專利名稱：一體式液冷散熱器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于超級計算機、航空航天、軌道交通、無線通訊以及風電、 光電等領域中的大功率電子設備的散熱裝置，特別是涉及一種一體式液冷散熱器。
背景技術：
當前，隨著電子元器件功率與集成度的不斷提高，電子設備體積變小的同時散熱量卻大大增加，電子芯片的熱流密度已由20W/cm2升高到了 200W/cm2。除中央處理器(CPU) 及圖形圖像處理器(GPU)外，一些體積小、高功率的電子元器件也出現在超級計算機、航空航天、軌道交通、無線通訊以及風電、光電等領域中。對于大多數電子元件，應使其溫度保持在85°C以下，且電子器件的可靠性對溫度非常敏感，在70 80°C水平上，溫度每增加1°C， 可靠性將下降5%，因此，為保證電子元件的可靠性及使用壽命，尋求緊湊、高效且切實可行的冷卻方式是電子計算機、通訊和光電領域中非常重要的技術環(huán)節(jié)，并逐步成為日益嚴峻和具有決定性的關鍵問題。在電子散熱領域，常用的散熱方式有鋁擠散熱器、熱管散熱器和水冷散熱器。鋁擠散熱器結構簡單，制程容易，成本低廉，但由于鋁材的導熱能力有限，鋁底板與鋁鰭片的溫度不均勻性嚴重，使其散熱性能相對較差。為了克服鋁材導熱能力不足的缺點，常常采用銅材進行替代，但成本大幅提高，且換熱強度提升空間有限。熱管散熱器采用相變換熱技術， 利用水在相變時溫度恒定且伴隨大量氣化潛熱傳遞的特點，實現熱量的高效傳遞，同時，由于熱管管材內部為中空，使得熱管散熱器在重量上具有優(yōu)勢。但由于熱管換熱在一定程度上受重力影響而具有方向性，當熱源位置高于鰭片位置時熱管會發(fā)生失效，并且熱管散熱器的傳熱能力受單根熱管傳熱極限影響，因此熱管散熱器的應用受到很大的局限。隨著高端電子產品的熱通量不斷提高，傳統(tǒng)的鋁擠散熱器，熱管散熱器已無法滿足高效的散熱需求，液冷散熱技術逐漸成為電子散熱領域的新寵兒?，F有常用的液冷產品主要包括冷板、泵、鰭片散熱器和連接上述組件的軟管。冷板緊貼熱源(即電子芯片，如 CPU)，在泵驅動下的液體流經冷板時吸收電子器件的熱量，而后進入鰭片散熱器中將熱量釋放到外部環(huán)境中去，被冷卻后的液體再次流經冷板，循環(huán)往復、連續(xù)不斷地把熱量從發(fā)熱芯片傳遞到環(huán)境中。鰭片散熱器可采用自然風冷或風扇強制冷卻，冷卻液體可采用去離子水、摻加防凍液的純凈水、或者其它液體及混合物(如四氟乙烷R134a)。對于現有的液冷散熱器，由于采用軟管連接各個組件，連接口位置發(fā)生液體泄漏的風險較高，且各組件布置分散，結構不夠緊湊，不能最大程度的利用有限的散熱空間。因此，對于熱源散熱量較大、安全系數要求較高且布置空間有限的電子設備的散熱，傳統(tǒng)的分散式或半集成式液冷散熱系統(tǒng)都存在不適用性，開發(fā)出散熱效率高、結構緊湊且裝配簡便的一體式液冷散熱器成為一種必然的需求。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種一體式液冷散熱器，使其散熱效率高、結構緊湊且裝配簡便，從而克服現有的液冷散熱器的不足。為解決上述技術問題，本實用新型一種一體式液冷散熱器，包括冷板、泵、鰭片散熱器、連接上述部件的軟管、填充于散熱器內部的冷卻液以及冷卻鰭片散熱器的風扇，所述的鰭片散熱器、風扇和泵固定在冷板的上方，且風扇緊貼鰭片散熱器布置。作為本實用新型的一種改進，所述的冷板與鰭片散熱器焊接。所述的鰭片散熱器底部設有注液口。所述的冷卻液為乙二醇水溶液、去離子水或摻加防凍液的純凈水。所述的乙二醇水溶液的體積濃度為20%。所述的鰭片散熱器為板翅式散熱器。所述的板翅式散熱器的芯體為鋁質，尺寸為460mmX IOOmmX 372mm。所述的冷板采用純鋁材質，尺寸為460mmX370mmX28mm。所述的風扇尺寸為200mmX 70mm，轉速為4800r/min。所述的水泵流量為8m7min。采用這樣的結構后，本實用新型至少具有以下優(yōu)點1、通過水冷板、泵與鰭片散熱器的有效整合，縮短了冷卻液管程，減少了不必要的沿程散熱損失，并充分發(fā)揮了水冷換熱與風冷換熱的適用特點，使得整體換熱效率較高，對高功率、有限空間下的電子熱源起到了有效的散熱作用；2、因采用焊接和短程軟管連接，使得冷卻液泄露的風險大大減小，安全系數顯著提尚；3、一體化的整合設計，使得散熱器尺寸規(guī)則，安裝適用性強。如上所述，本實用新型從快速高效原則出發(fā)，提出了一種換熱高效、結構緊湊的一體式水冷散熱器，用于實現熱源散熱量較大、安全系數要求較高且布置空間有限的電子設備的散熱，更適于推廣使用。

上述僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。圖1是本實用新型一體式液冷散熱器的結構示意圖。圖2是圖1的后部結構示意圖。圖3是本實用新型一體式液冷散熱器的分解結構示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1-3所示，本實用新型一體式液冷散熱器，包括鰭片散熱器1、冷板3、泵 4、連接上述部件的軟管、填充于散熱器內部的冷卻液以及冷卻鰭片散熱器1的風扇2。如圖所示，本實用新型將冷板3、鰭片散熱器1、風扇2和泵4整合布置，鰭片散熱器1、風扇2和泵4均固定在冷板3的上方，冷板3與鰭片散熱器1優(yōu)選為焊接固定，風扇2 緊貼鰭片散熱器1布置。其中，在鰭片散熱器1的底部設置注液口，冷卻液注入后進行封閉。冷板3優(yōu)選為水冷板，也就是采用乙二醇水溶液、去離子水、摻加防凍液的純凈水等冷卻液。使用時，在泵4驅動下的冷卻液流經冷板3時吸收電子器件的熱量，而后進入鰭片散熱器1中通過風冷作用將熱量釋放到外部環(huán)境中去，被冷卻后的液體再次流經冷板3，循環(huán)往復、連續(xù)不斷地把熱量從發(fā)熱芯片傳遞到環(huán)境中。其中，冷卻液在循環(huán)過程中分別經歷了冷板3中的液冷換熱和鰭片換熱器1中的空冷換熱。根據散熱熱源的熱通量、空間結構以及安全性、噪音控制等方面的要求，可對冷板3的尺寸、風扇2與散熱鰭片的數量以及二者與泵4的相對位置進行相應的調整，綜合考慮散熱效率、安全性、可靠性及性價比的影響，通過優(yōu)化設計，獲得一體化液冷散熱器的最佳方案。下面以本實用新型一體式液冷散熱器在6kW IGBT模塊冷卻系統(tǒng)中的應用為例，對本發(fā)明作進一步的描述。6kff IGBT模塊冷卻系統(tǒng)散熱器的性能要求為總發(fā)熱功率6000W ；冷卻液為體積濃度20%的乙二醇水溶液，流量為30. 38L/min ；空氣溫度(環(huán)境溫度)最高40°C，空氣流量1600m7h，壓降彡IOOPa ；IGBT模塊溫度彡80°C。6kff IGBT模塊冷卻系統(tǒng)散熱器的的尺寸限制為460(L)mmX370(W)mmX420(H) mm。如附圖3所示，本實用新型換熱器設計參數為整體尺寸為460(L)mmX370(W) mmX 400 (H)mm ；冷板尺寸為460 (L)mmX 370 (W)mmX 28 (H)mm，材質為純鋁；板翅式散熱器芯體尺寸為460 (L)mmX 100(W)mmX 372 (H)mm，材質為純鋁；風扇規(guī)格為200mmX 70mm，轉速為 4800r/min ；水泵流量為 8m7min。在泵驅動下的乙二醇水溶液流經冷板時吸收IGBT模塊的熱量，而后進入板翅式散熱器中將熱量釋放到外部環(huán)境中去，被冷卻后的乙二醇水溶液再次流經冷板，循環(huán)往復、 連續(xù)不斷地把熱量從IGBT模塊傳遞到環(huán)境中去，從而實現對模塊溫度的有效控制。模擬分析結果及性能測試結果顯示，采用一體式液冷散熱器作為6kW IGBT模塊冷卻系統(tǒng)的散熱器IGBT模塊表面最高溫度為56. 5°C，板翅式散熱器的空氣壓降為53Pa，均能很好地滿足設計要求。本實用新型一體式液冷散熱器散熱效率高，結構緊湊，能滿足狹小空間下高熱通量的散熱要求，且綠色環(huán)保，擁有一流的穩(wěn)定性、安全性。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種一體式液冷散熱器，包括冷板、泵、鰭片散熱器、連接上述部件的軟管、填充于散熱器內部的冷卻液以及冷卻鰭片散熱器的風扇，其特征在于所述的鰭片散熱器、風扇和泵固定在冷板的上方，且風扇緊貼鰭片散熱器布置。
2.根據權利要求1所述的一體式液冷散熱器，其特征在于所述的冷板與鰭片散熱器焊接。
3.根據權利要求1所述的一體式液冷散熱器，其特征在于所述的鰭片散熱器底部設有注液口。
4.根據權利要求1所述的一體式液冷散熱器，其特征在于所述的冷卻液為乙二醇水溶液、去離子水或摻加防凍液的純凈水。
5.根據權利要求4所述的一體式液冷散熱器，其特征在于所述的乙二醇水溶液的體積濃度為20%。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的一體式液冷散熱器，其特征在于所述的鰭片散熱器為板翅式散熱器。
7.根據權利要求6所述的一體式液冷散熱器，其特征在于所述的板翅式散熱器的芯體為鋁質,尺寸為 460mmX IOOmmX 372mm。
8.根據權利要求1-5中任一項所述的一體式液冷散熱器，其特征在于所述的冷板采用純鋁材質，尺寸為460mmX370mmX28mm。
9.根據權利要求1-5中任一項所述的一體式液冷散熱器，其特征在于所述的風扇尺寸為 200mm X 70mm，轉速為 4800r/min。
10.根據權利要求1-5中任一項所述的一體式液冷散熱器，其特征在于所述的水泵流量為 8m3/min。
專利摘要本實用新型是有關于一種一體式液冷散熱器，包括冷板、泵、鰭片散熱器、連接上述部件的軟管、填充于散熱器內部的冷卻液以及冷卻鰭片散熱器的風扇，所述的鰭片散熱器、風扇和泵固定在冷板的上方，且風扇緊貼鰭片散熱器布置。本實用新型通過水冷板、泵與鰭片散熱器的有效整合，縮短了冷卻液管程，減少了不必要的沿程散熱損失，并充分發(fā)揮了水冷換熱與風冷換熱的適用特點，使得整體換熱效率較高，對高功率、有限空間下的電子熱源起到了有效的散熱作用，且因采用焊接和短程軟管連接，使得冷卻液泄露的風險大大減小，安全系數顯著提高，同時，一體化的整合設計，使得散熱器尺寸規(guī)則，安裝適用性強。
文檔編號H05K7/20GK202168321SQ20112028962
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權日2011年8月11日
發(fā)明者何葉, 王海巖 申請人:北京奇宏科技研發(fā)中心有限公司