CN113339892A - 一种散热模组、电器散热组件及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种散热模组、电器散热组件及空调器，散热模组由固定板、多相传热组件和封装层组成；第一多相传热件经弯折后形成蒸发段和冷凝段，以穿插方式与固定板固定，使得蒸发段和冷凝段分别贴合于其两个侧面；第二多相传热件固定于固定板的第二侧面，并与蒸发段相对布设；应用于散热时，蒸发侧与功率元件相接，功率元件散发的热量使蒸发段温度升高，初期冷凝段的温度较低，多相传热件组件热阻大，传热效率低，可将温度控制在露点温度以上，避免出现凝结水；随着温度增高，多相传热件组件热阻减小，多相传热件组件与固定板同时传热，有效保证功率元件的热量迅速散失，保证功率元件温度始终满足设计要求，并提高了冷媒散热方式的可靠性。

Description

一种散热模组、电器散热组件及空调器

技术领域

本发明涉及电气散热技术领域，尤其涉及一种散热模组、电器散热组件及空调器。

背景技术

温升作为衡量元器件寿命的重要特征，在电子产品设计中占据重要地位。现有技术中的电器盒散热，多采用强制风冷与冷媒散热两种方式。

其中，风冷散热结构简单，成本低，性能稳定可靠，但随着元器件集成化不断发展，功耗大幅上升，风冷散热已经满足不了电气盒的温升寿命要求；同时，高效可靠的风道设计也会受到空间上的限制。冷媒散热方案的原理是将流经冷媒液的散热模组与电器盒散热板连接，通过冷媒带走元器件大量热量；冷媒液处在整机系统循环中，其温度与整机控制模式相关；在夏季高温制冷工况下，冷媒温度高达50℃以上，元器件功耗较大时易烧毁；在冬季制热工况下，冷媒温度低至-10℃以下，此时元器件温度常处在露点以下，产生凝结水，出现安全隐患。

针对冷媒散热方案，行业内多采用附加控制模式的方案来解决功率器件凝露问题，包括系统控制或温度反馈控制；系统控制为通过温度传感器识别信号，并通过系统控制实现冷媒流速、温度的合理变化；温度反馈控制则是通过增加辅助系统对元器件进行辅助加热。两种方案均需要增加辅助的功率器件及结构方案，可靠性能大幅度下降，一旦出现问题，极大概率出现停机、控制器炸毁等现象。

发明内容

为解决现有冷媒散热方案中在元器件功耗较大时易烧毁，在元器件温度处在露点以下会产生凝结水的问题，本发明提出一种散热模组、电器散热组件及空调器，结合冷媒散热和相变结构来控制热阻的方式，保证元器件温度始终满足设计要求，无需增加控制器件，提高了冷媒散热方式的可靠性。

本发明采用如下技术方案：

提出一种散热模组，包括：固定板，包括第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，采用传热材质制成；第一多相传热件，经弯折后形成蒸发段和冷凝段；所述第一多相传热件以穿插方式与所述固定板固定，其中，所述蒸发段贴合于其第一侧面，所述冷凝段贴合于其第二侧面；第二多相传热件，固定于所述固定板的第二侧面，并与所述第一多相传热件的蒸发段相对布设；第一封装层，用于封装所述第一多相传热件的蒸发段；第二封装层，用于封装所述第一多相传热件的冷凝段与所述第二多相传热件；其中，所述第一多相传热件和所述第二多相传热件的内部均填充工质，所述工质的热阻变化与温度变化呈反向关系。

提出一种电器散热组件，包括：电器板，其上包括功率元件；支撑盒，固定所述电器板，并开设有散热窗；还包括如上所述的散热模组；其中，所述散热模组与所述支撑盒固定并使得冷凝侧突出于所述散热窗，蒸发侧与所述电器板上的功率元件相邻或相接；其中，所述冷凝侧为所述第一多相传热件的冷凝段所在侧，所述蒸发侧为所述第一多相传热件的蒸发段所在侧。

提出一种空调器，包括如上所述的电器散热组件。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明提出的散热模组、电器散热组件及空调器，散热模组由固定板、第一多相传热件、第二多相传热件和封装层组成，第一多相传热件经弯折后形成蒸发段和冷凝段，以穿插方式与固定板固定，使得蒸发段与其第一侧面贴合，冷凝段与其第二侧面贴合，第二多相传热件则固定于固定板的第二侧面并与第一多相传热件的蒸发段相对；第一多相传热件和第二多相传热件内均填充工质，该工质的热阻变化与其温度变化呈反向关系，该散热模组应用于散热时，蒸发段一侧与功率元件相接，功率元件工作后，其散热热量使得散热模组的蒸发段温度逐渐升高，而冷凝段的温度较低，导致工质局部或大量凝固，第一多相传热件和第二多相传热件的热阻较大，传热效率很低，即使功率元件功耗很小，其温度仍可以控制在露点温度以上，避免出现凝结水；随着功率元件温度增高，第一多相传热件和第二多相传热件在短时间内的热阻仍旧较高，这种情况下可借助固定板的传热特性，通过固定板散热，避免功率元件出现高温现象；当功率元件温度继续增高，第一多相传热件和第二多相传热件的温度随着升高，热阻逐渐减小，工质逐渐全部参与到散热中，这种情况下，第一多相传热件、固定板和第二多相传热件同时传热，即使功率元件温度很高，也能够有效保证功率元件的热量迅速散失，保证功率元件温度始终满足设计要求，且基于本发明提出的冷媒散热和相变结构来控制热阻的方式，无需增加控制器件，提高了冷媒散热方式的可靠性。

进一步的，针对相变结构多为空腔结构导致载荷力程度度低的问题，本发明采用将第一多相传热件弯折后穿插在固定板上，以及第二多相传热件平铺固定于固定板的机构，有效提高相变结构的载荷力，降低外力破坏作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的散热组件的组件结构示意图；

图2为本发明中多相传热组件的温升及热阻随工质温度变化的曲线图；

图3为本发明提出的第一多相传热件的结构示意图；

图4为本发明提出的电器散热组件的组件结构示意图；

图5为本发明提出的电器散热组件应用于电气箱的应用结构图；

图6为本发明提出的散热组件的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明提出一种散热模组，旨在提出一种散热模组，其应用于电器散热模组和空调器中时，能够省去现有冷媒散热方案中需要的控制器件，并实现控制方式简洁、可靠性更高的传热效果。

具体的，本发明提出散热模组，如图1所示，包括固定板1、多相传热组件2和封装层3。

其中，固定板1包括第一侧面A和与第一侧面A相对的第二侧面B，采用传热材质制成。

多相传热组件2包括第一多相传热件21和第二多相传热件22；其中，第一多相传热件21如图1所示进行两次相对反向的90度弯折，经弯折后形成蒸发段a和冷凝段b；该第一多相传热件21以穿插方式与固定板1固定，并使得蒸发段a贴合于固定板1的第一侧面A，冷凝段b贴合于固定板1的第二侧面B；第二多相传热件22平铺式的固定于固定板1的第二侧面B，并与第一多相传热件21的蒸发段a相对布设。

封装层3包括第一封装层31和第二封装层32；其中，第一封装层31用于封装第一多相传热件21的蒸发段a；第二封装层32用于封装第一多相传热件21的冷凝段b与第二多相传热件22，封装后的散热模组如图6所示。

在本发明实施例中，第一多相传热件21和第二多相传热件22的内部均填充工质（冷媒），该工质的热阻变化与温度变化呈反向关系，也即，在温度较低时相变速率慢，热阻大，在温度较高时相变速率快，热阻小；具有传热极限，以及在极低温度下可呈现固态。

在本发明申请中，传热路径由第一多相传热件21、固定板1和第二多相传热件22构成，其中第一多相传热件21和第二多相传热件22为相变结构，热阻采用R1和R2来表示，且R1和R2随温度是变化的；固定板1采用传热材料制成，例如铝，其热阻采用R3表示，且R3热阻固定不变化。

在本发明申中，第一多相传热件21与固定板1连接，第二多相传热组件与固定板1连接，故热阻R1与热阻R3为并联关系，并联后的热阻与热阻R2为串联关系，由此得出散热模组的总热阻可以表示为R=R1R3/(R1+R3)+R2。

当工质温度变化时，第一多相传热件21的热阻及第二多相传热件22的热阻会出现规律性变化，经仿真设计可对其内在规律加以分析，可以有效控制散热模组的传热能力，起到智能调节需要散热的元件的温度。第一多相传热件21和第二多相传热件22的热阻-工质温度曲线可根据其内部真空度及工质进行调整，如图2所示，为多相传热组件的温升及热阻随工质温度变化的曲线图，原理如下：

首先，多相传热组件需要在一定初始真空度P0下充注适量工质，此时工质初始蒸气饱和温度为T0。运行过程中，受热位置工质蒸发称为蒸发侧，低温位置工质冷凝甚至固化称为冷凝侧，如图1所示的蒸发段a和冷凝段b。

多相传热组件的传热工作中，当蒸发侧温度逐渐升高，冷凝侧温度较低，工质局部凝固或大量凝结，内部循环受阻，循环工质量较少，传热效率很低，R1 、R3较高，即使蒸发侧需要散热元件的功耗很小，其温度仍可以控制在露点温度以上；若蒸发侧需要散热元件的功耗持续增加，R1 、R3短时间内仍然较高，此时可以借助固定板的传热特性实施散热，避免需要散热元件出现高温现象。当工质受散热元件的影响温度逐渐升高，冷凝侧凝结的工质逐渐参与到循环散热中，第一多相传热件21和第二多相传热件22的热阻减小，传热效率逐渐增加直至到传热极限，此时第一多相传热件21、固定板1和第二多相传热件22同时传热，这种情况下，即使工质温度很高，也能够有效保证需要散热元件的热量迅速散失。

多相传热组件的结构多为空腔结构，无法承受载荷力，在本发明申请中，将弯折后的第一多相传热件21穿插在固定板1上，如图1所示，蒸发段a与固定板1的第一侧面A的上半部分贴合，冷凝段b与固定板1的第二侧面B的下半部分贴合，实现固定板1支撑第一多相传热件21的作用；以及，将第二多相传热件22平铺在固定板1的第二侧面B的上半部分，与第一多相传热件21的蒸发段a相对，实现固定板1支撑第二多相传热件22的作用，从而有效降低外力对多相传热组件的破坏作用，同时，第一多相传热件21的蒸发段a与需要散热的元件连接，冷凝段b置于外部散热环境中或与其他散热结构连接，从而提高热传递效率。

在本发明一些实施例中，如图3所示，固定板1的第一侧面A开设有蒸发段容置槽11，用于容置第一多相传热件21的蒸发段a，同时通过蒸发段容置槽11对蒸发段a实施限定及固定，提高结构组装的可靠性。

多相传热组件的蒸发侧，也即第一多相传热件21的蒸发段一侧，由于温度高于露点温度，不存在冷凝现象，而冷凝侧，也即第一多相传热件21的冷凝段一侧，由于温度较低极易产生冷凝液，在本发明一些实施例中，如图3所示，在固定板1的第一侧面A和第二侧面B之间夹持形成的侧边面上开设有排水槽12，确保冷凝液及时排出。

在本发明的实际应用中，固定板1与多相传热组件多为不同传热材料（多为金属材质）制成，任何不同的传热材料在电解液或潮湿环境中都会存在电位腐蚀现象，例如AI与Sn，CU存在1.5V、2V的极位差，导致常见的封装方案，例如锡膏焊接，必然存在腐蚀现象，而树脂方案存在老化开裂问题，故，在本发明一些实施例中，第一封装层31和第二封装层32采用表面喷覆工艺制备，且喷覆材料与固定板的传热材质相同，避免了电位腐蚀现象发生；并且，相变结构在高温下容易引起爆裂现象，而激光喷覆技术能量小，热密度高，采用激光喷覆技术能够有效提高喷覆层的可靠性。

基于上述提出的散热模组，本发明提出一种电器散热组件，应用于诸如空调器、洗衣机、显示器、冰箱等电器中，如图4所示，包括电器板4、支撑盒5以及上述的散热模组，其中，电器板4例如控制板，其上布设有诸如芯片、电容、电源等高温工作的功率元件；支撑盒5采用卡扣等结构与电器板4固定，其上开设有散热窗51，上述本发明提出的散热模组C与支撑盒5固定并使得冷凝侧突出于散热窗51，保证蒸发侧与电器板4上的功率元件相邻或相接。

在本发明实施例中，冷凝侧是指散热模组中第一多相传热件21的冷凝段b所在侧，蒸发侧是指散热模组中第一多相传热件21的蒸发段a所在侧。

如图3所示，在固定板1的第一侧面A设有安装凸台13，支撑盒5与该安装凸台13密封连接固定，使得蒸发侧完全置入支撑盒5内部，冷凝侧置于支撑盒5的外侧，蒸发侧由于温度高于露点温度不存在冷凝现象，而冷凝侧温度较低以及产生冷凝液，故将其设置于支撑盒5的外侧并采用密封连接固定的方式，避免冷凝侧产生的冷凝液进入电器板4，同时，在固定板侧边面开设的排水槽12能够确保冷凝液及时排出。

在本发明一些实施例中，安装凸台13的表面设有防水层，进一步确保冷凝液不会进入电器板4。

在本发明一些实施例中，电器具备专门的电气箱，用于容纳重要的电器组件，例如存在防风、防水要求的电器组件，上述提出的电器散热组件，支撑盒5与电器板4固定，散热模组与支撑盒5密封连接固定后，作为整体置于该电气箱中，电气箱侧部开设散热窗，保证散热模组从支撑盒5露出的冷凝侧同时也露出电气箱外部。

如图5所示，在本发明一些实施例中，电器散热组件D还包括传热板6，该传热板内部填充有工质（冷媒液），工质循环流动且温度变化较大，该传热板与散热模组的冷凝侧相接，在整机循环系统下温度变化范围非常大，则散热模组传导的热量再经由该传热板6散发出去，加快散热效果。

在本发明一些实施例中，该传热板6从电气箱7的外侧与散热模组的冷凝侧相接，起到优化安装工艺的效果。

在本发明一些实施例中，传热板6的工质通道61长至电气箱7底部，便于焊接机调整安装。

基于上述提出的散热模组和电器散热组件，本发明保护一种商业空调器，用于解决空调器室外机的电气箱散热问题，特别在于解决采用冷媒散热时因温差波动引起凝露问题；在散热模组中采用多相传热组件，当工质温度较低时，多相传热组件相变速率首先，热阻高，有效降低了功率元件与散热模组的传热效率，保证功率元件温度恒高于露点温度，随着工质温度增高（随功率元件温升提高），多相传热组件的热阻减小，循环效率不断加速，结合固定板的传热特性，散热模组的传热效率大幅度上升，有效避免了高温风险，相比传统的控制反馈方案可靠性更高，且系统控制更加简洁，成本更低。

多相传热组件可根据实际工况进行参数化设计，具体极高的通用性。

对于易发生电位腐蚀的相变结构，本发明采用封装层喷覆工艺，具有更高寿命、较低的热阻等优势。

将散热模组安装于电气箱的背面，优化了安装工艺，能够改善现有散热模组置于电器盒内部存在的风险，其安装部位通过密封连接、开设排水槽等结构提高了可靠性。

最后，基于本发明提出的方案，散热模组的蒸发侧与冷凝侧分别与热源和冷源紧密配合，能够有效降低接触热阻，提高散热效率。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种散热模组，其特征在于，包括：

固定板，包括第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，采用传热材质制成；

第一多相传热件，经弯折后形成蒸发段和冷凝段；所述第一多相传热件以穿插方式与所述固定板固定，其中，所述蒸发段贴合于其第一侧面，所述冷凝段贴合于其第二侧面；

第二多相传热件，固定于所述固定板的第二侧面，并与所述第一多相传热件的蒸发段相对布设；

第一封装层，用于封装所述第一多相传热件的蒸发段；

第二封装层，用于封装所述第一多相传热件的冷凝段与所述第二多相传热件；

其中，所述第一多相传热件和所述第二多相传热件的内部均填充工质，所述工质的热阻变化与温度变化呈反向关系。

2.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述固定板的第一侧面开设蒸发段容置槽，用于容置所述第一多相传热件的蒸发段。

3.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述固定板的第一侧面和第二侧面之间夹持形成的侧边面开设有排水槽。

4.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述第一封装层和所述第二封装层采用表面喷覆工艺制备，且喷覆材料与所述固定板的传热材质相同。

5.一种电器散热组件，包括：

电器板，其上包括功率元件；

支撑盒，固定所述电器板，并开设有散热窗；

其特征在于，还包括如权利要求1-4任一项所述的散热模组；其中，所述散热模组与所述支撑盒固定并使得冷凝侧突出于所述散热窗，蒸发侧与所述电器板上的功率元件相邻或相接；其中，所述冷凝侧为所述第一多相传热件的冷凝段所在侧，所述蒸发侧为所述第一多相传热件的蒸发段所在侧。

6.根据权利要求5所述的电器散热组件，其特征在于，所述固定板的第一侧面设有安装凸台，所述支撑盒与所述安装凸台密封连接固定。

7.根据权利要求6所述的电器散热组件，其特征在于，所述安装凸台的表面设有防水层。

8.根据权利要求5所述的电器散热组件，其特征在于，所述电器散热组件还包括：

电气箱；

所述支撑盒固定于所述电气箱内，并使得所述冷凝侧露出于所述电气箱外部。

9.根据权利要求5或8所述的电器散热组件，其特征在于，所述电器散热组件还包括：

传热板，其内部填充有工质；与所述散热模组的所述冷凝侧相接。

10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求5-9任一项所述的电器散热组件。

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