一种散热器及其应用的制作方法

1.本发明属于变压整流器冷却换热技术领域，具体涉及一种液冷与强制风冷结合的复合型散热器。


背景技术：

2.随着多/全电技术的不断发展，电源容量和电压等级不断提升，用电需求量越来越大，对一次电源进行电能变换并为负载供电的变压整流器容量大幅增大，相应的需求散热量也越来越大。如果采用传统强制风冷，使得设计变压整流器体积重量较大。
3.目前，国外类似大功率变压整流器的散热采用均匀分布的微通道进行冷却液循环散热，但相较于强制风冷散热方式，液冷散热方式失效风险较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有大功率变压整流器的散热问题，提出应用于大功率变压整流器的散热器，同时考虑液冷散热方式失效的高风险性，在液冷散热方式的基础上集成强制风冷散热方式，形成液冷与强制风冷结合的复合型散热器。
5.本发明是通过如下技术方案予以实现的：
6.一种散热器，包括，
7.上板，所述上板的第一表面上加工有液冷流道，与第一表面相对的第二表面上开设有安装槽，且安装槽在第一表面上的垂直投影位于液冷流道换热区域内，介于第一表面和第二表面之间的第三表面上开设有液冷流道进口和液冷流道出口；
8.中板，所述中板的第四表面上加工有风冷风道，位于第四表面长度方向左端的第五表面上加工有风道进口，位于第四表面长度方向左端的第六表面上加工有风道出口；
9.下板，所述下板的至少一个表面面积大于等于中板上第五表面的面积；
10.隔板，所述隔板包括第一隔板和第二隔板；
11.所述下板、第一隔板、中板、第二隔板和上板依次叠加并连接，风道进口与液冷流道进口、液冷流道出口位于同一侧，液冷流道换热区域在中板上的垂直投影位于风冷风道换热区域内。需要注意的是，叠加连接时，上板第一表面的法线方向与中板第四表面的法线方向同向，即第一表面和第四表面同时朝上或同时朝下。
12.进一步，所述上板第一表面上的液冷流道包括，
13.液冷进口流道，所述液冷进口流道的进口端与液冷流道进口连通，出口端与液冷流道换热区域连通；
14.液冷出口流道，所述液冷出口流道的出口端与液冷流道出口连通，入口端与液冷流道换热区域连通；
15.导流筋，多根所述导流筋位于液冷流道换热区域内，且分布在液冷流道换热区域与液冷进口流道出口端、液冷出口流道入口端的交界处；
16.扰流筋，多根所述扰流筋位于液冷流道换热区域内。
17.进一步，多根所述导流筋之间不平行，多根所述扰流筋呈折返状布置，包括从液冷进口流道的出口端直线延伸的第一扰流筋，与第一扰流筋垂直的第二扰流筋，以及与第二扰流筋垂直且向液冷出口流道入口端直线延伸的第三扰流筋。
18.进一步，所述中板第四表面上的风冷风道包括位于风道进口和风道出口之间的风扰流筋和风道结构加强筋；
19.多根所述风扰流筋沿着中板第四表面的长度方向间隔布置；
20.多根所述风道结构加强筋间隔布置在风扰流筋与风道进口之间。
21.进一步，多根所述风扰流筋之间相互平行，多根所述风道结构加强筋互不平行，且风扰流筋和风道结构加强筋均垂直于中板的第四表面。
22.进一步，所述下板、第一隔板、中板、第二隔板和上板通过钎焊连接形成一体。
23.进一步，所述液冷流道和风冷风道通过机加工方式成型。
24.一种前述散热器的应用，所述散热器用于变压整流器的散热，且变压整流器置于散热器的安装槽中。
25.进一步，所述变压整流器通过导热硅脂封装在安装槽中。
26.进一步，所述散热器包括三种运行模式，
27.液冷模式，所述散热器上板的液冷流道正常循环换热，散热器中板的风冷风道关闭；
28.风冷模式，所述散热器中板的风冷风道正常循环换热，散热器上板的液冷流道关闭；
29.液冷和风冷复合模式，所述散热器上板的液冷流道和中板的风冷风道同时正常循环换热。
30.需要说明的是，上述第一表面、第二表面、第三表面、第四表面、第五表面和第六表面的描述方式只是为了区分不同的表面，说明这六个表面不是同一个表面，并不包括其它含义。
31.本发明与传统的散热器相比，具备以下优势：
32.(1)散热器液冷散热方式与强制风冷散热方式既可以单独工作，也可以同时工作，散热器在液冷散热方式失效时，强制风冷散热方式可满足设备降额功率下的散热需求。
33.(2)液冷与风冷两种换热结构巧妙的结合在一体，特别是安装槽以及隔板的设计，将液冷与风冷集成为一体，同时保证了液冷和风冷的效果。
34.(3)上板、中板和下板通过隔板钎焊叠加形成散热器的方式降低了散热器的重量，减小了散热器的体积。
35.(4)导流筋、扰流筋、风扰流筋和风道结构加强筋的设计提高换热效率的同时增加了散热器的结构强度。
附图说明
36.图1为本发明中上板第一表面液冷流道结构示意图；
37.图2是本发明与变压整流器安装时的结构示意图；
38.图3是本发明散热器上的液冷流道进口、液冷流道出口和风道进口示意图；
39.图4是本发明中板上强制风冷风道结构示意图；
40.图5是下板、第一隔板、中板、第二隔板和上板依次叠加的位置示意图；
41.图6是本发明的散热器整体结构示意图；
42.图中：1-上板；2-中板；3-下板；4-隔板；5-安装槽；6-风道出口；7-风道进口； 8-风扰流筋；9-风道结构加强筋；11-液冷流道进口；12-液冷流道出口；13-导流筋；14-扰流筋。
具体实施方式
43.下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
44.如图5，本实施例中的散热器包括带有液冷流道的上板1、带有强制风冷风道的中板2、密封强制中冷流道的下板3和钎接用隔板4。上板1、中板2与下板3通过钎接用隔板4钎焊为一体。上板1与中板2通过机加方式形成液冷流道与强制风冷风道，然后焊接为一体。散热器液冷散热方式与强制风冷散热方式都可以单独工作。散热器在液冷散热方式失效时，强制风冷散热方式可满足设备降额功率下的散热需求。
45.如图1～图6，当液冷为水冷时，液冷与强制风冷结合的复合型散热器的液冷散热水道包括液冷流道进口11、液冷流道出口12、导流筋13、扰流筋14和安装槽5。在复合散热器安装槽5下方的表面布置液冷方式的水道，导流筋13 使液冷流道进口11流入的冷却液在复合散热器安装槽5下面均匀分布。扰流筋 14一方面增加冷却液的扰流，挺高换热效率；另一方面增加复合散热器液冷散热水道的结构强度。导流筋13之间不平行，多根扰流筋14呈折返状布置，包括从液冷进口流道的出口端直线延伸的第一扰流筋，与第一扰流筋垂直的第二扰流筋，以及与第二扰流筋垂直且向液冷出口流道入口端直线延伸的第三扰流筋。安装槽5在上板1上的垂直投影位于液冷流道换热区域内，液冷流道进口11和液冷流道出口12在上板1的同一侧表面上。
46.复合散热器强制风冷风道包括风道出口6、风道进口7、风扰流筋8和风道结构加强筋9。环境空气从风道进口7进入，风道结构加强筋9、风扰流筋8，然后由风道出口6流出，组成强制风冷主散热循环。多根风扰流筋8沿着中板2 长度方向间隔布置；多根风道结构加强筋9间隔布置在风扰流筋8与风道进口7 之间。风道结构加强筋9互不平行，且风扰流筋8和风道结构加强筋9均垂直于中板2的表面。风道进口7与液冷流道进口11、液冷流道出口12位于同一侧，液冷流道换热区域在中板2上的垂直投影位于风冷风道换热区域内。
47.强制风冷风道中的风扰流筋8一方面增加空气的扰流，挺高换热效率；另一方面增加复合散热器强制风冷散热风道的结构强度；风道结构加强筋9增加复合散热器强制风冷散热风道的结构强度。
48.复合散热器安装槽5为大功率变压器的安装槽，在安装槽5安装变压器后，用导热硅脂对安装槽5与变压器进行封装，使得变压器的热量能高效、均匀地传导复合散热器，提高复合散热器的散热效率。
49.本实施例中，密封强制中冷流道的下板3作用是通过钎接用隔板4与中板2 焊为一体，对强制风冷流道的底面进行密封，其结构上是与中板2外形结构一致的铝板。隔板4是上、下表面带钎料的钎接用铝合金板，其主要作用是将上板1、中板2与下板3通过真空钎焊工艺焊为一体结构，结构上是与中板2、下板3外形一致的面板。对于本实施例中的整个散热器而言，风道出口6为两个圆形孔，其尺寸需要与强制风冷散热所选用的直流风扇相匹配，
同时在圆形孔周围需要加工安装孔，用于安装直流风扇。风道进口7是与强制中冷流道的中板2一体机加而成的圆形格栅结构，要求格栅结构的圆形孔直径小于一定尺寸，主要是防止环境空气中的大尺寸异物进入强制风冷流道造成堵塞。
50.目前在大功率变压器的散热上越来越多的选择效率更高水冷散热方式，但水冷散热方式的失效危险性很高，电路故障、泵故障、管路泄漏、冷源故障等都会造成水冷方式的失效；相对水冷的高风险性，风冷失效的危险性很低，可以保证水冷失效时中冷依然能稳定工作，使设备可以在降额功率工况下稳定工作。但是，目前并没有较好的整合两种冷却方式的散热器，本发明给出了一种复合散热器的设计构思。
51.在整合液冷和风冷这两种散热结构时，最大的难点在于真空钎焊时水冷流道的焊缝质量与密封性，本发明在结构设计上进行了调整和优化，特别是在风冷流道中尽量多的增加结构加强筋9并优化其分布方式，改善钎焊时的散热器强度，利于提高焊缝质量和密封性。
52.由于传统风冷散热越来越不能满足大功率变压器的散热需求，针对大功率变压器的散热越来越多选择效率更高的水冷散热方式，而水冷散热方式的可靠性较中冷散热低得多。集成中冷与水冷的散热器正常工作时水冷散热方式满足大功率变压器满载运行的散热需求；当水冷失效时，中冷散热方式满足变压器功率降额工作散热需求，本发明给出了一种集成中冷与水冷功能的散热器结构设计思路。
53.以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都应落入本发明的保护范围内。