CN219628182U - 一种用于风电系统的相变材料-石墨风冷散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于风电系统的相变材料‑石墨风冷散热器，包括散热器底座以及位于散热器底座上的多个翅片；所述散热器底座包括相对的散热面以及安装面，多个所述翅片设置于所述散热面上；所述散热器底座内部设置有多个容纳腔，容纳腔内设置有相变材料；所述翅片为中空结构，翅片内部的空腔内也设置有相变材料；在所述散热器底座内还嵌入有石墨层，所述石墨层位于靠近所述安装面的一侧，所述容纳腔位于所述石墨层与安装面之间。采用上述技术方案，在散热器底座内嵌入石墨层，增强了散热器在安装面的均热能力，所述石墨层下方设置容纳腔，容纳腔内部填充相变材料，利用相变材料高潜热的特点，大量吸收来自热源散发的热量。

Description

一种用于风电系统的相变材料-石墨风冷散热器

技术领域

本实用新型涉及一种用于风电系统的相变材料-石墨风冷散热器，属于风力发电技术领域。

背景技术

风电产业是可循环新能源产业，大力发展风电产业，对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要意义。风电机组内的各个元器件在工作过程中产生巨大热量，需要通过散热器来有效降低工作温度，稳定工作状态。然而，由于加工工艺以及材料的限制，目前风电单机应用的金属散热器的散热能力有待进一步提升。另外，风电系统的特殊工作环境对散热器的重量、体积以及寿命提出了更高的要求，这使得系统散热问题更加严峻，使得系统的热结构设计问题日益突出。

常见的散热器冷却方式主要分为风冷和液冷两种。与应用较多的水冷散热器相比，风冷散热器不需要供水，不存在漏水问题，一定程度上降低电机的运行成本；特别地，风电系统需要工作在一些特殊环境中，尤其对于缺水条件下，在室外运行和在环境比较恶劣的如粉尘较多的室内运行的电机，采用风冷的方式对于保证电动机的正常运行有效且经济实用。此外，相变材料具有大潜热的优势，它们在特定时间范围内具有优秀的温度控制性能。因此，相变材料和散热器的结合被认为是风电系统热管理的一种有前途的方法。常见的相变材料包括有机类、无机类、混合类等，具体为结晶水合盐，熔融盐，水，石蜡等。

基于以上传统散热器的不足以及风冷散热器的优势，本实用新型提供了一种相变材料-石墨风冷散热器，以规避传统金属散热器的缺点，提升金属散热器的散热性能。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于提供一种能够提升金属散热器散热性能的相变材料-石墨风冷散热器。

为了实现上述目的，本实用新型的一种相变材料-石墨风冷散热器，包括散热器底座以及位于散热器底座上的多个翅片；所述散热器底座包括相对的散热面以及安装面，多个所述翅片设置于所述散热面上；所述散热器底座内部设置有多个容纳腔，容纳腔内设置有相变材料；所述翅片为中空结构，翅片内部的空腔内也设置有相变材料；在所述散热器底座内还嵌入有石墨层，所述石墨层位于靠近所述安装面的一侧，所述容纳腔位于所述石墨层与安装面之间。

多个所述翅片相互平行并列设置。

所述容纳腔为长条形，多个所述容纳腔平行并列设置。

容纳腔的延伸方向与翅片相垂直。

所述容纳腔的截面为方形。

所述容纳腔的侧壁上设置有多孔石墨烯薄膜。

所述散热器底座为长方体形，所述翅片为方形板状，所述翅片焊接固定于所述散热器底座上。

所述石墨层为方形的石墨板。

所述相变材料包括结晶水合盐、熔融盐、水或石蜡。

所述安装面用于安装散热零件。

采用上述技术方案，本实用新型的相变材料-石墨风冷散热器，与传统金属散热器相比，在散热器底座内嵌入石墨层，增强了散热器在安装面的均热能力，所述石墨层下方设置容纳腔，容纳腔内部填充相变材料，利用相变材料高潜热的特点，大量吸收来自热源散发的热量；普通金属散热器的翅片部分为纯金属，本实用新型的翅片内部也设置了相变材料，兼顾高导热性和高机械性。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图。

图2为本实用新型的主视图。

图3为本实用新型的侧视图。

图4为本实用新型的俯视图。

图5为实施例一的散热器的散热效果图。

图6为实施例二的散热器的散热效果图。

图7为实施例三的散热器的散热效果图。

图8为实施例四的散热器的散热效果图

具体实施方式

以下通过附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

为更好地理解本实用新型，下文将利用COMSOL Multiphysics仿真软件对照附图并结合实施例进行详细描述。

实施例一：

第一步，利用建模软件Solidwords等建立功率模块、散热器等零件的三维模型；第二步，将其转换成STEP格式输出，便于导入有限元分析软件COMSOL 5.6当中；第三步，将STEP格式文件导入COMSOL 5.6软件当中。利用COMSOL软件对模型中除散热器翅片和底板以外的各项散热部件赋予材质和物理属性，并设置好相应的物理场和边界条件。第四步，设定散热器整体的材质为铜，赋予其热导率、比热容、密度等物理参数。针对不同模型结构需要添加特定的材料赋予相应的属性，并对设定的模型和物理场等参数进行检查；第五步，绘制高质量的计算网格，以热源发热功率为40W，风冷散热器的入口风速为4m/s，进行传热仿真模拟，如图5所示。

实施例二：

除实施例一中的第四步建模阶段需将散热器底座内相变材料设置为石蜡，其他步骤与实施例一一致，最终得到普通的相变材料石蜡散热器，如图6所示。

实施例三：

在实施例二的基础上，在散热器底座内增加石墨板，容纳腔内壁增加多孔石墨烯薄膜，最终得到石蜡-石墨(底座)散热器，如图7所示。

实施例四：

在实施例三的基础上，在翅片内填充石蜡材料，最终得到本实用新型的石蜡-石墨风冷散热器，如图8所示。

经过软件仿真模拟计算，发现传统的金属铜散热器在热源功率为40W时的最高温度为74.14℃，而本实用新型的石蜡-石墨风冷散热器具有更好的散热能力和效果。在相同条件下，实施例四的最高温度为67.57℃(如图8所示)，比实施例一中传统的金属铜散热器降低了6.57℃(如图5所示)，实施例二和实施例三的普通石蜡散热器和石蜡-石墨(底座)散热器的最高温度分别降低了5.14℃和6.24℃(如图6、7所示)。由此可得，经过结构改造与设计，本实用新型的相变材料-石墨风冷散热器的散热能力得到大幅提升。

实施例散热效果数据统计表

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

如图1-4所示，本实用新型的一种相变材料-石墨风冷散热器，包括散热器底座1以及位于散热器底座1上的多个翅片2。

所述散热器底座1包括相对的散热面以及安装面，所述安装面用于安装散热零件，多个所述翅片2设置于所述散热面上。所述散热器底座1为长方体形，所述翅片2为方形板状，所述翅片2焊接固定于所述散热器底座1上，多个所述翅片2相互平行并列设置。

所述散热器底座1内部设置有多个容纳腔，所述容纳腔为长条形，并且截面为方形，多个所述容纳腔平行并列设置，容纳腔的延伸方向与翅片2相垂直。在所述容纳腔内设置有相变材料12，所述相变材料12包括结晶水合盐、熔融盐、水或石蜡。所述容纳腔的侧壁上还设置有多孔石墨烯薄膜13。

所述翅片2为中空结构，翅片2内部的空腔内也设置有相变材料12。

在所述散热器底座1内还嵌入有石墨层11，所述石墨层11为方形的石墨板。所述石墨层11位于靠近所述安装面的一侧，所述容纳腔位于所述石墨层11与安装面之间。

本实用新型的散热器，利用相变材料12高潜热的特点，大量吸收来自热源散发的热量，嵌入的石墨板可增强散热器底座1在安装面内的均热能力，容纳腔内壁的多孔石墨烯薄膜13降低了散热路径的热阻，提高了由热源到相变材料12的热通量，实现比普通金属板更强的散热能力；翅片2部分也采用中空结构填装相变材料12散热，兼顾高导热性和高机械性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：一方面，石墨本身比传统的金属导热能力更强，避免因点热源引起的不均匀散热，提高散热器在水平面内的均热能力；另一方面，利用容纳腔内的相变材料12在冷端和热端之间的固-液-固/固-气-固等物理变化过程散热，增强散热器的对流散热效率。容纳腔内壁的多孔石墨烯薄膜13增加了散热路径上的热通量。此外，翅片2填装有相变材料12也有助于提升热导率，也增强了散热器的对流散热效率。

Claims (10)

1.一种相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：包括散热器底座以及位于散热器底座上的多个翅片；所述散热器底座包括相对的散热面以及安装面，多个所述翅片设置于所述散热面上；所述散热器底座内部设置有多个容纳腔，容纳腔内设置有相变材料；所述翅片为中空结构，翅片内部的空腔内也设置有相变材料；在所述散热器底座内还嵌入有石墨层，所述石墨层位于靠近所述安装面的一侧，所述容纳腔位于所述石墨层与安装面之间。

2.如权利要求1所述的相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：多个所述翅片相互平行并列设置。

3.如权利要求2所述的相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：所述容纳腔为长条形，多个所述容纳腔平行并列设置。

4.如权利要求3所述的相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：容纳腔的延伸方向与翅片相垂直。

5.如权利要求1所述的相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：所述容纳腔的截面为方形。

6.如权利要求1-5任一项所述的相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：所述容纳腔的侧壁上设置有多孔石墨烯薄膜。

7.如权利要求1-5任一项所述的相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：所述散热器底座为长方体形，所述翅片为方形板状，所述翅片焊接固定于所述散热器底座上。

8.如权利要求1-5任一项所述的相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：所述石墨层为方形的石墨板。

9.如权利要求1-5任一项所述的相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：所述相变材料包括结晶水合盐、熔融盐、水或石蜡。

10.如权利要求1-5任一项所述的相变材料-石墨风冷散热器，其特征在于：所述安装面用于安装散热零件。