一种具有混合流道的液冷散热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型主要涉及到电气设备的散热领域，具体涉及一种适用于机车变流装置的具有混合流道的液冷散热器。
【背景技术】
[0002]随着铁路向高速与重载方向发展，动车组和客运电力机车的运行速度越来越高，货运电力机车的载重能力大幅度增强，动车组上的变流器消耗的功率也越来越大。变流器在工作过程中功率器件(如IGBT)会高频率的开通、关断，从而产生大量的热量，这些热量会使结温升高而影响功率器件的性能，对外呈现出电气参数失真或热失稳，温度过高时甚至会发生剧烈的爆炸。为保证变流器内功率器件的正常工作，必须将其温度控制在允许范围内，因此必须为之配套高性能的冷却系统持续、高效的为之散热，才能让功率器件持续地安全可靠工作。
[0003]相对于风冷散热器而言，水冷散热器的换热效率更加高效，已被广泛的应用到大功率的变流器中。水冷散热器内部流道强化换热方面，主要有翅片和翅柱两种方式。虽然翅柱式的换热性能优于翅片式，但其流阻明显增大，因此现有水冷散热器多数选用翅片方式。同流道尺寸全翅片式的水冷散热器，其温度分布均匀性较差，特别是流道后半段IGBT工作结温明显比前半段高出许多；而全翅柱式的水冷散热器虽然其散热能力较强，但其流阻却太大。
[0004]目前水冷散热器总体流道结构形式分为串联和并联。由于并联形式中的冷却水流量被分流，散热能力可能被减弱，且串联形式的冷却水的流量分配与控制容易实现，因此目前大多采用总体串联的流道设计方式。
[0005]现有动车组和电力机车水冷系统中所采用的一种水冷散热器，其流道结构采用的是小流道并联、总体串联的结构形式，存在以下技术问题:
[0006]1、内部流阻较大。由于其内部流道狭小且串联长度较长，导致水冷散热器内部流动阻力较大，压降偏高，因此系统需要较大功率的水栗来提供循环动力。
[0007]2、散热器表面温度分布不均匀。由于总体串联的原因，水温从入口到出口温度不断升高，散热器表面温度分布不均匀，这也导致靠近出口处IGBT的工作结温要比入口处的要高出不少，温度的不均匀性会使得桥臂的不平衡度增加，这样影响到了整个变流器的使用寿命。随着电力机车、城际动车等车辆的牵引功率进一步加大，这些问题将变得更加突出。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型所解决的技术问题在于:针对现有技术存在的问题，提供一种流动阻力小、散热均衡、散热效果好的具有混合流道的液冷散热器。
[0009]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0010]一种具有混合流道的液冷散热器，所述液冷散热器的冷却液输入口至冷却液输出口之间设有依次串联的流道，靠近所述冷却液输入口一端的流道内设有散热翅片，靠近所述冷却液输出口一端的流道内设有散热翅柱。
[0011]作为本实用新型的进一步改进，所述流道内散热翅片的设置密度顺着冷却液的流动方向逐级递增。
[0012]作为本实用新型的进一步改进，所述流道内散热翅柱的结构为光滑枣核状、带小突起枣核状、菱形、圆形、方形中任意一种。
[0013]作为本实用新型的进一步改进，所述流道内各个散热翅柱之间为交叉排布设置。
[0014]作为本实用新型的进一步改进，在设置有散热翅柱的流道上设有器件安装座，所述器件安装座于流道内的形状与散热翅柱的形状一致。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:
[0016]本实用新型的具有混合流道的液冷散热器，前段采用翅片数目逐级递增的流道设计方式，有效降低水冷散热器流阻；后段采用交叉排布的翅柱式流道设计，强化换热性能，有效的降低器件的最高工作结温；通过采用翅片式与叉排翅柱式合理组合的混合型流道设计，使得水冷散热器与功率器件的温度分布更加均匀，延长变流器模块使用寿命。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型在实施例中的结构原理示意图。
[0018]图例说明:
[0019]1、冷却液输入口 ；2、冷却液输出口 ；3、散热翅片；4、散热翅柱；5、器件安装座。
【具体实施方式】
[0020]以下结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0021]如图1所示，本实用新型提供一种具有混合流道的液冷散热器，液冷散热器的冷却液输入口 I至冷却液输出口 2之间设有依次串联的流道，冷却液在流道内流动完成热交换。在本实施例中流道定义为由A、B、C、D、E五个区域组成，各区域采用串联的方式连接。其中，靠近冷却液输入口 I 一端的A、B、C、D四区域的流道内设有散热翅片3，且从A至D区域流道内散热翅片3的设置密度从冷却液输入口 I处开始顺着冷却液的流动方向逐级递增，靠近冷却液输出口 2 —端的E区域流道内设有交叉排布的散热翅柱4。
[0022]由于同流道尺寸全翅片式的水冷散热器，其温度分布均匀性较差，特别是流道后半段功率器件工作结温明显比前半段高出许多；而全翅柱式的水冷散热器虽然其散热能力较强，但其流阻却太大。因此，本实用新型采用散热翅片3与散热翅柱4相结合的混合流道设计方式，通过对散热翅片3、散热翅柱4数目的优化排布，从而获得流阻小、且温度分布均匀的液冷散热器。具体实施原理如下:
[0023]A-D区域采用散热翅片3数目逐级递增的流道设计方式，尤其是在前半段采用较稀疏的散热翅片3布置方式，能够有效的减小整个流道的流动阻力，降低压降；并且，前半段采用较稀疏的翅片布置方式，能够有效的减少前半段流道内冷却液的温升，有利于降低后半段功率器件的最高工作结温，且能让液冷散热器温度分布更加均匀；同时，适当提高前半段的功率器件的结温，方便与后半段的功率器件结温处于基本相同的水平，有利于保证整个功率器件的温度一致性。
[0024]E区域采用交叉排布散热翅柱4的流道设计，由于后段的流道内冷却液温度较为提高，为加大对后段功率器件的降温，采用散热能力更强的散热翅柱4进行布置，进一步强化了液冷散热器的散热性能，降低靠近冷却液输出口 2处功率器件的最高工作结温，散热更加均匀，提高了整个变流器模块的使用寿命，并让液冷散热器的整体温度分布也更加均匀。
[0025]在本实施例中，流道内散热翅柱4的结构为光滑枣核状、带小突起枣核状、菱形、圆形、方形中任意一种。优选采用带小突起枣核状的散热翅柱4，因为其强化换热的性能最好，将其布置在靠近冷却液输出口 2的地方，能有效的强化功率器件与水冷散热器的热交换，降低功率器件的最高工作结温。
[0026]在本实施例中，在设置有散热翅柱4的流道上设有器件安装座5，功率器件通过器件安装座5和其他固定件与散热器进行固定连接，器件安装座5于流道内的形状与散热翅柱4的形状一致。为了让该区域具有更好的流场及更均匀的温度分布，将原水冷散热器中的功率器件安装条设计成一个个的器件安装座5，将其设计成与散热翅柱4相同的形状则可以进一步降低流阻。
[0027]以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种具有混合流道的液冷散热器，所述液冷散热器的冷却液输入口(I)至冷却液输出口(2)之间设有依次串联的流道，其特征在于，靠近所述冷却液输入口(I) 一端的流道内设有散热翅片(3)，靠近所述冷却液输出口(2) —端的流道内设有散热翅柱(4)。2.根据权利要求1所述的具有混合流道的液冷散热器，其特征在于，所述流道内散热翅片(3)的设置密度顺着冷却液的流动方向逐级递增。3.根据权利要求1或2所述的具有混合流道的液冷散热器，其特征在于，所述流道内散热翅柱(4)的结构为光滑枣核状、带小突起枣核状、菱形、圆形、方形中任意一种。4.根据权利要求1或2所述的具有混合流道的液冷散热器，其特征在于，所述流道内各个散热翅柱(4)之间为交叉排布设置。5.根据权利要求3所述的具有混合流道的液冷散热器，其特征在于，在设置有散热翅柱(4 )的流道上设有器件安装座(5 )，所述器件安装座(5 )于流道内的形状与散热翅柱(4 )的形状一致。
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有混合流道的液冷散热器，所述液冷散热器的冷却液输入口至冷却液输出口之间设有依次串联的流道，靠近所述冷却液输入口一端的流道内设有散热翅片，靠近所述冷却液输出口一端的流道内设有散热翅柱。本实用新型通过采用翅片式与翅柱式合理组合的混合型流道设计，能有效降低水冷散热器的流阻，有效降低了功率器件的最高工作结温，散热更加均衡。
【IPC分类】H05K7/20
【公开号】CN204761941
【申请号】CN201520457814
【发明人】谢海波, 丁杰, 刘勇, 李碧钰, 徐景秋, 王磊, 宋森, 彭希予, 李自然, 石东山, 葛会军
【申请人】株洲南车时代电气股份有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月30日