CN202738366U

CN202738366U - 一种发热器件的散热装置

Info

Publication number: CN202738366U
Application number: CN 201220405942
Authority: CN
Inventors: 徐新旗
Original assignee: BEIJING RUIDESAN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING RUIDESAN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-08-15

Abstract

本实用新型公开了一种发热器件的散热装置，所涉及的技术包括热设计技术、液体相变换热技术、池沸腾传热技术、金属材料加工成型技术、金属表面的处理技术，本实用新型的散热装置主要由集蒸发器与冷凝器为一体的横截面为矩形的换热主体部件(1)、封装板（2、3）组合而成，组合后形成一种新型的散热装置。本散热装置主要用于电力电子器件的散热，其功能是将电力电子发热器件运行过程中所产生的耗散热量带离发热器件表面，从而使电力电子器件的表面温度在一个合理的范围内波动。本散热装置具有较高的散热能力，可以实现较高热流密度下电子器件散热要求。

Description

一种发热器件的散热装置

技术领域

本实用新型属于电力电子冷却领域，是一种高效的电子器件冷却装置，将发热器件的表面与散热装置的吸热面紧密贴合，接触面涂抹导热硅脂后可有效降低电力电子发热器件的温度。适用于发热功率为50w-500w的电力电子发热器件的平板散热，将发热器件的温度控制在65℃以下。

背景技术

二十世纪六十年代至今，随着微电子和光电子等行业的不断发展，技术上的不断进步，光电器件的集成度越来越高，工作时产生的热量越来越多，热流密度也越来越高。在半导体芯片领域，根据著名的摩尔定律，在价格不变的情况下，集成电路上可以容纳的晶体管的数量每隔约十八个月就会增加一倍，其性能也将提升一倍。虽然技术的进步也同样降低了单个晶体管的能量消耗，但是由于晶体管数目增长的速度大于单个晶体管能耗降低的速度，整体上造成了电子芯片的能耗是不断增加的，如此多的热量如不能及时地扩散掉，将会使芯片内部温度逐渐上升，最终导致芯片停止工作。同时，芯片长时间在较高温度下运行也会显著地降低其使用寿命。随着单个芯片上集成的晶体管数量的不断增加，其功耗必然也会不断地随之增加，而当单个芯片的功耗超过70W后，其冷却器件的价格会急剧上升。

在显示技术领域，阴极射线管显示器（CRT）由于其高质量的画质曾经垄断整个显示行业，但是近年来液晶显示（LCD）、等离子显示（PDP）和激光显示等新型的平板式显示器正逐渐取代CRT显示器成为市场上的主导产品，这主要是由于激光和发光二极管技术的进步引起的。与传统CRT显示不同，激光和发光二极管显示都是采用固体光源，而解决这些固体光源的散热难题也成了必须面对的新挑战。由于激光以及发光二极管等器件对温度很敏感，工作温度的不稳定不但会严重影响画面显示质量，而且也会大大缩短光源的寿命，所以这些固体光源的工作温度范围很窄，允许的工作温度波动范围往往很小。此外，在显示器播放运动画面时，由于播放画面的不一致性和画面间的连续转换，屏幕的局部区域所产生的热量可能会有成百上千倍地增加，从而使保持整个屏幕光源工作温度的均一性面临更大的挑战。因此，精确的工作温度控制对这些光源来说不可或缺。

在照明领域，随着技术的进步，采用发光二极管(LED)作为光源的照明灯正逐渐出现并替代传统的灯具。LED照明具有高效、节能、环保、寿命长和响应速度快等特点，被认为将成为继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代光源，有广阔的市场前景。目前，LED灯的发光效率为10%～20%，其余的能量最后转化成热能。由于LED的高功率和结构紧凑的特征，其工作过程中产生的余热使芯片的封装表面具有较高的热流密度，这些热量如果不能及时带走，必将使发光二极管的温度显著升高，这种由温升引起的热效应对LED的性能产生严重的影响，可以使芯片的发射光谱发生红移，影响出光效率，加速器件的老化，缩短使用寿命，甚至导致芯片烧毁。因此，LED芯片的散热问题成了制约LED照明行业快速发展的关键问题。照明行业的用电量大约占社会用电量的12%左右，如果可以解决LED照明芯片的散热问题，进而推动LED照明的普及，必将对我国节能减排做出巨大贡献。

发明内容

本实用新型的目的在于：

解决现有电力电子设备与器件运行过程中存在的发热量过大、器件温度过高、工作寿命短、由于产热引起的工作不稳定等问题；提供一种换热效率高、结构设计紧凑、成本低、温控能力强的相变式散热装置来解决电力电子设备运行中存在的热问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种发热器件的散热装置，包括换热主体部件和两封装板，所述换热主体部件集蒸发器与冷凝器为一体，其特征在于，所述换热主体部件的横截面外轮廓为矩形，内部是矩形空腔，空腔的外围是平板形的金属外壳，在矩形金属外壳的左、右侧面及顶面的外表面均匀布置有高度相同的金属肋片，矩形金属外壳的底面作为取热面与发热器件接触，在换热主体部件的两端面放置两个与端面开口形状一致的矩形封装板，换热主体部件与两封装板形成所述散热装置的内部密封空间。

优选地，换热主体部件的矩形横截面的尺寸为197mm×84mm，长度为50mm-400mm。换热主体部件的金属外壳厚度为5mm-15mm。换热主体部件外表面肋片的厚度2mm-10mm，肋片的高度为5mm-100mm，肋片间的间距为2mm-50mm。换热主体部件底面的厚度为1mm-10mm。封装板的厚度为1mm-20mm。

优选地，所述换热主体部件的左、右侧面还布置有若干个布线孔；所述金属肋片的表面呈波纹状，以增大金属肋片的散热表面积；所述两封装板之一上设置充液/汽口。优选地，所述充液/汽口为螺栓密封或锥形密封或其它的阻止泄露封装塞。

优选地，散热装置内部填充有工质，所述工质为乙醇、去离子水、乙醇或去离子水的混合液，混合液体中去离子水的体积比例为10%-90%，乙醇的体积比例为90%-10%。

优选地，当内部工质为乙醇与去离子水的混合液时，充装特征为，将高温高压的乙醇与去离子水的混合蒸汽通过设置于封装板上的充液/汽口充入装置内部，待充满后封闭充液/汽口，腔内高温高压蒸汽冷却液化后内部形成真空。

优选地，当内部工质为乙醇或去离子水时，充装特征为，通过设置于封装板上的充液/汽口充入装置内部，通过抽压工艺，让内部形成负压，之后封闭充液/汽口。

本实用新型所述的的散热装置，其取热面的外表面与发热装置的表面相贴合，贴合面涂抹导热硅脂用于热传递。当电力电子器件工作时，电力电子器件所产生的热量通过贴合表面传递给散热装置底面，散热装置底面再将热量传递到装置底面内部，底面内表面附近的乙醇与去离子水的混合液体工质受热后发生相变，吸收传递到底面内表面的热量，相变产生的蒸汽弥散到整个空腔的内部，由于空腔的非加热表面温度较低，蒸汽在空腔内的非加热表面发生冷凝，蒸汽变为液体流回空腔底部，同时将热量传递给非加热表面，然后再通过金属外壳将热量传递到散热装置外表面，外壳外表面布置有散热肋片，通过肋片等强化传热手段再将热量传递到环境中去，达到对电力电子器件散热的目的。

本实用新型散热装置的优点主要体现在以下几个方面：

1.换热效率高、换热温差小。本散热装置采用相变传热技术，而液体在相变发生前后温度基本不发生变化，但是散热装置内混合液体在散热装置底面（被加热面）吸热发生相变变为蒸汽时，相变的面积较小，但是当蒸汽在空腔内其它表面放热液化变为液体的时候，相变的面积明显变大。这样就在基本上不增加换热温差的情况下，增大了换热发生的面积，使得电力电子设备产生的耗散热能够更快更好地传递到外围环境中去。另外，本散热装置在金属外壳的外围布置有间隔合理、高度适中的散热肋片，也可以使传递到非加热外壳表面上的热量更快更好地扩散到周围环境中去，进一步强化了换热效率。

2.节省材料、经济性好、重量轻。与传统的电力电子冷却装置相比，本换热装置由于采用了内部空腔化的设计，所以大大减少了所用金属材料的数量，散热装置外壳外围布置的肋片经过精心设计，厚度和高度都比较适中，最大可能地节省了所用材料的数量。本散热装置外壳厚度较薄，这一方面在保证所需强度的情况下减少了材料的使用量，另一方面也减少了热量传递中的温度差，强化了换热。

3.运行稳定、可靠性高。本换热装置的热量最终是通过自然风冷的方式传递到环境中去，系统中没有使用外加风扇的强制空冷，这一方面节省了外加风扇所需的功耗，另一方面也使散热装置在运行中免收由于散热风扇故障所带来的干扰，提高了运行的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的换热主体部件的结构示意图；

图2中，（a）为图1的俯视图，（b）为图1的A-A剖视图，（c）为图1中金属肋片5的局部放大图；

图3为本实用新型的散热装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。

如附图1、2、3所示，本实用新型的发热器件的散热装置，主要由集蒸发器与冷凝器为一体的换热主体部件1和封装板2、3组合而成。换热主体部件1截面外轮廓为矩形的，换热主体部件1截面内部是矩形空腔6，空腔6的外围是平板形的金属外壳4，在矩形外壳4的外表面均匀布置有高度相同的金属肋片5。在换热主体部件1的两端面放置两个与端面开口形状一致的矩形档板2、3于散热主体部件1的两端，用来密封散热主体部件1的两端开口，金属外壳4的顶面及左右侧面均设置金属肋片5，底面作为吸热面与发热器件接触，换热主体部件1和封装板2、3形成散热装置的内部密封空间6。

所述的散热装置，换热主体部件1截面矩形面具为197mm×84mm，长度为50mm-400mm。换热主体部件的金属外壳4厚度为5mm-15mm。换热主体部件1外表面肋片5的厚度2mm-10mm，肋片的高度为5mm-100mm，肋片间的间距为2mm-50mm。换热主体部件1底面的厚度为1mm-10mm。封装板2、3的厚度为1mm-20mm。换热主体部件1的左、右侧面还布置有若干个布线孔7；金属肋片5的表面呈波纹状；两封装板2、3之一上设置充液/汽口（图中未示出），所述充液/汽口为螺栓密封或锥形密封或其它的阻止泄露封装塞。

所述的散热装置，在散热装置内部填充乙醇或去离子水的混合液，混合液体中去离子水的体积比例为10%-90%，乙醇的体积比例为90%-10%。散热装置内部填充乙醇或去离子水或混合液。

所述的散热装置，其内部工质的充装特征为将高温高压的乙醇与去离子水的混合蒸汽通过设置于封装板3上的充液/汽口充入装置内部，待充满后封闭充液/汽口，腔内高温高压蒸汽冷却液化后内部形成真空。

所述的散热装置，其内部工质也可以为乙醇或去离子水，通过设置于封装板3上的充液/汽口充入装置内部，通过抽压工艺，让内部形成负压，之后封闭充液/汽口。

本实用新型的散热装置，其下底面与发热装置的表面相贴合，贴合面涂抹导热硅脂用于热传递。当电力电子器件工作时，电力电子器件所产生的热量通过贴合表面传递给散热装置底面，散热装置底面再将热量传递到装置底面内部，底面内表面附近的乙醇与去离子水的混合液体工质受热后发生相变，吸收传递到底面内表面的热量，相变产生的蒸汽弥散到整个空腔的内部，由于空腔的非加热表面温度较低，蒸汽在空腔内的非加热表面发生冷凝，蒸汽变为液体流回空腔底部，同时将热量传递给非加热表面，然后再通过金属外壳将热量传递到散热装置外表面，外壳外表面布置有散热肋片，通过肋片等强化传热手段再将热量传递到环境中去，达到对电力电子器件散热的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。

Claims

1.一种发热器件的散热装置，包括换热主体部件（1）和封装板（2、3），所述换热主体部件（1）集蒸发器与冷凝器为一体，其特征在于，

所述换热主体部件（1）的横截面外轮廓为矩形，内部是矩形空腔（6），空腔（6）的外围是平板形的矩形金属外壳（4），

在矩形金属外壳（4）的左、右侧面及顶面的外表面均匀布置有高度相同的金属肋片（5），矩形金属外壳（4）的底面作为取热面与发热器件接触，

在换热主体部件（1）的两端面放置两个与端面开口形状一致的矩形封装板（2、3），换热主体部件（1）与两封装板（2、3）形成所述散热装置的内部密封空间。

2.如权利要求1中所述的发热器件的散热装置，其特征在于，所述换热主体部件（1）的矩形横截面的尺寸为197mm×84mm，长度为50mm-400mm；矩形金属外壳（4）的厚度为5mm-15mm；所述金属肋片（5）的厚度2mm-10mm，高度为5mm-100mm，肋片间的间距为2mm-50mm；换热主体部件（1）的底面厚度为1mm-10mm，封装板（2、3）的厚度为1mm-20mm。

3.如权利要求1中所述的发热器件的散热装置，其特征在于，所述换热主体部件（1）的左、右侧面还布置有若干个布线孔（7）；所述金属肋片（5）的表面呈波纹状；所述两封装板（2、3）之一上设置充液/汽口。

4.如权利要求1中所述的发热器件的散热装置，其特征在于，所述散热装置内部填充有工质，所述工质为乙醇、去离子水、或乙醇和去离子水的混合液，所述乙醇和去离子水的混合液体中去离子水的体积比例为10%-90%。

5.如权利要求4中所述的发热器件的散热装置，其特征在于，将乙醇或去离子水通过设置在封装板（2、3）上的充液/汽口充入所述矩形空腔（6），通过抽压工艺让所述矩形空腔（6）形成负压，之后封闭充液/汽口。

6.如权利要求4中所述的发热器件的散热装置，其特征在于，将高温高压的乙醇和去离子水的混合蒸汽通过通过设置在封装板（2、3）上的充液/汽口充入所述矩形空腔（6），待充满后，封闭充液/汽口，腔内高温高压蒸汽冷却液化后内部形成真空。