本发明属于传热技术领域，特别是涉及一种具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器。
背景技术：
随着电力电子技术的快速发展，模块化、集成化、轻量化、低成本化和高可靠性的要求越来越高，因此在太阳能逆变器、不间断电源(ups)、充电桩、功率变换器(pcs)、有源电力滤波器(apf)、静态无功补偿器(svg)、变频器等电力设备上普遍采用mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)、diode(二极管)、igbt(绝缘栅双极型晶体管)等功率器件。由于这些功率元器件的集成度越来越高，功率密度也越来越大，在工作时自身产生的热量也越来越大，若不能及时快速将功率器件产生的热散除，会导致功率器件中的芯片温度升高，轻则造成效能降低，缩短使用寿命，重则会导致功率器件的失效和芯片的烧毁炸管。因此解决大功率器件散热问题一直是困扰大功率器件封装厂商和使用厂商的核心问题之一。
为了有效解决功率器件的散热问题，通常将功率元器件固定在散热器的基板上，通过基板将热量传导至散热器的散热翅片上，散热翅片与空气接触面积大，通过空气的流动进行对流换热，将热量散发到周围环境中。
目前普遍采用自然对流或强制对流的铝型材散热器，包括铝插片式散热器、铝铲片式散热器、铝挤型散热器和铝焊接翅片式。由于铝和铝合金的导热系数在220w/m.k以内，散热片的翅片效率比较低，热扩散性能差，因此散热翅片受成本和重量限制，翅片厚度为0.8mm-2.0mm，翅片高度在90mm以内，散热器基板与散热翅片长度一致，且功率器件要均布在散热器基板上，以减小基板扩散热阻，提高散热器的散热能力。因此散热器体积较大，重量较重。随着大功率器件性能的提升，其单个器件热流密度的增加，以及对体积小和重量轻的要求的提高，常规铝散热器已不能满足高热流密度大功率模块的散热需求。
然而，上述散热器用于功率器件散热时，由于散热效果不好，当功率器件短期过载或波动产生瞬时大量热量时，热量不能及时散发出去，使得散热器及功率器件的温度极速升高，从而影响功率器件的性能。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器，用于解决现有技术中的现有散热器对功率器件进行散热时存在的诸多问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明还提供一种具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器，所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器包括：
基板，所述基板包括主体部，所述主体部具有相对的第一表面及第二表面，所述主体部的第一表面形成有凹槽；
盖板，覆盖于所述凹槽上，并将所述凹槽密封；
相变蓄热结构，填充于所述凹槽内；
热超导板翅片，一端插设于位于所述凹槽底部的所述基板内，另一端穿过所述盖板延伸至所述盖板的上方。
作为本发明的一种优选方案，所述热超导板翅片为复合板式结构，所述热超导板翅片呈双面平形态。
作为本发明的一种优选方案，所述相变蓄热结构为相变蓄热材料。
作为本发明的一种优选方案，所述相变蓄热材料为石蜡类相变蓄热材料或盐水化合物类相变蓄热材料。
作为本发明的一种优选方案，所述热超导板翅片为复合板式结构，所述热超导板翅片呈双面胀形态或单面胀形态。
作为本发明的一种优选方案，所述相变蓄热结构包括若干个颗粒结构，所述颗粒结构包括外壳及包覆于所述外壳内的相变蓄热材料；所述相变蓄热材料为石蜡类相变蓄热材料或盐水化合物类相变蓄热材料。
作为本发明的一种优选方案，所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器还包括密封结构，所述密封结构填充于所述盖板与所述热超导板翅片结合部位的间隙处，以实现所述凹槽的密封。
作为本发明的一种优选方案，所述密封结构的材料包括弹性材料或胶水。
作为本发明的一种优选方案，所述热超导板翅片的数量为多个，多个所述热超导翅片平行间隔排布。
作为本发明的一种优选方案，所述盖板的上表面与所述主体部的第一表面相平齐。
作为本发明的一种优选方案，所述主体部的第二表面设有若干个安装固定功能器件的安装孔。
作为本发明的一种优选方案，所述基板还包括延伸部，所述延伸部位于所述主体部外围。
作为本发明的一种优选方案，所述延伸部的厚度小于所述主体部的厚度，所述延伸部的上表面与所述主体部的第一表面相平齐，且所述延伸部上设有若干个安装通孔。
如上所述，本发明提供的具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器，具有以下有益效果：
1.均温:与现有的散热器相比：密封空腔内填充的相变蓄热材料可使整个基板面温度均匀，减小各功率器件间的温差及散热器的最高温度；
2.蓄热：与现有的散热器相比：密封空腔内填充的相变蓄热结构可吸收和存储功率器件短期过载或波动产生的瞬时大量热量，保持散热器和功率器件温度的稳定；
3.热阻小：与现有的散热器相比：热超导板翅片直接与基板结合，热超导板翅片将热量散发到周围环境中,减掉了热管传递的环节；
4.热超导板翅片效率高:与热管散热器相比,热超导板翅片效率大于95％以上(翅片上最大温差小于2℃)，且不随热超导板翅片的高度、长度和厚度等尺寸为变化而改变,因此结构灵活多样，散热能力强，可以解决高热流密度和大热量功率器件的散热需求，突破风冷散热器的散热能力极限的限制；
5.热超导板翅片散热器不受低温的限制，可在零下40℃正常工作，因此解决水冷散热在冬天高寒地区低温下的需要加热循环液体的缺陷，以及热管散热器在冬天低温下的失效难题，有更好的工作适应性能。
附图说明
图1至图3显示为本发明提供的具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器的结构示意图；其中，图1及图2显示为本发明提供的具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器的立体结构示意图，图3显示为本发明提供的具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器的正视图。
图4至图6显示为本发明提供的具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器中的热超导板翅片放大局部截面结构示意图，其中，图4中的热超导板翅片呈单面胀形态，图5中的热超导板翅片呈双面胀形态，图6中的热超导板翅片呈双面平形态。
图7显示为本发明提供的具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器中的相变蓄热结构的结构示意图。
图8至图10显示为本发明提供的具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器中的热超导板的结构示意图，其中，图8中热超导板翅片中的热超导管路呈六边形蜂窝状，图9中的热超导板翅片中的热超导管路呈矩形网格状，图10中的热超导板翅片中的热超导管路呈首尾串联的多个u形。
组件标号说明
1具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器
11基板
111主体部
112凹槽
113延伸部
114密封空腔
115安装通孔
12盖板
13相变蓄热结构
131相变蓄热材料
132外壳
14热超导板翅片
141第一板材
142第二板材
143凸起部
144热超导管路
145传热工质
146非管路部分
147灌装口
2功率器件
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
请参阅图1至图3，本发明提供一种具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器1，所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器1包括：基板11，所述基板11包括主体部111，所述主体部111具有相对的第一表面及第二表面，所述主体部111的第一表面形成有凹槽112；盖板12，所述盖板12覆盖于所述凹槽112上，并将所述凹槽112密封成密封空腔114；相变蓄热结构13，所述相变蓄热结构13填充于所述密封空腔114内；热超导板翅片14，所述热超导板翅片114一端插设于位于所述凹槽112底部的所述基板11内，另一端穿过所述盖板12延伸至所述盖板12的上方。
作为示例，所述热超导板翅片14是利用热超导传热技术的一种薄板结构，是目前唯一可以实现二维平面快速导热的热超导板(热管一般为管状结构，为一维线性热超导器件)，由于其导热速率快、体积小、重量轻、结构灵活，安装方便，特别适合于解决大功率电源功率器件的散热问题。需要说明的是，所述热超导传热技术包括在密闭的相互连通的微槽道系统内充装工作介质，通过工作介质的蒸发与冷凝相变实现热超导传热的热管技术；以及通过控制密闭体系中工作介质微结构状态，即在传热过程中，液态介质的沸腾(或气态介质的冷凝)被抑制，并在此基础上达到工质微结构的一致性，而实现高效传热的相变抑制(pci)传热技术。由于热超导技术的快速热特性，其当量导热系数可达4000w/m℃以上，可实现整个热超大板翅片的均温。
作为示例，所述基板11的材料应为导热性良好的材料；优选地，本实施例中，所述基板11的材料均可以为铜、铜合金、铝或铝合金或任一种以上的任意组合。
作为示例，所述主体部111的第二表面还可以设有若干个安装固定功能器件2的安装孔(未示出)，如图2所示，所述功能器件2经由所述安装孔安装固定于所述主体部111的第二表面上。
作为示例，所述盖板12的上表面与所述主体部111的第一表面相平齐，当然，在其他示例中，所述盖板12的上表面也可以高于所述主体部111的第一表面。所述盖板12可以通过焊料或胶水等固定于所述凹槽112的内壁上，也可以通过固定装置(譬如，螺纹螺孔等)固定于所述凹槽112外围的所述主体部111第一表面上。
作为示例，当所述盖板12上设有与所述热超导板翅片14的宽度及厚度相匹配的条状通孔(未示出)，所述热超导板翅片14经由所述条状通孔贯穿所述盖板12，并延伸至所述盖板12的上方。
作为示例，所述基板11还包括延伸部113，所述延伸部113位于所述主体部111外围，且与所述主体部111为一体成型结构。具体的，可以将一块平面板的基板的第一表面经过辊压工艺辊压，在所述基板上形成凹槽112，所述凹槽112对应的部位即为所述主体部111，所述主体部111外围的基板即为所述延伸部113。当然，在其他示例中，也可以采用其他任意一种可以形成所述凹槽112的工艺而形成，此处不做限定。
作为示例，所述延伸部113的厚度小于所述主体部111的厚度，所述延伸部113的上表面与所述主体部111的第一表面相平齐，且所述延伸部113上设有若干个安装通孔115。所述安装通孔115可以作为所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器1的安装孔，便于所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器1的固定与安装。
作为示例，所述热超导板翅片14的数量为多个，多个所述热超导板翅片14平行间隔排布。所述热超导板翅片14可以与所述凹槽112的底部相垂直，也可以与所述凹槽112的底部斜交呈一定的夹角，优选地，本实施例中，所述热超导板翅片14与所述凹槽112的底部相垂直。需要说明的是，当所述热超导板翅片14的数量为多个时，所述盖板12上形成的所述条状通孔的数量与所述热超导板翅片14的数量一致，且一一对应。
作为示例，如图4至图6所示，所述热超导板翅片14可以为包括第一板材141及所述第二板材142的复合板式结构。
在一示例中，如图4所示，所述热超导板翅片14呈单面胀形态；所述第一板材141的一表面形成有通过压印工艺形成的压印槽道或通过吹胀工艺形成的吹胀槽道，在所述第一板材141的一表面形成所述压印槽道或所述吹胀槽道的同时，所述第一板材141的另一表面会形成与所述压印槽道或所述吹胀槽道相对应的凸起结构143；所述第一板材141与所述第二板材142可以通过焊接工艺等工艺复合在一起，所述第一板材141形成有所述压印槽道或所述吹胀槽道的表面为复合面；所述第一板材141与所述第二板材142复合后，所述压印槽道或所述吹胀槽道即构成所述热超导管路144。当然，在其他示例中，也可以为只有所述第二板材142的一表面形成有所述刻蚀槽道或吹胀槽道。
在另一示例中，如图5所示，所述热超导板翅片14还可以呈双面胀形态；所述第一板材141与所述第二板材142相邻的表面均形成有压印槽道或吹胀槽道，所述第一板材141及所述第二板材142上均形成有与所述压印槽道或吹胀槽道相对应的凸起结构143；所述第一板材141与所述第二板材142通过焊接工艺复合在一起后，位于所述第一板材141上的压印槽道或吹胀槽道与位于所述第二板材142上的压印槽道或吹胀槽道共同构成所述热超导管路144。
在另一示例中，如图6所示，所述热超导板翅片14还可以呈双面平形态；所述第一板材141的一表面形成有刻蚀槽道，所述第一板材141与所述第二板材142通过焊接工艺复合在一起，且形成所述刻蚀槽道的表面为复合面；所述第一板材141与所述第二板材113复合后，所述刻蚀槽道即构成所述热超导管路144。在其他示例中，也可以为只有所述第二板材142的一表面形成有所述蚀刻槽道；还可以在所述第一板材141及所述第二板材142均形成有刻蚀槽道，所述第一板材141与所述第二板材142复合后，所述第一板材141上的刻蚀槽道与所述第二板材142上的刻蚀槽道共同构成所述热超导管路144。
作为示例，所述热超导管路144为密封管路，所述热超导管路144内填充有传热工质145；所述传热工质145为流体，优选地，所述传热工质145可以为气体或液体或气体与液体的混合物，更为优选地，本实施例中，所述传热工质145为液体与气体的混合物。
需要说明的是，相变蓄热技术是利用相变蓄热材料在升温过程中温度达到由固相变为液相的温度(融化温度)时，由固体变为液体同时吸收大量的热量(相变时吸收潜热)；在降温过程中，温度达到由液相变为固相的温度(凝固温度)时，由液体变为固体同时放出大量的热量。在相变过程中尽管吸收或放出大量的热量，但相变蓄热材料的温度基本保持不变。
由上可知，本发明的所述相变蓄热结构13在吸热和放热的过程中会由液体至固体或固体至液体的相转变，而所述热超导板翅片14远离所述基板11的一端穿过所述盖板12延伸至所述盖板12上方时，由于要贯穿所述盖板12，所述热超导板翅片14与所述盖板12的结合部位会有间隙存在，即所述热超导板翅片14贯穿所述盖板12的部分与所述盖板12之间会有间隙存在，特别是在所述热超导板翅片14为如图4所示的单面胀形态或为如图5所示的双面胀形态时，所述热超导板翅片14与所述盖板12的结合部位的间隙会更加明显。如果之间将相变蓄热材料填充于所述凹槽112内，当所述相变蓄热材料由固体变为液体时很容易从所述热超导板翅片14与所述盖板12之间的间隙泄露，从而影响其性能。
为了避免上述问题，在一示例中，填充于所述密封空腔114内的所述相变蓄热结构13可以为相变蓄热材料(即可以直接在所述密封空腔114内填充相变蓄热材料)，但此时，所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器1还包括密封结构(未示出)，所述密封结构填充于所述盖板12与所述热超导板翅片14结合部位的所述间隙处，以实现所述密封空腔11的密封，从而避免所述相变蓄热材料由所述盖板12与所述热超导板翅片14结合部位的所述间隙处泄露。在另一示例中，所述盖板12与所述热超导板翅片14结合部位的所述间隙处可以不设置上述密封结构，而此时，填充于所述密封空腔114的所述相变蓄热结构13可以为若干个颗粒结构，所述相变蓄热结构13如图7所示包括外壳132及包覆于所述外壳132内的相变蓄热材料131；由于所述相变蓄热材料131由所述外壳132包覆，在所述相变蓄热材料131由固态变为液体时，即使所述盖板12与所述热超导板翅片14结合部位的所述间隙处未设置所述密封结构，也不会存在所述相变蓄热材料131由所述盖板12与所述热超导板翅片14结合部位的所述间隙处泄露的问题。当然，在其他示例中，所述盖板12与所述热超导板翅片14结合部位的所述间隙处设置有所述密封结构时，所述密封空腔114内填充的所述相变蓄热结构13也可以为如图7所示的颗粒结构。
作为示例，所述热超导板翅片14内所述热超导管路144的形状可以根据实际需要设定为六边形蜂窝状(如图8所示)、圆形蜂窝状、矩形网格状(如图9所示)、首尾串联的多个u形(如图10所示)、菱形、三角形、圆环形、纵横交错的网状或其中任一种以上的任意组合。需要说明的是，如图8至图10所示，所述热超导管路144之间及其外围均为非管路部分146；当所述热超导板翅片14采用吹胀工艺形成所述热超导管路144时，所述热超导板翅片14内还形成有灌装口147，由于在所述第一板材141与所述第二板材142复合并在所述热超导板翅片14内形成所述热超导管路144之后向所述热超导管路144内通入所述传热工质145，但当填充完所述传热工质145之后，所述灌装口147需要密封，以确保所述热超导管路144为密封管路。
作为示例，所述第一板材141及所述第二板材142的材料应为导热性良好的材料；优选地，本实施例中，所述第一板材141及所述第二板材142的材料均可以为铜、铜合金、铝或铝合金或任一种以上的任意组合。所述第一板材141及所述第二板材142的材料可以相同，也可以不同；优选地，本实施例中，所述第一板材141及所述第二板材142的材料相同。
作为示例，为了确保所述热超导板翅片14的散热效果，位于所述热超导板翅片14内的所述热超导管路144应尽量布满所述热超导板翅片14；优选地，本实施例中，所述热超导板翅片14内的所述热超导管路144应自所述盖板12上方延伸至所述盖板12下方的所述密封空腔114内。
需要说明的是，所述热超导板翅片14插入至所述凹槽112底部所述基板11内的部分可以不具有所述热超导管路144，以确保所述热超导板翅片14与所述基板11相接触的部分的表面为平面，从而实现所述热超导板翅片14与所述基板11无缝紧密接触，减少二者之间的热阻。
作为示例，所述相变蓄热材料可以为但不仅限于石蜡类相变蓄热材料或盐水化合物类相变蓄热材料。
本发明的所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器1的工作原理为：当所述功率器件2的功率突然增大(满载或过载等异常时，比如，电机启动、机车加速或爬坡等)产生的热量同时增加，使得所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器1的温度升高，当达到所述相变蓄热材料131的相变温度时，所述相变蓄热材料131开始蓄热，热量通过所述基板11及所述热超导板翅片14与所述相变蓄热材料131结合部分(即所述基板11、所述热超导板翅片14与所述相变蓄热材料131接触的部分)将热量传导给所述相变蓄热材料131，所述相变蓄热材料131吸收热量由固体变为液体，此时，所述基板11的温度基本保持不变；当所述相变蓄热材料131全部变为液体后，所述相变蓄热材料131停止蓄热，整个工作系统的温度开始升高。当所述功率器件2恢复到正常工作状态时，所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器1的温度逐渐降低，当达到所述相变蓄热材料131的凝固温度时，所述相变蓄热材料131开始由液体变为固体，放出的热量直接通过所述热超导板翅片14与所述相变蓄热材料131的结合部分(即所述热超导板翅片14与所述相变蓄热材料131相接触的部分)传导至所述热超导板翅片14与空气接触的部分，通过流过所述热超导板翅片14气体散发到周围的环境中，当所述相变蓄热材料131由液体全部转变为固体后，所述相变蓄热材料131停止放热，所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器1的温度开始降低。因为所述相变蓄热材料131的蓄热及放热过程均属于物理变化过程，可以重复循环。这样可以避免因过载引起所述功率器件2温度过高而导致安全、故障率及寿命缩短等问题，同时，还可以减少散热器的冗余设计、节约成本和减小散热器的体积及重量等。
综上所述，本发明提供一种具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器，所述具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器包括：基板，所述基板包括主体部，所述主体部具有相对的第一表面及第二表面，所述主体部的第一表面形成有凹槽；盖板，覆盖于所述凹槽上，并将所述凹槽密封；相变蓄热结构，填充于所述凹槽内；热超导板翅片，一端插设于位于所述凹槽底部的所述基板内，另一端穿过所述盖板延伸至所述盖板的上方。本发明提供的具有相变蓄热功能的热超导翅片散热器具有以下有益效果：均温：与现有的散热器相比：密封空腔内填充的相变蓄热材料可使整个基板面温度均匀，减小各功率器件间的温差及散热器的最高温度；蓄热：与现有的散热器相比：密封空腔内填充的相变蓄热结构可吸收和存储功率器件短期过载或波动产生的瞬时大量热量，保持散热器和功率器件温度的稳定；热阻小：与现有的散热器相比：热超导板翅片直接与基板结合，热超导板翅片将热量散发到周围环境中,减掉了热管传递的环节；热超导板翅片效率高：与热管散热器相比,热超导板翅片效率大于95％以上(翅片上最大温差小于2℃)，且不随热超导板翅片的高度、长度和厚度等尺寸为变化而改变,因此结构灵活多样，散热能力强，可以解决高热流密度和大热量功率器件的散热需求，突破风冷散热器的散热能力极限的限制；热超导板翅片散热器不受低温的限制，可在零下40℃正常工作，因此解决水冷散热在冬天高寒地区低温下的需要加热循环液体的缺陷，以及热管散热器在冬天低温下的失效难题，有更好的工作适应性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。