CN111261476A - 用于微波磁控管的散热装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于微波磁控管的散热装置，其包含有：一导热座；一第一散热鳍片组；以及至少一第一热管，其一端穿设于该导热座，该第一热管的另一端穿设于该第一散热鳍片组；其中，该导热座是供一微波磁控管设置之用，该微波磁控管的天线穿设于该导热座。

Description

用于微波磁控管的散热装置
技术领域
一种用于微波磁控管的散热装置，尤指一种能提供较佳散热效果给微波磁控管的散热装置。
背景技术
微波技术的大量应用，其开始于三十年代的两项重要发明，磁控管(Magnetron)与导波管(Waveguide，或称波导管)。于二次世界大战时，微波技术于雷达与通信的应用已臻于成熟。
二战后，微波与磁控管的应用，除纯军事的应用技术不断扩充外、输出功率、能量也不断的提高，应用功能更同时转换及扩增至民生应用与工业设备。家用微波炉是其中的转折启程点，中、大功率型微波加热设备、微波化学消化、化学聚合反应、微波电浆产生器、电浆源、微波高度光源也一并的被发明、设计与使用。
如上所述，于微波的应用中，磁控管的发明是重要的里程碑之一。磁控管的优点包含：结构简单、容易设计、体积小、功率密度高、功率大、稳定性高与易于设计电源供应器及控制输出，因此能成为微波产生器中最通用的零件。
然而磁控管也具有不少缺点，例如工作频宽窄、频率调变或调整不易，以及需要于微小的体积内散发极大的热量(散热)。
200W以上至3000W以下的小、中功率磁控管，至少需要以强制风冷方式散热，或也常用水冷式散热机构以保持较佳的散热与工作稳度度。而在大功率的磁控管或微波设备皆使用水冷式散热设计。
虽小、中功率磁控管能够以强制风冷方式散热，但仍然常出现作业温度偏高，或输出功率接近散热风量极限而可能引发散热不足的状况，因此工作条件较严格的设备，通常使用水冷式散热设计或机制。
以水冷式散热的磁控管，于使用上会因流水的散热管路或器件阻塞而造成散热不足，进而造成磁控管损坏或故障，或者因漏水而影响及生产制程，引发更为重大的产品损失或设备故障。
发明内容
有鉴于此，本发明主要目的在于，提出一种用于微波磁控管的散热装置，其利用热管而达到散热效果，故能提供相较于现有的气冷式散热结构与水冷式散热结构更加的散热效果。
为达上述目的，本发明所提出的一种用于微波磁控管的散热装置，其包含有：
一导热座；
一第一散热鳍片组；以及
至少一第一热管，其一端穿设于该导热座，该第一热管的另一端穿设于该第一散热鳍片组；
其中，该导热座是供一微波磁控管设置之用，该微波磁控管的天线穿设于该导热座。
于一实施例，一第一散热风扇，该第一散热风扇设于该第一散热鳍片组。该第一散热鳍片组更有二侧封片；该第一热管为一扁平状热管或多个热管。
于一实施例，至少一第二热管与一第二散热鳍片组，该第二热管的一端穿设该导热座，该第二热管的另一端穿设该第二散热鳍片组。
于一实施例，一第二散热风扇，该第二散热风扇设于该第二散热鳍片组。该第二散热鳍片组更有二侧封片；该第二热管为一扁平状热管或多个热管。
于一实施例，该导热座具有一第一块体与一第二块体，该第一块体具有一第一凹槽，该第二块体具有一第二凹槽，当该第一块体与该第二块体相互耦接时，以形成该导热座，该第一凹槽与该第二凹槽形成可供该天线穿设的一穿孔。
于一实施例，该第一热管的一端穿过该第一块体，该第一热管的另一端穿过该第一散热鳍片组，并穿设于该第二块体。
于一实施例，该第一热管的一端穿设于该第一散热鳍片组，该第一热管的另一端穿设于该第一块体；该第二热管的一端穿设于该第二散热鳍片组，该第二热管的另一端穿设于该第二块体。
综合上述，本发明的用于微波磁控管的散热装置，其相较于现有的水冷式散热结构与气冷式散热结构，本发明更能提供较佳的散热效果。
附图说明
图1是本发明的一种用于微波磁控管的散热装置的第一实施例的示意图。
图2是本发明的一种用于微波磁控管的散热装置的第一实施例的局部示意图。
图3是以8支热管于600W、800W、1000W、1300W的散热温度梯度示意图。
图4是8、10、12、14支热管的散热温度梯度示意图。
图5是本发明的一种用于微波磁控管的散热装置的第二实施例的示意图。
图6是本发明的一种用于微波磁控管的散热装置的第二实施例的剖面示意图。
图7是微波磁控管输出功率与监测点温度变化示意图。
附图标记的说明：10-导热座；100-穿孔；101-第一块体；102-第二块体；11-第一热管；12-第一散热鳍片组；120-侧封片；13-第一散热风扇；14-第二热管；15-第二散热鳍片组；150-侧封片；16-第二散热风扇；17-微波磁控管；170-输出天线；20-第一散热风扇；21-第一散热鳍片组；22-第一热管；23-侧封片；24-导热座；240-第一块体；241-第二块体；242-穿孔；25-微波磁控管；A～L-曲线。
具体实施方式
请配合参考图1与图2所示，本发明是一种用于微波磁控管的散热装置的第一实施例，其包含有一导热座10、一至少一第一热管11、一第一散热鳍片组12、一第一散热风扇13、一至少一第二热管14、一第二散热鳍片组15与一第二散热风扇16。
导热座10为一导热金属所制。举例而言，如铜。导热座10具有一穿孔100。穿孔100是供微波磁控管17的输出天线170穿设之用。若更进一步说明，导热座10具有一第一块体101与一第二块体102。第一块体101的一侧具有一第一凹槽。第二块体102的一侧具有一第二凹槽。当第一块体101与第二块体102相互耦接时，以形成前述的导热座10。第一凹槽与第二凹槽形成前述的穿孔100。
微波磁控管17具有第一磁铁、阴极、阳极、第二磁铁与鳍片组。输出天线170穿过第一磁铁、阴极、阳极与第二磁铁。鳍片组设于第一磁铁、阴极、阳极与第二磁铁的外侧。
若更进一步论述，微波磁控管17的构造为阴极与阳极所组成的二极体的核心结构、磁极与输出天线。微波磁控管17为具有二极体结构的真空管。微波磁控管17的基本组成包含有用于产生电子束的阴极、接收电子束的阳极(阴极与阳极组合成为二极体)、将电子束转换为微波的微波共振腔与将微波引导出共振腔的输出天线。
阴极的构造为直筒管状的高温电阻丝，其使用耐高温的材料，例如钨或钨与钍等稀土金的合金。使用稀土材料目的是为了能产生更多量的热电子以提高输出功率。
阳极使用低导电率及高热导率特性的高纯度无氧铜。
核心结构包含位于中心位置的加热灯丝(Filament)与阴极(Cathode)合体，以及围绕阴及周边的阳极(Anode)。阳极内侧为开孔或槽体，以作为为波频率谐振共振腔(Resonate Cavity)。阴极与阳极中间隔空作为电子的流通空间。
灯丝单独接入低压的灯丝加热电源，并兼为阴极，因此也接入微波产生器的电源负端。阳极接至电源正端(通常为电源的接地端)。微波磁控管17所使用的电源为高压电源。
核心结构两侧为磁性较强的磁铁，平行固装于阳极的上、下两侧，以使磁场或磁力线分布方向与阳极的上下侧沿管长管(阴极)的方向平行。
第一热管11为一扁平状热管或多个热管。第一热管11的一端穿设于第一散热鳍片组12。第一热管11的另一端穿设于导热座10的第一块体101。
第一散热风扇13设于第一散热鳍片组12。第一散热鳍片组12更有一侧封片120。侧封片120包覆于第一散热鳍片组12的外侧，并位于第一散热风扇13的下方。
第二热管14为一扁平状热管或多个热管。第二热管14的一端穿设导热座10的第二块体102。第二热管14的另一端穿设第二散热鳍片组15。
第二散热风扇16设于第二散热鳍片组15。第二散热鳍片组15具有一侧封片150。侧封片150包覆于第二散热鳍片组15的外侧，并位于第二散热风扇16的下方。
第一热管11与第二热管14具有下述的优点：热传导系数高、传输效果好。热传输量大，传送距离长。温度分布平均，可作均温或等温动作。被动元件，不耗电、耗能。无热传方向的限制，蒸发端以及凝结端可以互换，可改变热传输的方向。容易设计或加工。重量轻，且构造简单。耐用、寿命长、可靠，易存放保管。
如果由散热能量及产热位置探讨，微波磁控管产热的位置(热源)，都集中在圆环状的阳极、核心区域内，包括高温灯丝及高压电能至微波谐振转换过程中所产生的能量损失，全部都在以阳极主体的核心内。但是一般10KW以下功率的微波磁控管，其阳极的尺寸谨大约直径4.5厘米，高度5.0厘米，计算体积大约79.5毫升(ml)，表面积大约70.7平方厘米(cm2)而已。如以1285W散热需求计算散热能量，每平方厘米需要散热高达～18.2W/cm2。
请配合参考图3所示，于本实施例中，第一热管11与第二热管14的数量分别为8支热管，并以散热功率600W、800W、1000W与1300W进行测试。
600W 800W 1000W 1300W
热源核心 90.23℃ 105.28℃ 120.32℃ 142.83℃
热源边缘 87.77℃ 102.00℃ 116.21℃ 137.48℃
散热鳍片 87.07℃ 101.07℃ 115.05℃ 135.98℃
散热鳍片出口 56.44℃ 60.25℃ 64.04℃ 69.73℃
表格1
如图3所示，曲线A表示上述的表格1的散热功率600W散热梯度曲线。曲线B表示上述的表格1的散热功率800W散热梯度曲线。曲线C表示上述的表格1的散热功率1000W散热梯度曲线。曲线D表示上述的表格1的散热功率1300W散热梯度曲线。故由上述的表格1与图3所示，可以观察于8支热管条件下，散热功率600W(瓦)上升至1300W时，热源核心的温度大约上升53℃。散热鳍片出口端的温度将上升大约14℃。
请配合参考图4所示，于本实施例中，热管(第一热管11与第二热管14)的数量分别为8、10、12、14支热管，并以散热功率1300W进行测试。
8支 10支 12支 14支
热源核心 142.83℃ 135.86℃ 128.30℃ 124.74℃
热源边缘 137.48℃ 131.78℃ 121.60℃ 118.21℃
散热鳍片 135.98℃ 130.12℃ 1121.35℃ 118.12℃
散热鳍片出口 69.73℃ 69.17℃ 69.78℃ 71.49℃
表格2
如上表与图4所述，曲线E表示上述的表格2的8支热管的散热梯度曲线。曲线F表示上述的表格2的10支热管的散热梯度曲线。曲线G表示上述的表格2的12支热管的散热梯度曲线。曲线H表示上述的表格2的14支热管的散热梯度曲线。故由上述的表格2与图4所示，可观察在1300W的散热功率下，8支热管与14支热管之间，热源核心的温度大约相差18℃。散热鳍片出口端的温度将大约相差1.8℃。
请配合参考图5与图6所示，本发明是一种用于微波磁控管的散热装置的第一实施例，其包含有一导热座24、一至少一第一热管22、一第一散热鳍片组21、一第一散热风扇20。
导热座24具有一穿孔242。穿孔242是供微波磁控管25的输出天线穿设之用。若更进一步说明，导热座24具有一第一块体240与一第二块体241。第一块体240的一侧具有一第一凹槽。第二块体241的一侧具有一第二凹槽。当第一块体240与第二块体241相互耦接时，以形成前述的导热座20。第一凹槽与第二凹槽形成前述的穿孔242。
第一热管22为一扁平状热管或多个热管。第一热管22的一端穿设于导热座24的第一块体240。第一热管11的另一端穿过第一散热鳍片组21，并穿设于导热座24的第二块体241。
第一散热风扇20设于第一散热鳍片组21。一侧封片23包覆导热座24与微波磁控管25的外侧，并于第一散热鳍片组21的下方。
请配合参考图7所示，当本发明应用于功率3000W输出时，曲线L表示核心温度维持于138℃左右，曲线K表示导热座的温度维持于114℃，曲线J表示热管末端保持于78℃左右，曲线I表示散热鳍片(上述的第一散热鳍片组或第二散热鳍片组)的温度保持于46℃。并且在一小时的实验中都保持稳定，其证明于3000W功率，本发明是可行的。然本发明亦可应用更大输出功率的磁控管使用。
综合上述，本发明的用于微波磁控管的散热装置相较于现有的气冷式散热机构与水冷式散热机构，本发明更能提供较佳的散热效果。

Claims (10)

1.一种用于微波磁控管的散热装置，其包含有：
一导热座；
一第一散热鳍片组；以及
至少一第一热管，其一端穿设于该导热座，该第一热管的另一端穿设于该第一散热鳍片组；
其中，该导热座是供一微波磁控管设置之用，该微波磁控管的天线穿设于该导热座。
2.如权利要求1所述的用于微波磁控管的散热装置，其更具有一第一散热风扇，该第一散热风扇设于该第一散热鳍片组。
3.如权利要求1所述的用于微波磁控管的散热装置，其中该第一散热鳍片组更有一侧封片；该第一热管为一扁平状热管或多个热管。
4.如权利要求1所述的用于微波磁控管的散热装置，其更具有至少一第二热管与一第二散热鳍片组，该第二热管的一端穿设该导热座，该第二热管的另一端穿设该第二散热鳍片组。
5.如权利要求4所述的用于微波磁控管的散热装置，其更具有一第二散热风扇，该第二散热风扇设于该第二散热鳍片组。
6.如权利要求5所述的用于微波磁控管的散热装置，其中该第二散热鳍片组更有一侧封片；该第二热管为一扁平状热管或多个热管。
7.如权利要求1或4所述的用于微波磁控管的散热装置，其中该导热座具有一第一块体与一第二块体，该第一块体具有一第一凹槽，该第二块体具有一第二凹槽，当该第一块体与该第二块体相互耦接时，以形成该导热座，该第一凹槽与该第二凹槽形成可供该天线穿设的一穿孔。
8.如权利要求7所述的用于微波磁用于微波磁控管的散热装置，其中该第一热管的一端穿过该第一块体，该第一热管的另一端穿过该第一散热鳍片组，并穿设于该第二块体。
9.如权利要求8所述的用于微波磁用于微波磁控管的散热装置，其中该第一热管的一端穿设于该第一散热鳍片组，该第一热管的另一端穿设于该第一块体；该第二热管的一端穿设于该第二散热鳍片组，该第二热管的另一端穿设于该第二块体。
10.如权利要求1所述的用于微波磁用于微波磁控管的散热装置，其更具有一侧封片，该侧封片包覆该导热座与该微波磁控管的外侧，并于该第一散热鳍片组的下方。
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