CN104485803A - 水下电源变换器散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下电源变换器散热装置，包括：密封舱，所述密封舱由左筒盖、右筒盖、具有散热功能的筒体构成；在筒体的内壁上设置有圆弧体散热介质，该圆弧体散热介质的圆弧面与筒体的内壁贴合在一起，所述电源变换器固定在圆弧体散热介质的散热面平面上。该装置能够承受水下高压环境而不能透水，变换器在大功率长时间持续运行时密封舱内部的散热效果要好，内部的温升不会过高，不会出现过温现象，密封舱的体积小且质量轻。

Description

水下电源变换器散热装置

技术领域

本发明涉及一种散热装置，尤其涉及一种水下电源变换器散热装置。

背景技术

在深海作业中，需要水下电源变换器，该电源变换器安装在不透水的密封舱中。在密闭的环境下，密封舱内部的电源变换器工作时产生的热量难以通过空气循环散发出来，导致电源变换器工作过热而不能正常运行。采用热管散热器的方法可以较好的解决这样的变换器的散热问题，但结构复杂，可靠性低，成本高，工作寿命短。流体介质导热方法可以用来将电源变换器产生的热量传导到密封舱壳体，但在深水、密闭的环境中，流体的流动及其相关技术要求很难实现，导致其热传导效率很低，难以在大功率电源变换器中应用。因此，寻求一种简单、经济、高效且便于实现的散热结构对于水下电源变换器来说是一项决定成败的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于本发明的目的在于提供一种简单、经济、高效且便于实现的水下电源变换器散热装置。该结构能够承受水下高压环境而不能透水，变换器在大功率长时间持续运行时密封舱内部的散热效果要好，内部的温升不会过高，不会出现过温现象，密封舱的体积小且质量轻。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种水下电源变换器散热装置，包括：密封舱，所述密封舱由左筒盖、右筒盖、具有散热功能的筒体构成；在筒体的内壁上设置有圆弧体散热介质，该圆弧体散热介质的圆弧面与筒体的内壁贴合在一起，所述电源变换器固定在圆弧体散热介质的散热面平面上。

进一步地，如上所述的水下电源变换器散热装置，所述筒体沿其外圆周分布有若干翅片。

进一步地，如上所述的水下电源变换器散热装置，所述筒体、圆弧体散热介质的材质为铝或铜。

进一步地，如上所述的水下电源变换器散热装置，在左筒盖上述设置有进线孔，右筒盖上设置有出线孔。

本发明有益效果：

1、导热性能强：本发明导热能力良好，该散热结构将主要的发热功率电子设备的热量通过圆弧体散热介质送到密封舱的翅片部位，外部流动的海水与翅片进行热交换，将热量带入水中。

2、无功耗冷却：本发明为被动式散热，无需风扇或水泵，无冷却能耗，无动力运行，节约能源。本发明巧妙地利用其所在的工作环境来制作的散热结构，导热介质将大功率电子器件发出的热量传递到散热器的翅片部位，再利用外部海水流将热量带走。

3、可靠性高：装置简洁紧凑，工作稳定，无启动问题，无需拆卸检修，可靠性远高于热管散热结构和流体散热结构。

4、重量轻、体积小：本发明综合考虑电源变换器中各元部件的结构布置，之间的电磁环境，变换器结构设计合理，布置紧凑，散热介质不铺张浪费，只在发热严重的元件部位安装，以最大限度地减小密封舱体的质量和体积。

5、成本低、环保：本发明的散热器结构利用其本身的工作环境来散发热量，产品成本远小于在密封舱中加热管散热装置或其他流体散热装置，且环境友好。

附图说明

图1为本发明水下电源变换器散热装置未封装时的立体结构图；

图2为本发明水下电源变换器散热装置未封装的前视图；

图3为本发明水下电源变换器散热装置封装完毕后的右视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明的水下电源变换器散热装置包括：密封舱2，所述密封舱2由左筒盖3、右筒盖4、具有散热功能的筒体5构成；在筒体5的内壁上设置有圆弧体散热介质1，该圆弧体散热介质1的圆弧面与筒体5的内壁贴合在一起，所述电源变换器8固定在圆弧体散热介质1的散热面平面7上。

本发明导热性能强，利用三组实验作对比验证本发明的散热效果。第一组实验不加散热介质，直接将变换器封装在密封舱内；第二组实验是将变换器中发热较为严重的元器件安装在圆弧体散热介质的散热平台上，实验过程中散热器翅片部位不加流水冲刷；第三组实验在第二组实验基础上在上电的同时不断地使用流水冲刷密封舱的翅片部位。每组实验历时8小时，实验过程中每隔5分钟记录一次散密封舱内部的温度。所得到的结果是：第一组实验的温升高达65℃以上，第二组实验中的温升可以维持在24℃以内，第三组实验中的温升可以维持在13℃以内。实验表明铝制金属散热介质发挥了其散热优势，可以将电源变换器发出的热量通过金属介质及时散发出去，维持变换器温度均衡，外部的翅片结构在水流中的散热效果更加明显，整个发明的导热性能良好，符合水下电源变换器的散热要求。

本发明将主要的发热功率电子设备的热量通过圆弧体散热介质1传递到密封舱的筒体5上，然后通过外部流动的海水与筒体5进行热交换，从而将热量带入水中。

进一步地，如上所述的水下电源变换器散热装置，所述筒体5沿其外圆周分布有若干翅片11。

具体地，本发明在述筒体5的外壁上设置翅片11，通过翅片11来将热量传递到外部流动的海水中，热传递效率高，从而保证了水下电源变换器散热装置的散热效果。

用于冷凝的筒体5：水下高压直流变换器工作过程中产生的热量经过圆弧体铝或铜等金属散热介质1的散热平面7和筒体5的内壁将热量传递到冷凝面的翅片结构，翅片再与外部的海水进行快速的热交换，达到良好的散热效果。翅片一般都能强化传热面，作为二次传热面，不仅能扩大传热面积，而且能促进流体的扰动，充分利用水下的工作环境，增强密封舱体的散热能力。翅片不是直接焊接在散热器外侧筒壁上的而是在散热器筒壁上直接进行机械加工，并且在其外表面喷上导热性能优越高坑氧化性材料，防止海底氧化腐蚀和影响导热性能。

翅片的长度和宽度相等或近似相等，由于翅片的长度和宽度越相近散热效率越高，翅片的长向比宽向大很多的翅片散热效果反而不好并且会影响其硬度。根据下列公式计算散热效率最高时候的翅片面积及个数。

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{arc}\tan [(2h_c/\mathrm{\λ}{\mathrm{\σ}}_0)\×0.5b]}{(2h_c/\mathrm{\λ}{\mathrm{\σ}}_0)\×0.5b}$

式中，hc为自然对流换热系数,σ₀为翅片根部厚度，λ为导热系数，b为翅高。

进一步地，如上所述的水下电源变换器散热装置，所述筒体5、圆弧体散热介质1的材质为铝或铜。

本发明的水下电源散热结构主体优选地采用铝合金材料制作而成。铝合金密封舱体在多种金属材料中是最轻的，因此密封舱体的搬运安装非常方便，便于水下电源变换器的灵活运作。由于它易挤压成形，也可以挤压成各种形状，因此外观可制作的新颖美观，装饰性强。由于铝氧化后生成氧化铝是最好的保护膜，能避免它进一步氧化，因此它不怕氧化腐蚀。

铝材制成的密封圆体导热性好，耐压性能高，金属热强度高。铝制的散热量大，散热快，效率非常高，较适用于制成散热器。铝制的散热器外表静电喷塑时，花色美观，装饰性也较好。在综合性生产过程中不污染环境，污染水质。铝材散热器美观大方，占用居室空间小，环保节能。很符合散热器的"轻型、高效、环保、节能"理念。

从制作散热器方面来讲，铝合金制作散热器是最好的一种选择材料。无论是节能、节材、装饰、价位还是重量等方面均占优势。铜铝、钢铝、不锈钢铝等与铝复合的产品均含有铝的成分，材料特性优良。虽然从弯曲角度上比较，它不如钢管，但是钢管的散热远远比不上铝的散热。从防腐上比较钢是先磷化后防腐，工序繁琐，而铝合金是氧化防腐或直接防腐。所以，铝合金材质制造的散热器无论从哪方面讲，皆优胜于其他材质制造的散热器。

进一步地，如上所述的水下电源变换器散热装置，在左筒盖3上述设置有进线孔9，右筒盖4上设置有出线孔10。

本发明用铝或铜等金属制成的圆弧体散热介质1利用螺钉紧固在密封舱2的内腔中，所发明的水下电源变换器的散热结构整体呈圆筒体，两端装有左筒盖3和右筒盖4，构成一封闭的内腔，内腔中用于装设水下电源变换器，左筒盖3上设有进线孔9，右筒盖4上设有出线孔10，筒体外侧的翅片11为主要的散热面，密封舱内部热量传递到筒体5内壁上，利用密封舱的筒壁将热量传递到翅片部位。密封舱体的材质选用导热性能良好的铝合金材料，同时可以满足水下高压环境的硬度要求。

用于取热的散热面：所述电源变换器8通过螺钉紧固在铝或铜等金属制成的圆弧体散热介质1的散热面平面7上，圆弧体散热介质1以及内腔2中的热量传递到密封舱的内壁上，然后再利用铝合金筒体将热量传递到冷凝翅片部位，翅片与外部的海水进行快速的热交换。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种水下电源变换器散热装置，其特征在于，包括：密封舱(2)，所述密封舱(2)由左筒盖(3)、右筒盖(4)、具有散热功能的筒体(5)构成；在筒体(5)的内壁上设置有圆弧体散热介质(1)，该圆弧体散热介质(1)的圆弧面与筒体(5)的内壁贴合在一起，所述电源变换器(8)固定在圆弧体散热介质(1)的散热面平面(7)上。

2.根据权利要求1所述的水下电源变换器散热装置，其特征在于，所述筒体(5)沿其外圆周分布有若干翅片(11)。

3.根据权利要求1或2所述的水下电源变换器散热装置，其特征在于，所述筒体(5)、圆弧体散热介质(1)的材质为铝或铜。

4.根据权利要求3所述的水下电源变换器散热装置，其特征在于，在左筒盖(3)上述设置有进线孔(9)，右筒盖(4)上设置有出线孔(10)。