CN101059323A - 适用于大功率高效热管散热器的板式整体结构散热方法及装置 - Google Patents

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Abstract

适用于大功率高效热管散热器的板式整体结构散热方法及装置，将蒸发段的平板式整个内框用烧结的方法形成毛细吸液芯结构，毛细吸液芯在内框发热面的接触处布满垂直的微槽(宽度为1～3mm)，朝上开口，连通上部的冷凝段的平板内框，形成热管式散热的气态工质通道。将冷凝段也做成平板式内框，位于蒸发段上方，内框的内表面分布垂直的微槽，起液态工质的毛细回流通道的作用。外部分布散热翅片，水平或垂直布置可分别适应水平或垂直通风的要求。

Description

适用于大功率高效热管散热器的板式整体结构散热方法及装置
技术领域
本发明涉及一种功率器件的散热技术，尤其是一种功率器件的板式整体散热结构的改进，国际专利分类号为F28F9/26和H05K7/20，该板式整体结构散热方法主要用于大功率半导体元件用散热。
背景技术
大功率整流(变流)装置中使用半导体元件作开关器件，为了减少单个桥臂元件并联的数量，均趋向于使用大元件，如电力机车用整流装置由原来一个桥臂用6个2英寸晶闸管串、并联，到现在的一个桥臂只用一个5英寸晶闸管，单个半导体元件的发热功耗达数千瓦。所以，要求配套的散热器有更高的散热能力，而且要在有限的空间里实现散热。由于热管散热器具有高效节能的特点，所以，在大功率半导体元件散热领域有了广泛的应用和发展。
目前一般使用的热管散热器由圆形热管、散热翅片和基板(固定发热元件)组成，优点是技术成熟。其不足之处：由于热管与散热片及基板的连接是一种装配结构，在散热器的热阻要求很小的应用场合，接触热阻影响较大，受工艺的影响也较大，散热效率受到限制；另外，通过多根热管的排列来实现较大热功率的传输，基板的温度会不均匀，随功率增加而变大，对半导体元件的影响是不利的。
采用板式整体结构能解决上述的缺点，而且能增加蒸发段等温传热面积和冷凝段散热片的散热效率。但是，由于液态工质循环分布到蒸发面的相关方法有一定的局限性，所以，目前板式结构大多采用水平放置的沸腾换热，其缺点是液态工质较多，液态工质本身的导热性较差。在一些应用场合，蒸发面是垂直的，通过吸液芯将下部的液态工质克服重力向上吸到整过蒸发面，只能满足较小的散热功率要求，限制了板式整体结构的应用。本发明就是针对这个问题的一种解决方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决板式整体结构采用沸腾换热方法时，所体现的液态工质导热性差的特点，开发一种能满足蒸发面垂直布置的需求，且适应大散热功率要求的新型板式整体结构散热方法及装置。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：将蒸发段的平板式整个内框用烧结的方法形成毛细吸液芯结构，毛细吸液芯在内框发热面的接触处布满垂直的微槽(宽度为1～3mm)，朝上开口，连通上部的冷凝段的平板内框，形成热管式散热的气态工质通道。
将冷凝段也做成平板式内框，位于蒸发段上方，内框的内表面分布垂直的微槽，起液态工质的毛细回流通道的作用。外部分布散热翅片，水平或垂直布置可分别适应水平或垂直通风的要求。
在充液态工质时，要保证液态工质渗满蒸发段的毛细吸液芯，液面略高于毛细吸液芯最高处。
所述的板式整体结构的热管散热器的结构为：蒸发段内框用粉末烧结的方法形成毛细吸液芯，与发热面的接触处形成上部开口的蒸发段垂直微槽，微槽宽度为1～3mm，外部圆形台面是发热元件的放置区；冷凝段的内框的内表面分布垂直的微槽起液态工质回流的毛细通道，外部分布散热翅片，水平通风条件下做水平布置，对应垂直通风可散热翅片为垂直。
本发明工作原理是：热启动时，蒸发段内框的垂直微槽里的液态工质四周接触面是金属，金属的导热性好同时加热液态工质，微槽内的液态工质又是微量，这样就克服液态工质导热性能差的问题，使液态工质与发热区的温差较小，实现热管的高效相变换热。通常所用的圆形热管也是利用表面毛细吸液作用，使表面分布一层薄的液态工质，使其与管壁的温差小，如此来减少液态工质导热性能差的影响，充分发挥相变换热高效特征。这些垂直微槽的液态工质相变成气态工质并很快充满微槽，向上进入冷凝段，放热相变成液态工质沿表面毛细回流通道(微槽)回到蒸发段，储存在毛细吸液芯，不断补充微槽处的液态工质，此时的微槽就等同一根圆形热管，由毛细吸附作用将液态工质吸附在表面上。
附图说明
图1是本发明实施例正视图；
图2是本发明实施例A-A剖面俯视视图；
图中：1、蒸发段，2、蒸发段内框，3、冷凝段，4、冷凝段内框，5、散热翅片，6、蒸发段垂直微槽，7、毛细吸液芯。
具体实施方式
附图给出了本发明的一个实施例原理示意图，可应用于大功率晶闸管元件的散热，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
从附图中可以看出，本发明使整流器用5英寸晶闸管(整流管)能使用板式整体结构的热管散热器，最佳地满足大功率半导体元件的散热要求。
本发明适用于大功率高效热管散热器的板式整体结构散热方法，是将蒸发段的平板式整个内框用烧结的方法形成毛细吸液芯结构，毛细吸液芯在内框发热面的接触处布满垂直的微槽，朝上开口，连通上部的冷凝段的平板内框，形成热管式散热的气态工质通道；将冷凝段也做成平板式内框，位于蒸发段上方，内框的内表面分布垂直的微槽，起液态工质的毛细回流通道的作用，外部分布散热翅片，水平或垂直布置分别适应水平或垂直通风的要求。
该板式整体结构的热管散热器，包括蒸发段1、冷凝段3。蒸发段内框2用粉末烧结的方法形成毛细吸液芯7，与发热面的接触处形成上部开口的蒸发段垂直微槽6，微槽6宽度为1～3mm，外部圆形台面是发热元件的放置区(双点划线圆所示)。冷凝段3的内框4的内表面分布垂直的微槽起液态工质回流的毛细通道，外部分布散热翅片，水平通风条件下做水平布置如图例，对应垂直通风可散热翅片改为垂直。主要原理为：
晶闸管(整流管)开始工作时产生的热量通过蒸发段1台面传至内框，蒸发段垂直微槽6内的液态工质吸热相变成气态工质，向上流入冷凝段内框4，放热冷却后相变成液态工质，通过重力和冷凝段内框4表面微槽毛细吸液力的作用下回到蒸发段的毛细吸液芯7，补充到微槽，实现循环。
充装液态工质时，要充满毛细吸液芯，在给定的散热功率下不出现干枯。随着发热功率的增加，蒸发段垂直微槽6内充满气态工质，四周由于毛细吸附作用表面吸附一层液态工质，相当于圆形热管的情形。

Claims (4)

1、适用于大功率高效热管散热器的板式整体结构散热方法，其特征在于：将蒸发段的平板式整个内框用烧结的方法形成毛细吸液芯结构，毛细吸液芯在内框发热面的接触处布满垂直的微槽，朝上开口，连通上部的冷凝段的平板内框，形成热管式散热的气态工质通道；将冷凝段也做成平板式内框，位于蒸发段上方，内框的内表面分布垂直的微槽，起液态工质的毛细回流通道的作用，外部分布散热翅片，水平或垂直布置分别适应水平或垂直通风的要求。
2、如权利要求1所述的适用于大功率高效热管散热器的板式整体结构散热方法，其特征在于：在充液态工质时，要保证液态工质渗满蒸发段的毛细吸液芯，液面略高于毛细吸液芯最高处。
3、一种实现权利要求1所述的适用于大功率高效热管散热器的板式整体结构散热方法的装置，包括蒸发段、冷凝段，其特征在于：所述的蒸发段内框用粉末烧结的方法形成毛细吸液芯，与发热面的接触处形成上部开口的蒸发段垂直微槽，外部圆形台面是发热元件的放置区；冷凝段的内框的内表面分布垂直的微槽起液态工质回流的毛细通道，外部分布散热翅片，水平通风条件下做水平布置，对应垂直通风可散热翅片为垂直。
4、如权利要求3所述的适用于大功率高效热管散热器的板式整体结构散热方法，其特征在于：所述的微槽宽度为1～3mm。
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