一种高效微导散热模组论文和设计-张忠福

全文摘要

本实用新型涉及一种高效微导散热模组，包括模组上柜体、模组下柜体、高效微导散热体，多个高效微导散热体固定在模组上柜体和模组下柜体内；高效微导散热体为一体式结构包括基体、微通道导热腔、散热翅片，基体上部为散热段，下部为吸热段，中部设有安装法兰，散热段设置有多个散热翅片；基体内设有微通道导热腔，微通道导热腔由多个互不连通的独立微型通道组成，基体吸热段的外平面为吸热面；基体的散热段固定在模组上柜体内，基体的吸热段固定在模组下柜体内，智能功率模块固定在基体的吸热面上。优点是：结构紧凑，体积小、重量轻，满足船舶设备的空间和重量要求，实现了将热量从密闭腔体中传导到外部空间散热的要求。

主设计要求

1.一种高效微导散热模组，其特征在于，包括模组上柜体、模组下柜体、高效微导散热体，多个高效微导散热体固定在模组上柜体和模组下柜体内；所述的高效微导散热体为一体式结构，包括基体、微通道导热腔、散热翅片、安装法兰、导轨槽，基体上部为散热段，下部为吸热段，中部设有安装法兰，散热段设置有多个散热翅片，基体两侧设有导轨槽；基体内设有微通道导热腔，微通道导热腔由多个互不连通的独立微型通道组成，每个微型通道均由吸热段延伸到散热段，且延伸到散热翅片内部，互不连通的微型通道成排设置在高效微导散热体内，每个微型通道内均填充有相变介质；基体吸热段的外平面为吸热面；基体的散热段固定在模组上柜体内，基体的吸热段固定在模组下柜体内，智能功率模块固定在基体的吸热面上。

设计方案

1.一种高效微导散热模组，其特征在于，包括模组上柜体、模组下柜体、高效微导散热体，多个高效微导散热体固定在模组上柜体和模组下柜体内；

所述的高效微导散热体为一体式结构，包括基体、微通道导热腔、散热翅片、安装法兰、导轨槽，基体上部为散热段，下部为吸热段，中部设有安装法兰，散热段设置有多个散热翅片，基体两侧设有导轨槽；基体内设有微通道导热腔，微通道导热腔由多个互不连通的独立微型通道组成，每个微型通道均由吸热段延伸到散热段，且延伸到散热翅片内部，互不连通的微型通道成排设置在高效微导散热体内，每个微型通道内均填充有相变介质；基体吸热段的外平面为吸热面；

基体的散热段固定在模组上柜体内，基体的吸热段固定在模组下柜体内，智能功率模块固定在基体的吸热面上。

2.根据权利要求1所述的一种高效微导散热模组，其特征在于，所述的微型通道内表面设有若干凸台或凹槽，凸台或凹槽的形状为矩形、圆弧形、梯形或三角形。

3.根据权利要求1所述的一种高效微导散热模组，其特征在于，所述的高效微导散热体顶端通过紧固螺钉与模组上柜体顶部固定连接，高效微导散热体底端通过紧固螺钉与模组下柜体底部固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种高效微导散热模组，其特征在于，所述的模组下柜体包括密封槽、定位板、固定压杆、导轨、安装凹槽、安装通槽，所述的模组下柜体为一体化铸造成型的腔体结构，正面敞口，其余面为封闭结构，正面的四框设有密封槽，密封槽内固定有密封硅胶条，正面的顶部和底部设有定位板，定位板与固定压杆配合用于固定智能功率模块，顶面设有安装凹槽，安装凹槽的底面与高效微导散热体的安装法兰固定连接，模组下柜体内设有安装通槽，安装通槽两端设有导轨，导轨与高效微导散热体的导轨槽相匹配。

5.根据权利要求4所述的一种高效微导散热模组，其特征在于，所述的模组下柜体底面设有减重凹槽。

6.根据权利要求4所述的一种高效微导散热模组，其特征在于，还包括下柜体支架，所述的模组下柜体内成排固定有智能功率模块，排与排之间的智能功率模块通过下柜体支架、固定压杆支撑固定，相邻的下柜体支架、基体的吸热段通过螺栓固定连接；所述的下柜体支架上设有减重孔。

7.根据权利要求1所述的一种高效微导散热模组，其特征在于，所述的模组上柜体和模组下柜体通过螺栓固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种高效微导散热模组，其特征在于，所述的模组上柜体包括吊环、通风网孔、上柜体基体，吊环通过螺栓与上柜体基体连接，上柜体基体侧面设有通风网孔，通风网孔是高效微导散热体散热翅片的空气通道，将与散热翅片交换热量后的空气散到模组上柜体外部空气中；通风网孔、上柜体基体整体铸造成型。

9.根据权利要求1所述的一种高效微导散热模组，其特征在于，所述的模组下柜体、模组上柜体、下柜体支架、高效微导散热体均为铝材或铜材，且表面做阳极氧化或者电泳防腐处理。

10.根据权利要求4所述的一种高效微导散热模组，其特征在于，所述的高效微导散热体为高效微导散热体Ⅰ或高效微导散热体Ⅱ，高效微导散热体Ⅰ的散热翅片、安装法兰对称设置在基体两侧，高效微导散热体Ⅱ的散热翅片、安装法兰设置在基体一侧，基体另一侧为平面结构。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高效微导散热模组，尤其涉及一种适用于水面及水下船舶控制电源在密封防护的密闭空腔内部热量传递和散热领域的散热模组。

背景技术

远洋船舶作为物资运输的主体，大吨位、高航速、高度集成智能控制成为了远洋船舶发展的方向。高度集成智能控制系统要求具备容量大、体积小、重量轻、自动化程度高等特点，其中的核心器件—新一代智能化功率模块的计算速度、反应效率均高于现有功率模块的技术指标。同时，新一代智能化功率模块工作时的耗散功率也远远大于现有的功率模块。目前，远洋船舶上应用的功率器件的散热方式有型材风冷散热、水冷散热和热管散热三种方式。其中，型材风冷散热方式的散热功率小，不能满足散热需求。水冷散热方式的冷却水循环系统结构复杂、维护成本高，特别是在海洋上不易维护。热管散热作为一种高效真空导热技术，应用工质的相变原理进行热管传导，其导热效率是普通金属的近千倍，在船舶设备上应用的热管技术已经成熟，应用产品越来越多。但是，远洋船舶的制造技术和控制技术的发展，促使高度集成智能控制系统必须采用新一代智能化功率模块来满足其性能指标，而新一代智能化功率模块的高度集成导致其工作时的热量非常大，目前的型材风冷散热、水冷散热和常规结构的热管散热产品均不能满足其散热的使用要求。因此，为了满足远洋船舶设备中的高度集成智能控制系统的散热问题，提供一种应用于海洋气候条件下的船舶内控制设备用高效微导散热模组，保证船舶控制系统在海洋运输中长期稳定运行。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种结构紧凑、体积小、重量轻的高效微导散热模组，通过设置一体化的高效微导散热体与模组上柜体、模组下柜体连接，形成上部散热和下部密封导热两个部分，使安装有新一代智能功率模块的导热部分设置在密封柜体内部，解决密封防潮、防腐蚀等问题；又通过安装在模组下柜体内部的高效微导散热体的微通道导热腔，将安装在其上的智能功率模块工作时的热量通过微通道导热腔快速传递到安装在模组上柜体的散热翅片；高效微导散热体的安装智能功率模块的基体、散热翅片和微通道导热腔为一体化结构，避免三者之间接触热阻的产生，保证密封柜体内部智能功率模块本身热量高效、迅速的传递到柜体外部。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种高效微导散热模组，包括模组上柜体、模组下柜体、高效微导散热体，多个高效微导散热体固定在模组上柜体和模组下柜体内；

基体的散热段固定在模组上柜体内，基体的吸热段固定在模组下柜体内，智能功率模块固定在基体的吸热面上。

所述的微型通道内表面设有若干凸台或凹槽，凸台或凹槽的形状为矩形、圆弧形、梯形或三角形。

所述的高效微导散热体顶端通过紧固螺钉与模组上柜体顶部固定连接，高效微导散热体底端通过紧固螺钉与模组下柜体底部固定连接。

所述的模组下柜体包括密封槽、定位板、固定压杆、导轨、安装凹槽、安装通槽，所述的模组下柜体为一体化铸造成型的腔体结构，正面敞口，其余面为封闭结构，正面的四框设有密封槽，密封槽内固定有密封硅胶条，正面的顶部和底部设有定位板，定位板与固定压杆配合用于固定智能功率模块，顶面设有安装凹槽，安装凹槽的底面与高效微导散热体的安装法兰固定连接，模组下柜体内设有安装通槽，安装通槽两端设有导轨，导轨与高效微导散热体的导轨槽相匹配。

所述的模组下柜体底面设有减重凹槽。

还包括下柜体支架，所述的模组下柜体内成排固定有智能功率模块，排与排之间的智能功率模块通过下柜体支架、固定压杆支撑固定，相邻的下柜体支架、基体的吸热段通过螺栓固定连接；所述的下柜体支架上设有减重孔。

所述的模组上柜体和模组下柜体通过螺栓固定连接。

所述的模组上柜体包括吊环、通风网孔、上柜体基体，吊环通过螺栓与上柜体基体连接，上柜体基体侧面设有通风网孔，通风网孔是高效微导散热体散热翅片的空气通道，将与散热翅片交换热量后的空气散到模组上柜体外部空气中；通风网孔、上柜体基体整体铸造成型。

所述的模组下柜体、模组上柜体、下柜体支架、高效微导散热体均为铝材或铜材，且表面做阳极氧化或者电泳防腐处理。

所述的高效微导散热体为高效微导散热体Ⅰ或高效微导散热体Ⅱ，高效微导散热体Ⅰ的散热翅片、安装法兰对称设置在基体两侧，高效微导散热体Ⅱ的散热翅片、安装法兰设置在基体一侧，基体另一侧为平面结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、采用国际先进的微导热管技术，通过高效微导散热体设置的吸热面实现了将热量从密闭腔体中传导到外部空间散热的要求。

2、高效微导散热体采用了多个独立微型通道的结构设计，保证了高效微导散热模组的使用安全性和使用寿命满足要求。

3、微型通道内腔体表面的各种结构的凸起或者凹槽设计，极大的增加了高效微导散热体的热量交换面积，提高了高效微导散热模组的散热能力。

4、采用国际先进的精密铸造技术，使智能功率模块安装的吸热面、微通道导热腔与散热翅片形成一体化，避免了高效微导散热体本身接触热阻的产生。

5、模组下柜体和模组上柜体精密铸造成型，保证了柜体的强度和精度满足使用要求。

6、高效微导散热模组采用了减重槽设计，在不降低整体强度的前提下，满足了整体的重量要求。

7、具有结构紧凑，体积小、重量轻的优点，满足船舶设备的空间和重量要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是模组下柜体正面结构示意图。

图3是模组下柜体底面结构示意图。

图4是模组下柜体顶面结构示意图。

图5是高效微导散热体Ⅰ的剖面结构示意图。

图6是高效微导散热体Ⅰ的底面结构示意图。

图7是高效微导散热体Ⅱ的底面结构示意图。

图8是高效微导散热体Ⅱ的剖面结构示意图。

图9是微型通道内表面矩形凹槽结构示意图。

图10是微型通道内表面矩形凸台结构示意图。

图11是微型通道内表面半圆形凹槽结构示意图。

图12是微型通道内表面半圆形凸台结构示意图。

图13是微型通道内表面梯形凹槽结构示意图。

图14是微型通道内表面梯形凸台结构示意图。

图15是微型通道内表面三角形凹槽结构示意图。

图16是微型通道内表面三角形凸台结构示意图。

图17是下柜体支架正面结构示意图。

图18是下柜体支架顶面结构示意图。

图19是下柜体支架连接结构示意图。

图20是模组上柜体的正面结构示意图。

图21是模组上柜体的底面结构示意图。

图22是下柜体支架、高效微导散热体Ⅱ、模组下柜体三者连接结构示意图。

图中：1-模组下柜体 2-密封硅胶条 3-固定压杆 4-智能功率模块 5-下柜体支架6-模组上柜体 7-安装吊环 8-高效微导散热体Ⅰ 9-紧固螺钉Ⅰ 10-高效微导散热体Ⅱ 11-紧固螺钉Ⅱ 12-紧固螺钉Ⅲ 13-密封槽 14-定位板 15-底部固定螺纹孔 16-底部沉孔17-减重凹槽 18-紧固螺纹孔Ⅰ 19-导轨Ⅰ 20-紧固螺纹孔Ⅱ 21-安装凹槽 22-安装通槽Ⅰ23-安装通槽Ⅱ 24-导轨Ⅱ 25-顶部螺纹孔 26-微通道导热腔 27-散热翅片 28-安装法兰29-底部螺纹孔 30-导轨槽Ⅰ 31-安装沉孔 32-导轨槽Ⅱ 33-吸热面 34-矩形凹槽 35-矩形凸台 36-半圆形凸台 37-半圆形凹槽 38-梯形凸台 39-梯形凹槽 40-三角形凸台 41-三角形凹槽 42-引导面 43-压杆顶板 44-减重孔 45-支架通孔 46-支架螺纹孔 47-支架基体 48-支架紧固螺钉 49-吊环安装螺纹孔 50-锥型沉孔 51-通风网孔 52-安装通孔53-上柜体基体 54-侧壁螺纹孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细地描述，但是应该指出本实用新型的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图8，一种高效微导散热模组，包括模组上柜体6、模组下柜体1、高效微导散热体，多个高效微导散热体固定在模组上柜体6和模组下柜体1内；高效微导散热体为一体式结构，包括基体、微通道导热腔26、散热翅片27、安装法兰28、导轨槽，基体上部为散热段，下部为吸热段，中部设有安装法兰28，散热段设置有多个散热翅片27，基体两侧设有导轨槽；基体内设有微通道导热腔26，微通道导热腔26由多个互不连通的独立微型通道组成，每个微型通道均由吸热段延伸到散热段，且延伸到散热翅片27内部，互不连通的微型通道成排设置在高效微导散热体内，每个微型通道内均填充有相变介质；基体吸热段的外平面为吸热面33。高效微导散热体顶端通过紧固螺钉与模组上柜体6顶部固定连接，高效微导散热体底端通过紧固螺钉与模组下柜体1底部固定连接。

基体的散热段固定在模组上柜体6内，基体的吸热段固定在模组下柜体1内，智能功率模块4固定在基体的吸热面33上。高效微导散热体为高效微导散热体Ⅰ8或高效微导散热体Ⅱ10，高效微导散热体Ⅰ8的散热翅片27、安装法兰28对称设置在基体两侧，高效微导散热体Ⅱ10的散热翅片27、安装法兰28设置在基体一侧，基体另一侧为平面结构。高效微导散热体Ⅱ10设置在两侧，其平面结构与模组上柜体6、模组下柜体1两侧固定连接，高效微导散热体Ⅰ8固定在高效微导散热体Ⅱ10之间。

智能功率模块4固定在高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10的吸热面33上，智能功率模块4工作时产生的热量通过高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10内部的微通道导热腔26迅速传导到船舶中安装智能功率模块4的模组上柜体6的外部。高效微导散热体Ⅰ8、高效微导散热体Ⅱ10采用紧固螺钉Ⅰ9和紧固螺钉Ⅲ12与模组上柜体6、模组下柜体1紧固配合。模组上柜体6与模组下柜体1通过紧固螺钉Ⅱ11紧固连接，下柜体支架5与模组下柜体1、高效微导散热体Ⅰ8、高效微导散热体Ⅱ10之间采用支架紧固螺钉48连接固定，下柜体支架5之间与高效微导散热体Ⅰ8也采用支架紧固螺钉48连接固定。

见图9-图16，微型通道内表面设有若干凸台或凹槽，凸台或凹槽的形状为矩形、圆弧形、梯形或三角形，即矩形凹槽34、矩形凸台35、半圆形凸台36、半圆形凹槽37、梯形凸台38、梯形凹槽39、三角形凸台40、三角形凹槽41，也可采用其他几何形状，可增加高效微导散热体的热量交换面积，提高了高效微导散热模组的散热能力。微通道导热腔26内表面有多个高效微导散热体的顶部螺纹孔25通过紧固螺钉Ⅰ9穿过模组上柜体6顶部的锥型沉孔50与模组上柜体6安装固定，底部螺纹孔29通过紧固螺钉Ⅲ12穿过模组下柜体1底部沉孔16与模组下柜体1安装固定。

见图2-图4，模组下柜体1包括密封槽13、定位板14、固定压杆3、导轨、安装凹槽21、安装通槽，所述的模组下柜体1为一体化精密铸造成型的腔体结构，整体外形为长方体，正面敞口，其余面为封闭结构，正面的四框设有密封槽13，密封硅胶条2通过过盈配合安装在密封槽13内。正面的顶部和底部设有定位板14，定位板14与固定压杆3配合用于固定智能功率模块4，顶面设有安装凹槽21，安装凹槽21的底面与高效微导散热体的安装法兰28固定连接，模组下柜体1内设有安装通槽，安装通槽两端设有导轨，导轨与高效微导散热体的导轨槽相匹配，用于定位安装高效微导散热体。

具体的，模组下柜体1底部有底部固定螺纹孔15用于与外部安装架进行安装固定，模组下柜体1底面的底部沉孔16用于紧固螺钉Ⅲ12与高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10底部螺纹孔29连接，将模组下柜体1与高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10固定，模组下柜体1底面设有减重凹槽17，用于控制模组下柜体1重量；模组下柜体1顶部有紧固螺纹孔Ⅰ18与紧固螺钉Ⅱ11配合将模组上柜体6固定在模组下柜体1上。安装通槽两端设有导轨Ⅰ19、导轨Ⅱ24，分别与高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10上的导轨槽Ⅰ30、导轨槽Ⅱ32配合，用于定位安装高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10，导轨与导轨槽采用突出的圆弧形结构，也可采用其他结构。

模组下柜体1顶部的紧固螺纹孔Ⅱ20、安装凹槽21与安装法兰28配合，通过紧固螺钉Ⅰ9将高效微导散热体与模组下柜体1顶部固定，安装通槽Ⅰ22、安装通槽Ⅱ23用于将高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10的吸热面33插入模组下柜体1内部。安装法兰28与安装凹槽21Ⅰ、安装凹槽21Ⅱ配合，沉头螺钉穿过安装沉孔31与安装凹槽21Ⅰ和安装凹槽21Ⅱ紧固连接。

见图17-图19，高效微导散热模组还包括下柜体支架5，模组下柜体1内成排固定有智能功率模块4，排与排之间的智能功率模块4通过下柜体支架5、固定压杆3支撑固定，相邻的下柜体支架5、基体的吸热段通过螺栓固定连接。

下柜体支架5为一体结构，引导面42位于下柜体支架5左右两侧并与高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10的吸热面33相邻，方便智能功率模块4的安装与拆卸；压杆顶板43位于下柜体支架5上下两侧，与固定压杆3配合锁紧固定智能功率模块4；支架通孔45、支架螺纹孔46设置在下柜体支架5上，下柜体支架5上设有减重孔44，下柜体支架5基体47整体精密铸造成型。下柜体支架5通过支架紧固螺钉48穿过吸热面33上的通孔紧固连接。见图22，下柜体支架5和高效微导散热体Ⅱ10通过支架紧固螺钉48与模组下柜体1侧壁螺纹孔54紧固配合，将高效微导散热体Ⅱ10和下柜体支架5固定在模组下柜体1的侧壁上。

见图20-图21，模组上柜体6包括吊环7、通风网孔51、上柜体基体53，吊环7通过吊环安装螺纹孔49与上柜体基体53连接，上柜体基体53侧面设有通风网孔51，通风网孔51是高效微导散热体散热翅片27的空气通道，将与散热翅片27交换热量后的空气散到模组上柜体6外部空气中；通风网孔51、上柜体基体53整体铸造成型。上柜体基体53顶部的锥型沉孔50用于固定高效微导散热体。上柜体基体53底部的安装通孔52是用于紧固螺栓Ⅱ将模组上柜体6与模组下柜体1连接紧固的通孔。吊环安装螺纹孔49、锥型沉孔50、安装通孔52、通风网孔51均在上柜体基体53上加工完成，形成一体化结构。

模组下柜体1、模组上柜体6、下柜体支架5、高效微导散热体均为铝材或铜材，且表面做阳极氧化或者电泳防腐处理。

实施例

见图1-图22，安装时，采用高效微导散热体Ⅰ8数量为4件，高效微导散热体Ⅱ10数量为2件，按图示位置排列。将所述的智能功率模块4，如图位置，采用固定压杆3固定在高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10的吸热面33上；高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10为同一材质的一体化结构，热量传递过程中无接触热阻的产生；吸热面33通过模组下柜体1顶部的安装通槽Ⅰ22和安装通槽Ⅱ23插入模组下柜体1内部密闭腔体内；吸热面33两侧的导轨槽Ⅰ30和导轨槽Ⅱ32与导轨Ⅰ19和导轨Ⅱ24配合，高效微导散热体Ⅱ10安装在模组下柜体1的两侧壁上；高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10固定在模组上柜体6和模组下柜体1；下柜体支架5、模组下柜体1、高效微导散热体Ⅰ8、高效微导散热体Ⅱ10通过支架紧固螺钉48连接紧固；模组下柜体1和模组上柜体6采用紧固螺钉Ⅱ11固定在一起。

本实施例中的高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10的数量和位置可以根据客户使用要求的不同，对不同数量的高效微导散热体Ⅰ8和高效微导散热体Ⅱ10进行间隔组装或者非间隔组装，也可全部采用高效微导散热体Ⅰ8组装或者全部采用高效微导散热体Ⅱ10组装，用于满足不同数量及类型的智能功率模块4的散热要求。

设计图

一种高效微导散热模组论文和设计

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