CN112423539A - 一种均温热管散热器以及一种igbt变流器散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种均温热管散热器以及一种IGBT变流器散热装置。所述均温热管散热器包括：散热器基板，由金属材料制成，所述散热器基板内设置有至少一根均温热管，所述至少一根均温热管沿风向布置。

Description

一种均温热管散热器以及一种IGBT变流器散热装置

技术领域

本发明涉及交通领域的功率器件散热装置，尤其涉及一种均温热管散热器以及一种IGBT变流器散热装置。

背景技术

在轨道交通行业中，比如，地铁内主要采用热管散热器为变流器模块进行散热。热管散热器一般包括一块基板，在基板的其中一面安装IGBT功率器件，在与安装IGBT功率器件相对的另一面上设置散热器件，主要包括热管等。热管与基板接触的一端为蒸发端，用于吸收基板上安装的IGBT功率器件的热量，热管的蒸发端的液态工质吸收热量后变成气态工质转移至冷凝端。热管的冷凝端暴露在外环境中，地铁运行带起的走行风对热管的冷凝端进行冷却，从而达到为IGBT功率器件散热的目的。

在实际运行中，为了提高散热效率，热管布置较为密集，加之外罩的影响，使散热器件内流阻较大，因此在散热器件的前端(上风向)的风速较大，而由于流阻影响，风量迅速从散热器件侧面溢出，使散热器后端的风速急剧降低，因此后端的散热器件的散热效果相对较差。同时随着前端散热的影响，流经后端的走行风的风温也有较大提升，导致风向后端的基板的台面温度明显高于基板的前端温度。基板的台面前后温度存在较大差异会导致不同位置IGBT功率器件的均温性以及均流性变差。

众所周知，工作温度会影响IGBT功率器件的工作寿命，长期工作在较高温度的IGBT可能会首先损坏，因此均温性差的运行条件会导致变流器模块的寿命出现短板效应。同时，温度也会影响IGBT的输出特性，并联的IGBT之间需要保证高度的均流性，因此散热器的均温性是保证IGBT输出特性稳定的重要条件之一。

因此，如何提供一均温性和均流性好的热管散热器是本领域亟待解决的问题。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了克服上述缺陷，本发明旨在提供一种均温性和均流性好的均温热管散热器。

根据本发明的一方面，提供了一种均温热管散热器，包括：散热器基板，由金属材料制成，所述散热器基板内设置有至少一根均温热管，所述至少一根均温热管沿风向布置。

更进一步地，所述至少一根均温热管为烧结式热管。

更进一步地，所述至少一根均温热管为I型热管、U型热管或平板热管或其任意组合。

更进一步地，所述散热器基板的第一表面用于安装散热对象，所述至少一根均温热管设置在所述散热器基板内靠近所述第一表面的位置处。

更进一步地，所述至少一根均温热管与所述散热器基板的第一表面相切。

更进一步地，所述至少一根均温热管通过焊接或过盈配合安装在所述散热器基板内。

更进一步地，所述散热器基板的第一表面用于安装散热对象，所述散热器基板的第二表面与所述第一表面相对，所述均温热管散热器还包括：

多组散热热管，所述多组散热热管的蒸发端穿过所述第二表面嵌入所述散热器基板内，所述多组散热热管的冷凝端与所述第二表面呈一夹角裸露于环境中。

更进一步地，所述多组散热热管为烧结式热管或沟槽式热管。

更进一步地，所述多组散热热管为I型热管或L型热管或其组合。

更进一步地，所述多组散热热管的冷凝端与所述第二表面形成的夹角小于90度。

更进一步地，所述多组散热热管的冷凝端与所述第二表面形成的夹角大于等于80度。

更进一步地，所述均温热管散热器还包括：

多组散热片，套接于所述多组散热热管上。

更进一步地，所述均温热管散热器还包括：

散热器外罩，安装于所述散热器基板的第二表面上，所述多组散热热管和所述多组散热片设置于所述散热器外罩内。

更进一步地，所述均温热管散热器还包括：

至少一个拉手，设置于所述第二表面上且设置于所述散热器外罩外。

根据本发明的另一个方面，提供一种IGBT变流器散热装置，包括IGBT变流器以及如上述任一项中所述的均温热管散热器，所述IGBT变流器包括至少一个IGBT，所述至少一个IGBT设置于所述均温热管散热器的散热基板上。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。

图1是根据本发明的一个方面绘示的一实施例的散热器基板；

图2是根据本发明的一个方面绘示的一实施例的均温热管散热器主视图；

图3是根据本发明的一个方面绘示的一实施例的均温热管散热器俯视图；

图4是根据本发明的一个方面绘示的另一实施例的包括外罩的均温热管散热器主视图；

图5是根据本发明的一个方面绘示的另一实施例的包括外罩的均温热管散热器侧视图；

图6是根据本发明的一个方面绘示的另一实施例的包括外罩的均温热管散热器俯视图；

图7是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例的均温热管散热器安装示意图。

具体实施方式

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。

注意，在使用到的情况下，标志第一、第二、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

根据本发明的一个方面，提供一种均温热管散热器。均温热管散热器是将散热对象如电子元件的耗散热量快速散发至空气中的设备。

在一实施例中，如图1所示，均温热管散热器100包括散热器基板110，散热器基板110为具有一定厚度的金属板，主要用于承载重量和作为安装平台，该散热器基板110的一个或多个侧面可用于安装散热对象。

基于均温热管散热器的导热性要求，散热器基板110可采用导热性好的金属材料制成。

在散热器基板110内布置至少一根均温热管120，该均温热管120沿风向布置。

均温热管120的布置方向是指每一均温热管120的蒸发端指向冷凝端的方向，由于热管的蒸发端和冷凝端是随其两端的温差而定的，因此该方向可以是蒸发端指向冷凝端也可以是冷凝端指向蒸发端。

此处的风向是指轨道交通设备在运行时产生的与交通设备的运行方向相反的走行风的风向，即可以理解成，该均温热管120在散热器基板110内的设置方向为该均温热管散热器100安装后随着轨道交通运行的方向。

当均温热管120沿着风向布置时，在安装了该均温热管散热器100的轨道交通设备运行时，该散热器基板110的迎风端即第一端首先与走行风接触，走行风与第一端接触后沿着均温热管的布置方向向散热器基板110的第二端移动。可以理解，温度较低的走行风沿着散热器基板110表面从第一端移动至第二端的过程中，不断与散热器基板110进行换热，因此走行风在第一端移动至第二端的过程中不断吸收散热器基板110的热量，温度也随之升高。

对应的，走行风在移动的过程中不断升温，导致其从散热器基板110的第一端移动至第二端的过程中，对散热器基板110的不同位置的吸热效果也会逐渐下降，因而散热器基板110的温度会沿着走行风的移动方向逐渐变高。由于散热器基板110内的温度差，散热器基板110内沿风向设置的均温热管120在其靠近第一端的部位形成冷凝端，在其靠近第二端的部分形成蒸发端。均温热管120的蒸发端内的液态工质吸收散热器基板110的第二端的热量后变成气态工质移动至冷凝端，均温热管120的冷凝端内的气态工质在散热器基板110的第一端散热后变成液态工质再回流至蒸发端。

可以理解，由于走行风的移动方向导致散热器基板110的第一端至第二端的散热能力逐渐降低，因此均温热管120将散热器基板110的第二端的部分热量转移至第一端进行散热恰好能够解决散热器基板110的均温性问题。

较优地，该散热器基板110内设置的均温热管120的数量可基于散热器基板110的前后温差及散热器基板110上用于安装散热对象的面积来对应的设置。

进一步地，该至少一根均温热管120为烧结式热管。

更进一步地，工质的移动方向平直的热管能够更好的解决散热器基板110内的均温性问题，虽然图1以I型热管为示例，但本领域的技术人员可以理解，均温热管120可以是I型热管、U型热管或平板热管。当散热器基板110内设置的均温热管120的数量为多根时，该多根均温热管还可以I型热管、U型热管和平板热管的任意数量的组合。

较优地，假设散热器基板110用于安装散热对象的一面为第一表面，与该第一面相对的用于安装散热装置的一面为第二表面，则该至少一根均温热管120设置在散热器基板110内靠近第一表面的位置处以减小导热距离，进而更优地为散热对象散热。

更优地，为进一步地提高均温热管120为散热器基板110以及安装于散热器基板110的第一表面上的散热对象散热的散热效率，可将该至少一根均温热管120安装在紧接于该第一表面的位置处。

“紧接”是指均温热管120尽可能近地接近第一表面以便于吸收散热对象产生的热量。“紧接”的效果可以是使得均温热管120在第一表面上裸露部分面积但同时保证第一表面的平整。比如，当均温热管120的截面为圆形时，该均温热管120可设置成与第一表面相切，则均温热管120与第一表面的切线处裸露，可直接与散热对象接触，则切线处的导热距离为0，因此吸热效果自然更优。

更进一步地，该至少一根均温热管120可通过焊接或过盈配合的方式安装在该散热器基板110内。

更进一步地，均温热管散热器100还包括多组散热热管130，图2示出了一具体实施例中的均温热管散热器100的侧视图。可以理解，“均温热管”和“散热热管”是基于热管在本发明中的作用来对热管进行的功能上的名称区分，该二者实际上可采用市场上可购得的多种热管甚至采用相同的热管。

多组散热热管130用于为散热器基板110上安装的散热对象散热。该多组散热热管130的蒸发端通过焊接或过盈配合的方式穿过散热器基板110的第二表面嵌入该散热器基板130内，多组散热热管130的冷凝端裸露于环境中。

更进一步地，多组散热热管130可以是为烧结式热管。较优地，多组散热热管130可以是I型热管或L型热管或其组合。

为进一步地提高均温热管散热器100的散热效果，该均温热管散热器100还可包括多组散热片，图3示出了图2所示的均温热管散热器100的俯视图，该多组散热片140套接于该多组散热热管130上。具体地，该多组散热片140可通过焊接固定于该多组散热热管130上以增加散热面积。

更进一步地，为保护均温热管散热器100的散热装置，均温热管散热器100还可包括散热器外罩150，如图4所示，散热器外罩150安装于所述散热器基板的第二表面上，多组散热热管130(未标出)和多组散热片140(未标出)设置于所述散热器外罩150内。

更进一步地，为便于搬运和移动均温热管散热器100，还可在散热器基板110的第二表面上设置至少一个拉手160，该至少一个拉手160具体设置于散热器基板110的第二表面上的不属于散热器外罩150的笼罩区域的位置。

较优地，该至少一个拉手160可以是两个。

图5和图6分别示出了包括了散热器外罩和拉手的均温热管散热器100的侧视图和俯视图。

进一步地，如图5所示，散热器基板110的第一表面设有密封槽170，该密封槽170围绕散热对象的布置区域设置，密封槽170内放置有密封圈来保证散热对象与外环境的密封隔离。

在另一实施例中，提供一种均温热管散热器200。均温热管散热器200包括如图1所示的散热器基板110，散热器基板110为具有一定厚度的金属板，主要用于承载重量和作为安装平台，该散热器基板110的一个或多个侧面可用于安装散热对象。

基于均温热管散热器的导热性要求，散热器基板110可采用导热性好的金属材料制成。

在散热器基板110内布置至少一根均温热管120，该均温热管120沿风向布置。

均温热管120的布置方向是指每一均温热管120的蒸发端指向冷凝端的方向，由于热管的蒸发端和冷凝端是随其两端的温差而定的，因此该方向可以是蒸发端指向冷凝端也可以是冷凝端指向蒸发端。

此处的风向是指轨道交通设备在运行时产生的与交通设备的运行方向相反的走行风的风向，即可以理解成，该均温热管120在散热器基板110内的设置方向为该均温热管散热器200安装后随着轨道交通运行的方向。

当均温热管120沿着风向布置时，在安装了该均温热管散热器200的轨道交通设备运行时，该散热器基板110的迎风端即第一端首先与走行风接触，走行风与第一端接触后沿着均温热管的布置方向向散热器基板110的第二端移动。可以理解，温度较低的走行风沿着散热器基板110表面从第一端移动至第二端的过程中，不断与散热器基板110进行换热，因此走行风在第一端移动至第二端的过程中不断吸收散热器基板110的热量，温度也随之升高。

对应的，走行风在移动的过程中不断升温，导致其从散热器基板110的第一端移动至第二端的过程中，对散热器基板110的不同位置的吸热效果也会逐渐下降，因而散热器基板110的温度会沿着走行风的移动方向逐渐变高。由于散热器基板110内的温度差，散热器基板110内沿风向设置的均温热管120在其靠近第一端的部位形成冷凝端，在其靠近第二端的部分形成蒸发端。均温热管120的蒸发端内的液态工质吸收散热器基板110的第二端的热量后变成气态工质移动至冷凝端，均温热管120的冷凝端内的气态工质在散热器基板110的第一端散热后变成液态工质再回流至蒸发端。

可以理解，由于走行风的移动方向导致散热器基板110的第一端至第二端的散热能力逐渐降低，因此均温热管120将散热器基板110的第二端的部分热量转移至第一端进行散热恰好能够解决散热器基板110的均温性问题。

较优地，该散热器基板110内设置的均温热管120的数量可基于散热器基板110的前后温差及散热器基板110上用于安装散热对象的面积来对应的设置。

进一步地，该至少一根均温热管120为烧结式热管。

更进一步地，工质的移动方向平直的热管能够更好的解决散热器基板110内的均温性问题，虽然图1以I型热管为示例，但本领域的技术人员可以理解，均温热管120可以是I型热管、U型热管或平板热管。当散热器基板110内设置的均温热管120的数量为多根时，该多根均温热管还可以I型热管、U型热管和平板热管的任意数量的组合。

较优地，假设散热器基板110用于安装散热对象的一面为第一表面，与该第一面相对的用于安装散热装置的一面为第二表面，则该至少一根均温热管120设置在散热器基板110内靠近第一表面的位置处以减小导热距离，进而更优地为散热对象散热。

更优地，为进一步地提高均温热管120为散热器基板110以及安装于散热器基板110的第一表面上的散热对象散热的散热效率，可将该至少一根均温热管120安装在紧接于该第一表面的位置处。

“紧接”是指均温热管120尽可能近地接近第一表面以便于吸收散热对象产生的热量。“紧接”的效果可以是使得均温热管120在第一表面上裸露部分面积但同时保证第一表面的平整。比如，当均温热管120的截面为圆形时，该均温热管120可设置成与第一表面相切，则均温热管120与第一表面的切线处裸露，可直接与散热对象接触，则切线处的导热距离为0，因此吸热效果自然更优。

更进一步地，该至少一根均温热管120可通过焊接或过盈配合的方式安装在该散热器基板110内。

进一步地，散热器基板210的第一表面设有密封槽，该密封槽围绕散热对象的布置区域设置，密封槽内放置有密封圈来保证散热对象与外环境的密封隔离。

更进一步地，如图7所示，均温热管散热器200还包括多组散热热管230。可以理解，“均温热管”和“散热热管”是基于热管在本发明中的作用来对热管进行的功能上的名称区分，该二者实际上可采用市场上可购得的多种热管甚至采用相同的热管。

多组散热热管230用于为散热器基板110上安装的散热对象散热。该多组散热热管230的蒸发端通过焊接或过盈配合的方式穿过散热器基板110的第二表面嵌入该散热器基板230内，多组散热热管230的冷凝端裸露于环境中。可以理解，多组散热热管230的蒸发端内的液态工质吸收散热器基板110内的热量后转化为气态工质，随后转移至冷凝端散热，散热后转化为液态工质回流至蒸发端，从而完成散热的目的。

更进一步地，多组散热热管230可以是沟槽式热管。较优地，多组散热热管230可以是I型热管或L型热管或其组合。

如图7所示，伸出散热器基板110的第二表面的散热热管230与第一表面构成一夹角A。

较优地，当散热热管230为沟槽式热管时，为便于散热热管230内的液态工质在重力作用下从冷凝端流回蒸发端，该夹角A可小于90度。

图7为均温热管散热器200安装完成后的示意图，该均温热管散热器200的散热器基板110固定于变流器柜或是墙面上，则散热器基板110可被视为垂直于地面，散热热管230与第二表面的夹角A小于90度的限定导致散热热管230的冷凝端的高度高于蒸发端的高度，从而使得冷凝端的液态工质能够尽快回流至蒸发端。

进一步地，为提高散热热管230和大量的走行风接触，该多组散热热管230的冷凝端与所述第二表面形成的夹角A可大于等于80度。可以理解，散热热管230接触的走行风的风量越大，散热效果越好，因此图7中的散热热管230的水平长度越长散热效果越优。

为进一步地提高均温热管散热器的散热效果，该均温热管散热器还可包括多组散热片240，套接于该多组散热热管230上。该多组散热片240套接于该多组散热热管230上。具体地，该多组散热片240可通过焊接固定于该多组散热热管230上以增加散热面积。

更进一步地，为保护均温热管散热器200的散热装置，均温热管散热器200还可包括散热器外罩(未示出)，散热器外罩安装于散热器基板110的第二表面上，多组散热热管230和多组散热片240设置于所述散热器外罩内。

更进一步地，为便于搬运和移动均温热管散热器200，还可在散热器基板110的第二表面上设置至少一个拉手(未示出)，该至少一个拉手具体设置于散热器基板110的第二表面上的不属于散热器外罩的笼罩区域的位置。

较优地，该至少一个拉手可以是两个。

根据本发明的另一个方面，还提供一种IGBT变流器散热装置，包括IGBT变流器以及如上述任一实施例中阐述的均温热管散热器，所述IGBT变流器包括至少一个IGBT，所述至少一个IGBT为均温热管散热器的散热对象，设置于所述均温热管散热器的散热基板上用于安装散热对象的位置处。

可以理解，散热器基板的厚度较厚时，用于连接散热器基板的第一表面和第二表面的四个侧面也可用于安装IGBT，此时，可对散热器基板内设置的均温热管的位置及数量进行调整以适应多个面上的散热需求。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种均温热管散热器，其特征在于，包括：

散热器基板，由金属材料制成，所述散热器基板内设置有至少一根均温热管，所述至少一根均温热管沿风向布置。

2.如权利要求1所述的均温热管散热器，其特征在于，所述至少一根均温热管为烧结式热管。

3.如权利要求2所述的均温热管散热器，其特征在于，所述至少一根均温热管为I型热管、U型热管或平板热管或其任意组合。

4.如权利要求1所述的均温热管散热器，其特征在于，所述散热器基板的第一表面用于安装散热对象，所述至少一根均温热管设置在所述散热器基板内靠近所述第一表面的位置处。

5.如权利要求4所述的均温热管散热器，其特征在于，所述至少一根均温热管与所述散热器基板的第一表面相切。

6.如权利要求1所述的均温热管散热器，其特征在于，所述至少一根均温热管通过焊接或过盈配合安装在所述散热器基板内。

7.如权利要求1所述的均温热管散热器，其特征在于，所述散热器基板的第一表面用于安装散热对象，所述散热器基板的第二表面与所述第一表面相对，所述均温热管散热器还包括：

多组散热热管，所述多组散热热管的蒸发端穿过所述第二表面嵌入所述散热器基板内，所述多组散热热管的冷凝端与所述第二表面呈一夹角裸露于环境中。

8.如权利要求7所述的均温热管散热器，其特征在于，所述多组散热热管为烧结式热管或沟槽式热管。

9.如权利要求8所述的均温热管散热器，其特征在于，所述多组散热热管为I型热管或L型热管或其组合。

10.如权利要求7所述的均温热管散热器，其特征在于，所述多组散热热管的冷凝端与所述第二表面形成的夹角小于90度。

11.如权利要求10所述的均温热管散热器，其特征在于，所述多组散热热管的冷凝端与所述第二表面形成的夹角大于等于80度。

12.如权利要求7所述的均温热管散热器，其特征在于，还包括：

多组散热片，套接于所述多组散热热管上。

13.如权利要求12所述的均温热管散热器，其特征在于，还包括：

散热器外罩，安装于所述散热器基板的第二表面上，所述多组散热热管和所述多组散热片设置于所述散热器外罩内。

14.如权利要求13所述的均温热管散热器，其特征在于，还包括：

至少一个拉手，设置于所述第二表面上且设置于所述散热器外罩外。

15.一种IGBT变流器散热装置，其特征在于，包括IGBT变流器以及如权利要求1～14中任一项所述的均温热管散热器，所述IGBT变流器包括至少一个IGBT，所述至少一个IGBT设置于所述均温热管散热器的散热基板上。

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