CN202799547U - 一种热化学法控温的散热装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种热化学法控温的散热装置，包括电子元件、吸附/解吸床、散热装置；所述吸附/解吸床包括外壳和内部的储能材料；电子元件与吸附/解吸床的外壳连接，散热装置紧贴于吸附/解吸床外壳。当电子元件温度达到金属盐水络合物的脱水温度时，金属盐水络合物开始工作，吸收热量并脱去结晶水；当电子元件温度低于金属盐水络合物吸附温度值时，脱去结晶水的金属盐水络合物通过散热器将储存的热量释放到环境中并吸附环境中的水分，重新形成结晶；正常时工作时，热量由散热器散到环境中。本实用新型生产成本低，重量轻，具有较好控温储热的散热性能。

Description

一种热化学法控温的散热装置
技术领域
本实用新型的一种热化学法控温的散热装置，尤其涉及大功率电子元件或者其它热源遇到突发情况，导致温度发生较大变化时的一种基于热化学法的控温散热装置。
背景技术
近年来，随着高频、高速化的电子元件的发展，高功率的电子元件开发得以成功，大规模和超大规模的集成电子元件在工业和生活等领域有着广泛应用潜力，如何将高热流密度的电子元件推广到相应领域，是电子元件得到广泛应用的关键问题。目前两个主要原因是的电子元件难以得到推广：技术问题和成本问题。
研究资料显示，单个半导体元件的温度每上升2℃，其可靠性下降10%，基于目前对半导体制造技术的工艺水平，高功率电子元件在瞬间开启时，短时间内生成的热量超出散热器的散热能力，在正常工作时，产生的热量又低于瞬时产生的热量，无法全部发挥散热器散热能力。实践数据表明：电子元件寿命与结点温度成线性关系，即结点温度越高，寿命越短，因此瞬时产生的热量往往导致电子元件的结点温度过高，缩短电子元件的使用寿命和降低性能的发挥。目前，为应对电子元件工作时面临的极端条件，比如环境温度过高、芯片电流突增等，散热装置需预留较大设计余量，以保证电子元件处于最佳工作温度附近，这就导致散热器重量、体积过大，能耗增加，成本增加。
目前针对此情况，采用添加有机相变材料（如石蜡相变材料）以缩短储/放热时间，此种方法对定功率、可预见功率的保护是切实可行的，但有机相变材料对变功率、变工况下的温度变化没有选择性，且有机相变材料潜热低，分子量大单位摩尔量吸收热量少，添加过多的石蜡相变材料不利于整体散热装置性能的发挥；采用无机盐相变储热材料时，存在严重的过冷现象和较差的成核特性，在储热后无机盐结晶变为液态时，因过冷问题导致所储存的热量无法放出。因此亟需一种在变功率、变工况且具有高储/放热量能力的散热装置。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的难点，为克服因外界环境或电子元件内部电流等因素造成的芯片温度短期性升高、添加过多有机相变材料以及无机盐的过冷等问题，提供一种热化学法控温的散热装置及散热方法，以较小的散热装置尺寸和吸附/解吸能力强的储能材料，保证电子元件在最佳工作温度附近工作。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。
一种热化学法控温的散热装置，包括电子元件、吸附/解吸床、散热装置；所述吸附/解吸床包括外壳和外壳内部的储能材料；电子元件与吸附/解吸床的外壳连接，散热装置紧贴于吸附/解吸床外壳。
本实用新型中的储能材料，包括金属盐水络合物和支撑材料。
所述金属盐水络合物吸收热量时分解部分结晶水；释放热量时吸收水分重新生成金属盐水络合物，所述材料为具有较高反应焓的金属盐水络合物材料，如金属盐水络合物Na2SO4??10H2O、MgSO4??7H2O、Na2HPO4·12H2O、Na2S2O3·5H2O、CaCl2·6H2O、LiNO3·3H2O等中的一种或几种。
本实用新型中，所述的支撑材料采用可膨胀石墨、金属泡沫、金属丝网、石墨纤维及多孔导热陶瓷中的一种或几种，用以强化金属盐水络合物传热，加快金属盐水络合物整体的吸附/解吸速率，缩短吸附/解吸水的时间。
当添加金属泡沫时，将金属泡沫和金属盐水络合物通过挤压成型方式塞入吸附/解吸床内，从而达到金属盐水络合物能均匀分布在金属泡沫内的效果。所述金属泡沫为金属铝泡沫或者金属铜泡沫。
当采用添加膨胀石墨的金属盐水络合物组合时，按照不同比例将膨胀石墨与金属盐水络合物的水溶液混合搅拌均匀，干燥蒸发冷却定型后，可直接将粉末状的膨胀石墨和金属盐水络合物挤压成型塞入吸附/解吸床内，这样形成以膨胀石墨为支撑骨架的金属盐水络合物储/放热材料。
本实用新型中，电子元件的基板表面通过导热胶与吸附/解吸床上表面连接，吸附/解吸床内充满储能材料，吸附/解吸床的另一端与散热装置连接。其优点是使部分热量既可以传递给吸附/解吸床内部的储能材料，又可以经散热装置将热量散发到环境中，减少中间接触热阻、节约材料和降低成本，又能保证电子元件启动阶段的温度波动速率较小，更快的达到稳定工作环境，延长电子元件的工作寿命。
本实用新型的金属盐水络合物是利用金属盐水络合物在不同温度段的热脱水机理，当金属盐水络合物吸收热量时脱去金属盐水络合物中的结晶水，当脱去结晶水的金属盐水络合物释放热量时吸收空气中的水分，重新生成金属盐水络合物，从而利用这一特征对吸附/解吸水的过程进行储存和释放热量，达到控制温度目的。
所述电子元件可以为LED灯电子芯片、CPU、半导体制冷芯片。
当电子元件的表面温度超过最佳工作温度时，从电子元件出来的热量经过导热胶，然后通过外壳将热量传递给散热装置的同时传递给吸附/解吸床内部的储能材料，储存多余热量；当电子元件表面温度低于最佳工作温度时，吸附/解吸床内部的储能材料将储存的热量通过散热装置散出；当电子元件的表面温度低于最佳工作温度时，从电子元件出来的热量经过导热胶，然后通过外壳将热量传递给散热装置，直接将热量散出，具有单向储热，单向导热，保持热源处于相对恒定温度的工作环境中。整个散热装置结构简单，品质稳定，散热效果好，性能安全可靠，制造低廉。
散热装置为圆柱型散热器、方形散热器，便于加工，中间位置为中空，便于连接吸附/解吸床或本身作吸附/解吸床，柱体、方体周围有肋片连接，便于散热。也可以采用其它类型散热设备及其它类型的散热器，同样能满足散热需求及储存功能；散热装置采用铝质或铜质材料。
金属泡沫材料为金属铝泡沫或者金属铜泡沫；膨胀石墨材料鱼鳞状石墨，经高温加热后完全膨胀，达到最大体积的30%‐100%。
本实用新型的有益效果：其一，本实用新型兼顾在电子元件开始工作至稳定工作状态时，保证电子元件的温度波动速率较小，减小开始段因电流冲击造成的热效应对芯片的影响，同时减小电子元件到达稳定工作环境的时间；其二，当电子元件处于正常工作状态下，因外界环境不可知因素，如温度增加、散热器外表面覆盖灰尘时，解决散热器的散热能力降低的问题，其三，克服了有机相变材料无法对变工况、变功率条件下对温度变化无法选择的缺点，解决了有机相变材料的分子量大、单位摩尔量吸收热量少，添加过多的有机相变材料不利于整体散热装置性能发挥的问题；其四，解决了无机盐相变储热材料时，存在严重的过冷现象和较差的成核特性的问题。部分金属盐水络合物存在多个反应温度 (如MgSO4??7H2O在55℃生成MgSO4??4H2O，在60℃生成MgSO4??3H2O)从而达到吸热峰值，能满足电子元件的不同工作环境需求，可以进行多次吸热，，增加储存散热器散出的热量，保证电子元件的基板表面仍维持在最佳工作环境。
附图说明
图1为本实用新型中结构示意图。
图2为本实用新型中俯视图。
其中，1、LED灯电子芯片；2、导热胶；3、吸附/解吸床；4、储能材料；5、散热器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例包括：LED灯电子芯片1、导热胶2、吸附/解吸床3、储能材料 4、散热器5。
本实施例中，LED灯电子芯片1的基板通过导热胶2与吸附/解吸床3外壳的上表面连接，吸附/解吸床内充满储能材料4，散热器5的肋片通过挤压方式紧贴于吸附/解吸床3外壳的外表面。
本实施例中， LED灯电子芯片的功率为36W，储能材料4采用金属泡沫铝作为导热支撑骨架，并采用金属盐水络合物MgSO4·7H2O达到吸附/解吸的作用，通过挤压方式将金属泡沫铝和金属盐水络合物定型后放入吸附/解吸床内部。
本实施例中，在环境温度为25℃条件下，LED灯从开始工作达到稳定工作状态，经历1800s，LED灯基板温度从常温25℃以平缓的变化速率达到与系统温度55℃平衡状态。当环境温度上升到30℃保持500s，LED灯电子芯片1的基板温度仅上升1℃，维持在59℃，仍在正常工作范围内，从而保证了LED灯良好的工作环境。
实施例2：
本实施例包括：LED灯电子芯片1、导热胶2、吸附/解吸床3、储能材料4和散热器5。
本实施例中，LED灯电子芯片1的基板通过导热胶2与吸附/解吸床3表面连接，吸附/解吸床3中心位置开圆孔作为储存容器，储能材料由膨胀石墨和MgSO4·7H2O构成。鳞片状膨胀石墨在900℃膨胀后干燥，在85℃的环境下与脱水温度为60℃的MgSO4·7H2O按不同比例混合均匀后，挤压定型后放入吸附/解吸床3中间开孔位置内。
本实施例中，LED灯的开始功率为36W，在达到系统稳定60℃后，增加LED灯电子芯片1的输入电流，此时功率为40W，经历300s后，LED灯电子芯片的基板温度维持在61℃，从而保证了LED灯良好的工作环境。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。 

Claims (9)

1.一种热化学法控温的散热装置，其特征是，包括电子元件、吸附/解吸床、散热装置；所述吸附/解吸床包括外壳和内部的储能材料；电子元件与吸附/解吸床的外壳连接，散热装置紧贴于吸附/解吸床的外壳。
2.如权利要求1所述的热化学法控温的散热装置，其特征是，所述储能材料包括金属盐水络合物。
3.如权利要求2所述的热化学法控温的散热装置，其特征是，所述金属盐水络合物为Na2SO4·10H2O、MgSO4·7H2O、Na2HPO4·12H2O、Na2S2O3·5H2O、CaCl2·6H2O或LiNO3·3H2O一种或几种。
4.如权利要求1所述的热化学法控温的散热装置，其特征是，所述储能材料还包括支撑材料。
5.如权利要求4所述的热化学法控温的散热装置，其特征是，所述支撑材料为膨胀石墨、金属泡沫、金属丝网、石墨纤维及多孔导热陶瓷中的一种或几种。
6.如权利要求5所述的热化学法控温的散热装置，其特征是，所述金属泡沫为金属铝泡沫或者金属铜泡沫。
7.如权利要求5所述的热化学法控温的散热装置，其特征是，所述膨胀石墨为鱼鳞状石墨。
8.如权利要求1所述的热化学法控温的散热装置，其特征是，所述电子元件的基板表面通过导热胶与吸附/解吸床上表面连接。
9.如权利要求1所述的热化学法控温的散热装置，其特征是，所述散热装置为圆柱型散热器、方形散热器，中间位置为中空，柱体、方体周围有肋片连接。
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