CN203385237U - 一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及的基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置，其特征在于，其由热电片与低熔点金属相变材料组成。热电片的冷热端分别与热源及相变材料相接，以对两者间的温差进行温度补偿；相变材料为具有高潜热的低熔点金属。本实用新型通过热电片来补偿热源温度与低熔点金属相变材料熔点的温差，使得低熔点金属相变材料的选择不受热源控温温度限制。同时，通过调整热电片功率可动态调节或精确控制热源处的温度。本实用新型提供的相变散热装置结构简单，控温精确，可广泛用于电子散热领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种相变散热装置，该装置以低熔点金属为相变材料，利用热电制冷片对热源温度和相变材料熔点进行温度补偿，从而精确控制热源处的温度并进行有效散热，本发明可广泛应用于相变散热领域。
背景技术
相变散热已经逐渐成为散热领域的重要手段，相变材料主要包括无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料，每种材料都有其对应的相变熔点。使用时，以固液相变为例，当热源处的温度达到相变材料的熔点时，相变材料即以潜热的形式从热源处吸收热量，使得热源处的温度保持在较低水平，达到散热的目的。
相变散热系统结构简单，节能效果显著，尤其是当前正逐渐发展的低熔点金属相变散热方式。其不仅潜热大，同时热导率高，在电子散热中正逐渐发挥着重要的作用。但低熔点金属相变材料也有其难以克服的缺点，其一，和传统石蜡相变材料不同，低熔点金属相变材料的固有熔点难以与热源处控温温度要求完全匹配，如热源需维持在35℃，而寻找到熔点正好在35℃的相变材料往往十分困难，通常会用熔点在30-40℃左右的相变材料代替；其二，即使能找到熔点在30-40℃左右合适的低熔点金属，其往往本身具有一定的毒性或挥发性（比如含有铅或镉），存在一定的潜在危险。而安全无毒的低熔点金属相变材料熔点一般均在60-100℃之间（如铋铟锡合金）。因此，大多数情况下，很难选择刚好合适的安全无毒的低熔点金属相变材料，使其熔点即为热源目标控温温度。
为了克服上述缺点，本发明提出一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置。该装置以低熔点金属为相变材料，同时利用热电制冷片对热源温度和相变材料熔点进行温度补偿，从而达到综合并充分运用热电制冷和低熔点金属优点，精确控制热源温度并有效散热的目的。其典型优点如下：（1）低熔点金属性质稳定无毒，可保证系统长期稳定运行；（2）低熔点金属相变潜热大，单位体积的低熔点金属可吸收更多的热量，从而减少系统体积；（3）低熔点金属热导率高，传热性能优异；（4）通过热电片对热源温度与低熔点金属相变材料熔点间的温差进行温度补偿，使得低熔点金属相变材料的选择不受热源控温温度的限制，应用面更广，并可通过控制热电片的功率来动态调节或精确控制热源处的温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置，该装置以低熔点金属为相变材料，利用热电制冷片对热源温度和相变材料熔点进行温度补偿，从而精确控制热源处的温度并进行有效散热。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置，如图1所示，其组成如下：
热电片2，所述热电片2位于热源1与相变材料3之间，以对两者进行温度补偿；
相变材料3，所述相变材料3通过固液相变吸收热源热量，同时维持热源1温度不变。
所述热电片2冷端与所述热源1相连，热端与所述相变材料3相连。
所述热电片2可以根据所述热源1的温度变化实时调整制冷功率，达到精确控制热源温度的目的。
所述相变材料3为熔点在200oC以下的低熔点金属，主要包括钠、钾、锂、铷、铯、镓、铟、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、或钠钾合金。
所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铋合金和镓锡合金。
所述镓基多元合金为镓铟锡合金和镓铟锡锌合金。
所述铋基合金为铋铟锡合金和铋锡合金。
工作时，热源1处的大量热量传递至所述热电片2的冷端，并经所述热电片2的热端传递至所述相变材料3，热量到达所述相变材料3，以潜热形式被相变过程吸收。
本发明所述的基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置具有如下优点：
（1）低熔点金属性质稳定无毒，可保证系统长期稳定运行；
（2）低熔点金属相变潜热大，单位体积的低熔点金属可吸收更多的热量，从而减少系统体积；
（3）低熔点金属热导率高，传热性能优异；
（4）通过热电片对热源温度与相变材料熔点间的温差进行温度补偿，使得相变材料的选择不受热源控温温度的限制，并可通过控制热电片的功率来动态调节或精确控制热源处的温度。
附图说明
图1为实施例1中基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例进一步描述本发明。
实施例1
实施例1展示了本发明的基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置的一种典型应用。图1为基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置结构示意图。
如图1所示，本实施例中基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置由热电片2、相变材料3组成。
本实施例中，热源1为激光发热元件，发热面形状为直径5cm的圆形，功率为100W，使用中要求其温度维持在46℃。
热电片2的最大功率为50W，冷端与热源1的发热面接触，热端与相变材料3相贴合，热电片的温度传感器固定于热源1中，通过感知热源1的温度变化实时调整热电片2的功率，以保证热源1的温度恒定。
本实施例中相变材料3选择铋铟锡（质量分数：32.5% Bi，51% In，16.5% Sn），其安全无毒，熔点为62oC，体积为65ml。
根据热电制冷理论，热源处的温度可由下式计算出：
其中，Q为热源发热量，α为塞贝克系数（其角标分别代表N型和P型电偶臂），I为热电片输入电流，Tc为热源温度，Th为热电片热端温度（保持为相变材料熔点），R为热电片电阻，K为热电片热导率。从中可知，在一定的发热量和固定的低熔点金属相变温度情况下，热源温度Tc可通过输入电流I来灵活调整。此实施例中，热电片热端温度保持为相变温度62度，热电片的两端温差可调节为16度，因此热源温度可保持为需要的46度。
工作时，热源1处的大量热量传递至所述热电片2的冷端，并经所述热电片2的热端传递至所述相变材料3，热量到达所述相变材料3，以潜热形式被相变过程吸收。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置，其特征在于，其组成如下：
热电片，所述热电片位于热源与相变材料之间，以对两者进行温度补偿；
相变材料，所述相变材料通过固液相变吸收热源热量，同时维持热源温度不变。
2.按权利要求1所述的一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置，其特征在于，所述热电片冷端与所述热源相连，热端与所述相变材料相连。
3.按权利要求1所述的一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置，其特征在于，所述相变材料为熔点在200oC以下的低熔点金属，主要包括钠、钾、锂、铷、铯、镓、铟、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、或钠钾合金。
4.按权利要求3所述的一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置，其特征在于，所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铋合金或镓锡合金。
5.按权利要求3所述的一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置，其特征在于，所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。
6.按权利要求3所述的一种基于热电温度补偿的低熔点金属相变散热装置，其特征在于，所述铋基合金为铋铟锡合金或铋锡合金。
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| CN104966374A (zh) * | 2015-07-08 | 2015-10-07 | 北京依米康科技发展有限公司 | 一种低熔点金属热电火灾报警装置 |
| CN105972854A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-09-28 | 福州幻科机电科技有限公司 | 一种一面受热背面自冷的板材及其制造方法 |
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2013
- 2013-06-09 CN CN201320333226.4U patent/CN203385237U/zh not_active Expired - Lifetime
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