基于间歇式工作的相变散热器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于间歇式工作的相变散热器，主要解决现有散热器体积较大，安装维护麻烦，工质漏液产生影响严重的问题，其包括：波纹状翅片(1)，金属框架(2)和相变材料(3)，金属框架一侧安装有电力电子器件(7)，金属框架外表面被加工成波纹状翅片，金属框架的另一侧固定有排气阀(5)，排气阀上安装有密封结构(6)；金属框架内部被加工成针状翅片(4)，相变材料填充在针状翅片的间隙之中，以使电力电子器件产生的热量通过金属框架和针状翅片传导并存储在相变材料中，在散热过程中迅速将相变材料中存储的热量通过针状翅片传导到金属框架上，并通过波纹状翅片传导到外界。本发明专利技术体积小，散热效果好，可用于电力电子器件的散热。

【技术实现步骤摘要】
基于间歇式工作的相变散热器
本专利技术属于基本电气元件
，特别涉及一种相变散热器，可用于对电力电子器件的散热。技术背景大功率的电力电子开关在使用过程中不可避免的会产生很大的功率损耗，进而使得电力电子开关发热。电力电子器件长期工作在较高温度下会缩短其寿命，在极端工作环境下一旦电力电子开关温度高于其最大工作温度，电力电子开关就会损坏，因此必须使用散热器辅助其散热。在电力电子设备中体积最大、重量最重的是散热器，所以在考虑散热器散热性能的同时需要对其体积和重量进行优化。对于间歇式工作的电力电子设备，如电阻焊接电源来说，在较短的工作时间内电力电子开关会产生巨大的损耗，而在较长的间歇期，电力电子开关基本不产生损耗。为了迁就在短暂工作时间内产生的巨大损耗，目前所采用的方法有水冷散热和使用体积重量较大的风冷散热。如申请号为CN201410574401.8的一种电池水冷散热器使用水管将热量不断从热源中导出，这种方式需要配置水泵和水箱，维护比较麻烦，使用过程中一旦发生工质漏液现象将对电力电子设备产生毁灭性的损坏。相变材料在相变的过程中会吸收巨大的热量，与此同时相变材料的温度基本保持不变。有机相变材料具有极大相变潜热的同时又兼具绝缘性能，而且无腐蚀性，不必担心工质漏液带来的影响，非常适合应用于电力电子设备散热器中。如申请号为CN201510462547.8的一种相变储能散热器，该散热器将相变材料填充在储热单元之中，在相变材料中埋有管道。热流流过管道时将热流中的热量存储到相变材料中，当需要散热时通过调节箱体表面对流散热流道开关来控制储热箱与外界空气的对流实现散热，由于该储热散热器的结构设计没有对储热单元内部的导热结构进行优化，导致这种散热器结构储热和散热效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于间歇式工作的相变散热器，以减小散热器体积，提高散热性能和可靠性，且方便使用。本专利技术的技术方案是这样实现的：针对间歇式工作的电力电子器件，本专利技术利用相变材料潜热极大这一优势吸收短时间工作过程所产生的巨大热量，然后在较长的工作间歇期通过散热器的散热结构进行散热。以对间歇工作方式下的电力电子器件发热进行均衡，进而减小散热器的体积。并利用相变材料在相变期间温度基本不变这一特性精确的控制散热器温度，进而精确控制电力电子器件的工作温度。其结构如下：一种基于间歇式工作的相变散热器，包括波纹状翅片，金属框架和相变材料，金属框架一侧安装有电力电子器件，金属框架外表面被加工成波纹状翅片，其特征在于：金属框架的另一侧固定有排气阀，排气阀上安装有密封结构；金属框架内部被加工成针状翅片，相变材料填充在针状翅片的间隙之中，以使电力电子器件产生的热量通过金属框架和针状翅片传导并存储在相变材料中，在散热过程中迅速将相变材料中存储的热量通过针状翅片传导到金属框架上，并通过波纹状翅片传导到外界。作为优选，所述相变材料采用有机相变材料，相变温度40℃-100℃。作为优选，所述密封结构使用有弹性的绝缘橡胶管，一端套在排气阀上，另一端紧紧收缩，当金属框架内部相变材料凝固体积膨胀时，金属框架内部气压高于外部气压，进而将绝缘套管撑开，将散热器中多余的气排出到外界；当金属框架内部相变材料融化体积收缩时，金属框架内部气压低于外界，橡胶套管进一步被挤压，阻止外界气体进入金属框架内部。作为优选，所述金属框架采用铜或铝或热导率高于150W/m·K的金属材料。作为优选，所述波纹状翅片的高度低于电力电子器件高度。作为优选，所述针状翅片呈阵列状排布，每个针状翅片直径为1mm-10mm，针状翅片之间留有间隙。作为优选，所述金属框架的体积大小与被散热电力电子器件的损耗大小成正比。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术由于将金属框架内部加工成针状翅片结构，并在针状翅片之间填充相变材料，极大的提高了相变材料与金属框架之间的热交换效率，使得金属框架温度与相变材料温度基本一致。同时由于有机相变材料相变时温度变化在几摄氏度以内，实际使用中可通过选择有机相变材料的相变温度来精确控制散热器工作时的温度。2.本专利技术由于将排气阀和密封结构配合使用，使得金属框架内部气体能够排出散热器，外界气体无法进入散热器，能够避免外界盐雾，潮湿等环境对相变材料性能的影响，提高了散热器的可靠性。3.本专利技术由于所使用的有机相变材料无腐蚀性且绝缘，避免了工质漏液对系统产生的影响。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1的侧视截面示意图；图3是图1的俯视截面示意图；图4是本专利技术中的排气阀和密封结构示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的实施例进行清楚、完整地描述。参见图1、图2和图3，本专利技术基于间歇式工作的相变散热器，包括外部波纹状翅片1，金属框架2，相变材料3，内部针状翅片4、排气阀5和密封结构6。散热器金属框架2表面的一侧中间部分留出一片平整的区域用来安装电力电子器件7，其余部分全部做成波纹状翅片1以增加散热面积。在金属框架2的另一侧安装有排气阀5，排气阀5形状为一个凸起的空芯圆柱，在圆柱的侧面开有一个小孔作为排气孔，排气阀5通过螺纹孔安装在散热器上。在排气阀5上套有一个有弹性的绝缘橡胶管构成密封结构6。散热器金属框架2内部被加工出若干个呈阵列状排布的针状翅片4，这些针状翅片之间的间隙中填充有相变材料3。其中：所述金属框架2采用铝或铜或热导率大于150W/m·K的金属材料，本实例采用但不限于热导率为237W/m·K的铝，其内部针状翅片4为长方体状，长方体截面的最大长度为1mm-10mm，本实例取但不限于截面为1.5mm的正方形；相邻针状翅片4之间的间隙宽度为1mm-10mm，本实例中取但不限于的间隙宽度为1.5mm。金属框架外部波纹状翅片的高度低于电力电子器件的高度，本实例取但不限于波纹状翅片高度为3mm，相邻两波纹状翅片的间隙为2mm。所述相变材料3，其相变温度为40-100℃，一公斤的该相变石蜡完全融化会吸收约200kJ的能量，相变材料3在相变的时候会吸收巨大的热量同时保持温度基本不变，所以改变所选相变材料3的相变温度就能控制散热器工作时的温度。考虑到电力电子器件7在过高温度下工作时会影响其性能并缩短其使用寿命，而过低的相变温度可能会使相变材料3在环境温度下发生相变，浪费掉一部分相变潜热量，因此需要结合被散热电力电子器件7的工作温度与实际工况下的环境温度来选择合适相变温度的相变材料3。本实例所选用的相变材料为相变温度52℃的相变石蜡。按阵列状排布的针状翅片4能够有效地提高相变材料3与金属框架2之间的热交换效率。所述电力电子器件7，其在短暂工作时间内所产生的巨大热量主要通过金属框架2及内部针状翅片4传递到内部相变材料3中，一少部分热量通过散热器表面的波纹状翅片1传导到外界环境。在电力电子器件7较长的工作间歇期，散热器内部相变材料3中存储的热量通过针状翅片4传导到金属框架2上并通过表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于间歇式工作的相变散热器，包括波纹状翅片(1)，金属框架(2)和相变材料(3)，金属框架一侧安装有电力电子器件(7)，金属框架(2)外表面被加工成波纹状翅片(1)，其特征在于：/n金属框架(2)的另一侧固定有排气阀(5)，排气阀(5)上安装有密封结构(6)；金属框架内部被加工成针状翅片(4)，相变材料(3)填充在针状翅片(4)的间隙之中，以使电力电子器件(7)产生的热量通过金属框架(2)和针状翅片(4)传导并存储在相变材料(3)中，在散热过程中迅速将相变材料(3)中存储的热量通过针状翅片(4)传导到金属框架(2)上，并通过波纹状翅片(1)传导到外界。/n

【技术特征摘要】
1.基于间歇式工作的相变散热器，包括波纹状翅片(1)，金属框架(2)和相变材料(3)，金属框架一侧安装有电力电子器件(7)，金属框架(2)外表面被加工成波纹状翅片(1)，其特征在于：
金属框架(2)的另一侧固定有排气阀(5)，排气阀(5)上安装有密封结构(6)；金属框架内部被加工成针状翅片(4)，相变材料(3)填充在针状翅片(4)的间隙之中，以使电力电子器件(7)产生的热量通过金属框架(2)和针状翅片(4)传导并存储在相变材料(3)中，在散热过程中迅速将相变材料(3)中存储的热量通过针状翅片(4)传导到金属框架(2)上，并通过波纹状翅片(1)传导到外界。


2.如权利要求1所述的相变散热器，其特征在于：所述相变材料(3)为有机相变材料，相变温度40℃-100℃。


3.如权利要求1所述的相变散热器，其特征在于：所述密封结构(6)使用有弹性的绝缘橡胶管，一端套在排气阀(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑峰，薛辉，董志强，任人，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61