阅读说明：本技术 一种用于收集极的散热装置 (Heat dissipation device for collector ) 是由 崔建玲 曹绅 周忠正 常田颖 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于收集极的散热装置,包括具有散热腔的基体；位于散热腔内的若干金属肋片；以及填充于所述散热腔的若干金属肋片间的相变材料；基体上包括有用以填充相变材料的加料口；基体外侧表面包括有与收集极对应形成热传导的接触面；散热装置还包括有位于所述散热腔内的热管；热管位于所述金属肋片的远离接触面的一侧。本发明结构简单可靠,适用于弹载等空间狭小处,不额外增加行波管过多负载重量,能够解决工作环境温度为85℃的弹载行波管在无环控工作条件下的散热问题。(The invention discloses a heat dissipation device for a collector, which comprises a base body with a heat dissipation cavity; a plurality of metal fins positioned in the heat dissipation cavity; the phase change material is filled among the plurality of metal fins of the heat dissipation cavity; the base body comprises a feed inlet for filling phase-change materials; the outer surface of the substrate comprises a contact surface which corresponds to the collector to form heat conduction; the heat dissipation device also comprises a heat pipe positioned in the heat dissipation cavity; the heat pipe is positioned on one side of the metal fin far away from the contact surface. The invention has simple and reliable structure, is suitable for missile-borne and other narrow spaces, does not additionally increase the excessive load weight of the traveling wave tube, and can solve the heat dissipation problem of the missile-borne traveling wave tube with the working environment temperature of 85 ℃ under the condition of no environmental control.)

一种用于收集极的散热装置

技术领域

本发明属于微波真空电子器件领域，特别涉及一种用于收集极的散热装置。

背景技术

行波管是一类在电子对抗、卫星通讯等领域有着广泛应用的电真空器件。行波管在工作过程中收集极处会产生大量的热，如果这些热量不能及时散耗而堆积于热源处，就会导致行波管温度急剧升高，最终导致行波管无法正常工作。

目前，解决行波管收集极处工作温度过高现象的主要方法是采用外部传导冷却装置，使用外部传导装置一般需要应用平台提供风冷或水冷系统，虽然外部风冷及水冷系统能够较好的实现工作中行波管的散热，但这种散热方式需要占据较大的空间同时也增加了平台的重量，因此这种外部传导冷却方式适用于地面、舰载、机载等空间及重量余量充足的平台和设备中。但对于弹载等空间狭小且对重量要求较严的平台中，外部传导冷却方式是不可取的。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种用于收集极的散热装置。该装置能够在不额外增加过多负载重量的前提下，解决狭小空间内行波管收集极处的散热问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种用于收集极的散热装置，所述散热装置包括：

具有散热腔的基体；

位于散热腔内的若干金属肋片；以及

填充于所述散热腔的若干金属肋片间的相变材料；

所述基体上包括有用以填充相变材料的加料口；

所述基体外侧表面包括有与收集极对应形成热传导的接触面；

所述散热装置还包括有位于所述散热腔内的热管；

所述热管位于所述金属肋片的远离接触面的一侧。

此外，优选地方案是，定义，收集极轴向方向为第一方向，在水平面内与第一方向垂直的方向为第二方向；

所述散热装置包括有位于所述散热腔内的若干热管；

所述热管包括：

沿第一方向设置的纵向热管；以及

沿第二方向设置的横向热管。

此外，优选地方案是，所述加料口附近的金属肋片缺失，缺失的金属肋片在所述散热腔的加料口附近形成一空间结构，该空间结构被配置为用以散热腔中空气的排除以及相变材料的充分填充。

此外，优选地方案是，金属肋片上包括有用以固定所述热管的凹槽。

此外，优选地方案是，所述接触面上包括有导热片。

此外，优选地方案是，所述接触面包括与收集极侧壁面对应的轴向接触面，以及与收集极底面对应的径向接触面；

所述轴向接触面为弧面结构。

此外，优选地方案是，所述基体上包括有与两个收集极分别对应形成热传导的第一接触面和第二接触面。

此外，优选地方案是，所述基体上包括有分别与两个收集极位置对应的用以填充相变材料的第一加料口和第二加料口；

第一加料口附近的金属肋片缺失，缺失的金属肋片在所述散热腔的第一加料口附近形成第一空间结构；

第二加料口附近的金属肋片缺失，缺失的金属肋片在所述散热腔的第二加料口附近形成第二空间结构。

此外，优选地方案是，所述热管包括具有内腔的管体，以及填充于内腔中的无机工质；

所述相变材料选用固态-液态相变的相变材料。

此外，优选地方案是，所述基体的接触面一侧包括有台阶结构。

本发明的有益效果如下：

本发明结构简单可靠，适用于弹载等空间狭小处，不额外增加行波管过多负载重量，能够解决工作环境温度为85℃的弹载行波管在无环控工作条件下的散热问题，通过本发明的使用使行波管工作时收集极处产生的大量热量能够被快速传导耗散，从而使行波管工作温度保持稳定，有效保护行波管，提高行波管的稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明的

具体实施方式

作进一步详细的说明。

图1示出本发明提供散热装置的外形结构示意图。

图2示出本发明提供散热装置内部金属肋片结构示意图。

图3示出本发明提供散热装置内部金属肋片与热管配合示意图。

图4示出本发明提供散热装置内部结构剖视图。

图5示出不同材料轴向距离与轴向温度关系表。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

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讨论。

为解决现有技术中对于如弹载等空间狭小且对重量要求较严的平台中，针对行波管收集极处采用外部传导冷却方式不可取的技术问题，本发明提供一种用于收集极的散热装置，结合图1至图4所示，需要说明的是，本发明提供的散热装置基体结构中，包括有形成散热腔的顶壁部，但为了能够清楚的体现散热装置内部结构，在图2至图4中所述基体的顶壁部并未示出，但本领域技术人员可以理解的由于基体内部散热腔填充有相变材料，故基体应当包括一完整外部结构，但在实际应用过程中，为了便于加工制造，所述基体可以被设计为包括有开口部的基体主体以及密封固定在所述基体主体开口处的盖体(顶壁部)，对此本发明不作限制。结合图式结构，定义，与散热装置配合的收集极轴向方向为第一方向，在水平面内与第一方向垂直的方向为第二方向，与第一方向以及第二方向均垂直的方向为第三方向。

具体地，本发明所述散热装置包括：

具有散热腔的基体1；

位于散热腔内的若干金属肋片2；以及

填充于所述散热腔的若干金属肋片2间的相变材料；优选地，所述相变材料选用固态-液态相变的相变材料；

本发明中为便于相变材料的填充，在散热装置基体1的一侧留有加料孔3，即所述基体1上包括有用以填充相变材料的加料口3；本领域技术人员可以理解的是，加料口3包括有供相变材料注入散热腔的入料口以及供相变材料更换的与入料口对应的出料口；

本发明中所述基体1外侧表面包括有与收集极7对应形成热传导的接触面11。

参见图2至图4所示，本发明所提供散热装置结构中，所述散热装置还包括有位于所述散热腔内的热管4；所述热管4位于所述金属肋片2的远离接触面的一侧。为了便于热管4的装配固定，优选地，所述金属肋片2上包括有用以固定所述热管4的凹槽21。所述热管4包括具有内腔的管体，以及填充于内腔中的无机工质。本发明中热管4为无机传热热管，此类元件以无机工质为介质，注入到各类金属或非金属管状、夹层板腔内，经密闭成型后形成具有导热特性的元件。在导热过程中，作为介质的无机液态混合物热阻趋于零，受热激发后产生分子的震荡、摩擦，激发产生的热能沿腔壁将受热端热能向冷端迅速呈波状传递。在整个传热过程中,元件的表面呈现出热阻趋于零的特性，轴向温差趋于零，具有极高的热转换效率。本发明所使用的无机传热热管的主要特点为启动迅速，导热速度快；热阻小，均温性好，当量导热系数为10～14MW/m·℃；传热能力强，轴向热流密度27.2MW/m²，径向热流密度158kW/m²。与纯金属材料的传热性能相比，无机热管具有更好传导热性能，如图5所示，从无机热管与金属传热性能对比中可以得出，按单位面积传递3kW热量计算，无机热管沿管长方向温度基本不变，而其他金属材料沿管长方向温度下降趋势明显。无机传热热管的使用能够进一步提高散热腔内相变材料的导热能力，特别是针对金属肋片的远离接触面的一侧的相变材料，实现相变材料储热性能的充分利用。

在行波管的工作过程中，行波管收集极上的热量分布不均匀，由于相变材料的导热性能较差，并且行波管组件工作时热量分布不均匀，从而引起只有部分相变材料在有效的工作状态中，因此为了充分利用相变材料的储热性能，必须使用传热结构将热量导至温度较低区域(即散热腔的背离行波管收集极7的一侧)，在保证相变储热器容量的前提下，金属肋片2在散热装置基体散热腔内延第三方向设置(呈纵向分布结构)，若干金属肋片2间的供相变材料填充的通道沿第一方向延伸。本发明通过金属肋片2与热管4的配合可将受热区集中的热量(接触面一侧的热量)进行有效的分散，热量沿金属肋片2以及热管4传递到散热腔周围区域，便于相变材料快速的吸收热量，且使温度的分布更加均匀，这种结构设计能够在一定程度上解决由于收集极温度不均匀而引起的部分相变材料不工作的现象。

本发明选用的相变材料为无毒、无腐蚀性的化合物，因此考虑使用金属材质的基体结构，从导热性能考虑，理应选择导热系数为390W/(m·K)的铜，但考虑到铜的密度为铝的3.3倍，且使用本发明的行波管组件对重量要求较严，所以选择导热系数为220W/(m·K)的铝作为本发明基体的材料，同时金属铝也便于氩弧焊焊接。在对基体进行制作时，首先为了便于加工制造，所述基体可以被设计为包括有开口部的基体主体以及密封固定在所述基体主体开口处的盖体，将盖体镶进基体主体开口部中，然后使用氩弧焊将两者焊接，焊接后进行检漏，漏率应小于5×10^-3Pa·m³/s。随后将相变材料熔化后，将其从任一螺纹加料口中注入散热腔内；3、使用M4螺钉拧入加料口并拧紧。至此，散热装置整体结构封装完毕。此封装方法能够对相变材料进行可靠的封装，在行波管组件工作条件下，相变材料发生相变后也不会出现泄露现象。

本发明对于相变材料的选用，相变材料又称潜热储能材料，属于能源材料范畴。相变材料利用相变物质在相变时会释放或吸收大量热量的性质对能量进行存储或耗散，并因此实现对工作区域温度的控制，相变过程中耗散或吸收的能量称为相变潜热。相变物质的相变形式主要有以下四种，分别为：固-固、固-气、液-气、固-液。固-固态相变是相变物质的结晶形式发生变化，一般是等温或近似等温的相变过程；固-气、液-气、固-液态相变过程分别发生了升华、蒸发、熔化(融化)等物理现象，并因为相变形式的不同使其相变潜热依次递减。具有固-气、液-气这两种相变形式的材料具有较高的相变潜热，但由于这两种形式的相变产生的气体需占据较大的体积，结合本发明所使用平台具有小型化要求，因此不考虑这两种相变形式。固-液态相变形式虽相变潜热较固-气、液-气态相变较小，但其相变过程材料的体积变化小，因此，固-液态相变的相变材料是能够满足本发明需求的储能载体。对所需要的相变材料体积进行计算，根据关系式V＝P_d×t×ρ/ΔH，式中V为相变材料的体积，P_d为热源热耗，t为行波管工作时间，ρ为相变材料密度，ΔH为相变材料的相变潜热。本发明目标行波管的最大热耗为240W，要求无环控工作时间为140s，选用的相变材料相变潜热为330j/g、密度为1.5d/cm³。带入计算可得所需相变材料的体积为67.87cm³，本发明在对散热装置的结构设计中应使散热腔的容量大于这一数值。

行波管工作时收集极处产生大量的热，为实现热量的耗散，行波管工作时产生的热量将传导至散热装置中，当装置温度达到相变材料的相变温度时，相变材料就会因受热而发生相变，在其相变过程中会吸收大量的相变潜热，从而实现对收集极处产生的大量热量快速传导耗散。根据实际应用中的需求，所选择的基体结构应具有满足应用要求的相变温度、相变潜热、密度以及无毒害等物理化学性质，使用本发明行波管组件的使用环境温度高达85℃，且在行波管收集极下的隔热材料要求温度在135℃以下，因此所选择的相变材料的相变温度应稍低于135℃。

在一个实施例中，所述散热装置包括有位于所述散热腔内的若干热管4；

所述热管4包括沿第一方向设置的纵向热管41；以及沿第二方向设置的横向热管42。纵向分布的纵向热管41进一步加强了散热腔内在收集极轴向方向上的温度的平衡，横向热管42的使用有利于热量传导至散热腔的各个区域，使整个散热腔中的相变材料可以均匀受热，从而使相变材料的储热性能得以更加充分的利用。

在一个实施例中，结合图3以及图4所示，所述加料口3附近的金属肋片缺失，缺失的金属肋片在所述散热腔的加料口附近形成一空间结构5，该空间结构5被配置为用以散热腔中空气的排除以及相变材料的充分填充，该空间结构5能够减少相变材料填充至散热腔内的阻力，使得相变材料能够充分的注入并填充在散热腔内。

在一个实施例中，为保证行波管收集极7与基体1间的良好接触，以及保证行波管收集极热量的传导，在收集极7与基体1接触面11间设计有导热片6，导热片6使用双面压纹的铜皮，压纹细小，以保证基体接触面与收集极之间良好的热接触。对此本发明不作限制。

如图示结构，在一个具体地实施例中，所述接触面11包括与收集极侧壁面对应的轴向接触面111，以及与收集极底面对应的径向接触面112；所述轴向接触面111为弧面结构。以在有限空间内增加基体1与收集极之间的导热面积。

本发明提供的图式结构中，根据双通道行波管组件的外形设计了散热装置的外形结构，所述基体上包括有与两个收集极分别对应形成热传导的两个接触面。并设计合理的走线通道，两个收集极安装位置中间的通道可构成走线通道，以方便安装时行波管组件高压导线的通过与安装。进一步地，为便于相变材料的填充，在散热装置基体的一侧留有分别与两个收集极位置对应的用以填充相变材料的两套加料口；一个加料口附近的金属肋片缺失，缺失的金属肋片在所述散热腔的该加料口附近形成一空间结构；另一个加料口附近的金属肋片缺失，缺失的金属肋片在所述散热腔的该加料口附近形成另一空间结构。

本发明提供的散热装置结构用于双通道行波管组件中，两支行波管不同时工作，因此组件横向温度分布的差异更大，为解决这一现象，本发明使用了导热性能良好的热管。其中，沿第一方向分布的纵向热管进一步加强了散热腔内相变材料纵向温度的平衡，沿第二方向分布的横向热管的使用有利于热量传导至散热腔的各个区域，使整个散热腔中的相变材料可以均匀受热，从而使相变材料的储热性能得以更加充分的利用。

参考附图所示，为方便本发明提供散热装置在行波管结构上的安装，为收集极提供安装空间以及避让，使之满足狭小空间内的使用，所述基体的接触面一侧包括有台阶结构12。

通过试验进行测试，对行波管模型管收集极部位用加热块加250W功率，将本发明提供的散热装置放置在收集极上，试验结果显示，当收集极温度为130℃时，相变材料开始相变并熔化，此时相变材料温度约为120℃，经过200s后，相变材料基本熔化，在此过程中行波管收集极温度缓慢上升了2℃，试验证明本发明提供的散热装置能够实现对行波管收集极温度的控制，实现了行波管工作时收集极处产生的大量热量能够被快速传导耗散的发明目的。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。