專利名稱：一種供爆炸環(huán)境用復(fù)合式散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種散熱裝置，更具體地說(shuō)，涉及一種爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，電力電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，電力電子模塊的溫升應(yīng)控制在40 45°C，如果超出這個(gè)范圍，則功率的耗散就會(huì)造成器件內(nèi)部芯片有源區(qū)溫度上升及結(jié)溫升高，從而導(dǎo)致器件的性能隨結(jié)溫升高而降低，甚至?xí)斐善骷苯訜龤У暮蠊＞чl管、IGBT、IGCT等大功率電力電子器件應(yīng)用越來(lái)越廣泛，若不采取散熱措施， 則管芯的溫度可達(dá)到或超過(guò)允許的溫度，器件將受到損壞。因此必須加散熱裝置，最常用的就是將功率器件安裝在散熱器上，利用散熱器將熱量散到周圍空間，必要時(shí)再加上散熱風(fēng)扇，以一定的風(fēng)速加強(qiáng)冷卻散熱。在某些大型設(shè)備的功率器件上還采用流動(dòng)冷水冷卻，它有更好的散熱效果，但是直接水冷存在的問(wèn)題是，容易在隔爆腔內(nèi)形成凝露。本實(shí)用新型主要應(yīng)用在爆炸環(huán)境中，針對(duì)隔爆腔內(nèi)的大功率器件的散熱。溫度變化對(duì)IGBT、IGCT等模塊的影響，模塊內(nèi)部熱應(yīng)力是影響模塊可靠性的一個(gè)重要因素。溫度的循環(huán)變化可能使模塊產(chǎn)生焊料層空洞、形成和擴(kuò)大裂紋。IGBT、IGCT等模塊封裝具有一個(gè)不同材料組成的多層結(jié)構(gòu)(Sandwich)，由于各層材料不同，其熱力學(xué)行為也不相同。當(dāng)模塊工作在開關(guān)狀態(tài)時(shí)，隨著模塊工作溫度的變化，模塊多層結(jié)構(gòu)中各層材料的熱失配將導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生，從而使模塊焊料發(fā)生熱蠕變、熱疲勞失效及彎曲變形，即所稱之為的雙金屬效應(yīng)。目前，我國(guó)爆炸環(huán)境用的散熱裝置大部分采用熱管風(fēng)冷或自然風(fēng)冷。熱管散熱熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，它利用毛吸作用等流體原理，起到良好的制冷效果。具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、溫度可控制等特點(diǎn)。但是當(dāng)設(shè)備功率達(dá)到500KW以上，在采用強(qiáng)制風(fēng)冷的情況下，熱管散熱能力也不能滿足設(shè)備正常的散熱要求，元器件的熱量無(wú)法被及時(shí)散熱帶走，防爆殼體會(huì)持續(xù)升溫，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅，甚至設(shè)備會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而自動(dòng)停機(jī)。水冷散熱水冷散熱效率高，熱傳導(dǎo)率為傳統(tǒng)風(fēng)冷方式的20倍以上，目前可以解決幾百至數(shù)千瓦的散熱問(wèn)題。主要是將與發(fā)熱元件連接的基板外側(cè)，安裝水箱，水箱直接接冷水管，冷水在水箱內(nèi)流動(dòng)帶走大功率發(fā)熱元件通過(guò)基板傳出的熱量，大功率裝置運(yùn)行時(shí)， 升溫比較快，溫度升高的較高，如果直接水冷，熱得基板內(nèi)表面會(huì)突然遇冷，在基板的表面形成水珠(凝露)，對(duì)大功率元器件的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)發(fā)展，散熱裝置采用熱管風(fēng)冷或自然風(fēng)冷已經(jīng)不能滿足大功率設(shè)備的散熱要求，部分散熱裝置已由熱管風(fēng)冷向直接水冷方式轉(zhuǎn)變，但凝露問(wèn)題成為困擾水冷技術(shù)的瓶頸，凝露的產(chǎn)生直接威脅設(shè)備的正常安全使用
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，既滿足大功率元件的散熱要求，又解決了水冷散熱可能出現(xiàn)的凝露現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了散熱方式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，極大提高了設(shè)備的散熱能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案一種爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，包括導(dǎo)熱基板、散熱管道、溫濕控制器和熱管； 所述散熱管道設(shè)置于所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)部或外側(cè)，且所述散熱管道的進(jìn)水口上設(shè)置有控制所述進(jìn)水口水流量的電磁閥，所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)側(cè)與大功率電力模塊相對(duì)應(yīng)，其上設(shè)置有風(fēng)扇和檢測(cè)所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)側(cè)溫度的溫濕度檢測(cè)裝置或溫度檢測(cè)裝置；所述溫濕控制器接收所述溫濕度檢測(cè)裝置或溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)信息，當(dāng)所述溫度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，所述溫濕控制器控制所述電磁閥緩慢打開；當(dāng)所述溫度低于預(yù)定值時(shí)，所述溫濕控制器控制所述電磁閥緩慢關(guān)閉；所述熱管設(shè)置在所述導(dǎo)熱基板外側(cè)。優(yōu)選的，在上述爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置中，所述散熱管道設(shè)置在所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)部。優(yōu)選的，在上述爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置中，所述散熱管道為“U”型結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，在上述爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置中，所述散熱管道為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，在上述爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置中，所述導(dǎo)熱基板為銅導(dǎo)熱基板。優(yōu)選的，在上述爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置中，所述導(dǎo)熱基板為鋁導(dǎo)熱基板。優(yōu)選的，在上述爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置中，所述導(dǎo)熱基板為鋁合金導(dǎo)熱基板。優(yōu)選的，在上述爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置中，所述導(dǎo)熱基板的厚度的范圍為 20mm-100mmo從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例中本實(shí)用新型的解決方案是采用導(dǎo)熱基板，且在導(dǎo)熱基板內(nèi)側(cè)與晶閘管、IGBT、IGCT等大功率電力電子器件相對(duì)應(yīng)，其上安裝溫濕度檢測(cè)裝置和風(fēng)扇，基板內(nèi)部或外側(cè)裝有散熱管道，散熱管道的進(jìn)水口設(shè)有電磁閥。正常狀態(tài)下，設(shè)備采用熱管自然風(fēng)冷或強(qiáng)制風(fēng)冷散熱，當(dāng)溫濕度檢測(cè)裝置檢測(cè)到溫度升高到預(yù)定值，熱管散熱能力不能滿足要求時(shí)，溫濕控制器控制安裝在進(jìn)水口的電磁閥緩慢打開，水流量隨著電磁閥的緩慢打開會(huì)不斷增大，水通過(guò)熱的交換的方式不斷被加熱，水的流動(dòng)帶走大量的熱量。導(dǎo)熱基板在水和熱管雙重作用下，溫度不斷下降，始終將電子元器件的溫度控制在正常工作溫度中。當(dāng)溫度低于預(yù)定值時(shí)，溫濕控制器控制電磁閥緩慢關(guān)閉，熱管單獨(dú)工作。由于電磁閥緩慢打開/關(guān)閉，不會(huì)引起內(nèi)部溫度的急劇變化，加上內(nèi)部風(fēng)扇的作用，促進(jìn)了箱體內(nèi)部空氣的流動(dòng)，防止了氣體的凝結(jié)，避免了凝露的產(chǎn)生。熱管和水冷共同散熱既滿足了大功率設(shè)備的散熱要求，又彌補(bǔ)了熱管散熱和水冷散熱各自的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為實(shí)用新型實(shí)施例的爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的散熱管道的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的散熱管的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的熱管的工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
晶閘管、IGBT、IGCT等大功率電力電子器件應(yīng)用越來(lái)越廣泛，若不采取散熱措施， 則管芯的溫度可達(dá)到或超過(guò)允許的溫度，器件將受到損壞。因此必須加散熱裝置，最常用的就是將功率器件安裝在散熱器上，利用散熱器將熱量散到周圍空間，必要時(shí)再加上散熱風(fēng)扇，以一定的風(fēng)速加強(qiáng)冷卻散熱。爆炸環(huán)境用的散熱裝置大部分采用熱管風(fēng)冷或自然風(fēng)冷。熱管散熱熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，它利用毛吸作用等流體原理，起到良好的制冷效果。具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、溫度可控制等特點(diǎn)。但是當(dāng)設(shè)備功率達(dá)到500KW以上，在采用強(qiáng)制風(fēng)冷的情況下，熱管散熱能力也不能滿足設(shè)備正常的散熱要求，元器件的熱量無(wú)法被及時(shí)散熱帶走，防爆殼體會(huì)持續(xù)升溫，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅，甚至設(shè)備會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而自動(dòng)停機(jī)。水冷散熱水冷散熱效率高，熱傳導(dǎo)率為傳統(tǒng)風(fēng)冷方式的20倍以上，目前可以解決幾百至數(shù)千瓦的散熱問(wèn)題。主要是將與發(fā)熱元件連接的基板外側(cè)，安裝水箱，水箱直接接冷水管，冷水在水箱內(nèi)流動(dòng)帶走大功率發(fā)熱元件通過(guò)基板傳出的熱量，大功率裝置運(yùn)行時(shí)， 升溫比較快，溫度升高的較高，如果直接水冷，熱得基板內(nèi)表面會(huì)突然遇冷，在基板的表面形成水珠(凝露)，對(duì)大功率元器件的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)發(fā)展，散熱裝置采用熱管風(fēng)冷或自然風(fēng)冷已經(jīng)不能滿足大功率設(shè)備的散熱要求，部分散熱裝置已由熱管風(fēng)冷向直接水冷方式轉(zhuǎn)變，但凝露問(wèn)題成為困擾水冷技術(shù)的瓶頸，凝露的產(chǎn)生直接威脅設(shè)備的正常安全使用。本實(shí)用新型實(shí)施例中采用水冷和熱管冷卻相結(jié)合的形式，并通過(guò)檢測(cè)內(nèi)部溫度起到實(shí)時(shí)調(diào)控的作用。下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。本實(shí)用新型公開了一種爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，既滿足大功率元件的散熱要求，又解決了水冷散熱可能出現(xiàn)的凝露現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了散熱方式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，極大提高了設(shè)備的散熱能力。請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖4，該爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，包括導(dǎo)熱基板1、散熱管道(圖中未示出)、溫濕控制器(圖中未示出)和熱管5 ；其中，散熱管道設(shè)置于導(dǎo)熱基板1的內(nèi)部或外側(cè)，且散熱管道的進(jìn)水口上設(shè)置有控制進(jìn)水口水流量的電磁閥；[0038]導(dǎo)熱基板1的內(nèi)側(cè)與大功率電力模塊4相對(duì)應(yīng)，其上設(shè)置有風(fēng)扇3和檢測(cè)導(dǎo)熱基板1的內(nèi)側(cè)溫度的溫濕度檢測(cè)裝置或溫度檢測(cè)裝置，大功率電力模塊4為晶閘管、IGBT、 IGCT等；風(fēng)扇3的作用主要是進(jìn)行腔內(nèi)空氣的循環(huán)流動(dòng)，防止氣體的局部聚集。溫濕控制器接收所述溫濕度檢測(cè)裝置或溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)信息，當(dāng)所述溫度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，溫濕控制器控制所述電磁閥緩慢打開；當(dāng)溫度低于預(yù)定值時(shí)，溫濕控制器控制所述電磁閥緩慢關(guān)閉；其中，該預(yù)定值是根據(jù)大功率電力模塊在特定環(huán)境中設(shè)定的溫度值， 不同季節(jié)、環(huán)境該預(yù)定值有所不同。熱管5設(shè)置在導(dǎo)熱基板1的外側(cè)，請(qǐng)參照?qǐng)D4。另外，為了更為有效地散熱，本實(shí)用新型實(shí)施例中將散熱管道設(shè)置在導(dǎo)熱基板1 的內(nèi)部。為了保證散熱效果，延長(zhǎng)散熱管道的散熱時(shí)間，通常將散熱管道設(shè)計(jì)成“U”型結(jié)構(gòu)、 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或蛇形結(jié)構(gòu)請(qǐng)參照?qǐng)D3所示的散熱管道61和圖3所示的散熱管道62。散熱管道 61的進(jìn)水口 611和散熱管道62的進(jìn)水口 621出均設(shè)置電磁閥63。為了快速散熱，導(dǎo)熱基板1采用導(dǎo)熱效果好的銅導(dǎo)熱基板、鋁導(dǎo)熱基板或者其它鋁合金結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱基板。且為了防止導(dǎo)熱過(guò)程中導(dǎo)熱基板1溫度變化太快，通常設(shè)置導(dǎo)熱基板的厚度范圍控制在20mm-100mm。上述爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置工作過(guò)程為正常狀態(tài)下，設(shè)備采用熱管自然風(fēng)冷或強(qiáng)制風(fēng)冷散熱，如圖4所示，當(dāng)溫濕度檢測(cè)裝置或溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)到溫度升高到預(yù)定值，熱管散熱能力不能滿足要求時(shí)，溫濕控制器控制安裝在進(jìn)水口的電磁閥緩慢打開，水流量隨著電磁閥的緩慢打開會(huì)不斷增大，水通過(guò)熱的交換的方式不斷被加熱，水的流動(dòng)帶走大量的熱量。導(dǎo)熱基板在水和熱管雙重作用下，溫度不斷下降，始終將電子元器件的溫度控制在正常工作溫度中。當(dāng)溫度低于預(yù)定值時(shí)，溫濕控制器控制電磁閥緩慢關(guān)閉，此時(shí)熱管單獨(dú)進(jìn)行散熱。由于電磁閥緩慢打開/關(guān)閉，不會(huì)引起內(nèi)部溫度的急劇變化，加上內(nèi)部風(fēng)扇的作用，促進(jìn)了箱體內(nèi)部空氣的流動(dòng)，防止了氣體的凝結(jié)，避免了凝露的產(chǎn)生。熱管和水冷共同散熱既滿足了大功率設(shè)備的散熱要求，又彌補(bǔ)了熱管散熱和水冷散熱各自的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，其特征在于，包括導(dǎo)熱基板、散熱管道、溫濕控制器和熱管；所述散熱管道設(shè)置于所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)部或外側(cè)，且所述散熱管道的進(jìn)水口上設(shè)置有控制所述進(jìn)水口水流量的電磁閥，所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)側(cè)與大功率電力模塊相對(duì)應(yīng)，其上設(shè)置有風(fēng)扇和檢測(cè)所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)側(cè)溫度的溫濕度檢測(cè)裝置或溫度檢測(cè)裝置；所述溫濕控制器接收所述溫濕度檢測(cè)裝置或溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)信息，當(dāng)所述溫度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，所述溫濕控制器控制所述電磁閥緩慢打開；當(dāng)所述溫度低于預(yù)定值時(shí)，所述溫濕控制器控制所述電磁閥緩慢關(guān)閉；所述熱管設(shè)置在所述導(dǎo)熱基板外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，其特征在于，所述散熱管道設(shè)置在所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，其特征在于，所述散熱管道為“U” 型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，其特征在于，所述散熱管道為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱基板為銅導(dǎo)熱基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱基板為鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱基板為鋁合金導(dǎo)熱基板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的爆炸環(huán)境用復(fù)合散熱裝置，其特征在于，所述導(dǎo)熱基板的厚度的范圍為20mm-100mm。
專利摘要本實(shí)用新型實(shí)施例公開了一種供爆炸環(huán)境用復(fù)合式散熱裝置，包括導(dǎo)熱基板、散熱管道、溫濕控制器和熱管；散熱管道設(shè)置于導(dǎo)熱基板的內(nèi)部或外側(cè)，且散熱管道的進(jìn)水口上設(shè)置有電磁閥，其上設(shè)置有風(fēng)扇和檢測(cè)所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)側(cè)溫度的溫濕度檢測(cè)裝置或溫度檢測(cè)裝置；溫濕控制器接收溫濕度檢測(cè)裝置的檢測(cè)信息，正常狀態(tài)下，通過(guò)熱管進(jìn)行散熱，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，熱管不能滿足散熱需求，溫濕控制器控制電磁閥緩慢打開，此時(shí)熱管與散熱管道同時(shí)進(jìn)行散熱；當(dāng)溫度低于預(yù)定值時(shí)，溫濕控制器控制電磁閥緩慢關(guān)閉，此時(shí)熱管單獨(dú)進(jìn)行散熱。由于電磁閥緩慢打開/關(guān)閉，不會(huì)引起內(nèi)部溫度的急劇變化，加上內(nèi)部風(fēng)扇的作用，防止了氣體的凝結(jié)，避免了凝露的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)G05D27/02GK202120892SQ20102062609
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者呂建剛, 張文慧, 張繼峰, 朱乃鵬, 王金泉, 羅輝, 鄭本光 申請(qǐng)人:兗州東方機(jī)電有限公司