一种电力电子器件用重力热管散热器的设计方法及散热器

本发明属于电子器件散热，特别涉及一种电力电子器件用重力热管散热器的设计方法及散热器。

背景技术：

1、电力电子器件是电力电子技术的基础，对电力电子设备的应用水平有决定性作用。电力电子器件通电时会消耗大量功率，随之引起器件发热，结温升高，需要通过器件周围环境散热，于是传热学成为了电力电子器件热管理的首要必备基础理论。同时为了满足电子设备目前小型化、紧凑化的要求，电力电子器件散热的特点之一便是热量集中、散热面积小，从而使得电力电子器件的面热流密度较大，在大功率应用场合需借助加装额外散热器增大电子器件实际工作时可实现的功率水平。

2、热管问世以来，使电力电子装置的散热系统有了新的发展。空气自然对流冷却是最直接和简便的方式，热管使自冷的应用范围迅速扩大。因为热管自冷散热系统无需风扇、没有噪音、免维修、安全可靠，热管风冷甚至自冷可以取代水冷系统，节约水资源和相关的辅助设备投资。此外，热管散热还能将发热件集中，甚至密封，而将散热部分移到外部或远处，能防尘、防潮、防爆，提高电器设备的安全可靠性和应用范围。

3、自然冷却(例如自然风冷)、强迫风冷、液体冷却和热管冷却是电力电子设备及器件目前最常用的冷却方法，虽然一般情况下自然冷却和强迫风冷的散热效果不如液体冷却好，但是其复杂程度远低于液体冷却、体积和重量相对较小、成本较低，且由于液体冷却需要考虑冷却介质的更换、泄露使得液体冷却的可靠性远低于自然冷却和强迫风冷，后期维修较困难。因此，如何设计通过热管散热器配合自然冷却或者强迫风冷的方式使得电力电子器件散热成为了技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供了一种电力电子器件用重力热管散热器的设计方法及散热器，其中，包括：

2、重力热管散热器采用组合式结构，其中，所述组合式结构包括散热板、重力热管以及翅片；

3、利用散热板，传导电力电子器件运行中不断产生的热量；

4、利用重力热管中的蒸发段，使换热工质在吸收所述热量汽化后，进入重力热管的冷凝段；

5、利用翅片，配合自然冷却或强迫风冷的方式将进入冷凝段中的换热工质进行液化；

6、利用重力热管中的冷凝段，使液化后的换热工质通过重力的作用回流至所述蒸发段，以实现散热由散热板传导的，电力电子器件运行中不断产生的热量。

7、进一步地，所述蒸发段采用焊接的方式固定在散热板的内部。

8、进一步地，所述蒸发段和冷凝段按照指定的倾斜角度相连。

9、进一步地，所述翅片采用胀接的方式与所述冷凝段固定连接。

10、另一方面，本发明还提供一种电力电子器件用重力热管散热器，其中，所述重力热管散热器采用上述的设计方法设计出的重力热管散热器。

11、进一步地，所述翅片有n个，且n个翅片满足如下条件：

12、n＝ceil{.s/(rh+hd+rd)}

13、其中，r为重力热管横截面面积，h为翅片的高度，s为总的需要的翅片散热面积，d为翅片的厚度；ceil为函数，用于计算返回大于或者等于指定表达式的最小整数。

14、进一步地，所述重力热管散热器包括前联接板，其中，

15、所述前联接板采用胀接的方式连接在冷凝段，且位于靠近蒸发段的前端，并靠近蒸发段前端的翅片；

16、所述前联接板的两端设有螺柱，所述前联接板宽度与翅片宽度相同。

17、进一步地，所述重力热管散热器包括后联接板，其中，

18、所述后联接板采用胀接的方式连接在冷凝段，且位于远离蒸发段的前端，并靠近蒸发段后端的翅片；

19、所述后联接板的两端设有螺柱，所述后联接板宽度与翅片宽度相同。

20、进一步地，所述散热板的厚度为重力热管直径的n倍。

21、进一步地，所述翅片宽度为重力热管直径的m倍。

22、与现有技术相比，本发明提供的一种电力电子器件用重力热管散热器的设计方法及散热器，通过在自然对流的冷却条件下，使得重力热管散热器比实体散热器的性能可提高数倍(例如十倍)以上，在强迫风冷条件下，可部分替代液体冷却，大大降低成本。且本发明提供的重力热管散热器具有适修性强、成本低、可靠性高、安装维护方便等优点。

23、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种电力电子器件用重力热管散热器的设计方法，其中，包括：

2.根据权利要求1所述的一种电力电子器件用重力热管散热器的设计方法，其中，所述蒸发段(11)采用焊接的方式固定在散热板(2)的内部。

3.根据权利要求1或2所述的一种电力电子器件用重力热管散热器的设计方法，其中，所述蒸发段(11)和冷凝段(12)按照指定的倾斜角度相连。

4.根据权利要求1所述的一种电力电子器件用重力热管散热器的设计方法，其中，所述翅片(4)采用胀接的方式与所述冷凝段(12)固定连接。

5.一种电力电子器件用重力热管散热器，其中，所述重力热管散热器采用如权利要求1-4任一项所述的设计方法设计出的重力热管散热器。

6.根据权利要求5所述的一种电力电子器件用重力热管散热器，其中，所述翅片(4)有n个，且n个翅片(4)满足如下条件：

7.根据权利要求6所述的一种电力电子器件用重力热管散热器，其中，所述重力热管散热器包括前联接板(3)，其中，

8.根据权利要求6所述的一种电力电子器件用重力热管散热器，其中，所述重力热管散热器包括后联接板(5)，其中，

9.根据权利要求6-8任一项所述的一种电力电子器件用重力热管散热器，其中，所述散热板(2)的厚度为重力热管(1)直径的n倍。

10.根据权利要求6-8任一项所述的一种电力电子器件用重力热管散热器，所述翅片(4)宽度为重力热管(1)直径的m倍。

技术总结
本发明提供了一种电力电子器件用重力热管散热器的设计方法及散热器，具体为：重力热管散热器采用组合式结构，其中，所述组合式结构包括散热板、重力热管以及翅片；利用散热板，传导电力电子器件运行中产生的热量；利用重力热管中的蒸发段，使换热工质在吸收所述热量汽化后，进入重力热管的冷凝段；利用翅片，配合自然冷却或强迫风冷的方式将进入冷凝段中的换热工质进行液化；利用重力热管中的冷凝段，使液化后的换热工质通过重力的作用回流至所述蒸发段，以实现散热由散热板传导的，电力电子器件运行中不断产生的热量。本发明提供的重力热管散热器具有适修性强、成本低、可靠性高、安装维护方便等优点。

技术研发人员：曾嵘,余占清,张公一,张媛媛,屈鲁,严鑫,吴锦鹏,赵彪,甘之正,冯健,黄瑜珑
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22