CN113613460A - 一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置，包括金属壳体、至少一个送风装置和多个针状翅片；金属壳体采用底部开口的立方体空腔结构，其一个侧壁的下半部分设置有多个矩形缺口形成散热翅片；送风装置安装在金属壳体与散热翅片相对的侧壁上；多个针状翅片呈周期性分布，固定在金属壳体空腔内的顶壁上，多个针状翅片之间灌注有相变材料；金属壳体上半部分任意一个侧壁上设置有注入孔和排气阀。本发明将风冷散热和相变散热相结合，实现了在电源系统空间有限的环境中，不需要通过增大散热装置的体积即可实现更加有效的散热效果，从而提高了大功率电源系统的散热能力。

Description

一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置

技术领域

本发明属于电器元件散热技术领域，涉及一种应用于大功率电源系统的风冷散热和相变散热相结合的散热装置。

技术背景

大功率电源系统通常由直流配电设备、整流设备、逆变设备、电源设备、蓄电池组和相关控制设备组成。系统在正常工作时，三相交流电通过整流滤波变为高压直流电，再经过功率开关、功率变压器将高压直流电变为低压方波，最后由整流滤波回路将高频方波电压滤波成另一固定电压或可调电压的直流电为各种电机提供直流电源，维护电机的平稳运行。由于大功率电源系统中的电力电子开关在使用过程中会产生很大的损耗，而大部分损耗都会转化为热量使电力电子开关发热，如果没有合理的散热设计，电力电子开关产生的热量就不能及时排出，其失效率就会随着温度升高而大幅增大，严重时还会因温度过高而烧毁，从而影响整个电源系统的使用寿命和可靠性，因此大功率电源系统中在减小体积和重量的前提下需要着重考虑优化其散热性能。

为了强化大功率电源系统的散热能力，提高系统的可靠性和使用寿命，各国学者相继围绕发热源、散热途径和散热设备开展了理论及应用技术的研究工作并提出了不同的散热方法。目前散热设备大多采用风冷散热系统和相变散热系统，如申请公布号为CN205179601U,名称为“一种电源间接强迫风冷散热系统”的专利申请，公开了一种采用密封板、换热板、金属肋片和风机构成散热风道进行强迫风冷的散热方式，虽然散热效果佳，但是在大功率电源系统有限空间的前提下，不得不采用一整块风冷散热器来提高其散热能力，不仅增加了系统的体积和重量，也损害了系统的经济性以及通用性，不利于实际应用。又如申请公布号为CN 112312727A，名称为“一种带式相变散热设备”的专利申请，公开了一种由相变腔体、散热带、热管和均温板构成的带式相变散热设备，虽然能使热量通过热管快速扩散到散热带和均温板上得到较大的散热面积，但是无法将产生的热量尽快散发到周围环境中，在持续工作的大功率电源系统中将会导致热量集中，从而损坏电源系统。

综上所述，单独的风冷散热系统和相变散热系统都无法在相同的体积和条件下获取较高的散热效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置，旨在保证散热系统在相同的体积和重量下，提高大功率电源系统的散热能力。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括金属壳体1、至少一个送风装置2和多个针状翅片3；所述金属壳体1采用底部开口的立方体空腔结构，其一个侧壁的下半部分设置有多个矩形缺口，形成散热翅片11；所述送风装置2安装在金属壳体1与散热翅片11相对的侧壁上；所述多个针状翅片3呈周期性分布，固定在金属壳体1空腔内的顶壁上，且针状翅片3的长度小于等于散热翅片11的长度；所述多个针状翅片之间灌注有相变材料。

大功率电源系统工作过程中产生的热量首先通过热传导传递到与之相接触的金属壳体1上表面，多个针状翅片之间灌注的相变材料吸收热量后融化为液态，实现相变散热特性；在大功率电源系统工作间歇期，相变材料吸收的热量通过热传导传递到金属壳体1和散热翅片11上，并通过送风装置2的强迫对流实现与空气的对流换热，将热量传递到周围环境中。

上述一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置，所述金属壳体1，其上半部分任意一个侧壁上设置有注入孔12和排气阀4，所述注入孔12用于向多个针状翅片之间灌注相变材料，所述排气阀4用于排除灌注相变材料时多个针状翅片之间的空气。

上述一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置，所述金属壳体1，其一个侧壁的下半部分设置的多个矩形缺口等间距排布。

上述一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置，所述相变材料，采用相变温度为40℃-100℃的有机相变蜡。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明将风冷散热和相变散热相结合，在大功率电源系统工作时，多个针状翅片之间灌注的相变材料加速了散热装置的吸热过程，在大功率电源系统工作间歇期，送风装置和散热翅片加速了散热装置的放热过程，在电源系统空间有限的环境中，不需要通过增大散热装置的体积即可实现更加有效的散热效果，与现有技术相比，有效提高了大功率电源系统工作的可靠性。

2、本发明由于在金属壳体空腔内的顶壁上固定有周期性分布的多个针状翅片，且在金属壳体空腔上半部分与多个针状翅片所形成的空间内灌注有相变材料，能够保证相变材料与金属壳体及多个针状翅片的充分接触，能够迅速且充分地将大功率电源系统工作过程中产生的热量传递至相变材料，再通过外部强制风冷来提高相变材料与金属外壳的热交换率，与现有技术相比，不需要通过增大散热装置的体积即可实现更加有效的散热效果，进一步提高了大功率电源系统的散热能力。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。

参照图1，本发明包括金属壳体1、至少一个送风装置2，多个针状翅片3和排气阀4。

所述金属壳体1，采用由易加工、不易翘曲且导热性能较好的铝型板材焊接而成的底部开口的长方体空腔结构，其一个侧壁的下半部分设置有多个等间距排布的矩形缺口，形成散热翅片11，该金属壳体1侧壁下半部分设置有送风装置2的安装孔位；所述金属壳体1上半部分任意一个侧壁上设置有注入孔12和排气阀孔，所述注入孔12用于向多个针状翅片之间灌注相变材料，排气阀孔用于安装排气阀4。

所述送风装置2，安装在金属壳体1上预留的安装孔位位置，其与散热翅片11形成风冷散热通道，本实例送风装置2的数量为两部。

所述多个针状翅片3，呈周期性分布焊接在金属壳体1空腔内的顶壁上，针状翅片3与散热翅片11平行，其横截面为圆形或正多边形，本实施例采用正四边形结构，针状翅片3其长度小于等于散热翅片11的长度，以实现将相变材料吸收的热量通过送风装置2与散热翅片11形成的风冷散热通道尽快散发到周围环境中，从而保证相变材料的恒温性。

所述排气阀4，安装在金属壳体1上预留的排气阀孔上，且其外表面套有橡胶皮套。

通过注入孔12将加热融化成液态的相变材料灌入金属壳体1内腔的上半部分与多个针状翅片3所形成的空间之间，当多个针状翅片之间填充的相变材料中含有空气时，由于外部压强与金属壳体1空腔内的压强差，气体通过排气阀4外表面套的橡胶皮套排出，从而排除多个针状翅片之间相变材料的空气以免影响相变材料的特性，降低相变材料的吸热性能。灌注完成后在自然冷却环境下冷却至常温状态后相变材料变为固态，待冷却彻底后进行封腔处理。

本实施例相变材料采用相变温度为40℃-100℃的有机相变蜡。

大功率电源系统工作过程中电力电子开关产生的热量首先通过热传导传递到与之相接触的金属壳体1上表面，多个针状翅片3之间灌注的相变材料吸收热量后融化为液态，实现相变散热特性；在大功率电源系统工作间歇期，相变材料吸收的热量通过热传导传递到金属壳体1和散热翅片11上，并通过送风装置2的强迫对流实现与空气的对流换热，将热量传递到周围环境中，且在此过程中相变材料可以由液态转化为固态，为吸收大功率电源系统下一次工作过程产生的热量做好准备，以免电源系统因过热损坏。

Claims (4)

1.一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置，其特征在于，包括金属壳体(1)、至少一个送风装置(2)和多个针状翅片(3)；所述金属壳体(1)采用底部开口的立方体空腔结构，其一个侧壁的下半部分设置有多个矩形缺口，形成散热翅片(11)；所述送风装置(2)安装在金属壳体(1)与散热翅片(11)相对的侧壁上；所述多个针状翅片(3)呈周期性分布，固定在金属壳体(1)空腔内的顶壁上，且针状翅片(3)的长度小于等于散热翅片(11)的长度；所述多个针状翅片之间灌注有相变材料；

大功率电源系统工作过程中产生的热量首先通过热传导传递到与之相接触的金属壳体(1)上表面，多个针状翅片之间灌注的相变材料吸收热量后融化为液态，实现相变散热特性；在大功率电源系统工作间歇期，相变材料吸收的热量通过热传导传递到金属壳体(1)和散热翅片(11)上，并通过送风装置(2)的强迫对流实现与空气的对流换热，将热量传递到周围环境中。

2.根据权利要求1所述的一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置，其特征在于，所述金属壳体(1)，其上半部分任意一个侧壁上设置有注入孔(12)和排气阀(4)，所述注入孔(12)用于向多个针状翅片之间灌注相变材料，所述排气阀(4)用于排除灌注相变材料时多个针状翅片之间的空气。

3.根据权利要求1所述的一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置，其特征在于，所述金属壳体(1)，其一个侧壁的下半部分设置的多个矩形缺口等间距排布。

4.根据权利要求1所述的一种应用于大功率电源系统的混合式散热装置，其特征在于，所述相变材料，采用相变温度为40℃-100℃的有机相变蜡。

Images