大功率電氣發(fā)熱元件散熱用水冷板的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種大功率電氣發(fā)熱元件散熱用水冷板，包括帶有上翅片（8）的上板（6）及帶有下翅片（4）的下板（7），帶有上翅片（8）的上板（6）及帶有下翅片（4）以及主流道的下板（7）焊接為一體，構(gòu)成冷卻介質(zhì)流道，上下板還分別包括銑削加工的上板槽（13）和下板槽（12），上翅片（8）與下翅片（4）在流道中成一定角度交錯排布，采用本實用新型的水冷板，增加了流道中冷卻液的擾動，具有散熱效率高，加工工藝相對簡單等優(yōu)點，水阻也控制在合理范圍之內(nèi)。
【專利說明】大功率電氣發(fā)熱元件散熱用水冷板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及水冷散熱技術(shù)，尤其涉及一種冷卻大功率變流器功率模塊或大功率交、直流試驗電源功率模塊的水冷板。
【背景技術(shù)】
[0002]水冷板設(shè)計過程中，水冷板內(nèi)部流道以及散熱翅片的設(shè)計是影響散熱效果的主要因素?，F(xiàn)有的水冷板散熱翅片形式有平直型、鋸齒形、多孔型等。采用上述翅片形式，水冷板加工工藝方案有在流道中直接銑削加工出翅片以及利用成型翅片填充散熱區(qū)域流道，然后焊接為一體等。
[0003]但是現(xiàn)有的水冷板流道和翅片加工方案存在下列問題:
[0004]1.直接在流道中銑削出翅片:在散熱功率密度很大時，為了提高水冷換熱系數(shù)，需增加翅片高度，減小翅片間隙。但是較高的翅片高度O 10mm)，過小的翅片間距
1mm)，在實際生產(chǎn)中很難加工，且加工效率比較低。
[0005]2.利用成型的散熱翅片:雖然降低了水冷板加工難度，在一定程度上增加了水冷換熱系數(shù)，但是受到成型翅片加工工藝限制，翅片的厚度難以增加，相應(yīng)的翅片間距也難以減小，這都不利于提聞水冷板換熱效率。
[0006]3.流道中冷卻液的擾動:以往水冷板方案增加冷卻液擾動的措施，主要集中在翅片或者紊流器的外形上，沒有對上、下板翅片的協(xié)同關(guān)系對冷卻液形成的擾流進行過試驗研究。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型提出的水冷板散熱翅片排列形式，大大增加了中冷卻液的擾動，大幅提高了大功率變流器功率模塊用水冷板的散熱效率，加工工藝相對簡單，水阻也控制在合理范圍之內(nèi)。
[0008]本實用新型具體采用如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]大功率電氣發(fā)熱元件散熱用水冷板，包括帶有上翅片8的上板6及帶有下翅片4的下板7，帶有上翅片8的上板6及帶有下翅片4以及主流道的下板7焊接為一體，構(gòu)成冷卻介質(zhì)流道，上下板還分別包括銑削加工的上板槽13和下板槽12，上翅片8、下翅片4分別在上板槽13和下板槽12內(nèi)，在流道中成一定角度交錯排布。
[0010]優(yōu)選的方案，電氣發(fā)熱元件設(shè)置在水冷板上板表面上，上翅片8的高度小于下翅片4的高度。
[0011]優(yōu)選的方案，在安裝多塊發(fā)熱元件情形下，為了防止相鄰發(fā)熱元件之間溫度過高，設(shè)置了輔助流道11。
[0012]優(yōu)選的方案，水冷板的接頭采用不銹鋼24°錐管接頭5，該管接頭與水冷板的密封方式為密封圈2密封。
[0013]優(yōu)選的方案，散熱用水冷板的上下兩面同時安裝電氣發(fā)熱元件。[0014]上板、下板采用銑削加工出一定角度和高度的翅片(如圖2、圖4所示)。帶有翅片的上板(如圖1所示)和帶有翅片及水道的下板(如圖3所示)通過真空釬焊焊接在一起，形成水冷板基體(如圖6所示)，上板、下板的翅片成角度θ3 (如圖9所示)。上板(下板)開有進出水孔，管接頭通過緊固螺釘，使用密封圈和水冷板上進出水孔連接，上板(下板)外表面開孔并鑲嵌不銹鋼螺套，用于安裝發(fā)熱元件和其他附屬零件。
[0015]本實用新型的優(yōu)點在于:所用銑刀直徑較大，銑削深度淺，易于鋁合金加工；銑削加工后真空釬焊，加工工藝簡單；采用交錯翅片排列形式，上下板翅片協(xié)同作用，可以使得冷卻液在三維方向上產(chǎn)生擾流運動，吸熱更充分，大大提高了水冷散熱效率；局部散熱熱流密度大，可達44.5ff/cm2 ;系統(tǒng)散熱能力強，整體散熱功率高達31kW ;為防止相鄰發(fā)熱元件之間過熱，開設(shè)有輔助水道；更大的優(yōu)點在于尤為適用于發(fā)熱元件雙面水冷散熱。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型上板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為上板A-A剖視圖；
[0018]圖3為上板B-B首I]視圖；
[0019]圖4為圖1中局部放大示意圖；
[0020]圖5為圖2中局部放大示意圖；
[0021]圖6為下板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7為下板A-A剖視圖；
[0023]圖8為圖6中局部放大示意圖；
[0024]圖9為圖7中局部放大示意圖；
[0025]圖10為24°錐管接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖11為24°錐管接頭的A-A剖視圖；
[0027]圖12為24°錐管接頭的B-B剖視圖；
[0028]圖13為水冷板整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖14為水冷板整體A-A剖視圖；
[0030]圖15為圖14水冷板整體B-B剖視圖；
[0031]圖16為圖14中局部放大示意圖；
[0032]圖17為圖15中局部放大示意圖；
[0033]圖18為本實用新型所述IGBT散熱模塊與水冷板安裝示意圖。
[0034]圖中:1一24°錐管接頭緊固螺釘孔；2—橡膠密封圈；3—主水道；4一下板翅片；5—24°錐管接頭；6—上板；7—下板；8—上板翅片；9—IGBT ；10—IGBT安裝孔；11—輔助水道；12—下板槽；13—上板槽。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】，對本實用新型進一步說明。
[0036]新型翅片排列形式大功率散熱水冷板，包括帶有翅片的上板6和帶有翅片的下板7通過真空釬焊焊接為一體的散熱基體，基體表面開有安裝IGBT的螺紋孔10，還安裝有水管接頭5，螺紋孔鑲嵌鋼絲螺套，以滿足安裝的力矩要求。[0037]所述的上、下板翅片是通過在上、下板上銑槽形成。首先給定上板、下板翅片的高度h1;匕與間距。(也既銑槽深度和槽間距)，加工上板翅片區(qū)域時，刀具進給方向與上板成一定角度(θρ θ2)，以槽與槽之間的設(shè)定距離進行加工，同時加工出主水道3與輔助水道11，下板也加工出翅片。加工完成后，將上板和下板通過真空釬焊焊接在一起形成密封的水道。在進出口位置，安裝有24°錐管接頭5，接頭通過密封圈2與水冷板形成密閉水道。水道中的冷卻劑為一定體積比的蒸餾水和乙二醇的混合溶液，具體比例需根據(jù)水冷板工作的環(huán)&溫度來確定。
[0038]更為具體的，水冷板材質(zhì)選用鋁合金，上板上開有安裝IGBT發(fā)熱元件和其他附屬零件的螺紋孔，螺紋孔中鑲嵌有不銹鋼螺套，以滿足安裝力矩和多次拆裝的要求。
[0039]本實用新型所述水冷板工作時:水冷板上板上表面安裝6個，每個發(fā)熱量為5168W的IGBT，IGBT與水冷板接觸面積為89mmX 250mm，安裝力矩為5N *m,冷卻水量60L/min，管接頭采用特別設(shè)計的24°錐管接頭，該管接頭使用O型密封圈，通過緊固螺釘與水冷板表面形成密封關(guān)系。水冷板水阻大約0.5bar，每個IGBT對應(yīng)散熱區(qū)域的熱阻為5.8°C /kW。
[0040]水冷板相關(guān)參數(shù):流道高度10mm，上下板翅片間距(槽寬d)均為2.5mm,上下板翅片交錯角度Θ 3=40°，上板翅片高度為(4mm)低于下板翅片(6mm)，以適應(yīng)上板上表面單面安裝IGBT的散熱需要。
[0041]具體原理為:采用該翅片布置形式，冷卻劑可以同時在上板槽和下板槽內(nèi)流動，當(dāng)下板槽內(nèi)流量高于上板槽內(nèi)時(因該例除翅片高度外，其他參數(shù)均相同，流量大小主要取決于翅片高度)，下板槽內(nèi)冷卻液會對上板翅片產(chǎn)生一定的沖擊，類似于射流沖擊傳熱，增加擾動，大大強化了上板翅片的對流傳熱，進而提高上板散熱效果，滿足了上板單面散熱要求。
[0042]本實用新型并不限于上述實施方式，任何未背離本實用新型原理實質(zhì)，采用與本實用新型上述實施相同或近似結(jié)構(gòu)，而得到的水冷板，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.大功率電氣發(fā)熱元件散熱用水冷板，其特征在于包括帶有上翅片(8)的上板(6)及帶有下翅片(4)的下板(7)，帶有上翅片(8)的上板(6)及帶有下翅片(4)以及主流道的下板(7)焊接為一體，構(gòu)成冷卻介質(zhì)流道，上、下板還分別包括銑削加工的上板槽(13)和下板槽(12)，上翅片(8)、下翅片(4)在散熱區(qū)域流道中成一定角度交錯排布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率電氣發(fā)熱元件散熱用水冷板，其特征在于電氣發(fā)熱元件安裝在水冷板上板表面上時，上翅片(8)的高度小于下翅片(4)的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大功率電氣發(fā)熱元件散熱用水冷板，其特征在于在安裝多塊發(fā)熱元件情形下，為了防止相鄰發(fā)熱元件之間溫度過高，設(shè)置了輔助流道(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率電氣發(fā)熱元件散熱用水冷板，其特征在于水冷板的接頭采用不銹鋼24°錐管接頭(5)，該管接頭與水冷板的密封方式為密封圈(2)密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率電氣發(fā)熱元件散熱用水冷板，其特征在于散熱用水冷板的上下兩面可同時安裝電氣發(fā)熱元件。
【文檔編號】H01L23/473GK203661498SQ201320855125
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】周細文 申請人:周細文