CN211291134U - 一种相变散热器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种相变散热器，包括蒸发部，以及倾斜设置在所述蒸发部一侧的冷凝部，所述蒸发部与所述冷凝部相互连通且共同形成密闭腔室，所述密封腔室内注有冷媒；所述蒸发部包括竖直设置的基板，以及设置在所述基板上的吸液芯，所述基板的上部纵向设有第一凹槽，所述吸液芯嵌装在所述第一凹槽上，且所述吸液芯的下部没入所述冷媒中；所述冷凝部内设有散热翅片，且所述冷凝部靠近所述蒸发部的一端低于所述冷凝部远离所述蒸发部的一端。该散热器空间占用体积小，均温性良好，冷媒相变周期短，散热效果优异，能够满足电力电子器件对于散热器的安装要求。

Description

一种相变散热器

技术领域

本发明涉及散热技术领域，特别涉及一种相变散热器。

背景技术

电力电子器件又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面。大功率电力电子器件工作时的功率损耗会引起电力电子器件发热、升温，而器件温度过高将缩短器件寿命，甚至烧毁器件，因此必须考虑电力电子器件的冷却问题，保证电力电子器件在额定温度范围内工作。目前常用的方式是通过散热器对电力电子器件进行冷却，散热器具有传导、释放热量的功能，且不妨碍电力电子器件的正常使用。

在众多种类的散热器中，相变散热器凭借其优异的传热性能，被广泛应用于电力电子器件的散热领域，其中以重力热管为主。但是，由于重力热管对结构具有特殊要求，使用时，重力热管的蒸发端必须置于散热器的下部，冷凝端必须位于散热器的上部，这样的布置方式极大地限制了重力热管的应用，特别是无法满足电力电子器件对于散热器的安装需求。由于空间及整体结构的限制，用于电力电子器件必须要安装在竖直设置的安装板上，此时，重力热管将无法正常使用，实现散热功能。

因此，如何提供一种能够竖直设置，且散热效果良好的相变散热器，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种相变散热器，该散热器空间占用体积小，均温性良好，冷媒相变周期短，散热效果优异，能够满足电力电子器件对于散热器的安装要求。

本发明提供的一种相变散热器，包括蒸发部，以及倾斜设置在所述蒸发部一侧的冷凝部，所述蒸发部与所述冷凝部相互连通且共同形成密闭腔室，所述密封腔室内注有冷媒；所述蒸发部包括竖直设置的基板，以及设置在所述基板上的吸液芯，所述基板的上部纵向设有第一凹槽，所述吸液芯嵌装在所述第一凹槽上，且所述吸液芯的下部没入所述冷媒中；所述冷凝部内设有散热翅片，且所述冷凝部靠近所述蒸发部的一端低于所述冷凝部远离所述蒸发部的一端。

优选的，所述吸液芯仅部分嵌设在所述第一凹槽内。

优选的，所述吸液芯为多孔结构的粉末冶金铜板。

优选的，所述基板的下部纵向设有第二凹槽。

优选的，所述第一凹槽和所述第二凹槽分别为平行均匀分布，且所述第一凹槽与所述第二凹槽彼此间交错设置。

优选的，所述冷凝部内侧的底部设有第三凹槽，所述第三凹槽用于将经过冷凝的所述冷媒引流至所述蒸发部。

优选的，所述冷凝部包括至少两个相互平行的冷凝密封腔，相邻所述冷凝密封腔之间留有散热介质流动通道，并且，每个所述冷凝密封腔内均设有所述散热翅片。

优选的，所述散热翅片包括至少两个翅片组，所述翅片组设置在所述冷凝部内侧的顶端，沿所述冷媒的蒸汽流动方向布置，相邻两个翅片组之间留有所述冷媒的流动间隙。

优选的，每个所述翅片组包括多个且平行布置的翅片，相邻的所述翅片之间留有供所述冷媒的蒸汽流通的通道。

优选的，所述冷凝部远离所述蒸发部的一端低于所述基板的高度。

本发明提供的一种相变散热器，在蒸发部与冷凝部共同形成的密闭腔室内注入冷媒，冷媒在蒸发部吸热蒸发进入冷凝部，并在冷凝部内与散热翅片进行热量交换；由于冷凝部倾斜设置在蒸发部的一侧，彼此间相互连通，且冷凝部靠近蒸发部的一端低于冷凝部远离蒸发部的一端，因此，经过冷凝处理的冷媒蒸汽凝结成为液态冷媒后，在重力作用下回流进入蒸发部完成相变循环。本发明采用相变进行散热，换热量大，占用空间小。另外，由于空间及整体结构的限制，电力电子器件必须要安装在竖直设置的安装板上。为了满足电力电子器件对于散热器的安装要求，本发明中散热器的蒸发部包括竖直设置的基板，以及设置在基板上的吸液芯。为了提高散热器的均温性，保证冷媒的有效相变循环，本发明在基板的上部纵向设置第一凹槽，吸液芯通过第一凹槽嵌装在基板上，且吸液芯的下部没入冷媒中。如此，在吸液芯的毛细作用力下，位于基板下部的冷媒能够顺着吸液芯延伸至基板上部，使得整个基板上均浸有冷媒，在扩大基板散热面积的同时使得电力电子器件传递至基板的热量能够在第一时间得到释放，有效提高散热器的散热效率，缩短冷媒的相变周期，保证蒸发部的均温性。本发明提供的散热器空间占用体积小，均温性良好，冷媒相变周期短，散热效果优异，能够满足电力电子器件对于散热器的安装要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中相变散热器的侧视图；

图2为本发明实施例中基板的正视图；

图3为本发明实施例中相变散热器的俯视图；

图中，1-蒸发部、2-冷凝部、21-冷凝密封腔、3-基板、31-第一凹槽、32-第二凹槽、4-吸液芯、5-散热翅片、51-翅片组、52-流动间隙、6-电力电子器件、7-散热介质流动通道。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本发明实施例采用递进的方式撰写。

如图1至图3所示，本发明提供的一种相变散热器，包括蒸发部1，以及倾斜设置在蒸发部1一侧的冷凝部2，蒸发部1与冷凝部2相互连通且共同形成密闭腔室，密封腔室内注有冷媒；蒸发部1包括竖直设置的基板3，以及设置在基板3上的吸液芯4，基板3的上部纵向设有第一凹槽31，吸液芯4嵌装在第一凹槽31上，且吸液芯4的下部没入冷媒中；冷凝部2内设有散热翅片5，且冷凝部2靠近蒸发部1的一端低于冷凝部2远离蒸发部1的一端。

需要说明的是，此处所述的散热翅片5不限于板状的翅片结构，根据实际使用的需要，散热翅片5还可以是管状、棒状、S型等等。

本发明提供的相变散热器，在蒸发部1与冷凝部2共同形成的密闭腔室内注入冷媒，冷媒在蒸发部1吸热蒸发进入冷凝部2，并在冷凝部2内与散热翅片5进行热量交换；由于冷凝部2倾斜设置在蒸发部1的一侧，彼此间相互连通，且冷凝部2靠近蒸发部1的一端低于冷凝部2远离蒸发部1的一端，因此，经过冷凝处理的冷媒蒸汽凝结成为液态冷媒后，在重力作用下回流进入蒸发部1完成相变循环。本发明采用相变进行散热，换热量大，占用空间小。另外，由于空间及整体结构的限制，电力电子器件6必须要安装在竖直设置的安装板上。为了满足电力电子器件对于散热器的安装要求，本发明中散热器的蒸发部1包括竖直设置的基板3，以及设置在基板3上的吸液芯4。为了提高散热器的均温性，保证冷媒的有效相变循环，本发明在基板3的上部纵向设置第一凹槽31，吸液芯4通过第一凹槽31嵌装在基板3上，且吸液芯4的下部没入冷媒中。如此，在吸液芯4的毛细作用力下，位于基板3下部的冷媒能够顺着吸液芯4延伸至基板3上部，使得整个基板3上均浸有冷媒，在扩大基板3散热面积的同时使得电力电子器件6传递至基板3的热量能够在第一时间得到释放，有效提高散热器的散热效率，缩短冷媒的相变周期，保证蒸发部1的均温性。本发明提供的散热器空间占用体积小，均温性良好，冷媒相变周期短，散热效果优异，能够满足电力电子器件对于散热器的安装要求。

本发明提供的相变散热器，其基板3上的一个第一凹槽31就相当于传统重力热管散热器中的一根热管，蒸发端的散热面积比传统热管散热器大很多。本发明中散热器的蒸发端与冷凝端是相互连通的，蒸发部1吸热产生的冷媒蒸汽可以均匀上升到冷凝端，而传统热管散热器的热管是独立的，热量大的部位冷凝能力不足，热量小的部位(甚至有些部位没有热量)冷凝能力不能有效发挥。因此，本发明提供的相变散热器相较于传统热管散热器而言具有优异的均温性及散热能力。

另外，由于传统的吸液芯4是通过平面贴焊的方式焊接在基板3上的，所以吸液芯4与基板3连接侧的微孔结构被破坏，只能一面吸热、另一面排出冷媒蒸汽，其吸液面积小，蒸发面和吸热面也小，吸液能力大幅下降。而本发明通过第一凹槽31将吸液芯4嵌装在基板3上，镶嵌结构能够避免这些问题的产生，吸液芯4的接触面积和吸液面积成倍增加，冷媒蒸汽的排出面积增加四倍以上，同时，由于冷媒蒸汽排出面积的大幅增加，吸液芯4中的气压降低，使得吸液芯4的毛细吸液能力大幅增强，冷媒的相变周期进一步缩短。

作为本发明实施例的一种，吸液芯4可以仅部分嵌设在第一凹槽31内。这样的设置方式能够进一步增加吸液芯4的接触面积、吸液面积以及冷媒蒸汽的排出面积，提高散热器的散热效率，缩短冷媒的相变周期。

作为优选，吸液芯4可以是多孔结构的粉末冶金铜板。由于粉末冶金铜板抗腐蚀性能好，使用寿命长，并且热传导性能高，因此可以增加吸液芯4的散热效果。

作为本发明的另一种实施方式，可以在基板3的下部纵向设置第二凹槽32。第二凹槽32的设置有利于增大基板3的散热面积，同时，第二凹槽32的两侧槽板还能够起到加强筋的作用，提高基板3的整体强度。

作为优选，第一凹槽31和第二凹槽32分别为平行均匀分布，且第一凹槽31与第二凹槽32彼此间交错设置。在本实施例中，第一凹槽31与第二凹槽32彼此间交错设置，第二凹槽32的两侧槽板对嵌设在第一凹槽31内的吸液芯4可以起到一定的支撑作用(即，第二凹槽32的两侧槽板可以承托吸液芯4的底部)。防止在使用过程中，由于磕碰或者老化等原因，嵌设在第一凹槽31中的吸液芯4发生松动或者从第一凹槽31中脱落。

作为优选，还可以在冷凝部2内侧的底部设置第三凹槽，第三凹槽用于将经过冷凝的冷媒引流至蒸发部1。散热过程中，由蒸发部1运动至冷凝部2的冷媒蒸汽在冷凝部2与散热翅片5发生热量交换，冷凝成为液态冷媒，部分液态冷媒在自身重力的作用下滴落至冷凝部2内侧的底部，第三凹槽的设置能够对位于底部的冷媒起到一定的聚集作用和导向作用，使其汇流流入蒸发部1进行相变循环。

作为本发明的另一种实施方式，冷凝部2可以包括至少两个相互平行的冷凝密封腔21，相邻冷凝密封腔21之间留有散热介质流动通道7，并且，每个冷凝密封腔21内均设有散热翅片5。

本发明实施例将冷凝部2设置为至少两个相互平行的冷凝密封腔21，使散热介质从两个相邻的冷凝密封腔21之间形成的散热介质流动通道7自上而下、或者自下而上地流过，与冷凝密封腔21发生热量传导，将热量带走。相较于整体式冷凝部2而言，这样的设置方式增加了散热介质与冷凝部2之间的接触面积，扩大了散热介质的热传导面积，提高了散热效率。

作为优选，散热介质可以为流动空气。流动的空气能够增加散热器的散热性能，提高散热效果。

进一步的，散热翅片5可以包括至少两个翅片组51，翅片组51设置在冷凝部2内侧的顶端，沿冷媒的蒸汽流动方向布置，相邻两个翅片组51之间留有冷媒的流动间隙52。

本发明实施例将翅片组51沿蒸汽流动方向布置，使得更多的蒸汽能够进入翅片组51中进行热量交换，增大翅片组51的换热量；同时，在相邻两个翅片组51之间留有冷媒的流动间隙52，使得在各翅片组51中完成相变的冷媒能够在自身重力作用下经流动间隙52滴落至冷凝部2内侧底部，在冷凝部2内侧底部的导向作用下流至蒸发部1参与下一次的相变循环，这样的布置方式能够有效提高散热器的散热效率，缩短冷媒的相变周期。

作为优选，每个翅片组51可以包括多个且平行布置的翅片，相邻的翅片之间留有供冷媒的蒸汽流通的通道。这样的设置方式能够有效增大翅片组51与冷媒蒸汽之间的接触面积，扩大翅片组51的热传导面积，提高了散热效率，缩短冷媒的相变周期。

优选的，冷凝部2远离蒸发部1的一端低于基板3的高度。这样的设置方式使得本发明实施例提供的散热器能够更好的满足电力电子器件对于散热器的安装需求，减小散热器的空间占用体积。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种相变散热器，其特征在于，包括蒸发部，以及倾斜设置在所述蒸发部一侧的冷凝部，所述蒸发部与所述冷凝部相互连通且共同形成密闭腔室，所述密封腔室内注有冷媒；

所述蒸发部包括竖直设置的基板，以及设置在所述基板上的吸液芯，所述基板的上部纵向设有第一凹槽，所述吸液芯嵌装在所述第一凹槽上，且所述吸液芯的下部没入所述冷媒中；

所述冷凝部内设有散热翅片，且所述冷凝部靠近所述蒸发部的一端低于所述冷凝部远离所述蒸发部的一端。

2.根据权利要求1所述的相变散热器，其特征在于，所述吸液芯仅部分嵌设在所述第一凹槽内。

3.根据权利要求1或2所述的相变散热器，其特征在于，所述吸液芯为多孔结构的粉末冶金铜板。

4.根据权利要求1或2所述的相变散热器，其特征在于，所述基板的下部纵向设有第二凹槽。

5.根据权利要求4所述的相变散热器，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽分别为平行均匀分布，且所述第一凹槽与所述第二凹槽彼此间交错设置。

6.根据权利要求1所述的相变散热器，其特征在于，所述冷凝部内侧的底部设有第三凹槽，所述第三凹槽用于将经过冷凝的所述冷媒引流至所述蒸发部。

7.根据权利要求1或5所述的相变散热器，其特征在于，所述冷凝部包括至少两个相互平行的冷凝密封腔，相邻所述冷凝密封腔之间留有散热介质流动通道，并且，每个所述冷凝密封腔内均设有所述散热翅片。

8.根据权利要求7所述的相变散热器，其特征在于，所述散热翅片包括至少两个翅片组，所述翅片组设置在所述冷凝部内侧的顶端，沿所述冷媒的蒸汽流动方向布置，相邻两个翅片组之间留有所述冷媒的流动间隙。

9.根据权利要求8所述的相变散热器，其特征在于，每个所述翅片组包括多个且平行布置的翅片，相邻的所述翅片之间留有供所述冷媒的蒸汽流通的通道。

10.根据权利要求1所述的相变散热器，其特征在于，所述冷凝部远离所述蒸发部的一端低于所述基板的高度。

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