一种带有跳跃膜片的散热装置，由散热器(7)、器件固定平台(18)、温控给水单元和呼吸单元组成。所述的温控给水单元中的水箱(9)的安装位置高于散热器(7)，器件固定平台(18)位于散热器(7)的上部，呼吸单元嵌入散热器(7)中，与散热器(7)紧配合；需要散热的功率器件固定于器件固定平台(18)上；水箱(9)通过导水管(12)、温控调节阀(10)与呼吸单元连接，向呼吸单元提供蒸发散热用水。当对球缺形跳跃膜片(5)施加大于跳跃失稳点压力时，球缺形跳跃膜片(5)下凹，罩式曲面阀门关闭，压缩膨胀室(4)内的气体；球缺形跳跃膜片(5)上凸，罩式曲面阀门打开，吸进空气或水，排出膨胀室(4)内的气体。
【技术实现步骤摘要】
一种带有跳跃膜片的散热装置
本专利技术涉及一种散热装置。
技术介绍
散热无处不到的应用，被人们认识和接受。以电力电子器件为例，由于功率器件的自身损耗，产生大量的热，而且功率损耗与功率增加成正比。目前散热方法主要有：自然冷却、强制排风冷、水循环冷却。其冷却效果、成本、复杂性、能量损耗依次由低到高，可靠性依次由高到低，尤其在高达225℃结温的宽禁带半导体器件，水循环冷却的温度限制则无法发挥宽禁带半导体器件耐高温特性。因此，散热是影响功率电子器件性能、质量的关键要素之一。功率器件的功率密度即单位体积的输出功率，单位体积的输出功率越大，器件的性能越好。器件的自然冷却是首选，自然冷却在无自然风情况下是利用散热器热源对周边空气加热，产生冷暖对流自然循环散热，自然冷却简单、可靠、成本低等优点。但是当散热器结构、体积、环境条件不变，而器件功率增加，散热器发热量增大，使散热器在水平和垂直方向温度分布的热空气对流发生方向及速度改变，形成乱流直接影响散热性能，此时自然冷却的热对流空气换热，不能满足散热要求，必须采取主动排风锁定热气流动方向和加快空气热对流速度，才能降低散热器温度。随着宽禁带半导体器件快速的发展，宽禁带半导体器件突出优点之一是耐高温特性，使传统硅半导体的环境55℃温度要求提升到100℃以上，由于气体蒸发可达到100℃以上的高温气体，蒸发散热是宽禁带半导体器件非常好的散热方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有自然冷却功率器件散热方法的不足，提出一种一种带有跳跃膜片的散热装置。本专利技术依据自然冷却、强迫风冷和水冷的优点，基于理想气体状态方程，在容积不变时，压强与热力学温度成正比原理，充分利用功率器件自身热源升高容器内气体温度，使容器内部压强增大，当容器内的大气压强大于空气压力时，利用跳跃膜片的失稳特性，控制阀门，在容器出口瞬间排出高压气流，使散热器周边气流加速方向被锁定，达到在自然冷却条件下提高散热器效率目的。本专利技术一种带有跳跃膜片的散热装置由散热器、器件固定平台、温控给水单元和呼吸单元组成。温控给水单元中的水箱与所述散热器分离置于高于散热器的位置，器件固定平台位于散热器上部，呼吸单元嵌入散热器中。所述的温控给水单元中的导水管的一端安装在水箱底部，与水箱连通，导水管的另一端与温控调节阀连通，温控调节阀安装在散热器一侧与呼吸单元连接，向呼吸单元提供部分蒸发用水。所述的器件固定平台固定功率器件。所述的呼吸单元与散热器紧配合。所述的呼吸单元由膨胀室、具有毛细管功能的导热材料、进气孔、进气端密封盖、逆止阀、球缺形跳跃膜片和罩式曲面阀门组成。所述的膨胀室为管状,用导热良好的材料制作。所述的球缺形跳跃膜片覆盖于膨胀室的一端，与膨胀室连接处密封。球缺形跳跃膜片面向膨胀室内的一面为内表面，背向膨胀室的另一面为外表面。所述的球缺形跳跃膜片中心有一个排气孔，排气孔上安装有罩式曲面阀门，罩式曲面阀门贴于球缺形跳跃膜片的内表面。进气端密封盖覆盖在膨胀室的另一端，与膨胀室密封连接。进气端密封盖为绝热材料，进气端密封盖上安装有逆止阀，开有进气孔，进气孔与逆止阀的进口端连接。对球缺形跳跃膜片施加大于跳跃失稳点的压力，加载或卸载到一定程度时球缺形跳跃膜片能够发生位移突变，当球缺形跳跃膜片向膨胀室内跳跃时，罩式曲面阀门和逆止阀关闭，压缩膨胀室内的气体，球缺形跳跃膜片向膨胀室外跳跃时，罩式曲面阀门和逆止阀开启，产生气流，吸进空气或水，排出膨胀室内的气体。进气孔和逆止阀配合，将混合水气吸入膨胀室内，进入膨胀室内的水气在高温的作用下瞬间膨胀，膨胀室内的压力大于膨胀室外的压力，逆止阀关闭，使膨胀气体不能回流。而通过用绝热材料制作的进气端密封盖，隔离膨胀室与外界环境，有利于膨胀室快速升温使气体蒸发。蒸发气体的分子吸收散热器热量，使气体快速膨胀，驱动球缺形跳跃膜片弹跳，同时带走散热器热量。所述的具有毛细管功能的导热材料为中空圆柱形状，安装在膨胀室内，导热材料中空圆柱外缘与膨胀室内壁接触，导热材料中空圆柱体的一端连接于进气端密封盖的内侧，逆止阀置于导热材料中空圆柱体的中心位置，当水和空气经逆止阀进入到膨胀室内，水经具有毛细管功能的导热材料快速散开成小的微粒，使得水快速蒸发。所述的球缺形跳跃膜片中心排气孔上安装有罩式曲面阀门，罩式曲面阀门贴于球缺形跳跃膜片的内表面。由于球缺形跳跃膜片球缺形独特的结构，当对球缺形跳跃膜片施加大于跳跃失稳点压力时，球缺形跳跃膜片失去稳定性，突然改变形状，在球缺形跳跃膜片中心产生较大的挠度，使球缺形跳跃膜片上凸或下凹，罩式曲面阀门同步打开或关闭。所述的进气端密封盖上安装有逆止阀，控制混合水气单向流入膨胀室内。所述的罩式曲面阀门由位于球缺形跳跃膜片中心的排气孔和星形阀片组成；星形阀片中心为圆形状阀片，阀片的半径大于排气孔的半径，阀片与球缺形跳跃膜片上的排气孔同心，阀片边缘连接有若干根等长的软绳，软绳的另一端沿排气孔圆周均匀粘贴在球缺形跳跃膜片的内表面。软绳用于限制阀片的移动距离，在球缺形跳跃膜片内表面向下凹处于稳态时，由于受到软绳长度的限制，阀片刚好将排气孔罩住,排气被关闭；而当球缺形跳跃膜片内表面向上凸并处于稳态时，阀片打开，排气孔打开。罩式曲面阀门同步打开或关闭。当球缺形跳跃膜片向膨胀室内跳跃时，球缺形跳跃膜片下凹，罩式曲面阀门和逆止阀关闭，压缩膨胀室内的气体；球缺形跳跃膜片向膨胀室外跳跃时，球缺形跳跃膜片上凸，罩式曲面阀门和逆止阀开启，产生气流，吸进空气或水，排出膨胀室内的气体。所述的温控给水单元由水箱、导水管、温控调节阀和注水逆止阀组成；导水管位于水箱的下部，一端与水箱连通，另一端与温控调节阀进水端连通。温控调节阀的出水端与进气端密封盖上的逆止阀及进气孔连通，温控调节阀上感温器与散热器连接。位于水箱上部的注水逆止阀为水箱注水和空气进入口；温控调节阀上感温器安装在散热器靠近进气孔一侧。所述的温控给水单元提供膨胀室供水，满足水吸热蒸发带走热量。所述的温控调节阀通过感知散热器温度升高或降低，控制进入膨胀室内水的用量，从而满足散热的条件时保证最少供水。所述的温控给水单元的水箱远离散热器热源，可提供环境温度或更低温度的水，提高与散热器温差，有利于吸收更多的热量。本专利技术可提供多种水补给方式。其中水箱上的注水逆止阀提供注水和空气进入口，同时防止水蒸发损失。本专利技术一种带有跳跃膜片的散热装置工作原理和工作过程如下：当功率器件工作时，散热器吸收功率器件发散的大量热量。散热器中的多组呼吸单元将温度快速传导到膨胀室和具有毛细管功能的导热材料中。水箱排出的液体水及携带的气体，经逆止阀在具有毛细管功能的导热材料中快速扩散并吸收热量，水和气由于吸收膨胀室热量而蒸发膨胀，使膨胀室内压力增大，由于PV＝Rt在等容条件下压力增加温度增加，加速气体快速膨胀，其中P为压力，V为体积，R导热系数，t为温度。当压强大于球缺形跳跃膜片跳跃失稳点时，球缺形跳跃膜片由凹形向凸形翻转跳跃，同时罩式曲面阀门打开，球缺形跳跃膜片跳跃时产生的气流携带膨胀室的热气流向同一方向快速排出，热气流又使散热器局部气体膨胀，气体密度和气压降低，使散热器及周边气体定向流动，形成“冷热空气对流”，由于空气在静止时是非常好的绝热体，只有空气流动时才能实现散热，空气流动速度与散热量成正比，流速越本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带有跳跃膜片的散热装置，其特征在于：所述的带有跳跃膜片的散热装置由散热器(7)、器件固定平台(18)、温控给水单元和呼吸单元组成；温控给水单元中的水箱(9)安装在高于散热器(7)的位置，器件固定平台(18)位于散热器(7)的上部，呼吸单元嵌入散热器(7)中，与散热器(7)紧配合；需要散热的功率器件固定于器件固定平台(18)上；所述的水箱(9)通过导水管(12)、温控调节阀(10)与呼吸单元连接，向呼吸单元提供蒸发散热用水；所述的器件固定平台(18)位于散热器(7)上部，固定功率器件；所述的呼吸单元嵌入散热器(7)内，与散热器(7)紧配合。
【技术特征摘要】
1.一种带有跳跃膜片的散热装置，其特征在于：所述的带有跳跃膜片的散热装置由散热器(7)、器件固定平台(18)、温控给水单元和呼吸单元组成；温控给水单元中的水箱(9)安装在高于散热器(7)的位置，器件固定平台(18)位于散热器(7)的上部，呼吸单元嵌入散热器(7)中，与散热器(7)紧配合；需要散热的功率器件固定于器件固定平台(18)上；所述的水箱(9)通过导水管(12)、温控调节阀(10)与呼吸单元连接，向呼吸单元提供蒸发散热用水；所述的器件固定平台(18)位于散热器(7)上部，固定功率器件；所述的呼吸单元嵌入散热器(7)内，与散热器(7)紧配合。2.按照权利要求1所述的带有跳跃膜片的散热装置，其特征在于：所述的呼吸单元由膨胀气室(4)、具有毛细管功能的导热材料(17)、进气端密封盖(1)、逆止阀(2)、球缺形金属跳跃膜片(5)、罩式曲面阀门和进气孔(13)组成；所述的膨胀室(4)为管状，球缺形跳跃膜片(5)覆盖膨胀室(4)的一端，与膨胀室(4)的连接处密封；进气端密封盖(1)覆盖膨胀室(4)的另一端，与膨胀室(4)密封连接；进气端密封盖(1)上安装有逆止阀(2)，开有进气孔(13)，进气孔(13)与逆止阀(2)的进口端连接；所述的球缺形跳跃膜片(5)面向膨胀室(4)内侧的一面为内表面，背向膨胀室(4)内侧的另一面为外表面；所述的球缺形跳跃膜片(5)中心排气孔(15)上安装有罩式曲面阀门，罩式曲面阀门贴于球缺形跳跃膜片(5)的内表面；具有毛细管功能的导热材料(17)为中空圆柱形，放置在膨胀气室(4)内，导热材料(17)的中空圆柱外缘与膨胀室内壁接触，导热材料(17)的一端与进气端密封盖(1)的内侧连接，逆止阀(2)置于导热材料(17)的中心位置。3.按照权利要求2所述的带有跳跃膜片的散热装置，其特征在于：当对所述的球缺形跳跃膜片(5)施加大于跳跃失稳点的压力，加载或卸载到一定程度时球缺形跳跃膜片(5)发生位移突变，上凸或下凹，罩式曲面阀门同步打开或关闭；球缺形跳跃膜片(5)向...
【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，杨子龙，曹国恩，王一波，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。