CN209710555U - 一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构 - Google Patents

Abstract

一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，包括：散热组件、壳体(101)、上盖板(102)；所述壳体(101)为一面开口的箱体结构，所述箱体内布置有所述散热组件，所述箱体内填充有相变材料；所述箱体开口通过所述密封胶104与所述上盖板(102)密封固定；所述壳体(101)的外表面固定外部设备(108)。本实用新型适用于大功率、高功耗的电子产品热控系统，散热和热缓冲效果好，可有效降低功率器件工作结温，大幅度提高系统的工作可靠性和安全余量。

Description

一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构

技术领域

本实用新型涉及一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，属于电子产品热控结构技术领域，具体涉及一种大功率伺服驱动控制设备用的抗热冲击、热耦合的散热器结构。

背景技术

伴随着伺服控制技术的飞速发展，各种大容量电力电子器件在伺服控制系统中得到应用，电压、电流及带载能力不断攀升，功率体积比不断提高。作为电力拖动的关键器件，逆变器的可靠性在伺服控制系统中起着至关重要的作用。

大功率电力电子器件的发展，使得逆变器的容量迅速提高，工作时间不断加长，器件的损耗和结温也在不断上升，已超过材料散热和器件温度使用极限，一般的散热方案已无法适应长时间大功率应用。

目前普遍采用的固液相变材料，由于在相变过程中固液变化所导致的安装困难、易于泄漏等问题已成为制约相变热控的关键因素。固液相变材料通常采用中空金属板结构，灌装相变材料后，通过焊接密封，但该方法存在一定问题。首先，由于内部中空，金属板结构强度降低，无法应用于设备需承受振动冲击的场合。其次，相变材料与金属封装只在表层接触，表层材料熔化以后，会阻碍热量的传递，降低相变材料的潜热利用率。最后，该方式对焊接的性能要求较高，工艺复杂，处理不当易造成泄漏。尽管有研究者提出了利用定形相变材料解决上述问题的方案，但是目前依然有很多关键问题没有解决，主要体现在:由于对于相变材料的导热强化机理缺乏必要的研究，使得现有热控相变材料热导率较低，从而导致潜热利用效率低、温控精度差；由于缺乏柔性，相变热控组件在复杂形状的热控表面上安装困难，同时，也不便于控制相变材料与热控表面之间的接触热阻。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，解决了逆变器等大功率电子器件在热冲击、热耦合等复杂条件下的温度控制问题。

本实用新型的技术方案是：

一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，包括：散热组件、壳体、上盖板；

所述壳体为一面开口的箱体结构，所述壳体内布置有所述散热组件，所述壳体内填充有相变材料；所述壳体开口通过所述密封胶与所述上盖板密封固定。

所述散热组件采用多排均匀布置在所述壳体的底部的肋片实现。

所述两相邻肋片之间的垂直距离为所述肋片厚度的6-8倍。

所述肋片朝向壳体开口一侧的边缘，均布齿牙结构，作为导流槽。

所述导流槽的齿牙宽度为所述肋片厚度的2～4倍。

所述肋片的顶部和所述上盖板之间留有间隙。

所述壳体侧壁的朝向开口方向的端面上开有一圈沉槽，作为密封槽，所述密封槽底部开有螺纹孔，所述上盖板对应密封槽的位置布有一圈凸台，所述凸台的高度小于所述密封槽的深度，且所述凸台的宽度小于所述密封槽的宽度；所述凸台开有通孔；所述壳体的沉槽内填充密封胶，所述上盖板的凸台对应放入所述壳体的沉槽中，通过螺钉紧固。

所述壳体的材料为铝合金。

在真空条件下向壳体内填充相变材料，使所述相变材料的填充体积大于所述壳体容积的90％。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1)本实用新型腔内设计了齿牙结构的肋片结构，既保证了相变材料自由流动又保证相变材料与壳体有足够的接触面积，使相变材料能够充分的吸收热量，最大程度的发挥相变材料的吸热效能。

2)本实用新型腔体内设计导流槽，减小相变材料加注时的阻力，保证相变材料充分流入腔内，提高材料填充率。

3)本实用新型灌装时设计了先抽真空，在真空条件下加注的工艺流程，可使了相变材料的体积填充率高于90％，既提高了相变材料的总量，也最大限度减少了密封腔内的气体含量。

4)本实用新型通过抽压处理和密封性设计，腔体密封后始终保持负压状态，为相变材料体积变化预留压力空间，可有效防止相变工质挥发膨胀。

5)本实用新型驱动器壳体设计为密封的空腔结构，内部填入相变工质，利用相变材料熔化吸收大量潜热原理，将系统工作瞬态热冲击的热能吸收，从而降低被散热系统的温度。

附图说明

图1为本实用新型散热器结构底面示意图；

图2为本实用新型散热器结构正面示意图；

图3为本实用新型散热器结构腔体内部示意图；

图4为本实用新型密封示意图；

图5为本实用新型肋片结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的散热方法的基本原理是，物质在一定条件下会发生相变，而相变是伴随着能量的释放。利用物质的这种特性，采用固/液型相变材料，将相变材料放置在被控设备与外界环境之间。当设备发热时，热量通过相变材料与设备接触面传导至相变材料，当达到熔点时，相变材料熔化并吸收与熔化潜热相当的热量，并且使接触界面温度保持在熔点温度附近，从而使被控设备的温度保持在一定范围，不至于因瞬时的热冲击而温度骤升。同时相变材料的全部熔化可以吸收大量的热量，对于热量无法快速传递到外部环境的设备，能够避免因热量聚积而引起的高温，从而增加设备的热可靠性。

当设备发热量下降，或由于外部原因，温度降低时，相变材料凝固并释放潜热，维持接触界面的温度稳定，可以避免由于温度急剧变化对设备造成的损伤，对设备起到保护的作用。在某些场合下，该散热方法可以作为即是热沉又是热源的可逆系统，为设备适应复杂的环境变化而提供可靠的保护。

本实用新型的相变材料采用单一成份的烷烃类化合物，材料纯度高，杂质少。具有高热导率和热扩散率，能够迅速的响应热量变化。熔化时体积变化小，相变后，腔体内压力变化，降低了整体的密封难度。熔化潜热高，比热大，具有较强的温控能力。熔化凝固可靠且可逆，无毒，化学稳定好。

一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，包括：散热组件、壳体101、上盖板102；

壳体101为一面开口的箱体结构，壳体101内布置有所述散热组件，在真空条件下向壳体101内填充相变材料，使所述相变材料的填充体积大于所述壳体101容积的90％。如图1所示，壳体101的开口通过所述密封胶104与所述上盖板102密封固定；如图2所示，壳体101的外表面固定外部待散热设备108。壳体101的材料为铝合金。

为了保证金属结构与相变材料充分接触，以便热量能够迅速、充分的传递给相变材料，如图3所示，在壳体内部设置了大量的肋片106，同时在肋片106上开导流槽107，保证相变材料灌装时，材料能够充分流动，填满腔体。通过有限元计算方法，优化了肋片106及导流槽107的尺寸及布局。

所述散热组件采用多排均匀布置在所述壳体101的底部的肋片106实现。

所述两相邻肋片106之间的垂直距离为所述肋片106厚度的6-8倍，所述肋片106朝向壳体101开口一侧的边缘，如图5所示均布齿牙结构，作为导流槽107；导流槽107的齿牙宽度为所述肋片106厚度的2～4倍。所述肋片106的顶部和所述上盖板102之间留有间隙。

如图4所示，所述壳体101侧壁的朝向开口方向的端面上开有一圈沉槽，作为密封槽105，所述密封槽105底部开有螺纹孔，所述上盖板102对应密封槽105的位置布有一圈凸台，所述凸台的高度小于所述密封槽105的深度，且所述凸台的宽度小于所述密封槽105的宽度；所述凸台开有通孔。在壳体101密封槽105内灌注密封胶104后，将上盖板102压上。为防止相变材料泄漏，本实用新型对散热器外壳进行了密封处理，密封槽105与凸台间留有间隙，密封胶104受压时向两侧溢出，填满间隙，并用螺钉103将上盖板102紧固。待密封胶104固化后，密封胶104将壳体101与上盖板102的接缝处密封。本实用新型经过内压式气密性检查实验，在内外压差1个大气压的条件下，保持1小时，内外压力下降不超过5％。同时，散热器在灌满相变材料以后，通过随机振动筛选试验，没有发生材料泄漏现象。

实施例

壳体101内部的底面沿宽度方向，均布有4排肋片106，肋片106的厚度为3mm，高度为8mm，长度为370mm，相邻两个肋片106之间的间隔为20mm。肋片106的边缘开有11个导流槽107，每个导流槽107的齿牙宽度为10mm，齿牙高度为5mm。相变材料具体为单一成分的烷烃类化合物。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，包括：散热组件、壳体(101)、上盖板(102)；

所述壳体(101)为一面开口的箱体结构，所述壳体(101)内布置有所述散热组件，所述壳体(101)内填充有相变材料；所述壳体(101)开口通过密封胶(104)与所述上盖板(102)密封固定。

2.根据权利要求1所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，所述散热组件为多排均匀布置在所述壳体(101)的底部的肋片(106)。

3.根据权利要求2所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，所述两相邻肋片(106)之间的垂直距离为所述肋片(106)厚度的6-8倍。

4.根据权利要求2或3之一所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，所述肋片(106)朝向壳体(101)开口一侧的边缘，均布齿牙结构，作为导流槽(107)。

5.根据权利要求4所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，所述导流槽(107)的齿牙宽度为所述肋片(106)厚度的2～4倍。

6.根据权利要求5所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，所述肋片(106)的顶部和所述上盖板(102)之间留有间隙。

7.根据权利要求1～3或5之一所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，所述壳体(101)侧壁的朝向开口方向的端面上开有一圈沉槽，作为密封槽(105)，所述密封槽(105)底部开有螺纹孔，所述上盖板(102)对应密封槽(105)的位置布有一圈凸台，所述凸台的高度小于所述密封槽(105)的深度，且所述凸台的宽度小于所述密封槽(105)的宽度；所述凸台开有通孔；所述壳体(101)的沉槽内填充密封胶(104)，所述上盖板(102)的凸台对应放入所述壳体(101)的沉槽中，螺钉(103)穿过凸台上的通孔拧入密封槽(105)底部的螺纹孔。

8.根据权利要求7所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，所述壳体(101)的材料为铝合金。

9.根据权利要求8所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，在真空条件下向壳体(101)内填充相变材料，使所述相变材料的填充体积大于所述壳体(101)容积的90％。

10.根据权利要求9所述的一种基于相变材料的抗热冲击散热器结构，其特征在于，所述相变材料具体为烷烃类化合物。