一种散热装置及空调变频模块结构的制作方法

本申请涉及散热技术领域，具体而言，涉及一种散热装置及空调变频模块结构。

背景技术：

目前，在对电器元件(如，空调变频模块)进行散热时，散热装置一般采用铝挤压型材散热器进行散热，但是型材导热系数不高、肋效率较低，因此散热性能差，电器元件温升过高，导致过热保护而降频、停机乃至失效。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种散热装置及空调变频模块结构，以改善散热性能差的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种散热装置，包括热沉、散热器和传热工质；

所述散热器与所述热沉连通并形成循环回路；

所述传热工质可流动地设置于所述循环回路内；

其中，所述热沉受热能够将液态的传热工质转变为汽态；

所述散热器散热能够将汽态的传热工质转变为液态。

上述技术方案中，热沉与散热器形成循环回路，热沉受热后，热沉内的液态的传热工质将转变为汽态，汽态的传热工质流至散热器后，散热器散热使汽态的传热工质冷凝为液态。在整个循坏回路中既存在液态的传热工质，又存在汽态的传热工质，通过热沉与散热器间的温差来实现传热工质在循环回路中的自循环，无需外接动力。这种散热装置通过强化相变换热来实现高效传热，具有大热量、高热流密度、低热阻、高可靠等传热特性；并且结构简单，工艺成本低。

另外，本申请实施例提供的散热装置还具有如下附加的技术特征：

在本申请的一些实施例中，所述传热工质的临界活化核化点半径小于0.1微米；

所述传热工质的汽泡脱离直径小于0.5毫米；

所述传热工质的汽泡脱离频率大于350赫兹。

上述技术方案中，传热工质的临界活化核化点半径小、传热工质的汽泡脱离直径小以及传热工质的汽泡脱离频率高，使得传热工质在相变全周期的气泡成核和气泡脱离过程中具有较高的相变速率，进而强化散热装置的相变换热速率。

在本申请的一些实施例中，所述热沉具有第一进口和第一出口；

所述散热器具有第二进口和第二出口；

所述散热器还包括进汽管和进液管；

所述第一出口与所述第二进口通过所述进汽管连通；

所述第二出口与所述第一进口通过所述进液管连通。

上述技术方案中，热沉的第一出口与散热器的第二进口通过进汽管连通，散热器的第二出口与热沉的第一出口通过进液管连通，进汽管负责热量传输，进液管负责传热工质回流。即热沉内受热转变为汽态的传热工质通过进汽管流入至散热器内，并冷凝成液态；散热器内液态的传热工质通过进液管回流至热沉。

在本申请的一些实施例中，所述热沉内设有供进液管内的液态的传热工质进入所述热沉内的毛细结构。

上述技术方案中，从进液管进入热沉的液态的传热工质先要经过毛细结构，毛细结构可对流入热沉内的液态的传热工质起到一定的阻止作用，可实现汽液分离，同时有效降低沸腾界面压力，构建过热沸腾状态，使得相变全周期的气泡成长和气泡聚合上升过程中汽态的传热工质与液态的传热工质换热强度加大，进而强化散热装置的相变换热速率。

在本申请的一些实施例中，所述进液管上靠近所述第一进口的部位形成u形结构。

上述技术方案中，进液管上靠近第一进口的部位形成u形结构，u形结构可对流入热沉内的液态的传热工质起到一定的阻止作用，可实现汽液分离，同时有效降低沸腾界面压力，构建过热沸腾状态，使得相变全周期的气泡成长和气泡聚合上升过程中汽态的传热工质与液态的传热工质换热强度加大，进而强化散热装置的相变换热速率。

在本申请的一些实施例中，所述第一进口的位置低于所述第一出口的位置。

上述技术方案中，第一进口的位置低于第一出口的位置，可实现汽液分离，同时有效降低沸腾界面压力，构建过热沸腾状态，使得相变全周期的气泡成长和气泡聚合上升过程中汽态的传热工质与液态的传热工质换热强度加大，进而强化散热装置的相变换热速率。

在本申请的一些实施例中，所述热沉内部设有间隔布置的第一腔室、第二腔室和多个连通通道；

所述第一进口与所述第一腔室连通，所述第一出口与所述第二腔室连通；

所述连通通道的一端与所述第一腔室连通，所述连通通道的另一端与所述第二腔室连通。

上述技术方案中，液态的传热工质从第一进口进入第一腔室后，液态的传热工质将进入至连通通道，热沉受热后，热量将分散传递至各个连通通道内的液态传热工质，液态传热工质受热后将在连通通道内实现汽液分离，汽态的传热工质进入至第二腔室，并通过第一出口流出热沉。这种结构的热沉能够快速地将吸收的热量传递给传热工质，使传热工质在热沉内能够很好地实现汽液分离。

在本申请的一些实施例中，所述热沉包括板体、第一盖体和第二盖体；

所述板体相对的两端分别设有第一容纳槽和第二容纳槽；

所述第一盖体密封连接于所述第一容纳槽，所述第一盖体与所述第一容纳槽的槽周壁共同界定所述第一腔室；

所述第二盖体密封连接于所述第二容纳槽，所述第二盖体与所述第二容纳槽的槽周壁共同界定所述第二腔室；

所述连通通道的一端贯通所述第一容纳槽的槽底壁，所述连通通道的另一端贯通所述第二容纳槽的槽底壁。

上述技术方案中，热沉具有便于加工制造的优点。

在本申请的一些实施例中，所述热沉上设有多个间隔布置的第一散热翅片。

上述技术方案中，第一散热翅片的设置增大了换热面积，进而使得热沉具有辅助散热能力。

在本申请的一些实施例中，所述热沉具有连接面和与所述连接面相对并用于与发热源接触的接触面；

所述第一散热翅片连接于所述连接面，所述连通通道平铺于所述连接面与所述接触面之间。

上述技术方案中，第一散热翅片连接于连接面，连通通道平铺于连接面与接触面之间，发热源与接触面接触后，发热源的热量将传递给热沉，并传递给连通通道内的工作介质以及连接面上的第一散热翅片，使得热沉具有很好辅助散热能力。

第二方面，本申请实施例提供一种空调变频模块结构，包括空调变频模块和第一方面实施例提供的散热装置，所述空调变频模块连接于所述热沉。

上述技术方案中，空调变频模块结构中，散热装置通过强化相变换热来实现高效传热，具有大热量、高热流密度、低热阻、高可靠等传热特性，可对空调变频模块起到很好的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的散热装置的结构示意图；

图2为本申请一些实施例提供的散热装置的进液管与热沉的连接示意图；

图3为本申请又一些实施例提供的散热装置的进液管与热沉的连接示意图；

图4为本申请再一些实施例提供的散热装置的进液管和进汽管与热沉的连接示意图；

图5为图1所示的热沉的剖视图；

图6为图1所示的热沉的结构示意图；

图7为本申请其他实施例提供的散热装置的散热器的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的空调变频模块结构的结构示意图。

图标：100-散热装置；10-热沉；11-第一进口；12-第一出口；13-第一腔室；14-第二腔室；15-连通通道；16-板体；161-第一容纳槽；162-第二容纳槽；163-连接面；164-接触面；17-第一盖体；18-第二盖体；19-第一散热翅片；20-散热器；21-第二进口；22-第二出口；23-散热通道；231-矩形通道；24-散热孔；25-散热片；26-迂回管；27-第二散热翅片；30-进汽管；40-进液管；41-u形结构；50-毛细结构；200-空调变频模块结构；210-空调变频模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”和“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

如图1所示，本申请第一方面实施例提供一种散热装置100，包括热沉10、散热器20和传热工质，散热器20与热沉10连通并形成循环回路，传热工质可流动地设置于循环回路内。热沉10受热能够将液态的传热工质转变为汽态，散热器20散热能够将汽态的传热工质转变为液态。

热沉10与散热器20形成循环回路，热沉10受热后，热沉10内的液态的传热工质将转变为汽态，汽态的传热工质流至散热器20后，散热器20散热使汽态的传热工质冷凝为液态。在整个循坏回路中既存在液态的传热工质，又存在汽态的传热工质，通过热沉与散热器间的温差来实现传热工质在循环回路中的自循环，无需外接动力。这种散热装置通过强化相变换热来实现高效传热，具有大热量、高热流密度、低热阻、高可靠等传热特性；并且结构简单，工艺成本低。

进一步地，热沉10具有第一进口11和第一出口12(图1未示出)，散热器20具有第二进口21和第二出口22。散热器20还包括进汽管30和进液管40，第一出口12与第二进口21通过进汽管30连通，第二出口22与第一进口11通过进液管40连通。

热沉10与散热器20通过进汽管30和进液管40连接，以形成循环回路。可理解为热沉10内部的空间、进汽管30内部的空间、散热器20内部的空间以及进液管40内部的空间共同构成密闭的循环回路。

进汽管30负责热量传输，进液管40负责传热工质回流。即热沉10内受热转变为汽态的传热工质通过进汽管30流入至散热器20内，并冷凝成液态；散热器20内液态的传热工质通过进液管40回流至热沉10。

其中，进汽管30和进液管40两者可以多种材质的管件，比如、铝管、铜管等。

在其他实施例中，热沉10与散热器20之间也可不设置进汽管30和进液管40，可以是热沉10的第一出口12与散热器20的第二进口21直接连通，散热器20的第二出口22与热沉10的第一进口11直接连通。当然，也可以是在热沉10与散热器20之间只设置进汽管30，不设置进液管40，即热沉10的第一出口12与散热器20的第二进口21通过进汽管30连通，散热器20的第二出口22与热沉10的第一进口11直接连通；也可以是在热沉10与散热器20之间只设置进液管40不设置进汽管30，即热沉10的第一出口12与散热器20的第二进口21直接连通，散热器20的第二出口22与热沉10的第一进口11通过进液管40连通。

传热工质相变换热能力取决于传热工质的相变速率与相变潜热的乘积，两者的乘积越大，则传热工质的换热能力越强。以下对影响传热工质的相变速率的因素进行分析。

相变的全周期涵盖汽泡成核、汽泡成长、汽泡脱离、汽泡聚合上升整个过程。

(1)汽泡成核阶段

临界活化核化点半径rm＝临界汽化核心rmin＝3γts/rρuδt，其中γ为工质的表面张力系数，ts为当地压力下的饱和温度，r为饱和温度下的汽化潜热，ρv是饱和蒸汽密度，δt＝tw-ts为壁面处液态工质的过热度。壁面上的沸腾换热强度(或相变速率)取决于加热壁面上活化核化点的总数，而加热壁面上的凹坑尺寸分布密度近似于起点为原点的正态分布函数nr，因此活化核化点的总数即加热壁面大于临界活化核化点半径rm的凹坑都是活化核化点。因此，增加活化核化点总数n的方式分为两种：一是在加热壁面上形成一层多孔结构，增加正态分布函数nr的期望和标准差，该种方法可以成倍地增加活化核化点总数n二是对相变工质进行改性，在一定饱和温度ts和壁面过热度δt情况下，减小临界活化核化点半径rm，该种方法可以几个数量级地增加活化核化点总数n。

(2)汽泡成长和脱离阶段

(2.1)汽泡成长期，早期为动力学控制阶段，汽泡长大主要受内部热惯性力和外部表面张力支配，汽泡成长速率很高；后期为传热控制阶段，该阶段延续时间较长，汽泡成长速率主要受热液体向汽泡传热能力支配，当液体为饱和液体时，汽泡成长速率较慢，当液体为过热液体时，汽泡成长速率较快。

(2.2)汽泡脱离期，汽泡从加热壁面上的脱离直径dd越小、脱离频率f越高，则相变速率越快。其中汽泡脱离直径dd影响因素包括压力、重力加速度、惯性力等；汽泡脱离频率f存在关系对于动力学控制阶段，指数n＝2，对于传热控制阶段，指数n＝1/2。因此可以通过对工质进行改性减小汽泡脱离直径dd，同时还增加了汽泡脱离频率f，进而强化相变速率。

(2.3)汽泡聚合上升期，汽泡在上升过程中与液体间的换热可以达到很高的强度因此汽泡的有效排出可以提高高热流密度工况下的临界热流密度，汽泡的聚合和上升运动十分复杂，涉及到复杂的汽液两相湍流。可以设计合理的汽泡排出结构以有效排出汽泡，进而强化相变速率。

基于相变全周期的相变特性，对相变工质进行改性，从物性层面减小临界活化核化点半径rm，以增加活化核化点总数n；从物性层面减小汽泡脱离直径dd、增加汽泡脱离频率f，进而强化相变速率。

(3)过热沸腾

沸腾过程中，在汽泡成长后期的传热控制阶段，汽泡成长速率主要受液体向汽泡传热能力支配，液体的过热度决定了汽泡的成长速率；在汽泡聚合上升阶段，液体的过热度决定了汽泡在上升过程中与液体间的换热强度。因此可以通过将液态工质设计为过热液体的方式强化汽泡成长速率。

液体主体温度达到饱和温度的沸腾状态为饱和沸腾，汽泡脱离壁面后会在液体中缓慢长大；液体的主体温度低于饱和温度的沸腾状态为过冷沸腾，汽泡脱离壁面后会在液体中逐渐消失；液体的主体温度超过饱和温度的沸腾状态为过热沸腾，汽泡脱离壁面后会在液体中急剧长大。因此将液态工质设计为过热液体的方式即构建过热沸腾状态。

对于过热壁面上的非均相沸腾，液态工质的温度来源于过热壁面的加热，液体本体难以通过壁面加热的方式获得较大的过热度，因此可通过降低沸腾界面压力的方式降低工质沸点，在液态工质仅通过壁面加热获取热量的条件下，实现过热沸腾。

根据上述分析，本实施例中，可选地，传热工质的临界活化核化点半径小于0.1微米；传热工质的汽泡脱离直径小于0.5毫米；传热工质的汽泡脱离频率大于350赫兹。

传热工质的临界活化核化点半径小、传热工质的汽泡脱离直径小以及传热工质的汽泡脱离频率高，使得传热工质在相变全周期的气泡成核和气泡脱离过程中具有较高的相变速率，进而强化散热装置100的相变换热速率。

由上述分析可知，还可通过构建传热工质的过热沸腾状态，来强化相变速率。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，热沉10内设有供进液管40内的液态的传输工质进入热沉10内的毛细结构50。

毛细结构50可对流入热沉10内的液态的传热工质起到一定的阻止作用，可实现汽液分离，同时有效降低沸腾界面压力，构建过热沸腾状态，使得相变全周期的气泡成长和气泡聚合上升过程中汽态的传热工质与液态的传热工质换热强度加大，进而强化散热装置100的相变换热速率。

其中，毛细结构50可以是由多孔材料制成阻隔件，也可以由多个毛细管构成的阻隔件。图2中，毛细结构50多孔材质制成的阻隔件。

在本申请的一些实施例中，如图3所示，进液管40上靠近第一进口11的部位形成u形结构41。

u形结构41可对流入热沉10内的液态的传热工质起到一定的阻止作用，可实现汽液分离，同时有效降低沸腾界面压力，构建过热沸腾状态，使得相变全周期的气泡成长和气泡聚合上升过程中汽态的传热工质与液态的传热工质换热强度加大，进而强化散热装置100的相变换热速率。

在本申请的一些实施中，如图4所示，第一进口11的位置低于第一出口12的位置。这种结构也可实现汽液分离，同时有效降低沸腾界面压力，构建过热沸腾状态，使得相变全周期的气泡成长和气泡聚合上升过程中汽态的传热工质与液态的传热工质换热强度加大，进而强化散热装置100的相变换热速率。

在实际运用中，可通过上述三种方式中的任意一种或多种来强化传热工质的相变速率，进而提高散热装置100的传热能力。

进一步地，如图5所示，本实施例中，热沉10内部设有间隔布置的第一腔室13、第二腔室14和多个连通通道15。第一进口11与第一腔室13连通，第一出口12与第二腔室14连通。连通通道15的一端与第一腔室13连通，连通通道15的另一端与第二腔室14连通。

液态的传热工质从第一进口11进入第一腔室13后，液态的传热工质将进入至连通通道15，热沉10受热后，热量将分散传递至各个连通通道15内的液态传热工质，液态传热工质受热后将在连通通道15内实现汽液分离，汽态的传热工质进入至第二腔室14，并通过第一出口12流出热沉10。这种结构的热沉10能够快速地将吸收的热量传递给传热工质，使传热工质在热沉10内能够很好地实现汽液分离。

在热沉10内设置毛细结构50的情况下，毛细结构50可以设置在第一腔室13内，使得毛细结构50抵接于进液管40。

在其他实施例中，热沉10也可以是其他结构，比如，热沉10内形成一个较大的腔室，第一进口11与第一出口12均与腔室连通。

进一步地，继续参照图5，所述热沉10包括板体16、第一盖体17和第二盖体18。板体16相对的两端分别设有第一容纳槽161和第二容纳槽162。第一盖体17密封连接于第一容纳槽161，第一盖体17与第一容纳槽161的槽周壁共同界定第一腔室13。第二盖体18密封连接于第二容纳槽162，第二盖体18与第二容纳槽162的槽周壁共同界定第二腔室14。连通通道15的一端贯通第一容纳槽161的槽底壁，连通通道15的另一端贯通第二容纳槽162的槽底壁。

这种结构的热沉10具有便于加工制造的优点。在实际加工时，可先在板体16的两端分别加工第一容纳槽161和第二容纳槽162，再加工各个连通通道15，再将第一盖体17和第二盖体18分别连接于第一容纳槽161和第二容纳槽162，最后再将第一盖体17和第二盖体18均与板体16焊接密封即可。

示例性的，板体16为矩形板，第一容纳槽161和第二容纳槽162分别设于板体16宽度方向上的两端，第一容纳槽161和第二容纳槽162为沿板体16长度方向布置的条形槽。连通通道15为沿板体16宽度方向布置的孔道。

其中，第一进口11设于板体16上，第一进口11的一端贯通板体16厚度方向上的一端的端面，第一进口11的另一端与第一腔室13连通。第一出口12设于第二盖板上，第一进口11与第一出口12的布置方向线相互垂直。

可选地，如图6所示，热沉10上设有多个间隔布置的第一散热翅片19。第一散热翅片19的设置增大了换热面积，进而使得热沉10具有辅助散热能力。

示例性的，第一散热翅片19为矩形片。第一散热翅片19的布置方向与连通通道15的布置方向一致。

可选地，热沉10具有连接面163和与连接面163相对并用于与发热源接触的接触面164。第一散热翅片19连接于连接面163，连通通道15平铺于连接面163与接触面164之间。

第一散热翅片19连接于连接面163，连通通道15平铺于连接面163与接触面164之间，发热源与接触面164接触后，发热源的热量将传递给热沉10，并传递给连通通道15内的工作介质以及连接面163上的第一散热翅片19，使得热沉10具有辅助散热能力。

其中，连接面163和接触面164分别为板体16厚度方向上的两个端面。示例性的，第一散热翅片19垂直于连接面163。

本实施例中，如图1所示，散热器20为板状结构，散热器20内部形成供传热介质流动的网状散热通道23，第二进口21和第二出口22均与散热通道23连通。这种结构的散热器20具有很好的散热能力。

进一步地，散热通道23包括多个间隔分布的矩形通道231，散热器20上设有多个散热孔24，每个矩形通道231的内侧对应分布一个散热孔24。这种结构可进一步提高散热器20的散热能力。

可选地，散热孔24为矩形孔，散热孔24的一边缘设有垂直于散热器20的散热片25。

在其他实施例中，散热器20也可以是其他结构，比如，如图7所示，散热器20包括迂回管26和间隔布置于迂回管26外侧的多个第二散热翅片27。第二进口21和第二出口22分别设于迂回管26的两端。当然，散热器20也可以是与本实施例中的设有第一散热翅片19的热沉10结构相同的结构。散热器也可采用其他形式的散热器，比如，吹胀板式散热器、管翅式散热器、微通道式散热器、丝管式散热器、挤压型材式散热器等。

需要说明的是，热沉10和散热器20均可以是多种材质，只要其具有较好的热传导能力即可，比如，铜、铁、铝等。本实施例中，示例性的，热沉10与散热器20均为铝材。

如图8所示，本申请第二方面实施例提供一种空调变频模块结构200，包括空调变频模块210和第一方面实施例提供的散热装置100，模块空调变频连接于热沉10。

空调变频模块结构中，散热装置100通过强化相变换热来实现高效传热，具有大热量、高热流密度、低热阻、高可靠等传热特性，可对空调变频模块起到很好的散热效果。

其中，空调变频模块210通过螺钉固定于热沉10上。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。