CN102270510A - 一种基于相变材料的变功耗散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于相变材料的变功耗散热器，它包括基板、泡沫铜、固—液相变材料、散热翅片和风扇，其特征是基板与热源连接，基板上部四周均匀开盲孔，孔中放置泡沫铜，并灌注相变材料，在基板上部安装散热翅片，散热翅片上部安装风扇。基板材料为铝合金或铜合金，中心布置热源，上部四周均匀开盲孔，且基板与热源之间均匀涂抹高导硅胶连接，基板与散热翅片的间隙添加导热石墨片作为填充介质。基板内放置泡沫铜，泡沫铜是由铜材料做成的开孔泡沫，且泡沫铜内灌注固—液相变材料石蜡。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热器，尤其涉及要求变功率发热状态下热源的温度稳定控制问题以及具有超高热流密度、短时和间歇工作的大功率组件进行散热、温度控制的一种基于相变材料的变功耗散热器。
背景技术
随着现代电子和光学等技术的进步，以及对航空航天飞行任务要求的提高，出现了一系列具有超高热流密度、短时和间歇工作的大功率组件，如激光武器、行波管和机动飞行控制系统等．这类系统的短时峰值发热量大大地超过了平均发热量，如星载雷达上的组合遥感器，其峰值辐射功率大于2000w，峰值工作时间占总时间的20％，而平均功率则小于600 w．传统的散热器要么根据峰值功率工况进行设计，造成系统重量和体积过大，能耗大，能量过剩；要么根据平均功率工况进行设计，造成由于在峰值功率下散热量不足而引起的设备温度过高甚至烧毁。两者方案都将使得设备的热可靠性明显降低并大大的缩短设备的使用寿命。亟待需要一种适用于变功率状态下的散热器。
固—液相变储热装置，是利用相变材料（Phase-change Material—PCM）从固相熔化为液相的过程吸收热量，当从液相凝结为固态过程中放出热量，从而解决热量的存储和释放问题。固—液相变储热装置运行中储能材料只发生物理转变，因此其具有很好的安全性，而且运行和维护成本低，有良好恒温相变特性以及巨大的相变潜热，能够较好地解决短时、周期性工作的大功率设备或受周期性好热流密度影响设备的温度控制问题。同时，在固—液相变材料中渗入泡沫铜材料，增加相变材料的导热性，从而提高相变材料的温度均匀性和相变转化速度，有利于相变材料的热量存储和释放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相变材料的变功耗散热器，该散热器可适用于变功耗的热源设备具有温度稳定性控制作用，同时还具有质量轻、体积小、噪音低、散热快、运行安全稳定、经济高效的特点。
本发明是这样来实现的，它包括基板、泡沫铜、固—液相变材料、散热翅片和风扇，其特征是基板与热源连接，基板四周开孔，孔中放置泡沫铜材料，并灌注相变材料，基板上部安装散热翅片，散热翅片上部安装风扇。热源在高功率运行阶段产生热量，由基板吸收后传给分布在基板孔内的泡沫铜和相变材料，通过相变材料从固相熔化为液相的相变过程吸收热量，并通过翅片与风扇（向外抽风）的强迫对流方式辅助散热，降低热源高功率运行阶段的温度。热源在低功率运行阶段，通过翅片与风扇（向外抽风）的强迫对流方式大量散热，相变材料在该过程中从液相凝固为固相并将高功率运行阶段储存的热量放出，从而提高热源低功率运行阶段的温度，保持热源的温度稳定性。本发明通过泡沫铜相变材料在相变过程中良好的温度均匀性和相变转化速度，保证了对热源产生的热量进行“移峰填谷”并使热源具有良好的温度稳定性，进而实现变功耗情况下散热器的设计，同时也可对特定热源进行温度控制（通过利用不同相变材料的熔点不同），使得设备在适宜的发热工况下进行运转工作。
本发明所述的基板，其特征是基板材料为铝合金或铜合金，中心布置热源，上部四周均匀开盲孔，且基板与热源之间均匀涂抹高导硅胶连接，基板与散热翅片的间隙添加导热石墨片作为填充介质。
本发明所述的泡沫铜，其特征是由铜材料做成的开孔泡沫而成的，且泡沫铜内灌注固—液相变材料。
本发明所述的固—液相变材料，其特征是固—液相变材料为石蜡。
本发明的优点是：该散热器采用了灌注有固—液相变材料的泡沫铜，提高的导热效率，更好的实现了热量的“移峰填谷”，有效的控制了变功率情况下热源表面温度，同时还具有质量轻、体积小、噪音低、散热快、运行安全稳定、经济高效的特点。
附图说明
图1为发明的主视图。
图2为基板的俯视图。
在图1中，1、风扇 2、散热翅片 3、基板 4、泡沫铜-相变材料 5、热源。
在图2中，3、基板 4、泡沫铜-相变材料。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括风扇1、散热翅片2、基板3、泡沫铜-相变材料4、热源5，其特征是基板3与热源5连接，基板3上部四周均匀开盲孔，孔中布置泡沫铜-相变材料4，在基板3上部安装散热翅片2，散热翅片2上部安装风扇1；基板3材料为铝或铜，中心布置热源5，上部四周均匀开盲孔，且基板3与热源5之间均匀涂抹高导热率硅胶，基板3与散热翅片2之间添加导热石墨片作为间隙填充介质。热源5产生的热量，由基板3吸收，而后传给分布在基板孔内的泡沫铜-相变材料4，通过相变材料的固—液两相变化进行储热散热，而后相变材料中的热量传递给基板3上部的散热翅片2，最后通过风扇1的强迫对流方式将热量排出。本发明通过相变材料的储热散热对热源产生的热量进行“移峰填谷”，进而实现变功耗情况下散热器的设计，同时也可对热源进行温度稳定性控制，使得设备在适宜的热工况下进行运转工作。
本发明采用了灌注有固—液相变材料的泡沫铜，提高的导热效率，更好的实现了热量的“移峰填谷”，有效的控制了变功率情况下热源发热温度，同时还具有质量轻、体积小、噪音低、散热快、运行安全稳定、经济高效的特点。在对设备散热要求越来越高的背景下，本发明另辟蹊径，结合相变材料和泡沫铜的特点，开发了可满足对具有超高热流密度、短时和间歇工作的大功率组件进行散热，同时实现温度稳定性控制的散热器，具有广阔的市场空间。
Claims (4)
1.一种基于相变材料的变功耗散热器，它包括基板、泡沫铜、固—液相变材料、散热翅片和风扇，其特征是基板与热源连接，基板上部四周均匀开盲孔，孔中放置泡沫铜，并灌注相变材料，在基板上部安装散热翅片，散热翅片上部安装风扇。
2.根据权利要求1所述的一种基于相变材料的变功耗散热器，其特征是基板材料为铝合金或铜合金，中心布置热源，上部四周均匀开盲孔，且基板与热源之间均匀涂抹高导硅胶连接，基板与散热翅片的间隙添加导热石墨片作为填充介质。
3.根据权利要求1所述的一种基于相变材料的变功耗散热器，其特征是基板内放置泡沫铜，泡沫铜是由铜材料做成的开孔泡沫，且泡沫铜内灌注固—液相变材料。
4.根据权利要求1所述的一种基于相变材料的变功耗散热器，其特征是泡沫铜内灌注的固—液相变材料为石蜡。
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Publications (1)
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2011
- 2011-05-11 CN CN201110120607XA patent/CN102270510A/zh active Pending
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