水冷散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全水冷散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊更改信息登記表版本更改原因更改說明更改人更改時間第5頁5,摘要:關(guān)鍵詞:適用圍水冷散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)典型應(yīng)用案例:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)參考文獻(xiàn)9.1.5.19.2.0文檔名稱：水冷散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊頁數(shù)：第7頁共20頁文檔名稱：水冷散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊頁數(shù)：第20頁共20頁第25頁摘要:本設(shè)計(jì)模塊介紹了水冷散熱器的結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于風(fēng)能產(chǎn)品功率模塊散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中。關(guān)鍵詞:散熱器 水冷結(jié)構(gòu)密封接頭當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電所處環(huán)境地惡劣性，以及機(jī)艙體積的狹小，需要對功率器件部分有較高的防護(hù)等級和高效的散熱，水冷具有高效的散熱性能和可以完全密封，我們采用水冷的方式對主功

2、率系統(tǒng)進(jìn)行散熱；主功率模塊上IGBT的散熱需要通過水冷散熱器將熱量帶走,由于需要充分考慮水冷散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)模塊中的結(jié)構(gòu)形式來源于水冷預(yù)研項(xiàng)目及風(fēng)能產(chǎn)品線1.25MW上電水冷變流器產(chǎn)品。相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)通過生產(chǎn)并得到驗(yàn)證。該結(jié)構(gòu)形式可用于大功率、高密度、高防護(hù)等級的功率器件散熱,如風(fēng)能和大功率變頻器等。由于應(yīng)用情況各有不同，請根據(jù)推薦使用圍合理選擇。三.水冷散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、水冷散熱器的結(jié)構(gòu)形式水冷散熱器是通過流經(jīng)其部的流體將安裝在其上的器件的熱量帶走，其包含了部有流道的散熱器本體及連接外部進(jìn)出流體的進(jìn)出接頭（如圖散熱器本體進(jìn)、出水接頭圖1水冷散熱器可按照器件安裝在散熱器上的安裝散熱面，

3、將散熱器分為單面水冷散熱器、雙面水冷散熱器以及多面水冷散熱器。圖2為單面水冷散熱器。lu rJgglW水冷散熱器IGBT圖2單面水冷散熱器圖3為雙面水冷散熱器:圖3雙面水冷散熱器1 r4r_m J從兩種布局方式可以看出：單面水冷散熱器的器件布局簡單，但整個散熱器的尺寸較大，不易加 工；相對于單面水冷散熱器，雙面水冷散熱器的器件布局緊湊，水冷散熱器的尺寸小，易于加工。2、水冷散熱器的流道形式水冷散熱器的部流道形式?jīng)Q定了整個散熱器的散熱效果，按照流體在部流動方式可區(qū)分為:純并聯(lián)流道、純串連流道以及串聯(lián)并聯(lián)結(jié)合流道。每種流道方式有各自特點(diǎn)：串聯(lián)流道：阻力大，流速較高；并聯(lián)流道：阻力較串聯(lián)流道小,流速

4、低。參考熱仿真建議采用串并聯(lián)組合的方式，在功率器件下方的流道設(shè)計(jì)為并聯(lián)流道，各個器件F方的并聯(lián)流道之間采用匯流流道相串聯(lián)（如下圖）圖4串聯(lián)并聯(lián)結(jié)合流道3、水冷散熱器本體的結(jié)構(gòu)形式及密封水冷散熱器本體是散熱器的最主要部分，在設(shè)計(jì)時一定要考慮到加工方式和密封。按照加工方式可分為：機(jī)械加工水冷散熱器、釬焊水冷散熱器、型材水冷散熱器。通過鉆孔、銃槽的方式加工出流道板的流道及流道的連接，將流道板同蓋板連接形成機(jī)械加工水冷散熱器本體，蓋板同流道板可采用螺釘連接和焊接的方法；使用螺釘連接需在蓋板和流道板間增 加0型圈，利用 0型圈的彈性變形保證密封（如圖 5）；使用焊接方法焊接流道板和蓋板，需要保證6 ）。

5、焊接質(zhì)量，保證不會有泄漏；工藝孔可采用螺紋堵頭加螺紋密封膠的方法封堵，保證密封（如圖圖5機(jī)械加工水冷散熱器機(jī)械加工水冷散熱器的流道主要用鉆孔方法獲得，加工工藝簡單，機(jī)加工量大，但不可避免其流道轉(zhuǎn)折為直角、存在死角，會增加流道的流阻和在死角處留有氣體，直接影響水冷散熱器的散熱效。對于使用率；同時由于鉆孔工藝的限制，散熱器的尺寸不能太大，有一定的限制（同孔的尺寸有關(guān)）O型圈密封會導(dǎo)致散熱器尺寸加大。圈圖6機(jī)械加工水冷散熱器7）；在蓋板上銃出需要的流道，再將蓋板和中間焊接板釬焊形成釬焊水冷散熱器本體（如圖此焊接為平面釬焊接，其密封由焊接質(zhì)量保證，必要時可釬焊后再在散熱器的一周焊縫增加氬弧焊。釬焊水冷

6、散熱器的流道是在蓋板上銃加工出來，流道的轉(zhuǎn)角可以采用園角和很平滑過渡，可以很大程度上減小散熱器部流道的流阻。圖7釬焊水冷散熱器型材水冷散熱器利用型材作為散熱器中間體，形成水冷散熱器的主要流道，在端蓋上銃加工8 ）。除部流道連接，再將端蓋同中間體焊接而成型材水冷散熱器的本體（如圖型材水冷散熱器中間體采用了型材，其流道可以由型材直接加工而成，對于復(fù)雜流道及難以型材加工的流道，也可以采用幾個組合的方法，將簡單流道同簡單的零件組合而成。端蓋同中間體的連接為焊接，其密封質(zhì)量同型材水冷散熱器相同，也是取決于焊接質(zhì)量。端蓋端蓋中間體圖8型材水冷散熱器4、水冷散熱器接頭連接及密封7焊接接頭）和機(jī)械連接（如圖水

7、冷散熱器接頭與主體的連接也是有兩種方式：焊接（如圖8機(jī)械連接接頭）。設(shè)計(jì)接頭時，不僅要考慮接頭同散熱器主體的連接方法和密封方式，還要考慮接頭同主管道間連接方法和密封方式，由此確定接頭的材料；采用焊接方法連接接頭同主體時需要考慮接頭同散熱 器主體之間材料的可焊性；接頭同主管道間以軟管通過螺紋連接，需要考慮接頭螺紋強(qiáng)度，保證重復(fù) 拆裝螺紋不會損壞。四.典型應(yīng)用案例:在風(fēng)能1.25MW 上電水冷項(xiàng)目中，功率大，功率柜防護(hù)等級為IP54,功率模塊和電容組采用IGBT的雙面水冷散熱器，三個功率模了水冷散熱，下部電感采用了風(fēng)冷散熱。功率模塊采用了雙面布 塊水平放置，整個功率柜的布局緊湊，三個功率模塊放置在

8、同一水平位置，在功率模塊下方安裝一接 水板，保證在偶然功率模塊漏液發(fā)生的情況下，漏液也不會影響到電容、電感等電氣件，容易實(shí)現(xiàn)功 率模塊漏液的防護(hù)。軟管功率模塊1K,圖9風(fēng)能1.25MW 項(xiàng)目 主管道.J 勒1wt圖10 功率模塊此散熱器由于雙面安裝IGBT，采用了雙層流道，兩個蓋板分別銃加工出流道，整個散熱器從 進(jìn)水口經(jīng)過一層蓋板流道后，從中間焊接板到另一層蓋板，最后到出水口，總的流道為串聯(lián)流道，在每個器件下方，為保證散熱的均勻，流道設(shè)計(jì)為并聯(lián)。這樣的串、并聯(lián)流道，保證了散熱器上每個IGBT 器件的散熱平均。圖11水冷散熱器在加工方式上，每個蓋板銃加工出流道后，同中間焊接板通過釬焊，形成了散熱

9、器的本體,為了保證散熱器不會從焊接處出現(xiàn)泄漏，在散熱器的焊縫四周再進(jìn)行氬弧焊，保證了焊接的可靠;為了不使蓋板上器件安裝孔處泄漏，需要控制器件安裝孔的深度，不會打穿蓋板。由于蓋板為銃加工，設(shè)計(jì)中可以將流道的每個轉(zhuǎn)角處倒圓處理，使流道沒有尖角出現(xiàn)，大大減少了在散熱器部流道中的壓力損失。蓋板材料為防銹鋁 3A21,中間焊接板也采用防銹鋁3A21材料，中間焊接板主要起到將兩層流道隔離，防止流道泄漏而影響散熱效率；蓋板同中間焊接板加工完成后，清洗、組裝定位加預(yù)緊力、進(jìn)真空爐釬焊。由于在真空爐釬焊過程有高溫、降溫過程，對于材料相當(dāng)于回火，因此螺紋不能夠在釬焊前加工，需要在釬焊后再進(jìn)行加工螺紋。散熱器接頭同

10、主管道之間用軟管連接，接頭同軟管接頭部分按照德國DIN標(biāo)準(zhǔn)接頭尺寸設(shè)計(jì),采用24 錐面加0形圈密封形式密封（DIN3865）（如下圖）。/圖12管接頭接頭同散熱器主體的連接，最初采用了焊接接頭，接頭材料選擇鋁合金，此種接頭加工簡單，容易同散熱器主體焊接，但軟管接頭為鋼制螺紋，與軟管接頭配合，散熱器上的接頭容易損壞,接頭損壞，整個散熱器只能報廢。圖12焊接接頭將散熱器接頭優(yōu)化后，將散熱器接頭材料更改為不銹鋼304 ,提高螺紋連接強(qiáng)度，接頭同散熱器本體以螺釘連接緊固。圖13螺釘連接接頭螺釘連接接頭同散熱器本體的連接密封,設(shè)計(jì)上采用多個方面進(jìn)行密封，直徑15的凸出插20*2.65的0型圈，使用0入散熱器本體孔中，減少外泄漏間隙；在接頭上設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)溝槽，放置標(biāo)準(zhǔn) 型圈進(jìn)行密封；在接頭和散熱器本體間涂加防水膠，保證無泄漏。嚴(yán)Id五.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)L91圖14螺釘連接接頭這里只是提出釬焊水冷散熱器設(shè)計(jì)中需要考慮的部分重要問題，具體設(shè)計(jì)需要根據(jù)選用的水冷散 熱器的形式具體分析，最重要的是保證散熱效果、保證密封、無泄漏。1、釬焊水冷散熱器本體流道設(shè)計(jì)要無尖角，減少流道面積突