一种散热装置

技术领域

本发明涉及发热器件散热技术领域，特别涉及一种散热装置。

背景技术

在各类大功率电子产品中，如车载逆变器、直流升降压系统等，广泛应用液冷(水冷/油冷等)方式对高发热器件(MOSFET、IGBT、功率二极管等)进行散热和冷却，以降低其工作温升，保证其工作可靠性。由于单个器件的特性(如承载电流等)无法满足系统要求，往往采用多个器件并联的方式实现所需功能。同时常规功率电路拓扑(全桥、三相桥等)中一般多个形式相似、工况相同的部分，如三相桥中的三个对称桥臂、每个桥臂中的上半桥、下半桥等。因此大功率电子产品中一般存在多个(最多可达数十个)对称的发热器件。

为保证所有发热器件工作稳定，需要对其进行均匀冷却，保证发热器件节温在相近范围内。如图1和图2所示，散热装置01一般采用多组流道03并联的方式，分别对不同区域的发热器件02进行冷却。在此种情况下，多个对称并联流道03的流量均匀性成为影响内部发热器件02节温一致性，进而影响电子产品工作性能的关键指标之一。各并联流道03间的流量不均匀会导致不同流道对应区域中的发热器件02被冷却情况不一致，发生流道03间流量不均。

因此，如何提高散热装置均流效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种散热装置，该散热装置均流效果提高。

为实现上述目的，本发明提供一种散热装置，用于电子器件的散热，包括进液口、出液口、流道和热双金属片；

其中，所述流道的数量为一个或多个，当所述流道为多个时，多个所述流道并联设置在所述进液口和所述出液口之间；每个所述流道包括入口段和出口段，所述入口段位置上不设置发热器件且和所述进液口连接，所述出口段位置上设置至少一个发热器件且和所述出液口连接；

每个所述流道内设置一个或多个所述热双金属片，所述热双金属片的第一端连接在所述流道的出口段的内壁上，所述热双金属片的第二端为自由端，第二端相对于第一端向背离第一端所在流道壁面的方向弯曲。

可选地，在上述散热装置中，所述流道内靠近发热器件的一侧设有所述热双金属片，所述流道上所述热双金属片的第一端所在位置的背面用于设置发热器件。

可选地，在上述散热装置中，所述热双金属片的第二端相对于所述热双金属片的第一端靠近所述出液口。

可选地，在上述散热装置中，同一个所述流道内设有多个所述热双金属片，且多个所述热双金属片设置于所述流道内壁同一侧。

可选地，在上述散热装置中，同一个所述流道内设有多个所述热双金属片，多个所述热双金属片形成沿所述流道长度方向依次设置的第一金属片组和第二金属片组；

所述第一金属片组和所述第二金属片组设置在所述流道相对的两个壁面上，且沿所述流道垂直长度方向投影，所述第一金属片组投影和所述第二金属片组投影部分重合或全部重合。

可选地，在上述散热装置中，同一个所述流道内设有多个所述热双金属片，且所述热双金属片的第一端相对所述热双金属片的第二端靠近所述出液口。

可选地，在上述散热装置中，同一个所述流道内设有多个所述热双金属片，所述流道相对的两个侧面均设有所述热双金属片，且所述热双金属片的第一端相对所述热双金属片的第二端靠近所述出液口。

可选地，在上述散热装置中，还包括设置在每个所述流道内的扰流件，所述扰流件比所述热双金属片的第二端更靠近所述出液口，且所述热双金属片和所述扰流件设置在所述流道的相对两个壁面上，所述扰流件在其所在壁面上向所述扰流件所在壁面凸起。

可选地，在上述散热装置中，所述扰流件的第一端与所述流道连接，所述扰流件远离所述第一端的第二端向靠近所述进液口方向倾斜。

可选地，在上述散热装置中，

所述热双金属片的被动层合金为因瓦合金，主动层合金为锰铜镍合金；

和/或，

所述热双金属片形状为长方形，所述热双金属片宽度与单个流道宽度相同，所述热双金属片长度方向两端中一端固定在流道壁面上，另一端为自由端或所述热双金属片宽度方向两端中一端固定在流道壁面上，另一端为自由端。

可选地，在上述散热装置中，所述热双金属片长度设计为：在额定工况温度下，所述热双金属片弯曲量使自由端翘起高度为流道深度的70％；当温度相比额定工况升高40℃时，所述热双金属片弯曲曲率变为0。

在上述技术方案中，本发明提供的散热装置，用于电子器件的散热，包括进液口、出液口、流道和热双金属片；其中，流道的数量为一个或多个，多个流道并联设置在进液口和出液口之间；每个流道包括入口段和出口段，入口段位置上不设置发热器件且和进液口连接，出口段位置上设置至少一个发热器件且和出液口连接；每个流道内设置一个或多个热双金属片，热双金属片的第一端连接在流道的出口段的内壁上，热双金属片的第二端为自由端，第二端相对于第一端向背离第一端所在壁面的方向弯曲。在本申请提供的散热装置中，通过在流道内设置热双金属片，随着温度升高，热双金属片的自由端向固定端方向弯曲，热双金属片占据流道的流通液体界面的面积变小，流道内流经热双金属件的冷却液流量增大，升高了流量偏低流道的流量，进而散热装置均流效果提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为传统的散热装置的结构示意图；

图2为传统的另一种散热装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的热双金属片与发热器件的安装位置图；

图4为本发明实施例所提供的多个热双金属片的安装位置图；

图5为本发明实施例所提供的第一金属片组和所述第二金属片组安装位置图；

图6为本发明实施例所提供的散热装置设置扰流件低温时的冷却液流向图；

图7为本发明实施例所提供的散热装置设置扰流件高温时的冷却液流向图；

图8为本发明实施例所提供的散热装置设置单排热双金属片的高温时冷却液流向图；

图9为本发明实施例所提供的散热装置设置双排热双金属片的高温时冷却液流向图；

图10为本发明实施例所提供的散热装置结构示意图。

其中图1-10中：

01、散热装置；02、发热器件；03、流道；

1、流道；2、发热器件；

3、热双金属片；3A、第一金属片组；3B、第二金属片组；

4、进液口；5、出液口；6、入口段；7、出口段；8扰流件；9、均流安装位。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种散热装置，该散热装置均流效果提高。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2至图10。

在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的散热装置，其用于电器器件的散热，包括进液口4、出液口5、流道1和热双金属片3。热双金属片3膨胀系数较高的称为主动层；膨胀系数较底的称为被动层，热双金属片3的被动层合金为因瓦合金，其膨胀系数较低，主动层合金为的锰铜镍合金，其具有高热膨胀系数。

热双金属片3形状为长方形，宽度与单个流道1宽度相同，一端固定在流道1壁面上，另一端为自由端。具体的，热双金属片3长度方向两端中一端固定在流道1壁面上，另一端为自由端。

也可以，热双金属片3宽度方向两端中一端固定在流道1壁面上，另一端为自由端。

具体的，热双金属片3长度设计为：在额定工况温度下，热双金属片3弯曲量使自由端翘起高度为流道1深度的70％，即深度方向占据流道1截流面积的70％。当温度相比额定工况升高40℃时，热双金属片3弯曲曲率变为0，此时，热双金属片3可以为流道1对应壁面贴合设置。

流道1的数量为一个或多个。当所述流道1为多个时，多个流道1并联设置在进液口4和出液口5之间；每个流道1包括入口段6和出口段7，入口段6位置上不设置发热器件2且和进液口4连接，出口段7位置上设置至少一个发热器件2且和出液口5连接。

具体的，流道1内设置一个热双金属片3，或者，流道1内设置多个热双金属片3，优选，同一个流道1内的热双金属片3沿流道1内液体流动方向依次排布，热双金属片3的第一端连接在流道1的出口段7的内壁上，热双金属片3的第二端为自由端，第二端相对于第一端向背离第一端所在壁面的方向弯曲。

优选，流道1内靠近发热器件2的一侧设有热双金属片3，流道1上热双金属片3的第一端所在位置的背面用于设置发热器件2。具体的，当发热器件2位于流道1上壁面上时，优选，热双金属片3安装在流道1上壁面上，热双金属片3可以向流道1下壁面弯曲。

当流道1有多个时，多个流道1并联设置在进液口4和出液口5之间。优选，流道1为直条型结构，多个流道1以进液口4和出液口5之间的连线作为中心线两侧对称设置。具体的，流道1可以为2个、3个4个等。热双金属片3所在环境升高时热双金属片3的第二端向第一端所在壁面弯曲，热双金属片3所在环境降低时热双金属片3的第二端向与第一端相对的壁面弯曲。

具体的，流道1内设有用于安装热双金属片3的均流安装位9。

具体的，热双金属片3包括多个，优选，每个流道1内均设置有多个热双金属片3。优选的，每个流道1内的多个热双金属片3沿流道1长度方向依次设置。

在一种具体实施方式中，每个流道1内热双金属片3数量相等。其中，每个流道1内的热双金属片3可以等间距或不等间距分布。

具体的，并联设置的冷却流道1外侧设有热沉及贴附在热沉上的多个发热器件2。发热器件2通过焊接、螺丝紧固等方式固定在流道1上，发热器件2的发热通过流道1的壳体传递至流道1的冷却液中。

具体的，如图3所示，在每个并联流道1内、每个发热器件2底部设置对应的热双金属片3。热双金属片3固定在冷却流道1壳体内壁靠近发热器件2一侧。其温升-形变特性为温度升高时热双金属片3向其固定端(第一端)一侧弯曲(图3中的上侧)，占据更小的流道1面积；温度降低时则向与固定端相反一侧弯曲(图3中的下侧)占据更大的流道1面积。对于并联的相同流道1，本申请优选，在各发热器件2底部采用特性、尺寸相同的热双金属片3。

散热装置工作时，冷却液从一侧流道1的入口流入，经分流结构进入各并联流道1，对不同的发热器件2进行冷却，最后通过集流结构汇为一体经出口流出。一般通过流体力学设计，控制各并联流道1所具有的流阻相同，实现流道1间的均流。

当发生流量不均，其中某一个或几个流道1流量下降时，会造成相应流道1上部发热器件2的冷却能力下降。由于对称的各发热器件2工况对称，发热量也相似，流量降低的流道1上部器件节温会明显高于其余器件温度升高，通过热传导使得其底部热双金属片3具有更高温度。与此同时，由于器件发热量相似，流量较低的流道1内冷却液温度会明显高于流量较高流道1内的冷却液，使得热双金属片3的温度升高。两种影响共同作用，使热双金属片3向其固定端方向(图3中上方)弯曲。这一变形作用降低了热双金属片3对流道1内冷却液流动的阻挡作用，使得对应流道1的流阻降低。与此同时，流量偏高流道1中的热双金属片3会更向与其固定端相反(图3中的下侧)的方向弯曲，增加对流道1内流体流动的阻挡效果，使得对应流道1的流阻升高。两者共同作用起到了反馈的效果，降低了流量偏高流道1中的流量，同时升高了流量偏低流道1的流量，实现了均流效果，因此，本申请提供的散热装置均流效果提高。

如图4所示，热双金属片3沿冷却液流向依次设置，优选，相邻两个热双金属片3等间距设置。

在另一种实施方式中，同一个流道1内设有多个所述热双金属片3，多个所述热双金属片3形成沿所述流道1长度方向依次设置的第一金属片组3A和第二金属片组3B；具体的，第一金属片组3A和第二金属片组3B均至少设有两个热双金属片3。

所述第一金属片组3A和所述第二金属片组3B设置在所述流道1相对的两个壁面上，且沿所述流道1垂直长度方向投影，所述第一金属片组3A投影和所述第二金属片组3B投影部分重合或全部重合。

如图5所示，沿垂直流道1长度方向投影，第一金属片组3A和第二金属片组3B设置在流道1相对的两个壁面上，且第一金属片组3A内的热双金属片3和第二金属片组3B内的热双金属片3交叉设置。此时第一金属片组3A内热双金属片3投影和所述第二金属片组3B内热双金属片3投影部分重合具体的，第一金属片组3A或者第二金属片组3B可以与位于流道1外壁的发热器件2正对。当热双金属片3的第二端向与第一端相对的壁面弯曲时，流速降低。

如图9所示，沿垂直流道1长度方向投影，第一金属片组3A和第二金属片组3B设置在流道1相对的两个壁面上，且第一金属片组3A内的热双金属片3和第二金属片组3B内的热双金属片3一一对应设置，具体的，优选，第一金属片组3A内的热双金属片3和第二金属片组3B内的热双金属片3结构相同。此时第一金属片组3A内热双金属片3投影和所述第二金属片组3B内热双金属片3投影全部重合。

具体的，优选，第一金属片组3A和第二金属片组3B分别位于流道1相对设置的两个侧面。

本申请在均流结构中采用串联沿流道1长度方向依次设置多个热双金属片3替代单个热双金属片3，且多个热双金属片3可固定于流道1不同侧表面，通过多个串联的方法，可以在同样的温度变化范围下产生更大的流阻变化，从而实现更强的均流效果。其中在对侧面上交错布置热双金属片3可达到较大的流阻调控效果。

如图6和图7所示，在另一种实施方式中，该散热装置还包括设置在每个流道1内的扰流件8，扰流件8比热双金属片3的第二端更靠近出液口5，且热双金属片3和扰流件8设置在所述流道1的相对两个壁面上，扰流件8在其所在壁面上向扰流件8所在壁面凸起，进而使得扰流件8所在位置的截流面积减小。

在一种具体实施方式中，扰流件8的第一端与流道1连接，扰流件8远离第一端的第二端向靠近进液口4方向倾斜。当然，在具体使用时，扰流件8也可以垂直与流道1内冷却液方向设置。

具体的，扰流件8固定在流道1内壁上。为了提高组装效率，扰流件8可以与流道1一体成型设置。

由于本申请散热装置的散热效果与各流道1流阻对器件节温的敏感性密切相关，通过扰流件8与热双金属片3配合的流道1结构的方式获得更佳效果。在热双金属片3后增加一个反向凸起结构的扰流进行配合。当器件节温较高时，热双金属片3贴附于流道1上表面，冷却液可直接绕过后部反向凸起结构；但当器件节温较低时，热双金属片3向下弯曲，导致冷却液需要从下部绕过热双金属片3后，再反向向上绕过后部扰流结构。此流线的扭曲和延长会使得流道1流阻急剧增加，从而使得均流效果更好。

在上述方案的基础上，优选，热双金属片3的第二端相对于热双金属片3的第一端靠近出液口5。

同一个流道1内设有多个热双金属片3，且热双金属片3的第一端相对热双金属片3的第二端靠近所述出液口5。

也可以，热双金属片3的第一端相对热双金属片3的第二端远离进液口4。在具体组装，流道1内可以设有上述两种布置方式的热双金属片3。

如图9所示，在一种具体实施方式中，也可以为同一个流道1内设有多个热双金属片3，流道1相对的两个侧面均设有热双金属片3，且热双金属片3的第一端相对热双金属片3的第二端靠近出液口5。

如图8和图9所示，其中虚线为内部冷却液的流线示意。可见当热双金属片3向下弯曲时，热双金属片3的扰流作用会使冷却液产生反向涡旋，导致剧烈的内部摩擦，增大流阻，从而增加流道1流阻对器件节温的敏感性。但采用此种设计对热双金属片3的刚性具有较高要求，需采用高刚性热双金属片3或设计使得热双金属片3只覆盖部分流道1宽度，以保证热双金属片3不会因流体压力堵塞流道1并自锁，或在流体压力下发生塑性形变。

热双金属片3还可以固定在流道1内非发热器件2侧的表面，如流道1下表面、流道1内侧面等，从而提升工艺、布置等方面的自由度。在此种情况下，热双金属片3仅能感知流道1内冷却液的温度，无法直接感受到器件节温升高带来的流道1表面温度升高，因此均流效果会有一定降低。

如图10所示，对于器件底部流道1内存在用于增强换热的扰流结构(如翅片、波纹板、针翅等)，无法布置均流结构的情况，热双金属片3相对功率电子器件上的发热器件2设置在流道1的下游，即沿流道1内流体方向，热双金属片3位于发热器件2所在位置下下流。即采用在流道1内发热器件2后部布置均流结构的方法实现流道1自动均流。在此情况下，热双金属片3难以直接感受到器件节温的变化，主要通过感受均流不佳带来的流道1内冷却液温度变化实现均流。

为了提高散热效率，在另一种实施方式中，同一个所述流道1内设有多个热双金属片3，且多个热双金属片3设置于流道1内壁同一侧。具体可以，每个流道1中部分或全部的热双金属片3与功率电子器件上的发热器件2分设在流道1同一侧的内壁和外壁上且相对设置。

本申请提供的热双金属片3提供变化的流道1流阻，因此需要其具有一定的力承载能力，热双金属片3在系统中的变形量是温度和流体压力的共同作用结果。因此在设计阶段需综合考虑所需流阻变化量、流道1内流速等因素设计热双金属片3的材料、形状及尺寸，保证其具有一定的强度，可在所需的温度变化量范围内在流道1里产生足够的流阻变化量。

热双金属片3与热沉的固定可通过焊接、粘接、螺栓紧固等方式实现，需与流道1内壁进行紧密、可靠连接，防止在使用过程中由于振动、热膨胀等原因发生松脱。

本申请散热装置还可以自动适应对称布置元件不均匀发热的特殊工况。某些特殊工况下，电子产品会出现某些器件发热量很大，其他器件却发热量很小的情况，且发热量分布情况会随时间而变化。在此种情况下我们希望各并联流道1间的流量分配可随工况而变化，在部分器件发热严重时自动使对应冷却流道1的流量增大以保证良好的冷却效果。当某一个或几个并联流道1分支对应的器件发热量高，而其他流道1分支对应器件发热量低时，高发热量流道1分支内的热沉壁温及液温均会高于低发热量流道1分支，进而通过前述的热双金属片3变形作用产生高发热量流道1分支内流阻较低，低发热量流道1分支内流阻较高的结果，从而实现冷却液流量自动向高发热量流道1分支内聚集的效果，完成对特殊工况的自适应，具体可自动适应芯片本身热特性的变化及工况变化，同时降低加工、设计误差对流道1间流量均匀性的影响，实现更好的均流效果。由于本申请散热装置自动适应发热器件2本身工况、工作状态变化带来的瞬时发热量不均匀性。综合以上各种效果，本发明散热装置可有效提升电子产品内部温度均匀性，实现系统工作稳定性与可靠性的提升。

同时，本申请提供的散热装置还可在污染物堵塞流道1的情况下自动调整，通过冲刷作用实现自清洁效果。当个别流道1被污染物以外堵塞时，会导致该流道1的流量大幅降低，从而导致内部壁温及液温的升高，进而通过热双金属片3的流阻调制作用提升对应流道1的流量。在相对大流量的持续冲刷下，有可能实现堵塞污染物的破碎或移动，完成流道1的自清洁。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。