液冷散热组件、液冷散热装置及电力电子设备的制作方法

本实用新型实施例涉及散热领域，更具体地说，涉及一种液冷散热组件、液冷散热装置及电力电子设备。

背景技术：

随着电子行业的发展，变频器、变流器等电力电子设备中的半导体功率模块，例如igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)的功率密度越来越高，这对散热结构提出了更高的要求。

如图1所示，为现有的电力电子设备中压铸液冷散热器的结构示意图，该液冷散热器包括与外壳11一体、并沿冷却液流向设置的多条直翅12，其通过直翅12可与冷却液进行热交换实现散热。该液冷散热器具有模具简单、加工方便的特点，但因直翅12与冷却液接触面积有限，导致该结构的液冷散热器存在散热能力有限，且均温性较差，往往无法满足高性能散热要求的问题。

如图2所示，当采用上述压铸液冷散热器为半导体功率模块散热时，处于不同位置的半导体功率模块的最低温度为132℃，最高温度为140℃，并且不同位置的半导体功率模块最大温差为8℃，可见且均温性较差。

如图3所示，为现有针翅(pin-fin)散热器结构的示意图，该针翅散热器同样包括与外壳31一体、并沿冷却液流向设置的多条针翅32，其通过针翅32可与冷却液进行热交换实现散热。相较于直翅32，针翅32可增加与冷却液的接触面积，从而强化散热。但是针翅32一方面导致水阻大幅度增加，另一方面由于积温效应明显导致模块均温性较差，尤其是对于冷却水道路径较长的时候更为突出。

技术实现要素：

本实用新型实施例针对上述采用直翅结构的液冷散热器散热能力有限，以及采用针翅结构的液冷散热器水阻较大、模块均温性较差的问题，提供一种液冷散热组件、液冷散热装置及电力电子设备。

本实用新型实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种液冷散热组件，包括基板和固定于所述基板上的若干翅片，且至少部分翅片的长度方向与所述基板的第一方向形成第一夹角，以使沿所述基板的第一方向流动的流体在流动中发生偏转。

优选地，所述若干翅片形成规则分布的多个翅片组，所述多个翅片组沿所述基板的第一方向排列，且相邻的翅片组之间具有间隙。

优选地，所述第一夹角的范围为(0,60]。

优选地，所述多个翅片组包括至少一个第一翅片组和至少一个第二翅片组，所述第一翅片组和第二翅片组沿所述基板的第一方向间隔分布，且同一翅片组中包括多个平行设置的翅片，同一翅片组中的多个翅片沿所述基板的第二方向排列，所述基板的第二方向垂直于第一方向；

相邻的所述第一翅片组和所述第二翅片组中的翅片，在延伸方向上形成第二夹角。

本实用新型实施例还提供一种液冷散热装置，包括壳体以及在所述壳体上设置的进液口和出液口，且所述壳体内设置有冷却液腔，所述冷却液腔与所述进液口、所述出液口连通；

在所述冷却液腔内设置有若干翅片，其中至少部分翅片的长度方向与所述腔内的冷却液冷却液的流通方向形成第一夹角，使所述冷却液在流动中发生偏转。

优选地，所述进液口位于所述壳体的第一侧面，所述出液口位于所述壳体的第二侧面，且第一侧面和第二侧面在所述壳体上相对设置；所述若干翅片形成规则分布的多个翅片组，所述多个翅片组沿所述冷却液的流通方向排列，且相邻的翅片组之间具有间隙。

优选地，所述第一夹角的范围为(0,60]。

优选地，所述多个翅片组包括至少一个第一翅片组和至少一个第二翅片组，所述第一翅片组和第二翅片组沿所述冷却液的流通方向间隔分布，且同一翅片组中包括多个平行设置的翅片，同一翅片组中的多个翅片沿冷却液的流通方向的垂直方向排列；

相邻的所述述第一翅片组和所述第二翅片组中的翅片，在延伸方向上形成第二夹角。

优选地，所述液冷散热装置还包括沿所述冷却液的流通方向密封固定于所述壳体内的基板，每一所述翅片的横截面为直线型且垂直固定于所述基板上，每一所述翅片组包括多个具有相同长度的翅片。

优选地，所述第一翅片组中翅片的延伸方向、所述第二翅片组中翅片的延伸方向与冷却液的流通方向之间形成的夹角相等。

优选地，所述进液口侧的翅片组中的翅片厚度小于远离进液口侧的翅片组中的翅片厚度；或，

所述进液口侧的翅片组中的翅片数量小于远离进液口侧的翅片组中的翅片数量。

优选地，还包括沿所述冷却液的流通方向密封固定于所述壳体内的基板，每一所述翅片固定于所述基板的第一侧；所述多个翅片组形成沿所述冷却液的流通方向间隔分布的至少两个翅片散热区；在所述基板的第二侧设置有至少两个发热模块安装位，且所述发热模块安装位与所述翅片散热区位置对应。

优选地，所述冷却液腔和所述发热模块之间通过所述基板隔开，且每一所述翅片的自由端朝向所述冷却液腔的底部。

本实用新型实施例还提供一种电力电子设备，包括发热模块，所述电力电子设备还包括如上所述的液冷散热装置，且所述发热模块贴装到所述液冷散热装置上。

本实用新型实施例的液冷散热组件、液冷散热装置及电力电子设备具有以下有益效果：通过使与流体进行热交换的翅片与流体的流动方向呈一定夹角，以使流体在流动中发生偏转，从而可增大扰流以提高冷却液流速，提高了散热效率。并且，本实用新型实施例还可增加翅片与冷却液的换热面积。此外，本实用新型实施例还通过改变冷却液流向上不同段的翅片的密度，解决了发热模块均温性较差的问题。

附图说明

图1是现有采用直翅结构的液冷散热器的结构示意图；

图2是使用现有具有直翅结构的液冷散热器为半导体功率模块散热时，半导体功率模块的温度云图；

图3是现有采用针翅结构的液冷散热器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的液冷散热装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的液冷散热装置中翅片按第一方式分布的示意图；

图6是本实用新型实施例提供的液冷散热装置采用图5的翅片分布方式，在发热模块散热时，发热模块的温度云图；

图7是本实用新型实施例提供的液冷散热装置中翅片按第二方式分布的示意图；

图8是本实用新型实施例提供的液冷散热装置中翅片按第三方式分布的示意图；

图9是本实用新型实施例提供的液冷散热装置中翅片按第四方式分布的示意图；

图10是本实用新型实施例提供的液冷散热装置中翅片按第五方式分布的示意图；

图11是本实用新型实施例提供的液冷散热装置中翅片按第六方式分布的示意图。

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，以下结合附图及实施例，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。

如图4所示，是本实用新型实施例提供的液冷散热装置的结构示意图，该液冷散热装置可应用于电力电子设备，并通过冷却液为发热模块(例如igbt、场效应管等半导体功率模块)散热。本实施例的液冷散热装置包括壳体4以及在壳体4上设置的进液口和出液口43，且壳体4内设置有冷却液腔。该冷却液腔分别与进液口、出液口43连通。

上述冷却液腔的一侧外壁具有用于安装发热模块6的安装位，具体地，该安装位可以为平整表面。即发热模块6贴装到冷却液腔的外壁上，上述冷却液腔内设置有若干翅片，上述翅片固定在冷却液腔的内壁上，并可与贴装到冷却液腔的外壁的发热模块6进行热交换。由进液口流入的冷却液在冷却液腔内与翅片发生热交换后，从出液口43流出，并带走热量，从而为发热模块6散热。并且在上述冷却液腔中，至少部分翅片的长度方向与冷却液腔内的冷却液的流通方向形成第一夹角，使冷却液在流动中发生偏转；其中，所述长度方向指翅片在所述冷却液腔内的水平延伸方向，所述流通方向指所述冷却液由所述进液口流动至出液口的整体流动方向。

上述液冷散热装置通过在冷却液腔内设置与冷却液流向呈一定夹角的翅片，以使冷却液在流动中发生偏转，可增大扰流强度以提高冷却液流速，提高了散热效率。并且由于翅片的长度方向与冷却液流通方向呈一定夹角，还可使得翅片与冷却液的换热面积也大大增加，提高了散热效率。

在本实用新型的一个实施例中，进液口位于壳体4的第一侧面，出液口43位于壳体的第二侧面，且第一侧面和第二侧面在壳体上相对设置。结合图5、图7-11所示，冷却液腔内的若干翅片形成规则分布的多个翅片组，该多个翅片组沿冷却液的流通方向排列，且相邻的翅片组之间具有间隙。通过冷却液腔内的翅片按上述翅片组的形式分布，可使得冷却液腔内的冷却液按规则方式流动，可进一步增大扰流强度。

特别地，为了在增大扰流强度的同时，不阻碍冷却液腔内冷却液的流动，上述第一夹角的范围为(0,60]，即第一夹角大于0°且小于或等于60°。

结合图5所示，上述多个翅片组具体可包括n个第一翅片组521和n个第二翅片组522，其中n为大于或等于1的整数，且n的值可根据散热需要确定。上述第一翅片组521和第二翅片组522沿冷却液的流通方向间隔分布，且同一翅片组中包括多个平行设置的翅片，同一翅片组中的多个翅片沿冷却液的流通方向的垂直方向排列，并且相邻的第一翅片组521和第二翅片组522中的翅片，在延伸方向上形成第二夹角。即第一翅片组521与第二翅片组522中的翅片并不平行。并且，可使第一翅片组521中翅片的延伸方向、第二翅片组522中翅片的延伸方向与冷却液的流通方向之间形成的夹角相等，从而使第一翅片组521和第二翅片组522中的翅片可呈如图5所示的鱼骨形分布，便于冷却液的流动。

具体地，冷却液腔可由位于外壳4的凹槽41构成，例如该凹槽41可以位于外壳4的底板，进液口和出液口43则可设置在凹槽的两个相对的侧面上。上述液冷散热装置还包括沿冷却液的流通方向密封固定于壳体内的基板5，每一翅片的横截面为直线型且垂直固定于基板5的一侧，每一翅片组包括多个具有相同长度的翅片，且基板5的另一侧具有用于安装发热模块6(例如半导体功率模块)的安装位。为便于加工，上述翅片可与基板5一体。基板5以具有翅片的一侧朝向凹槽41的方式，密封固定到凹槽41的开口处(例如通过搅拌摩擦焊、粘合或密封圈压紧等方式密封固定)，即冷却液腔和发热模块6之间通过基板5隔开，且每一翅片的自由端朝向冷却液腔的底部。通过上述结构，极大方便了液冷散热装置的加工制造。

当然，在实际应用中，液冷散热装置也可采用其他结构，例如翅片可位于外壳4的凹槽41的底板上，但将增加翅片的加工难度。

上述基板5及翅片可由铝合金或其他金属材料加工而成(例如压铸、锻压工艺等)，工艺简单。当然，基板5和翅片也可以选择其他高导热材料加工成型。为提高密封性能，避免冷却液泄露，外壳4的凹槽41的开口可设置回形的台阶面，基板5可密封固定到上述台阶面上。

特别地，在基板5密封固定到凹槽41的开口时，翅片的自由端(即远离基板5的一端)抵靠在凹槽41的底部，或者翅片的自由端与凹槽的底部之间的间隙小于预设值(例如0.2mm)。通过上述结构，可限制冷却液在凹槽底部的流动，使冷却液尽量在翅片间流动，提高散热效率。

在上述冷却液腔中，可使位于进液口一端(例如图5中的左侧端)的翅片组中的翅片的数量，小于远离进液口一端(例如图5中的右侧端)的翅片组中的翅片的数量。由于位于进液口一端的冷却液温度相对较低，因此可通过较少的翅片即可吸收较多的热量，而随着冷却液在冷却液腔中的流动，其温度逐渐升高，从而需通过较多的翅片才能使温度具有相近的温升。即通过翅片的上述密度布局，可解决模块均温性问题。此外，还可通过使进液口侧的翅片组中的翅片厚度小于远离进液口侧的翅片组中的翅片厚度，来实现均温调节。

当液冷散热装置需为多个发热模块6散热时，基板5上具有多个用于安装发热模块6的安装位，且该多个安装位沿冷却液的流通方向排列。相应地，冷却液腔内可包括多个翅片散热区52，且该多个翅片散热区52沿冷却液的流通方向间隔分布，并分别与多个翅片散热区52对应。

如图6所示，在与使用压铸液冷散热器为发热模块散热的相同输入条件和边界条件下，在使用按图5所示方式排列的翅片为发热模块散热时，发热模块的最低温度为134℃，最高温度为135.1℃，发热模块的最大温差为1.1℃，最高温度相比现有方案降低了4.9℃，最大温差保证在2℃以内，比现有方案降低了7℃，大大提高了发热模块的均温性。

在本实用新型的另一实施例中，结合图7所示，第一翅片组721可与冷却液的流通方向呈第一夹角，而第二翅片组722则可沿冷却液的流通方向设置。结合图8所示，第一翅片组821和第二翅片组822中的翅片与冷却液的流通方向的夹角还可不相同。

在本实用新型的又一实施例中，结合图9所示，第一翅片组921和第二翅片组922中的部分翅片可与冷却液的流通方向呈第一夹角，其他部分翅片则可沿冷却液的流通方向设置。

在本实用新型的又一实施例中，冷却液腔内的两个第一翅片组1021和第二翅片组1022还可按如图10所示的方式排列。

此外，结合图11所示，第一翅片组1121和第二翅片组1122的翅片的排列方向还可并不与冷却液的流通方向垂直。

图7-11的翅片排布方式，所述第一翅片组和所述第二翅片组为间隔布置方式，具体地，其可以采用如图7所示，由间隔分布的所述第一翅片组和所述第二翅片组交替布置而成，也可以采用如图10所示，由两组间隔分布的第一翅片组和所述第二翅片组交替布置而成，均可增大冷却液腔内冷却液的扰流强度，提高散热效率。

本实用新型实施例还提供一种电力电子设备，该电力电子设备可以是变频器、变流器等，且该电力电子设备包括发热模块(例如半导体功率模块)以及如上所述的液冷散热装置，且发热模块贴装到液冷散热装置上，并通过液冷散热装置散热。

本实施例还提供一种液冷散热组件，该液冷散热组件包括基板和固定于基板上的若干翅片(基板的翅片所在侧的另一侧具有发热模块安装位)，且至少部分翅片的长度方向与基板的第一方向形成第一夹角，以使沿基板的第一方向流动的流体(冷却液或气流)在流动中发生偏转。

具体地，上述若干翅片形成规则分布的多个翅片组，该多个翅片组沿基板的第一方向排列，且相邻的翅片组之间具有间隙，如图5、7-11所示。并且，第一夹角的范围为(0,60]。此外，上述多个翅片组包括至少一个第一翅片组和至少一个第二翅片组，第一翅片组和第二翅片组沿所述基板的第一方向间隔分布，且同一翅片组中包括多个平行设置的翅片，同一翅片组中的多个翅片沿基板的第二方向排列，基板的第二方向垂直于第一方向；相邻的第一翅片组和第二翅片组中的翅片，在延伸方向上形成第二夹角。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。