水冷散热器结构设计模块.docx

《水冷散热器结构设计模块.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水冷散热器结构设计模块.docx（20页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、有用标准文档水冷散热器构造设计模块文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 2 页 共 20 页更改信息登记表版本更改缘由更改说明更改人更改时间第4页文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 3 页 共 20 页目 录文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 4 页 共 20 页前 言5.摘 要：7.关键词：7.一. 来 源 .二. 适用围 .三. 水冷散热器的构造设计 .四. 典型应用案例： .五. 构造设计要点 .参考文献20文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 5 页 共 20 页前言文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 6 页 共 20 页文档名称

2、 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 7 页 共 20 页摘 要：本设计模块介绍了水冷散热器的构造形式，该构造主要应用于风能产品功率模块散热器构造设计中。关键词：散热器水冷 构造 密封 接头文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 8 页 共 20 页一.来源文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 9 页 共 20 页当前风力发电所处环境地恶劣性，以及机舱体积的狭小，需要对功率器件局部有较高的防护等级和高效的散热，水冷具有高效的散热性能和可以完全密封，我们承受水冷的方式对主功率系统进展散热；主功率模块上 IGBT 的散热需要通过水冷散热器将热量带走，由于需要充分考虑水冷散热器的

3、构造设计。本设计模块中的构造形式来源于水冷预研工程及风能产品线1.25MW上电水冷变流器产品。相关产品已经通过生产并得到验证。二.适用围该构造形式可用于大功率、高密度、高防护等级的功率器件散热，如风能和大功率变频器等。由于应用状况各有不同，请依据推举使用围合理选择。三 .水冷散热器的构造设计1 、水冷散热器的构造形式水冷散热器是通过流经其部的流体将安装在其上的器件的热量带走，其包含了部有流道的散热器本体及连接外部进出流体的进出接头如图1 。文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 10 页 共 20 页散热器本体进、出水接头图 1水冷散热器可依据器件安装在散热器上的安装散热面，将散热器分

4、为单面水冷散热器、双面水冷散热器以及多面水冷散热器。图 2 为单面水冷散热器。第 17 页文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 11 页 共 20 页水冷散热器IGBT图 2单面水冷散热器图 3 为双面水冷散热器：图 3双面水冷散热器从两种布局方式可以看出：单面水冷散热器的器件布局简洁，但整个散热器的尺寸较大，不易加工；相对于单面水冷散热器，双面水冷散热器的器件布局紧凑，水冷散热器的尺寸小，易于加工。2、水冷散热器的流道形式水冷散热器的部流道形式打算了整个散热器的散热效果，依据流体在部流淌方式可区分为：文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 12 页 共 20 页纯并联流道、

5、纯串连流道以及串联并联结合流道。每种流道方式有各自特点：串联流道：阻力大，流速较高；并联流道：阻力较串联流道小， 流速低。参考热仿真建议承受串并联组合的方式，在功率器件下方的流道设计为并联流道，各个器件下方的并联流道之间承受汇流流道相串联如以下图。图 4串联并联结合流道3 、水冷散热器本体的构造形式及密封水冷散热器本体是散热器的最主要局部，在设计时肯定要考虑到加工方式和密封。依据加工方式可分为：机械加工水冷散热器、钎焊水冷散热器、型材水冷散热器。通过钻孔、铣槽的方式加工出流道板的流道及流道的连接，将流道板同盖板连接形成机械加工水冷散热器本体，盖板同流道板可承受螺钉连接和焊接的方法；使用螺钉连接

6、需在盖板和流道板间增加 O 型圈，利用O 型圈的弹性变形保证密封如图5 ；使用焊接方法焊接流道板和盖板，需要保证焊接质量，保证不会有泄漏；工艺孔可承受螺纹堵头加螺纹密封胶的方法封堵，保证密封如图6 。文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 13 页 共 20 页图 5 机械加工水冷散热器机械加工水冷散热器的流道主要用钻孔方法获得，加工工艺简洁，机加工量大，但不行避开其流道转折为直角、存在死角，会增加流道的流阻和在死角处留有气体，直接影响水冷散热器的散热效率；同时由于钻孔工艺的限制，散热器的尺寸不能太大，有肯定的限制同孔的尺寸有关。对于使用O 型圈密封的散热器，由于要铣出标准的沟槽来放置

7、O 型圈，会导致散热器尺寸加大。文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 14 页 共 20 页图 6 机械加工水冷散热器在盖板上铣出需要的流道，再将盖板和中间焊接板钎焊形成钎焊水冷散热器本体如图7 ；此焊接为平面钎焊接，其密封由焊接质量保证，必要时可钎焊后再在散热器的一周焊缝增加氩弧焊。 钎焊水冷散热器的流道是在盖板上铣加工出来，流道的转角可以承受园角和很平滑过渡，可以很大程度上减小散热器部流道的流阻。图 7钎焊水冷散热器型材水冷散热器利用型材作为散热器中间体，形成水冷散热器的主要流道，在端盖上铣加工除部流道连接，再将端盖同中间体焊接而成型材水冷散热器的本体如图8 。型材水冷散热器中间

8、体承受了型材，其流道可以由型材直接加工而成，对于简单流道及难以型材加工的流道，也可以承受几个组合的方法，将简洁流道同简洁的零件组合而成。端盖同中间体的连接为焊接，其密封质量同型材水冷散热器一样，也是取决于焊接质量。文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 15 页 共 20 页端盖端盖中间体图 8 型材水冷散热器4 、水冷散热器接头连接及密封水冷散热器接头与主体的连接也是有两种方式：焊接如图7 焊接接头和机械连接如图8 机械连接接头 。设计接头时，不仅要考虑接头同散热器主体的连接方法和密封方式，还要考虑接头同主管道间连接方法和密封方式，由此确定接头的材料；承受焊接方法连接接头同主体时需要

9、考虑接头同散热器主体之间材料的可焊性；接头同主管道间以软管通过螺纹连接，需要考虑接头螺纹强度，保证重复拆装螺纹不会损坏。四 .典型应用案例：在风能 1.25MW 上电水冷工程中， 功率大，功率柜防护等级为 IP54, 功率模块和电容组承受了水冷散热，下部电感承受了风冷散热。功率模块承受了双面布 IGBT 的双面水冷散热器，三个功率模块水平放置，整个功率柜的布局紧凑，三个功率模块放置在同一水平位置，在功率模块下方安装一接水板，保证在偶然功率模块漏液发生的状况下，漏液也不会影响到电容、电感等电气件，简洁实现功率模块漏液的防护。文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 16 页 共 20 页功

10、率模块软管主管道图 9 风能 1.25MW工程图 10功率模块此散热器由于双面安装IGBT ，承受了双层流道，两个盖板分别铣加工出流道，整个散热器从进水口经过一层盖板流道后，从中间焊接板到另一层盖板，最终到出水口，总的流道为串联流道，在文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 17 页 共 20 页每个器件下方， 为保证散热的均匀， 流道设计为并联。这样的串、 并联流道， 保证了散热器上每个IGBT器件的散热平均。图 11水冷散热器在加工方式上，每个盖板铣加工出流道后，同中间焊接板通过钎焊，形成了散热器的本体， 为了保证散热器不会从焊接处消灭泄漏，在散热器的焊缝四周再进展氩弧焊，保证了焊

11、接的牢靠； 为了不使盖板上器件安装孔处泄漏，需要把握器件安装孔的深度，不会打穿盖板。由于盖板为铣加工，设计中可以将流道的每个转角处倒圆处理，使流道没有尖角消灭，大大削减了在散热器部流道中的压力损失。盖板材料为防锈铝3A21, 中间焊接板也承受防锈铝3A21 材料，中间焊接板主要起到将两层流道隔离，防止流道泄漏而影响散热效率；盖板同中间焊接板加工完成后，清洗、组装定位加预紧力、进真空炉钎焊。由于在真空炉钎焊过程有高温、降温过程，对于材料相当于回火，因此螺纹不能够在钎焊前加工，需要在钎焊后再进展加工螺纹。散热器接头同主管道之间用软管连接，接头同软管接头局部依据德国DIN 标准接头尺寸设计，文档名称

12、 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 18 页 共 20 页承受 24 锥面加O 形圈密封形式密封 (DIN3865) 如以下图。图 12管接头接头同散热器主体的连接，最初承受了焊接接头，接头材料选择铝合金，此种接头加工简洁，简洁同散热器主体焊接，但软管接头为钢制螺纹，与软管接头协作，散热器上的接头简洁损坏， 接头损坏，整个散热器只能报废。图12焊接接头将散热器接头优化后，将散热器接头材料更改为不锈钢304 ，提高螺纹连接强度，接头同散热器本体以螺钉连接紧固。文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 19 页 共 20 页图13 螺钉连接接头螺钉连接接头同散热器本体的连接密封， 设计上

13、承受多个方面进展密封， 入散热器本体孔中，削减外泄漏间隙；在接头上设计标准沟槽，放置标准 20*2.65 型圈进展密封；在接头和散热器本体间涂加防水胶，保证无泄漏。图14 螺钉连接接头五 .构造设计要点直径 15 的凸出插的 O 型圈，使用 O文档名称 :水冷散热器构造设计模块页数 : 第 20 页 共 20 页这里只是提出钎焊水冷散热器设计中需要考虑的局部重要问题，具体设计需要依据选用的水冷散热器的形式具体分析，最重要的是保证散热效果、保证密封、无泄漏。1 、钎焊水冷散热器本体流道设计要无尖角，削减流道面积突变，保证小的流阻。保证本体的密封，无泄漏；可承受充压检验、氦检方法检验，检验时要全检。盖板上的螺纹孔必需是盲孔，不行打穿。2 、钎焊水冷散热器接头接头要考虑同外接收路的连接强度、密封问题，与散热器本体连接方法、加工方法、密封。参考文献1、 DMBM0.402.491 液体冷却散热器检验标准2、 TS-E000001850液冷散热器设计总结