所述液冷流道的局部，所述凹陷区域设有向下凸起的多个扰流凸柱。

8.根据权利要求6所述的液冷散热结构，其特征在于所述横向隔离壁的下表面设有定位凸起，所述封板设有定位孔，所述封板通过定位孔与定位凸起的配合定位于所述散热壳体底部；所述封板与所述散热壳体相焊接以实现密封连接。

9.根据权利要求3所述的液冷散热结构，其特征在于所述弧形凸棱等宽，且相邻弧形凸棱之间的间隔等距。

10.根据权利要求9所述的液冷散热结构，其特征在于所述弧形凸棱的弧面半径为5mm，弦长为1mm。

11.车载充电机，其特征在于包括如权利要求1-10任一所述的液冷散热结构，所述散热壳体的腔体内容置有电源管理系统，所述电源管理系统包括若干功率器件，所述功率器件抵靠在U型构造的散热墙体的外侧面。

12.根据权利要求11所述的车载充电机，其特征在于所述电源管理系统还包括电路板和磁件，U型构造的散热墙体包括相对的第一墙体和第二墙体，以及两者之间的连接第三墙体；所述第一墙体和第二墙体相背离的外侧面分别形成贴设功率器件的第一安装位和第二安装位；所述第一墙体、第二墙体和第三墙体之间围合的区域形成容纳磁件的第三安装位；所述电路板横向设置并覆盖散热墙体上侧，所述电路板与所述功率器件电连接。