机车散热器及机车的制作方法

本发明涉及散热技术领域，尤其涉及机车散热器及机车。

背景技术：

随着高速或重载铁路机车的发展，机车的电力牵引系统的输出功率也要求越来越高；其中，电力牵引系统的散热设计成为研究的热点。

电力牵引系统中包括多个电子设备，电子设备在工作时会产生大量的热量，电子设备产生的热量需要散发到外界，才能保证电子设备的温度不超过其正常工作温度。

然而，现有的机车上未在电子设备上设置有散热装置，导致该电子设备及电力牵引系统处于高温环境中，极易造成电子设备故障及损坏，以及电力牵引系统的部分损坏或者整个损毁，导致电力牵引系统输出功率下降。

技术实现要素：

本发明提供了一种机车散热器及机车，能够对机车电力牵引系统的电子设备进行降温，提升机车电力牵引系统的输出功率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一方面提供了一种机车散热器，其包括热管，所述热管包括蒸发段、绝热段及冷凝段；所述蒸发段包括第一金属管及贴附在所述第一金属管内壁上的第一毛细吸液芯；所述冷凝段包括第三金属管及贴附在所述第三金属管内壁上的第三毛细吸液芯；所述绝热段包括第二塑料管及贴附在所述第二塑料管内壁上的第二毛细吸液芯；所述第一金属管、所述第二塑料管及所述第三金属管依次连接；所述第一毛细吸液芯、所述第二毛细吸液芯及所述第三毛细吸液芯依次连接且围成流道，所述流道内设置有冷凝剂；所述蒸发段用于吸收电子设备产生的热量，所述冷凝剂吸收热量蒸发成气态冷凝剂，所述气态冷凝剂沿所述流道流动并流动至所述冷凝段；所述冷凝段设置有散热器，所述气态冷凝剂在所述冷凝段冷凝成液态冷凝剂，释放的热量经散热器传递至机车外；所述气态冷凝剂冷凝成的所述液态冷凝剂经第三毛细吸液芯、第二毛细吸液芯回流至第一毛细吸液芯。

进一步的，所述第一金属管及所述第三金属管均为铜管。

进一步的，所述绝热段呈弧形，其两端分别与所述蒸发段和所述冷凝段密封连接。

进一步的，所述散热器包括基板及设置在基板上的多个散热翘片；相邻两个所述散热翘片形成散热腔。

进一步的，所述基板贴合设置在所述冷凝段上，所述基板用于吸收所述气态冷凝剂凝结过程中释放的热量；所述蒸发段贴合设置在所述电子设备上。

进一步的，所述第一毛细吸液芯、所述第二毛细吸液芯及所述第三毛细吸液芯均包括多层重叠设置的网状结构，所述网状结构由金属纤维编制而成；与所述第一金属管、所述第二塑料管及所述第三金属管贴附的最外层的网状结构采用丝径相同的单条径向金属纤维及单条轴向纤维编制而成；且自外向内重叠设置的网状结构的径向金属纤维的丝径相等以及自外向内重叠设置的网状结构的轴向金属纤维的丝径逐渐递增。

进一步的，所述径向金属纤维及轴向金属纤维以十字交叉的方式编制而成。

进一步的，所述金属纤维为铜纤维或者不锈钢纤维，且所述金属纤维的丝径为20-200微米；所述网状结构的空隙率为30％-95％。

进一步的，所述毛细吸液芯包括3-5层重叠设置的网状结构。

本发明另一方面提供了一种机车，包括所述机车散热器。

与现有技术相比，本发明提供的机车散热器及机车具有以下优点；

本发明提供的机车散热器及机车，其包括热管，热管内设置循环流动的冷凝剂，利用冷凝剂的蒸发与冷凝进行传递热量，热管的蒸发段设置在发热电子设备处，液态冷凝剂吸热后相变为气态冷凝剂，经流道传递至冷凝段，气态冷凝剂在冷凝段相变为液态冷凝剂并释放热量，释放的热量经散热器散出，实现对机车上的发热设备进行降温，提升机车电力牵引系统的输出功率。

其次，热管的冷凝段和蒸发段通过绝热段连接，绝热段采用塑料外管制作，可减轻机车散热器的整体重量。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供的机车散热器及机车所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的热管工作原理图；

图2为本发明实施例提供的热管的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的热管断面结构示意图；

图4为图3中a处的局部放大图；

图5为本发明实施例毛细吸液芯的外层网状结构展开的局部放大图；

图6为本发明实施例毛细吸液芯的内层网状结构展开的局部放大图。

附图标记说明:

10-热管，

11-蒸发段，

12-绝热段，

13-冷凝段，

20-毛细吸液芯，

21-径向金属纤维，

22-轴向金属纤维，

30-散热器，

40-电子设备,

50-流道，

111-第一金属管，

112-第一毛细吸液芯，

211-第二塑料管，

212-第二毛细吸液芯，

311-第三金属管，

312-第三毛细吸液芯。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的机车散热器，包括热管10，热管10包括蒸发段11、绝热段12及冷凝段13；蒸发段11包括第一金属管111及贴附在第一金属管111内壁上的第一毛细吸液芯112；冷凝段13包括第三金属管131及贴附在第三金属管131内壁上的第三毛细吸液芯312；绝热段12包括第二塑料管121及贴附在第二塑料管121内壁上的第二毛细吸液芯122；第一金属管111、第二塑料管121及第三金属管311依次连接；第一毛细吸液芯112、第二毛细吸液芯122及第三毛细吸液芯312依次连接且围成流道50，流道50内设置有冷凝剂；蒸发段11用于吸收电子设备40产生的热量，冷凝剂吸收热量蒸发成气态冷凝剂，气态冷凝剂沿流道50流动并流动至冷凝段13；冷凝段13设置有散热器30，气态冷凝剂在冷凝段13冷凝成液态冷凝剂，释放的热量经散热器30传递至机车外；冷凝形成的液态冷凝剂并经第三毛细吸液芯312、第二毛细吸液芯122回流至第一毛细吸液芯112。

具体的，在热管10管壁的内侧贴附有毛细吸液芯20，毛细吸液芯20围成封闭的流道50，流道50内设置有冷凝剂，冷凝剂吸收热量可由液相状态变换为气相状态，冷凝剂释放热量可由气相状态变换为液相状态，因此可利用冷凝剂的蒸发和冷凝进行热量传输。

本实施例中热管10可分成依次连接的蒸发段11、绝热段12及冷凝段13，蒸发段11和冷凝段13的外管均为金属管，金属管内壁贴合设置有毛细吸液芯20；绝热段12用于连接蒸发段11和冷凝段13。为方便描述本实施例将蒸发段11的金属管称为第一金属管111，位于第一金属管111内的毛细吸液芯20称为第一毛细吸液芯112；位于绝热段12内的毛细吸液芯20为第二毛细吸液芯122，冷凝段13的金属管称为第三金属管311，位于第三金属管311的毛细吸液芯20为第三毛细吸液芯312；第一毛细吸液芯112和第二毛细吸液芯122及第三吸液芯312连接在一起，液态冷凝液可由第三毛细吸液芯312沿第二毛细吸液芯122回流至第一毛细吸液芯112内。

目前常将冷凝段13与蒸发段12隔离开来，避免蒸发段12吸收的热量与冷凝段13释放的热量相互影响，影响热管10的散热效率。冷凝段13和蒸发段11通过绝热段12密封连接，可将蒸发段11吸收的热量传递至位于机车外的冷凝段13，绝热段12需要一定的长度。本实施例中将绝热段12的外管采用塑料外管制作，即绝热段的外管称为第二塑料管121，第二塑料管121内贴附有第二毛细吸液芯122，既实现了传输热量的目的，又能减轻整体机车散热器的热量。

本实施例中，蒸发段11靠近发热的电子设备40设置，冷凝段13设置有散热器30，散热器30可设置在冷风流动的方向上。第一毛细吸液芯112中的冷凝剂吸收来自电子设备40的热量，冷凝剂吸收热量后蒸发形成气态冷凝剂，形成的蒸气沿着封闭的流道50传递至冷凝段13，冷凝段13所处的环境温度小于流道50内气态冷凝剂的温度，气态冷凝剂在冷凝段13释放其热量，释放的热量经第三金属管311传递至散热器30，由流过散热器30的冷风将热量带走。

气态冷凝剂在冷凝段13释放热量后变成液态冷凝剂，冷凝形成的液态冷凝剂经过毛细作用进入第三毛细吸液芯312，第三毛细吸液芯312内的液态冷凝剂沿着第二毛细吸液芯122回流至位于蒸发段11内的第一毛细吸液芯122内。第一毛细吸液芯112内的液态冷凝液再次受热蒸发形成气态冷凝剂，蒸发段11形成的气态冷凝剂进入密封的流道50内完成冷凝剂一次循环。本实施例中热管散热器利用冷凝剂的相态变化，可对发热的电子设备进行有效降温。

可以理解的是，本实施例中可以在机车内布置冷风源，使散热器30处在冷风的流路上，利用冷风将电子设备上产生的热量驱散至车外；也可以将机车的散热器布置在机车外，利用机车行驶形成的来风，将散热器的热量带走，也可以将冷风引至车外，用于增强散热器的散热效果。本实施例优选的将散热器布置在车外，并将冷风引至车外，若机车行驶形成的来风能够满足散热器的散热需求，则无需打开冷风风源，冷风风源作为散热器散热的预备方案，即可满足热管的散热需要，同时也节约了冷风资源，提升了机车的输出功率的有效利用率。

再者，第一金属管111和第三金属管311均可采用铜管制作，铜管导热性能优异，有利于将电子设备40产生的热量传递，提升机车散热器的散热效率。本实施对于热管10的形状不加以限制，可根据电子设备40的散热需要，可将第一金属管111设计成矩形管或者圆管等，绝热段12的第二塑料管122形状可以为直线形，也可以为弧形等。若第二塑料管122呈弧形，其两端分别与第一金属管111及第三金属管311密封连接。当蒸发段11和冷凝段13距离较近时，绝热段12呈弧形安装在蒸发段11和冷凝段13之间，增加了气态冷凝剂循环的路径，使得冷凝剂的相变状态具备充足的时间进行变换，有利于提升冷凝剂的运输热量的能力。

本实施例中，散热器30包括基板及设置在基板上的多个散热翘片，相邻两个散热翘片形成散热腔，冷风穿过散热腔。具体的，散热器30包括基板及多个散热翘片，多个散热翘片垂直安装在基板上。可以理解的是，基板和散热翘片均采用金属板制作，散热翘片的一端可通过焊接的方式固定在基板上。相邻两个散热翘片形成散热腔，散热腔呈矩形，散热腔布置在冷风流动的方向上，冷风可将电子设备40传递至散热器30的热量带走。可以理解的是，散热翘片和基板可制成一体结构，具体的，散热翘片和基板可采用注塑形成一体结构。

为增强散热器30的散热效果，可将基板贴合设置在冷凝段13上，蒸发段11贴合设置在发热的电子设备40上，这样可以增加冷凝段13与散热器30的接触面积及蒸发段11与电子设备40的接触面积，使电子设备40产生的热量充分传递至第一金属管111上，位于第一毛细吸液芯112内的液态冷凝剂受热蒸发生成气态的冷凝剂，气态的冷凝剂沿流道50传递至冷凝段13，气态冷凝剂在冷凝段释放热量并生成液态冷凝剂，液态冷凝剂在毛细作用下进入第三毛细吸液芯312。气态冷凝剂在冷凝段13释放的热量可充分传递至散热器30，提升机车散热器的散热效率。

如图4至图6所示，本实施例中毛细吸液芯20由第一毛细吸液芯112、第二毛细吸液芯212及第三毛细吸液芯312依次连接形成，且第一毛细吸液芯112、第二毛细吸液芯212及第三毛细吸液芯312包括多层重叠设置的网状结构，网状结构由金属纤维编制而成；与第一金属外管、第三金属外管及第二塑料外管贴附的最外层的网状结构采用单条的径向金属纤维21及单条轴向金属纤维22编制而成，且最外层的径向金属纤维21的丝径与轴向金属纤维22的丝径相等；自外向内重叠设置的网状结构的轴向金属纤维22的直径逐渐递增以及自外向内重叠设置的网状结构的径向金属纤维21的直径相等

具体的，为提高第一毛细吸液芯112与第一金属管111之间的贴附性、第二毛细吸液芯122与第二塑料管121之间的贴附性、第三毛细吸液芯312与第三金属管311之间的贴附性，毛细吸液芯20包括多层重叠设置的网状结构，将毛细组织多层化可增加冷凝剂的传输量和热管的毛细力；进一步的，网状结构采用金属纤维制作，相比现有的毛细组织采用粉末或沟槽进行制作，纤维毛细组织的传输能力更优异。

现有的编制毛细组织中，纵横交错的纤维丝径是相同的，其毛细力及贴附性较差，而本实施例提供的最外层网状结构(最外层网状结构指的就是与第二塑料管或者第一金属管、第二金属管的管壁贴附的一层网状结构)采用单条直径相同的金属纤维编制而成，且自外向内重叠设置的网状结构的径向金属纤维21的直径相等，自外向内的轴向金属纤维22的直径逐渐递增。具体的，毛细吸液芯20最外层的网状结构轴向金属纤维22直径细，较柔软，具有良好的贴附性，内层网状结构的轴向金属纤维22相比最外层的网状结构的轴向金属纤维22较粗。此外，由外至内的轴向金属纤维22的直径逐渐变大，形成渐变有序的多孔纤维毡。由外及内的轴向金属纤维形成的多孔纤维毡具有良好的贴附性又具有良好的支撑结构，使热管10整体的毛细力和传输量显著增加。

可以理解的是，本实施例中径向金属纤维21及轴向金属纤维22以十字交叉的方式进行编制，即径向金属纤维21沿热管10的径向环绕，轴向金属纤维22沿热管10的轴向延伸，径向金属纤维21及轴向金属纤维22编织成网状结构；该网状结构的孔隙率为30％-95％，使液态冷凝液可顺畅通过毛细吸液芯。金属纤维选用丝径为20-200μm的导热性较高的铜纤维或不锈钢纤维，提升毛细吸液芯20的导热性能。为提升毛细吸液芯20的毛细力及传输量，毛细吸液芯20常采用多次化结构。本实施例中，毛细吸液芯20均包括3-5层重叠设置的网状结构，可提升毛细吸液芯的毛细力及传输效率。

本发明实施例提供的机车，包括机车散热器，机车散热器包括热管10及散热器30；热管10包括外管及贴附在外管内的毛细吸液芯20，毛细吸液芯20在外管内形成流道50，流道50内流动设置有冷凝剂。冷凝剂具有受热蒸发，遇冷冷凝的特质；根据冷凝剂这一特质，可将电子设备40的产生的热量经过冷凝剂传输到机车外部，对电子设备40进行降温，提升机车电力牵引系统的输出功率。热管10布置在电子设备40的一端为蒸发段11，位于机车外的一端为冷凝段13，冷凝段13设置有散热器30，可加速将电子设备40传递至冷凝段13的热量散去。热管10还包括绝热段12，绝热段12用于连接蒸发段11和冷凝段13，蒸发段11和冷凝段13具有一定间距，避免蒸发段11吸收的热量与冷凝段13散发的热量相互影响，因此绝热段12需具有一定的长度。

为增强蒸发段11和冷凝段13的导热性能，位于蒸发段11和冷凝段13的外管采用金属管制作，可优选采用铜管制作；绝热段12只是用于密封连接冷凝段13和蒸发段11，且具有一定长度，为减轻热管10的整体重量，绝热段12可采用塑料管制作。

本实施例提供的机车，将蒸发段11设置在电子设备40处，冷凝段13位于机车外，电子设备40产生的热量被第一吸液芯内的液态冷凝剂吸收，液态冷凝剂吸收热量后相变成气态冷凝剂，气态冷凝剂在流道50内传输，气态冷凝剂经过绝热段12后到达冷凝段13，冷凝段13所处的环境温度较低，气态冷凝剂在冷凝段13释放热量其冷凝成液态冷凝剂，液态冷凝液在毛细作用下进入第三毛细吸液芯312，液态冷凝剂在第三毛细吸液芯312聚集并引流至第一毛细吸液芯112，第一毛细吸液芯112的液态冷凝剂再次受热蒸发，完成冷凝剂的一次循环。本实施例提供的机车利用热管10内的冷凝剂传输热量，可将电子设备40的产生的热量带至机车外，实现对机车的电子设备40的降温及升机车电力牵引系统的输出功率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。