CN109729673A - 一种基于相变材料的抗热冲击散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于散热装置技术领域，具体涉及一种可实现逆变器等大功率电子器件在热冲击、热耦合等复杂条件下的温度控制的基于相变材料的抗热冲击散热装置；包括壳体(101)、上盖(102)、螺钉(103)、肋片(106)及发热设备(108)；其中所述上盖(102)通过螺钉(103)固定在壳体(101)上方，所述发热设备(108)设于壳体(101)内，发热设备(108)上方铺有大量肋片(106)；所述壳体(101)边沿开有一圈密封槽(105)；所述密封槽(105)与上盖(102)边沿凸台之间打入密封胶(104)；所述上盖(102)边沿凸尺寸略窄于密封槽(108)；所述密封好的装置内腔内灌满相变材料，所述相变材料为单一成份的烷烃类化合物；所述肋片(106)上开有导流槽(107)。

Description

一种基于相变材料的抗热冲击散热装置

技术领域

本发明属于散热装置技术领域，具体涉及一种基于相变材料的抗热冲击散热装置。

背景技术

本项目的研究课题属于电力电子设备的热控技术领域，是大功率伺服驱动控制技术在可靠性设计方面的关键技术之一。

伴随着伺服控制系统的飞速发展，带载能力不断攀升，各种大容量电力电子器件在伺服控制系统中得到应用。作为电力拖动的关键器件，逆变器的可靠性在伺服控制其中起着重要的作用。大功率电力电子器件的发展，使得逆变器的容量以及器件开关频率在迅速提高，器件的损耗也在不断上升。由于伺服控制的发展，逆变器损耗不断上升，瞬时的热冲击和连续的热耦合，若没有很好的散热措施，则管芯的温度将可能达到或超过结温，器件将受到损坏。因此，散热系统的设计好坏是其能否安全可靠工作的主要条件。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种可实现逆变器等大功率电子器件在热冲击、热耦合等复杂条件下的温度控制的基于相变材料的抗热冲击散热装置。

本发明的技术方案是：

一种基于相变材料的抗热冲击散热装置，包括壳体、上盖、螺钉、肋片及发热设备；其中所述上盖通过螺钉固定在壳体上方，所述发热设备设于壳体内，发热设备上方铺有大量肋片。

所述壳体边沿开有一圈密封槽。

所述上盖边沿设有一圈凸台，所述凸起卡所述密封槽内。

所述密封槽与上盖边沿凸台之间打入密封胶。

所述上盖边沿凸尺寸略窄于密封槽。

所述密封好的装置内腔内灌满相变材料，所述相变材料单一成份的烷烃类化合物。

所述肋片上开有导流槽。

本发明的有益效果是：

1)利用相变材料熔化时吸收与潜热相当的热量的原理，将瞬态热冲击的热能吸收，使安装界面不会因为聚积大量的热而快速升温，从而降低被散热系统的温度；

2)相变材料采用单一成份的烷烃类化合物。具有高热导率和热扩散率，熔化时体积变化小，熔化潜热高，熔化凝固可靠且可逆，无毒，化学稳定好等特点；

3)相变材料密封在壳体内，通过密封胶及合理的结构设计，实现了整体的密封；并通过试验验证，该密封结构能够承受相变材料体积变化带来的压力，并能够承受一定量级的振动、冲击载荷；

4)壳体采用铝合金材料，并在腔内设计了肋片及导流槽。通过有限元计算方法，优化了肋片及通道的外形尺寸，使相变材料能够充分的吸收热量，最大层度的发挥相变材料的效能。

附图说明

图1是相变材料散热原理图；

图2是一种基于相变材料的抗热冲击散热装置示意图；

图3是一种基于相变材料的抗热冲击散热装置内部示意图；

图4是一种基于相变材料的抗热冲击散热装置内部腔体结构图；

图5是一种基于相变材料的抗热冲击散热装置密封结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明提出的进行进一步的介绍：

一种基于相变材料的抗热冲击散热装置，包括壳体101、上盖102、螺钉103、肋片106及发热设备108；其中所述上盖102通过螺钉103固定在壳体101上方，所述发热设备108设于壳体101内，发热设备108上方铺有大量肋片106。

所述壳体101边沿开有一圈密封槽105。

所述上盖102边沿设有一圈凸台，所述凸起卡所述密封槽105内。

所述密封槽105与上盖102边沿凸台之间打入密封胶104。

所述上盖102边沿凸尺寸略窄于密封槽108。

所述密封好的装置内腔内灌满相变材料。

所述肋片106上开有导流槽107。

本发明的散热方法的基本原理是，物质在一定条件下会发生相变，而相变是伴随着能量的释放。利用物质的这种特性，采用固—液型相变材料，将相变材料放置在被控设备与外界环境之间。当设备发热时，热量通过相变材料与设备接触面传导至相变材料，当达到熔点时，相变材料熔化并吸收与熔化潜热相当的热量，并且使接触界面温度保持在熔点温度附近，从而使被控设备的温度保持在一定范围，不至于因瞬时的热冲击而温度骤升。同时相变材料的全部熔化可以吸收大量的热量，对于热量无法快速传递到外部环境的设备，能够避免因热量聚积而引起的高温，从而增加设备的热可靠性。

当设备发热量下降，或由于外部原因，温度降低时，相变材料凝固并释放潜热，维持接触界面的温度稳定，可以避免由于温度急剧变化对设备造成的损伤，对设备起到保护的作用。在某些场合下，该散热方法可以作为即是热沉又是热源的可逆系统，为设备适应复杂的环境变化而提供可靠的保护。

本发明的相变材料采用单一成份的烷烃类化合物，材料纯度高，杂质少。具有高热导率和热扩散率，能够迅速的响应热量变化。熔化时体积变化小，相变后，腔体内压力变化，降低了整体的密封难度。熔化潜热高，比热大，具有较强的温控能力。熔化凝固可靠且可逆，无毒，化学稳定好。

为防止相变材料泄漏，本发明对散热器外壳进行了密封处理。如图5所示，在壳体101外边沿开密封槽108，盖板102边沿设置凸台，凸台略窄于密封槽108。在壳体101密封槽108内灌注密封胶104后，将盖板102压上。密封槽108与凸台间留有间隙，密封胶受压时向两侧溢出，填满间隙，并用螺钉将盖板102紧固。待密封胶104固化后，密封胶将壳体101与盖板102的接缝处密封。该密封方案，经过内压式气密性检查实验，在内外压差1个大气压的条件下，保持1小时，内外压力下降不超过5％。同时，设备在灌满相变材料以后，通过随机振动筛选试验，没有发生材料泄漏现象。

本发明的相变材料灌装壳体101采用铝合金加工而成。为了保证金属结构与相变材料充分接触，以便热量能够迅速、充分的传递给相变材料，在壳体内部设置了大量的肋片106，同时在肋片上开导流槽107，保证相变材料灌装时，材料能够充分流动，填满腔体。通过有限元计算方法，优化了肋片106及导流槽107的尺寸及布局。

Claims (7)

1.一种基于相变材料的抗热冲击散热装置，其特征在于：包括壳体(101)、上盖(102)、螺钉(103)、肋片(106)及发热设备(108)；其中所述上盖(102)通过螺钉(103)固定在壳体(101)上方，所述发热设备(108)设于壳体(101)内，发热设备(108)上方铺有大量肋片(106)。

2.如权利要求1所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热装置，其特征在于：所述壳体(101)边沿开有一圈密封槽(105)。

3.如权利要求1或2所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热装置，其特征在于：所述上盖(102)边沿设有一圈凸台，所述凸起卡所述密封槽(105)内。

4.如权利要求1所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热装置，其特征在于：所述密封槽(105)与上盖(102)边沿凸台之间打入密封胶(104)。

5.如权利要求4所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热装置，其特征在于：所述上盖(102)边沿凸尺寸略窄于密封槽(108)。

6.如权利要求1所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热装置，其特征在于：所述密封好的装置内腔内灌满相变材料，所述相变材料为单一成份的烷烃类化合物。

7.如权利要求1所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热装置，其特征在于：所述肋片(106)上开有导流槽(107)。