CN216930656U - 一种绝缘相变散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种绝缘相变散热器，其包括相变基板组件，设置在该相变基板组件表面的相变换热器及内嵌在相变基板组件内的绝缘结构组件；相变换热器包括相变翅片、换热翅片和换热器侧板，绝缘结构组件包括绝缘套件、陶瓷片和螺套，相变基板组件由相变基板壳体、相变基板毛细结构和相变基板盖板组成。本实用新型有效改善了相变基板及相变翅片温度梯度及温度分布的均温性，并有效降低了相变翅片垂直基板和流道方向温度梯度，从而改善了换热翅片表面温度，并使之分布更加均匀，大幅提升了换热器与空气流体的热交换效率。

Description

一种绝缘相变散热器

技术领域

本实用新型涉及一种绝缘相变散热器。

背景技术

伴随着电力电子、轨道交通、绿色能源、通讯、医疗设备等市场领域的电子元件的飞速发展：①电子器件的封装密度不断地提高，其热流密度不断地增大；②电子产品向微型化方向不断发展，功率更大而外形尺寸日益缩小；③电子产品散热需求越来越大。电子产品的这些发展趋势使得电子设备过热的问题越来越突出。

而电子设备的过热是电子产品失效(高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。且高温会降低电容器的使用寿命；使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降；还会造成焊点合金结构的变化—IMC增厚，焊点变脆，机械强度降低；结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结温进一步升高，最终导致元件失效)的主要原因之一，严重地限制了电子产品性能及可靠性的提高，也降低了设备的可靠性及工作寿命。因此电子设备内的温升必须予以控制，而运用良好的散热措施(散热技术、散热材料和性能优异的散热器)是解决散热问题的关键。

现在常规的风冷散热主要为强制风冷散热和自然对流散热，通过风扇等其它外力作用引起流体运动散热，称为强制对流散热；强制风冷散热常采用风扇强制流体流经散热器，通过流体与散热器的热交换将热量带出系统外。散热器多为铝挤型材散热器、压铸散热器或插翅、铲翅散热器。通过散热器材料自身传导将发热元件产生热量传递至翅片，并通过翅片与流过散热表面的空气流体，将热量交换散失掉，并通过空气对流将热量带出系统外。伴随发热元件发热量越来越大，热流密度越来越高，常规散热器由于材料和结构局限越来越难以满足散热需求。

常规散热器，材料一般为铝或铝合金，通过铝挤及压铸成型，并通过NC加工完成结构形状。发热元件紧贴散热器基板，沿流道方向生成散热翅片(如图1所示，其中a为发热元件，b为基板，c为翅片)。根据散热需求设置翅片间距和高度及厚度；由于铝或铝合金材料导热系数在100～220W/m.K之间，与发热元件接触基板热传导能力及均温性较差，热温度场高温区主要集中在发热元件区域。且由于铝或铝合金材料导热性能较差，在翅片相对基板的Z方向形成较大温度梯度。常规空气对流散热器热交换系数一般在5～25W/(m²*K)，致使自然对流散热器的外形尺寸较大，重量较重，且由于常规自然对流散热器多为铝或铝合金材质，导热系数一般在10～220W/m.K，其热传导和热交换性能较差。且在电力电子、轨道交通、绿色能源、通讯、医疗设备等领域，出于安全性考虑散热器与电子器件间要实现绝缘耐压要求(>5000V)。

实用新型内容

为解决以上现有技术存在的问题，本实用新型提出一种绝缘相变散热器。

本实用新型可通过以下技术方案予以实现：

一种绝缘相变散热器，包括相变基板组件，设置在该相变基板组件表面的相变换热器及内嵌在所述相变基板组件内的绝缘结构组件；所述相变换热器包括相变翅片、换热翅片和换热器侧板，所述绝缘结构组件包括绝缘套件、陶瓷片和螺套，所述相变基板组件由相变基板壳体、相变基板毛细结构和相变基板盖板组成。

进一步地，所述相变换热器为板式换热器或管式换热器。

进一步地，所述板式换热器或管式换热器的左右两端为换热器侧板，换热器侧板内设置若干所述相变翅片，所述相变翅片间设置若干换热翅片。

进一步地，所述相变翅片内留有相应蒸汽通道和工质冷凝液体流动通道，所述换热翅片为0.05～0.5mm厚铝波片。

进一步地，所述相变基板组件包括相变基板支撑加强结构，其均匀间隔设置在所述相变基板壳体和相变基板盖板之间。

进一步地，所述相变基板毛细结构设置在所述相变基板壳体内表面。

进一步地，所述绝缘套件为带有盲孔的圆柱体，盲孔内表面为与所述螺套匹配的螺纹结构。

进一步地，所述绝缘套件涂覆环氧结构胶后固定在所述相变基板壳体的绝缘结构组件孔位内。

有益效果

本实用新型的绝缘相变散热器通过工质相变传热，充分利用了相变传热具有的高相变蒸发潜热、均温传热的物理特点，有效改善了相变基板及相变翅片温度梯度及温度分布的均温性，并有效降低了相变翅片垂直基板和流道方向温度梯度，从而改善了换热翅片表面温度，并使之分布更加均匀，大幅提升了换热器与空气流体的热交换效率，且通过绝缘结构组件实现了从发热元件到相变基板的耐压绝缘需求。

附图说明

图1为现有的散热器结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型中相变换热器的结构示意图；

图4为本实用新型中绝缘结构组件的结构示意图；

图5为本实用新型中相变基板组件的结构示意图；

图6为本实用新型中绝缘相变散热器工作原理示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

如图2-5所示，本实用新型的一种绝缘相变散热器，包括相变基板组件3，设置在该相变基板组件3表面的相变换热器1及内嵌在相变基板组件内的绝缘结构组件2；相变换热器1包括相变翅片1-3、换热翅片1-2和换热器侧板1-1，绝缘结构组件包括绝缘套件2-2、陶瓷片2-4和螺套2-3，相变基板组件由相变基板壳体3-1、相变基板毛细结构3-4和相变基板盖板3-3组成。

其中，相变换热器1为板式换热器或管式换热器。板式换热器或管式换热器的左右两端为换热器侧板1-1，换热器侧板1-1内设置若干相变翅片1-3，相变翅片1-3间设置若干换热翅片1-2。

其中，相变翅片1-3内留有相应蒸汽通道和工质冷凝液体流动通道，换热翅片为0.05～0.5mm厚铝波片。

其中，相变基板组件3包括相变基板支撑加强结构3-2，其均匀间隔设置在相变基板壳体3-1和相变基板盖板3-3之间。相变基板毛细结构3-4设置在相变基板壳体3-1内表面。

其中，绝缘套件2-2为带有盲孔的圆柱体，盲孔内表面为与螺套2-3匹配的螺纹结构。绝缘套件2-2涂覆环氧结构胶2-1后固定在相变基板壳体3-1的绝缘结构组件孔位内。

本实用新型的绝缘相变散热器工作原理如图6所示：当电子元件工作运行发热时，热量H传递至相变基板壳体3-1表面，之后通过热传导将热量传递至相变基板壳体内表面毛细结构3-4，毛细结构吸附相变工质吸收热量发生相变，由液态变为汽态；工质蒸汽沿相变基板蒸汽空腔流动，并沿蒸汽空腔流动，后流入相变翅片蒸汽通道；经相变翅片1-3热量均温传递给换热翅片，换热翅片1-2与流经的空气流体进行热量交换，工质热量交换后相变冷却，由汽态变为液态，并通过毛细或重力流至换热翅片底部，并回流至相变基板，从而形成往复循环，将电子元件产生的热量带出系统外。

其中，相变基板壳体3-1一般采用铝或铝合金材料，通过CNC加工，或铝挤成型并辅助NC加工而成；同时加工相应支撑加强结构及绝缘组件结构孔位，并在相变基板适当位置加工尾管焊接孔位。之后在基板壳体内表面烧结铝或铝合金毛细结构。烧结层厚度0.3～5.0mm。烧结孔径0.01～0.3mm。

通过车削加工绝缘套件，绝缘套件2-2一般采用环氧树脂或尼龙或陶瓷等材料加工成带有盲孔的圆柱体，外径10～40mm，盲孔内表面加工与螺套匹配的螺纹结构。螺纹根据需求可为M3～20。之后在绝缘套件2-2外表面涂覆环氧结构胶2-1，胶层厚度0.05～0.1mm；将绝缘套件装配结构固定在相变基板壳体的绝缘组件结构孔位；以实现从螺套到基板的绝缘要求。之后加工相变基板壳体外表面，以使之达到表面光洁度使用要求，并在相变基板电器元件使用区域附加陶瓷片2-4，陶瓷片厚度0.5～5.0mm。再之后将锁合螺套安装至绝缘套件螺纹结构孔位内。

各组件的组装装配工艺：

通过TIG焊或MIG焊焊接将相变基板壳体与相变基板盖板与支撑加强结构焊接在一起；之后将相变换热器组件与相变基板+绝缘套件组件，通过TIG或MIG密封焊接在一起。在相变基板可相变基板盖板表面相应孔位，通过TIG焊焊接工艺尾管；密封后进行气压水检密封测试(测试压力>6.0Kgf，保压>30min)。之后再通过工艺管进行氦质谱密封检漏，要求<1x10^-8mbar.l/s，后抽真空<1x10^-3Pa，充灌工质，后通TIG或电子束或大功率激光过密封工艺管。

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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种绝缘相变散热器，其特征在于，包括相变基板组件，设置在该相变基板组件表面的相变换热器及内嵌在所述相变基板组件内的绝缘结构组件；所述相变换热器包括相变翅片、换热翅片和换热器侧板，所述绝缘结构组件包括绝缘套件、陶瓷片和螺套，所述相变基板组件由相变基板壳体、相变基板毛细结构和相变基板盖板组成。

2.根据权利要求1所述的绝缘相变散热器，其特征在于，所述相变换热器为板式换热器或管式换热器。

3.根据权利要求2所述的绝缘相变散热器，其特征在于，所述板式换热器或管式换热器的左右两端为换热器侧板，换热器侧板内设置若干所述相变翅片，所述相变翅片间设置若干换热翅片。

4.根据权利要求3所述的绝缘相变散热器，其特征在于，所述相变翅片内留有相应蒸汽通道和工质冷凝液体流动通道，所述换热翅片为0.05～0.5mm厚铝波片。

5.根据权利要求1所述的绝缘相变散热器，其特征在于，所述相变基板组件包括相变基板支撑加强结构，其均匀间隔设置在所述相变基板壳体和相变基板盖板之间。

6.根据权利要求1所述的绝缘相变散热器，其特征在于，所述相变基板毛细结构设置在所述相变基板壳体内表面。

7.根据权利要求1所述的绝缘相变散热器，其特征在于，所述绝缘套件为带有盲孔的圆柱体，盲孔内表面为与所述螺套匹配的螺纹结构。

8.根据权利要求7所述的绝缘相变散热器，其特征在于，所述绝缘套件涂覆环氧结构胶后固定在所述相变基板壳体的绝缘结构组件孔位内。

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