CN100556216C - 导热模组 - Google Patents

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Abstract

一种导热模组，其包括一电热器，该电热器包括一由陶瓷块材制成的发热体，该导热模组还包括至少一与该电热器热性连结的热管及分别设于该电热器上、下两侧的一散热器，该热管包括与电热器热性连结的蒸发端及与散热器热性连结的冷凝端，每一散热器包括一与热管热性接触的基座及设于该基座上的若干散热鳍片，该两散热器之间形成一容置热管的容置槽及一容置电热器的凹槽，该凹槽与容置槽连通。该导热模组选用具温度系数特性的陶瓷作为电热器的发热体，且搭配热管等散热元件将热量快速传导并散布至环境中，具有良好的热传特性。

Description

导热模组
【技术领域】
本发明是关于一种电热元件，尤指一种具有高效热传性能的导热模组。
【背景技术】
传统电热元件中，绝大部分是采用镍铬丝等发热线圈绕成型作为其发热体，通电后，发热线产生高热并传递及加热外管以从事加热工作；由于发热线的材料是镍铬丝，其电阻值基本不变，极易因过热而导致发热线烧毁损坏，特别是在空烧时即会瞬间熔断，不但故障率偏高，在使用上亦存在安全性问题。通常，在使用上此种电热元件还存在以下不足：
1、电热转换效率低，通常仅40％左右；
2、加热升温速度慢，要达到设定温度所需时间较长；
3、在达到设定温度后，仍会持续升温而消耗电力；
4、发热线容易氧化进而导致使用寿命缩短；
5、发热线圈数及疏密不均而导致其发热不均；
6、产生有味道甚至有毒的气体等。
鉴于上述原因，一种新型发热材料——正温度系数的陶瓷材料被广泛地应用于定温发热装置中作为发热源，由于其电阻值的非线性，其自身具有恒温、限温、无明火的特点，且其不会与空气中的氧气发生反应，具有适应范围广及高安全性特点。然，为充分发挥该种电热元件的性能，还要求其具有良好的热传性能，以便能快速有效地将电热元件所产生的热量导出并散布出去。
【发明内容】
为解决导热模组热传性能的技术问题，提供一种具有高效率导热性能的导热模组。
该导热模组包括一电热器，该电热器包括一由陶瓷块材制成的发热体，该导热模组还包括至少一与该电热器热性连结的热管及分别设于该电热器上、下两侧的一散热器，该热管包括与电热器热性连结的蒸发端及与散热器热性连结的冷凝端，每一散热器包括一与热管热性接触的基座及设于该基座上的若干散热鳍片，该两散热器之间形成一容置热管的容置槽及一容置电热器的凹槽，该凹槽与容置槽连通。
该导热模组选用具温度系数特性的陶瓷作为电热器的发热体，且搭配热管等元件将热量快速传导并散布至环境中，具有良好的热传特性。
【附图说明】
图1是导热模组组装示意图。
图2是导热模组分解示意图。
图3是电热器的展开示意图。
图4是电热器分解图。
图5是具有多层结构的发热体示意图。
图6是导热模组与相关元件示意图。
【具体实施方式】
下面参照附图，结合实施例作进一步说明。
如图1及图2所示，该导热模组包括一电热器10，一与该电热器10热性连结的热管20，以及分设于该热管20两侧的两散热器30、30’。
如图3及图4所示，该电热器10包括上、下两夹板12、14，置于该上、下两夹板12、14之间发热体16，以及包覆于该上、下两夹板12、14外的壳层19。
该上、下夹板12、14由导电金属材料制成，其具有相当的平面度从而保证与发热体16之间的电性连结，下夹板14上设有一容置发热体16的凹槽142，从而便于发热体16的定位与组装。该凹槽142亦可设于该上夹板12的相应位置上，该上、下两夹板12、14的末端还分别形成一用于与电源连结的连接端120、140。
该发热体16包括一具有温度系数的陶瓷块材160及分别设置于该陶瓷块材160的上、下两端面的导电层162，由於陶瓷材料电阻的非线性，该发热体16自身具有温度控制特性，当该发热体16最初接通电源时，其电阻值较小，此时通过发热体16的电流较大，产生较大的热量，发热体16的温度迅速上升，当发热体16自身的温度达到居里温度点后，其电阻值急剧上升，此时通过发热体16的电流减小，甚至降低至几毫安以下并遂渐趋于稳定，从而控制发热体16的工作温度，而不至于温升过高而烧毁，安全可靠，同时节省电能。
导电层162的外表面是分别与上、下夹板12、14电性接触，该导电层162可为金属层、氧化层或金属/氧化层混合等，如铟锡氧化物(ITO)系列、铟锌氧化物(IZO)系列、超导体材料系列，如：钇钡铜氧(YBa2Cu3O7)、镧锶铜氧(LaSr2Cu3O7)及其复合材料、半导体陶瓷材料系列、金红石相结构材料，如：氧化铑(RuO2)、氧化铱(IrO2)及其复合材料、钙钛矿结构(Perovskite)材料，如：镧锶钴系列(LaxSryCoO3)、镧锶锰系列(LaxSryMnO3)及其复合材料、焦绿石相结构材(Pyrochlores)料，如：铅系列焦绿石相(PbM2O6)、铋系列焦绿石相(BiM2O7)及其复合材料，可有效改善发热体16与上、下夹板12、14之间的安定性及使用寿命。
该壳层19是将该发热体16以及上、下夹板12、14紧密包覆于其内，从而构成该电热器10，该壳层19是采用耐高温的绝缘材料而成，如陶瓷基板、高分子材料等，可让电热器10与外界相关元件之间电气绝缘，提升该导热模组的安全可靠性，当该电热器10工作于高温状态时，可采用陶瓷基板制作壳层19，当该电热器10工作于低温状态时，可采用高分子材料制作壳层19。
请参照图2，热管20为回路式热管，热管20的蒸发端22与电热器10的壳层19热性连结，热管20的冷凝端24是容置于散热器30，30’之间且与该两散热器30、30’热性连结，其间可以涂布散热膏以增加其接触面积，该两散热器30、30’均包括一基座32及设于该基座32上以增加散热面积的若干散热鳍片34，其中该两散热器30、30’的基座32侧端分别形成相互配合的倒钩36，该两散热器30、30’组接时，二者之间形成一与热管20形状相应，以收容热管20的容置槽38。其中设于电热器10下方的散热器30’的基座32之一端对应电热器10位置处设有一容置该电热器10的凹槽39，该凹槽39与容置槽38相连通。可以理解地，该凹槽39亦可形成于散热器30上。
组装时，电热器10置于凹槽39内，热管20的蒸发端22与电热器10热性连结，热管20的冷凝端24置于两散热器30、30’之间，该两散热器30、30’的倒钩36相互钩扣，从而将散热器30、30’，热管20以及电热器10固定为一体组装成导热模组，且使该两散热器30、30’的基座32分别与热管20热性且紧密相连结，并于其间涂布散热膏以增加其接触面积。
如图5所示，发热体16亦可采用多个陶瓷块材160相互叠设，构成具多层结构的发热体16’，其中各陶瓷块材160’之间以及最外层的两陶瓷块材160’的端面上均设有一导电层162’，且各导电层162’的宽度小于陶瓷块材160’的宽度，即导电层162’并未完全覆盖陶瓷块材160’，各导电层162’一端均与陶瓷块材160’其中一端平齐设置，于陶瓷块材160’另一端形成一未覆盖区域，其中各导电层162’交替设置，即奇数层的导电层162’与陶瓷块材160’一端平齐，偶数层的导流层与陶瓷块材160’另一端平齐，该发热体16’两侧分别形成一与所述的导电层162’连通的导电壁，从而当电热器通电时，每一发热体16’的各陶瓷块材160’呈并联状连结于上、下夹板12、14之间，相对于单一陶瓷块材160的电热器10，在达到相同发热功率时，可降低输入电压。
如图6所示为导热模组与相关元件示意图，其中于导热模组侧端设置一风扇50辅助散热，该风扇50是置于对应于热管20的冷凝端24，当电热器10的连接端120、140分别与电源相连结时，电流通过上、下夹板12、14以及设于发热体16上、下两端面的导电层162而作用于发热体16上，发热体16在电流的作用下迅速产生热量，热管20蒸发端22内的工作液体迅速吸热汽化，将热量传导至冷凝端24，并进一步传导至散热器30、30’，最终通过风扇50提供的强制气流将散热器30、30’上的热量散发至环境中，而工作液体于热管20冷凝端24放热冷凝，并回流至蒸发端22，再次进入循环，从而将电热器10产生的热量迅速有效地散发至环境中。
热管20的作用是通过其快速高效的热传性能将电热器10所产生的热量传导至散热器，该热管20可以是回路式热管，亦可为封闭式热管。热管20的数量亦可根据发热量设置，不限于一根。
是以，该导热模组可改善习用的技术关键在于：
(一)以具温度系数特性的陶瓷块材作为导热模组的热源产生体，具有恒温、限温、无明火的特点，以及安全节能。
(二)以多层陶块材或积层陶瓷块材作为发热体，可减小输入电压，便于低电压的场合使用。
(三)增置热管，辅助传热，快速有效将电热器产生的热量传导并散布至环境中。
(四)发热体表面的导电层设计为有效改善陶瓷块材与两夹板接口之间的安定性。

Claims (12)

1.一种导热模组，其包括一电热器，该电热器包括一由陶瓷块材制成的发热体，其特征在于：该导热模组还包括至少一与该电热器热性连结的热管及分别设于该电热器上、下两侧的一散热器，该热管包括与电热器热性连结的蒸发端及与散热器热性连结的冷凝端，每一散热器包括一与热管热性接触的基座及设于该基座上的若干散热鳍片，该两散热器之间形成一容置热管的容置槽及一容置电热器的凹槽，该凹槽与容置槽连通。
2.如权利要求1所述的导热模组，其特征在于：该热管为封闭式热管。
3.如权利要求1所述的导热模组，其特征在于：该热管为回路式热管。
4.如权利要求1所述的导热模组，其特征在于：该导热模组还包括至少一置于散热器侧端且正对热管冷凝端的风扇。
5.如权利要求1所述的导热模组，其特征在于：该电热器还包括夹置该发热体的上、下两夹板及一包覆所述上、下两夹板的耐高温绝缘壳层，该上、下两夹板是由导电的金属材料制成且与发热体电性连结。
6.如权利要求5所述的导热模组，其特征在于：该发热体包括若干片陶瓷块材，各陶瓷块材是并联连结于上、下两夹板之间。
7.如权利要求5所述的导热模组，其特征在于：该上、下两夹板至少其中之一设有容置发热体的凹槽。
8.如权利要求5所述的导热模组，其特征在于：该壳层由陶瓷基板或高分子材料制成。
9.如权利要求5所述的导热模组，其特征在于：发热体的上、下两端面分别设有与该上、下两夹板电性连结的导电层。
10.如权利要求9所述的导热模组，其特征在于：该导电层为金属层、氧化层或金属/氧化层混合。
11.如权利要求10项所述的导热模组，其特征在于：该导电层为铟锡氧化物(ITO)系列、铟锌氧化物(IZO)系列、超导体材料系列、半导体陶瓷材料系列、金红石相结构材料、钙钛矿结构材料(Perovskite)、焦绿石相结构材料(Pyrochlores)。
12.如权利要求11项所述的导热模组，其特征在于：该导电层包括钇钡铜氧(YBa2Cu3O7)、镧锶铜氧(LaSr2Cu3O7)及其复合材料、氧化铑(RuO2)、氧化铱(IrO2)及其复合材料、镧锶钴系列(LaxSryCoO3)、镧锶锰系列(LaxSryMnO3)及其复合材料材料、铅系列焦绿石相(PbM2O6)、铋系列焦绿石相(BiM2O7)及其复合材料。
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