專利名稱：一種電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力電子冷卻領(lǐng)域，是一種高效的電子器件冷卻裝置，將發(fā)熱器件的表面與散熱裝置的吸熱面緊密貼合，接觸面涂抹導(dǎo)熱硅脂后可有效降低電力電子發(fā)熱器件的溫度。適用于發(fā)熱功率為100W-500W的電力電子發(fā)熱器件的散熱，將發(fā)熱器件的溫度控制在50°C以下。
背景技術(shù)：
二十世紀六十年代至今，隨著微電子和光電子等行業(yè)的不斷發(fā)展，技術(shù)上的不斷進步，光電器件的集成度越來越高，工作時產(chǎn)生的熱量越來越多，熱流密度也越來越高。在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域，根據(jù)著名的摩爾定律，在價格不變的情況下，集成電路上可以容納的晶體 管的數(shù)量每隔約十八個月就會增加一倍，其性能也將提升一倍。雖然技術(shù)的進步也同樣降低了單個晶體管的能量消耗，但是由于晶體管數(shù)目增長的速度大于單個晶體管能耗降低的速度，整體上造成了電子芯片的能耗是不斷增加的，如此多的熱量如不能及時地擴散掉，將會使芯片內(nèi)部溫度逐漸上升，最終導(dǎo)致芯片停止工作。同時，芯片長時間在較高溫度下運行也會顯著地降低其使用壽命。隨著單個芯片上集成的晶體管數(shù)量的不斷增加，其功耗必然也會不斷地隨之增加，而當單個芯片的功耗超過70W后，其冷卻器件的價格會急劇上升。在顯示技術(shù)領(lǐng)域，陰極射線管顯示器(CRT)由于其高質(zhì)量的畫質(zhì)曾經(jīng)壟斷整個顯示行業(yè)，但是近年來液晶顯示(IXD)、等離子顯示(PDP)和激光顯示等新型的平板式顯示器正逐漸取代CRT顯示器成為市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品，這主要是由于激光和發(fā)光二極管技術(shù)的進步引起的。與傳統(tǒng)CRT顯示不同，激光和發(fā)光二極管顯示都是采用固體光源，而解決這些固體光源的散熱難題也成了必須面對的新挑戰(zhàn)。由于激光以及發(fā)光二極管等器件對溫度很敏感，工作溫度的不穩(wěn)定不但會嚴重影響畫面顯示質(zhì)量，而且也會大大縮短光源的壽命，所以這些固體光源的工作溫度范圍很窄，允許的工作溫度波動范圍往往很小。此外，在顯示器播放運動畫面時，由于播放畫面的不一致性和畫面間的連續(xù)轉(zhuǎn)換，屏幕的局部區(qū)域所產(chǎn)生的熱量可能會有成百上千倍地增加，從而使保持整個屏幕光源工作溫度的均一性面臨更大的挑戰(zhàn)。因此，精確的工作溫度控制對這些光源來說不可或缺。在照明領(lǐng)域，隨著技術(shù)的進步，采用發(fā)光二極管(LED)作為光源的照明燈正逐漸出現(xiàn)并替代傳統(tǒng)的燈具。LED照明具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長和響應(yīng)速度快等特點，被認為將成為繼白熾燈、熒光燈、氣體放電燈之后的第四代光源，有廣闊的市場前景。目前，LED燈的發(fā)光效率為10% 20%，其余的能量最后轉(zhuǎn)化成熱能。由于LED的高功率和結(jié)構(gòu)緊湊的特征，其工作過程中產(chǎn)生的余熱使芯片的封裝表面具有較高的熱流密度，這些熱量如果不能及時帶走，必將使發(fā)光二極管的溫度顯著升高，這種由溫升引起的熱效應(yīng)對LED的性能產(chǎn)生嚴重的影響，可以使芯片的發(fā)射光譜發(fā)生紅移，影響出光效率，加速器件的老化，縮短使用壽命，甚至導(dǎo)致芯片燒毀。因此，LED芯片的散熱問題成了制約LED照明行業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵問題。照明行業(yè)的用電量大約占社會用電量的12%左右，如果可以解決LED照明芯片的散熱問題，進而推動LED照明的普及，必將對我國節(jié)能減排做出巨大貢獻。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有電力電子設(shè)備與器件運行過程中存在的發(fā)熱量過大、器件溫度過高、工作壽命短、由于產(chǎn)熱引起的工作不穩(wěn)定等問題；提供一種換熱效率高、結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊、成本低、溫控能力強的相變式散熱裝置來解決電力電子設(shè)備運行中存在的熱問題。為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是一種電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，包括集蒸發(fā)器與冷凝器為一體的換熱主體部件和兩個端部檔板，其特征在于，換熱主體部件截面外輪廓為半橢圓形的，半橢圓是沿著所在橢圓的長徑分割的。換熱主體部件截面內(nèi)部是半橢圓形空腔，半橢圓形空腔的外圍是半橢圓形的金屬外殼，在半橢圓形外殼的外表面均勻布置有高度相同的金屬肋片。換熱主體部件的兩個端面為開口的，在換熱主體部件的兩端面放置兩個與端面開口形狀一致的半橢 圓形檔板于散熱主體部件的兩端，用來密封散熱主體部件的兩端開口，形成散熱裝置的內(nèi)部密封空間。半橢圓形檔板上面設(shè)置有充液/汽口。散熱裝置與電力電子發(fā)熱器件的接觸面是散熱裝置底面。本實用新型中所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其換熱主體部件截面半橢圓形空腔的橢圓長徑為20mm-500mm,橢圓短徑的長度為15mm-400mm,半橢圓是沿著所在橢圓的長徑分割的。換熱主體部件的金屬外殼的厚度為2mm-20mm。換熱主體部件表面肋片的厚度2mm-30mm,肋片的高度為5mm-100mm,肋片間的間距為2mm-50mm。換熱主體部件底面的厚度為lmm-20mm。半橢圓形端部檔板的厚度為lmm-20mm。本實用新型所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其內(nèi)部空腔中填充有換熱介質(zhì)，優(yōu)選為乙醇與去離子水的混合物，混合液體中去離子水的體積比例為10%-90%，乙醇的體積比例為90%_10%。本實用新型所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其內(nèi)部工質(zhì)的充裝特征為將高溫高壓的乙醇與去離子水的混合蒸汽通過設(shè)置于檔板上的充液/汽口充入裝置內(nèi)部，待充滿后封閉充液/汽口，腔內(nèi)高溫高壓蒸汽冷卻液化后內(nèi)部形成真空。本實用新型所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其下底面與發(fā)熱裝置的表面相貼合，貼合面涂抹導(dǎo)熱硅脂用于熱傳遞。當電力電子器件工作時，電力電子器件所產(chǎn)生的熱量通過貼合表面?zhèn)鬟f給散熱裝置底面，散熱裝置底面再將熱量傳遞到裝置底面內(nèi)部，底面內(nèi)表面附近的乙醇與去離子水的混合液體工質(zhì)受熱后發(fā)生相變，吸收傳遞到底面內(nèi)表面的熱量，相變產(chǎn)生的蒸汽彌散到整個空腔的內(nèi)部，由于空腔的非加熱表面溫度較低，蒸汽在空腔內(nèi)的非加熱表面發(fā)生冷凝，蒸汽變?yōu)橐后w流回空腔底部，同時將熱量傳遞給非加熱表面，然后再通過金屬外殼將熱量傳遞到散熱裝置外表面，外殼外表面布置有散熱肋片，通過肋片等強化傳熱手段再將熱量傳遞到環(huán)境中去，達到對電力電子器件散熱的目的。本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型散熱裝置的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面I.換熱效率高、換熱溫差小。本散熱裝置采用相變傳熱技術(shù)，而液體在相變發(fā)生前后溫度基本不發(fā)生變化，但是散熱裝置內(nèi)混合液體在散熱裝置底面(被加熱面)吸熱發(fā)生相變變?yōu)檎羝麜r，相變的面積較小，但是當蒸汽在空腔內(nèi)其它表面放熱液化變?yōu)橐后w的時候，相變的面積明顯變大。這樣就在基本上不增加換熱溫差的情況下，增大了換熱發(fā)生的面積，使得電力電子設(shè)備產(chǎn)生的耗散熱能夠更快更好地傳遞到外圍環(huán)境中去。另外，本散熱裝置在金屬外殼的外圍布置有間隔合理、高度適中的散熱肋片，也可以使傳遞到非加熱外殼表面上的熱量更快更好地擴散到周圍環(huán)境中去，進一步強化了換熱效率。2.節(jié)省材料、經(jīng)濟性好、重量輕。與傳統(tǒng)的電力電子冷卻裝置相比，本換熱裝置由于采用了內(nèi)部空腔化的設(shè)計，所以大大減少了所用金屬材料的數(shù)量，散熱裝置外殼外圍布置的肋片經(jīng)過精心設(shè)計，厚度和高度都比較適中，最大可能地節(jié)省了所用材料的數(shù)量。本散熱裝置外殼厚度較薄，這一方面在保證所需強度的情況下減少了材料的使用量，另一方面也減少了熱量傳遞中的溫度差，強化了換熱。3.運行穩(wěn)定、可靠性高。本換熱裝置的熱量最終是通過自然風(fēng)冷的方式傳遞到環(huán)境中去，系統(tǒng)中沒有使用外加風(fēng)扇的強制空冷，這一方面節(jié)省了外加風(fēng)扇所需的功耗，另一方面也使散熱裝置在運行中免收由于散熱風(fēng)扇故障所帶來的干擾，提高了運行的可靠性和穩(wěn)定性?！?br> 圖I散熱裝置組裝后的三維效果圖；圖2散熱裝置的換熱主體部件三維示意圖；圖3散熱裝置的換熱主體部件截面圖；圖4散熱裝置的兩個端面擋板三維示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本實用新型進一步詳細說明。如附圖1、3所示，本實用新型的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，主要由集蒸發(fā)器與冷凝器為一體的換熱主體部件I和兩個端部檔板2組合而成。換熱主體部件I截面外輪廓為半橢圓形的，半橢圓是沿著所在橢圓的長徑分割的。換熱主體部件I截面內(nèi)部是半橢圓形空腔14,半橢圓形空腔14的外圍是半橢圓形的金屬外殼11，在半橢圓形外殼11的外表面均勻布置有高度相同的金屬肋片13。換熱主體部件I的兩個端面為開口的，在換熱主體部件I的兩端面放置兩個與端面開口形狀一致的半橢圓形檔板2于散熱主體部件I的兩端，用來密封散熱主體部件I的兩端開口，形成散熱裝置的內(nèi)部密封空間。半橢圓形檔板2上面設(shè)置有充液/汽口 21。換熱主體部件I和半橢圓形檔板2如附圖2、附圖3和附圖4所示。散熱裝置與電力電子發(fā)熱器件的接觸面是散熱裝置底部的平面，即底面12。本實用新型中所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其換熱主體部件I截面半橢圓形空腔的橢圓長徑為20mm-500mm,橢圓短徑的長度為15mm-400mm。換熱主體部件I的金屬外殼11的厚度為2mm-20mm，半橢圓是沿著所在橢圓的長徑分割的。換熱主體部件表面肋片13的厚度2mm-30mm,肋片的高度為5mm-100mm,肋片間的間距為2mm-50mm。換熱主體部件底面12的厚度為lmm-20mm。裝置的半橢圓形檔板2的厚度為lmm-20mm。本實用新型所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其內(nèi)部填充乙醇與去離子水的混合物,混合液體中去離子水的體積比例為10%-90%，乙醇的體積比例為90%-10%。[0026]本實用新型所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其內(nèi)部工質(zhì)的充裝特征為將高溫高壓的乙醇與去離子水的混合蒸汽通過設(shè)置于檔板2上的充液/汽口 21充入裝置內(nèi)部，待充滿后封閉充液/汽口，空腔14內(nèi)的高溫高壓蒸汽冷卻液化后內(nèi)部形成真空。本實用新型所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其下底面12與發(fā)熱裝置的表面相貼合，貼合面涂抹導(dǎo)熱硅脂用于熱傳遞。當電力電子器件工作時，電力電子器件所產(chǎn)生的熱量通過貼合表面?zhèn)鬟f給散熱裝置底面12，散熱裝置底面再將熱量傳遞到裝置底面12的內(nèi)部，底面12的內(nèi)表面附近的乙醇與去離子水的混合液體工質(zhì)受熱后發(fā)生相變，吸收傳遞到底面內(nèi)表面的熱量，相變產(chǎn)生的蒸汽彌散到整個空腔14的內(nèi)部，由于空腔14的非加熱表面溫度較低，蒸汽在空腔14內(nèi)的非加熱表面發(fā)生冷凝，蒸汽變?yōu)橐后w流回空腔14底部，同時將熱量傳遞給非加熱表面，然后再通過金屬外殼11將熱量傳遞到散熱裝置外表面，夕卜殼外表面布置有散熱肋片13，通過肋片等強化傳熱手段再將熱量傳遞到環(huán)境中去，達到對電力電子器件散熱的目的。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，包括集蒸發(fā)器與冷凝器為一體的換熱主體部件(I)和兩個端部檔板(2)，其特征在于，所述換熱主體部件(I)的橫截面外輪廓呈半橢圓形，內(nèi)部為半橢圓形空腔(14),半橢圓形空腔(14)的外圍是半橢圓形的金屬外殼(11),在所述金屬外殼(11)的外表面均勻布置有多個金屬肋片(13),在所述換熱主體部件(I)的兩開口端面分別設(shè)置一所述端部檔板(2)，且端部檔板(2)與所述開口端面的形狀一致，用以密封所述半橢圓形空腔(14);所述端部檔板(2)上設(shè)置有充液/汽口(21);所述換熱主體部件(I)的底面(12)與電力電子發(fā)熱器件接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述半橢圓形空腔(14)的橢圓長徑為20-500mm，短徑為15-400mm，所述半橢圓是沿著其所在橢圓的長徑分割得到的。
3.如權(quán)利要求I所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述金屬外殼(II)的厚度為2-20_。
4.如權(quán)利要求I所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述金屬肋片(13)的厚度為2-30mm，高度為5_100mm，且各肋片的高度相同，相鄰肋片間的間距為2-50mmo
5.如權(quán)利要求I所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述底面(12)的厚度為l-20mm。
6.如權(quán)利要求I所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述端部檔板(2)的厚度為I-20mm。
7.如權(quán)利要求I所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，密封的所述半橢圓形空腔(14)中充裝有換熱工質(zhì)。
8.如權(quán)利要求7所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述換熱工質(zhì)為乙醇與去離子水的混合液，其中去離子水的體積比例為10%-90%。
9.如權(quán)利要求7或8所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，高溫高壓的所述換熱介質(zhì)通過所述充液/汽口(21)充滿所述半橢圓形空腔(14)后，所述充液/汽口(21)是封閉的，所述換熱介質(zhì)冷卻液化后，半橢圓形空腔(14)內(nèi)部形成真空。
專利摘要本實用新型公開了一種電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，所涉及的技術(shù)包括熱設(shè)計技術(shù)、液體相變換熱技術(shù)、池沸騰傳熱技術(shù)、金屬材料加工成型技術(shù)、金屬表面的處理技術(shù)，本產(chǎn)品主要由集蒸發(fā)器與冷凝器為一體的換熱主體部件(1)和端部檔板(2)組合而成，組合后形成一種新型的散熱裝置。本散熱裝置主要用于電力電子器件的散熱，其功能是將電力電子發(fā)熱器件運行過程中所產(chǎn)生的耗散熱量帶離發(fā)熱器件表面，從而使電力電子器件的表面溫度在一個合理的范圍內(nèi)波動。本散熱裝置具有較高的散熱能力，可以實現(xiàn)較高熱流密度下電子器件散熱要求。
文檔編號H05K7/20GK202713875SQ20122035958
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者徐新旗 申請人:北京瑞德桑節(jié)能科技有限公司