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一种自然 对流 散热结构及其方法

阅读：699发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种自然对流散热结构及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种自然对流散热结构及其方法，结构具体包括：外壳和肋片，外壳包括内壁和外壁。在外壳的内部并排设置有两根以上的肋片，肋片采用渐变截面的结构。外壳的两端开口，肋片之间形成渐变截面结构的管状空气通道。当热源接触自然对流散热结构的局部区域，将热量传导到自然对流散热结构的外壳。自然对流散热结构的内壁、外壁和接触到的空气发生热交换，肋片之间管状空气通道内的空气受热上升，管状空气通道下部的冷空气不断补充进来带走热量。本发明自然对流散热结构及其方法能够明显提高目前自然对流散热器的散热能力，在相同散热能力的情况下，所需的材料更少，体积更小，能够保持较低的成本和较高的可靠性。，下面是一种自然对流散热结构及其方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种自然对流散热结构，其特征在于，包括：外壳（1）和肋片（2），所述外壳（1）包括内壁（3）和外壁（4），在所述外壳（1）的内部并排设置有两根以上的肋片（2），所述肋片（2）采用渐变截面的结构；外壳（1）的两端开口，肋片（2）之间形成渐变截面结构的管状空气通道，热源接触自然对流散热结构的局部区域，将热量传导到自然对流散热结构的外壳（1），自然对流散热结构的内壁（3）、外壁（4）和接触到的空气发生热交换，肋片（2）之间管状空气通道内的空气受热上升，管状空气通道下部的冷空气不断补充进来带走热量。
2.根据权利要求1所述的一种自然对流散热结构，其特征在于：所述肋片（2）中部的截面积大于两端的截面积，从肋片（2）的一端到中部，肋片（2）的截面积逐渐变小，从肋片（2）的中部再到另一端，肋片（2）的截面积逐渐变大；在所述肋片（2）之间管状空气通道的空气进入部分增大有效入口面积，增加流入空气量；通过控制管状空气通道的截面积变化减少入口空气动压，从而减少入口阻力；在所述肋片（2）之间管状空气通道的空气出口部分增大有效入口面积，减少出口压力损失，从而减少出口阻力，扩大有效出口截面，增加空气实际流出量，并且自然的与外界大气汇合。
3.根据权利要求1或2所述的一种自然对流散热结构，其特征在于：所述外壳（1）的顶板（6）的内壁采用渐变截面的结构，所述顶板（6）中部的截面积大于两端的截面积。
4.根据权利要求3所述的一种自然对流散热结构，其特征在于：所述外壳（1）的底板（7）的内壁采用渐变截面的结构，所述底板（7）中部的截面积大于两端的截面积。
5.根据权利要求4所述的一种自然对流散热结构，其特征在于：所述外壳（1）的侧板（8）的内壁采用渐变截面的结构，所述侧板（8）中部的截面积大于两端的截面积。
6.根据权利要求1、2、4、5中任一权利要求所述的一种自然对流散热结构，其特征在于：所述自然对流散热结构的肋片（2）采用渐变截面为椭圆或抛物线或椭圆加矩形的曲面结构。
7.根据权利要求6所述的一种自然对流散热结构，其特征在于：所述自然对流散热结构的外壳（1）和肋片（2）采用高导热系数的铝合金材料制成。
8.一种自然对流散热方法，其特征在于：在自然对流散热结构的外壳（1）内部并排设置两根以上的肋片（2），外壳（1）和肋片（2）均采用高导热系数材料制成，使外壳（1）与肋片（2）之间形成并列的管状空气通道结构；肋片（2）采用渐变截面的结构，肋片（2）中部的截面积大于两端的截面积；当热源接触到自然对流散热结构的外壳（1）的局部区域时，热量传导至到自然对流散热结构的外壳（1），外壳（1）的内壁（3）和外壁（4）和接触到的空气发生热交换，管状空气通道内空气受热上升，管状空气通道下部的冷空气不断补充进自然对流散热结构的管状空气通道带走热量，从而实现自然对流散热。
9.根据权利要求8所述的一种自然对流散热方法，其特征在于：在所述肋片（2）之间管状空气通道的空气进入部分增大有效入口面积，增加流入空气量；通过控制管状空气通道的截面积变化减少入口空气动压，从而减少入口阻力；在所述肋片（2）之间管状空气通道的空气出口部分增大有效入口面积，减少出口压力损失，从而减少出口阻力，扩大有效出口截面，增加空气实际流出量，并且自然的与外界大气汇合。
10.根据权利要求9所述的一种自然对流散热方法，其特征在于：所述自然对流散热方法还包括采用渐变截面为椭圆或抛物线或椭圆加矩形的曲面结构对自然对流散热结构的肋片（2）进行设计的过程。

说明书全文

一种自然对流 散热结构及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种散热结构及其方法，尤其是涉及一种采用自然对流方式的散热结构及散热其方法。

背景技术

[0002] 自然对流散热是指在没有外部机械力的作用下，仅仅靠流体内部温度差，而使得流体流动从而产生的传热现象，被称为自然对流散热。而动压是指物体在做相对流体运动时，在正对流体的方向表面，流体完全受阻，此处流体速度为零，其动能转变为压力能，压力增大，其压力成为全受阻压力，它与未受扰动处的压力之差，称为动压。

[0003] 自然对流散热方式是最常见的散热方式，它的散热原理是利用空气冷热变化时产生对流带走热源的热量。自然对流散热方式作为一种应用广泛的散热方式，具有着结构简单，可靠性高，成本低，散热密度较低的特点。

[0004] 在现有技术的近似技术方案中，有利用烟囱结构加强冷热空气的压力差，增强对流，提高散热能力的方案。但是，目前的自然对流散热方式存在着效率低的缺陷，而强迫风冷方式存在着成本较高、可靠性低的技术缺陷。同时，在相同散热能力的情况下对比，现有技术往往都需要更多材料和更大的体积。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种自然对流散热结构及其方法，该结构及其方法能明显提高目前自然对流散热器散热能力，在相同散热能力的情况下，所需的材料更少，体积更小，能够保持较低的成本和较高的可靠性。

[0006] 为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种自然对流散热结构的技术实现方案，一种自然对流散热结构，包括：外壳和肋片，外壳包括内壁和外壁。在外壳的内部并排设置有两根以上的肋片，肋片采用渐变截面的结构。外壳的两端开口，肋片之间形成渐变截面结构的管状空气通道，热源接触自然对流散热结构的局部区域，将热量传导到自然对流散热结构的外壳，自然对流散热结构的内壁、外壁和接触到的空气发生热交换，肋片之间管状空气通道内的空气受热上升，管状空气通道下部的冷空气不断补充进来带走热量。

[0007] 作为本发明一种自然对流散热结构技术方案的进一步改进，肋片中部的截面积大于两端的截面积，从肋片的一端到中部，肋片的截面积逐渐变小，从肋片的中部再到另一端，肋片的截面积逐渐变大。在肋片之间管状空气通道的空气进入部分增大有效入口面积，增加流入空气量；通过控制管状空气通道的截面积变化减少入口空气动压，从而减少入口阻力。在肋片之间管状空气通道的空气出口部分增大有效入口面积，减少出口压力损失，从而减少出口阻力，扩大有效出口截面，增加空气实际流出量，并且自然的与外界大气汇合。

[0008] 作为本发明一种自然对流散热结构技术方案的进一步改进，外壳的顶板的内壁采用渐变截面的结构，顶板中部的截面积大于两端的截面积。

[0009] 作为本发明一种自然对流散热结构技术方案的进一步改进，外壳的底板的内壁采用渐变截面的结构，底板中部的截面积大于两端的截面积。

[0010] 作为本发明一种自然对流散热结构技术方案的进一步改进，外壳的侧板的内壁采用渐变截面的结构，侧板中部的截面积大于两端的截面积。

[0011] 作为本发明一种自然对流散热结构技术方案的进一步改进，自然对流散热结构的肋片采用渐变截面为椭圆或抛物线或椭圆加矩形的曲面结构。

[0012] 作为本发明一种自然对流散热结构技术方案的进一步改进，自然对流散热结构的外壳和肋片采用高导热系数的铝合金材料制成。

[0013] 本发明还另外具体提供了一种自然对流散热方法的技术实现方案，一种自然对流散热方法，在自然对流散热结构的外壳内部并排设置两根以上的肋片，外壳和肋片均采用高导热系数材料制成，使外壳与肋片之间形成并列的管状空气通道结构。肋片采用渐变截面的结构，肋片中部的截面积大于两端的截面积。当热源接触到自然对流散热结构的外壳的局部区域时，热量传导至到自然对流散热结构的外壳，外壳的内壁和外壁和接触到的空气发生热交换，管状空气通道内空气受热上升，管状空气通道下部的冷空气不断补充进自然对流散热结构的管状空气通道带走热量，从而实现自然对流散热。

[0014] 作为本发明一种自然对流散热方法技术方案的进一步改进，在肋片之间管状空气通道的空气进入部分增大有效入口面积，增加流入空气量。通过控制管状空气通道的截面积变化减少入口空气动压，从而减少入口阻力。在肋片之间管状空气通道的空气出口部分增大有效入口面积，减少出口压力损失，从而减少出口阻力，扩大有效出口截面，增加空气实际流出量，并且自然的与外界大气汇合。

[0015] 作为本发明一种自然对流散热方法技术方案的进一步改进，自然对流散热方法还包括采用渐变截面为椭圆或抛物线或椭圆加矩形的曲面结构对自然对流散热结构的肋片进行设计的过程。

[0016] 通过实施上述本发明一种自然对流散热结构及其方法的技术方案，能够达到以下技术效果：（1）本发明采用材料较少，因而在量较大的情况下具有成本优势；
（2）本发明体积较小，适合使用在对空间有限制的场合；
（3）本发明重量较轻，适合机车等这些追求更低的重量交通工具上；
（4）本发明散热能力更强，可靠性更高，适合应用在发热量较大，可靠性要求较高的场合。
附图说明

[0017] 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些实施例，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他的附图。

[0018] 图1是本发明自然对流散热结构一种具体实施方式的空气流向示意图；图2是本发明自然对流散热结构一种具体实施方式的内部结构示意图；
图3是本发明自然对流散热结构一种具体实施方式的热量传递示意图；
图4是本发明自然对流散热结构一种具体实施方式中单个管状空气通道的结构示意图1；
图5是本发明自然对流散热结构一种具体实施方式中单个管状空气通道的结构示意图2；
图6是本发明自然对流散热结构一种具体实施方式中管状空气通道的结构示意图；
图7是本发明自然对流散热结构一种具体实施方式肋片的结构示意图；
图中：1-外壳，2-肋片，3-内壁，4-外壁，5-空气通道，6-顶板，7-底板，8-侧板。

具体实施方式

[0019] 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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0020] 如附图1至附图7所示，给出了本发明一种自然对流散热结构及其方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

[0021] 如附图1和附图2所示的一种自然对流散热结构的具体实施方式，包括：外壳1和肋片2，外壳1包括内壁3和外壁4，在外壳1的内部并排设置有两根以上的肋片2。肋片2采用渐变截面的结构。其中，自然对流散热结构的外壳1和肋片2采用高导热系数的铝合金材料制成。外壳1的两端开口，肋片2之间形成渐变截面结构的管状空气通道，热源接触自然对流散热结构的局部区域，将热量传导到自然对流散热结构的外壳1。自然对流散热结构的内壁3、外壁4和接触到的空气发生热交换，肋片2之间管状空气通道内的空气受热上升，管状空气通道下部的冷空气不断补充进来带走热量。

[0022] 如附图2和附图4所示，肋片2采用渐变截面的结构，肋片2中部的截面积大于两端的截面积。从肋片2的一端到中部，肋片2的截面积逐渐变小，从肋片2的中部再到另一端，肋片2的截面积逐渐变大。在肋片2之间管状空气通道的空气进入部分增大有效入口面积，增加流入空气量。通过控制管状空气通道的截面积变化减少入口空气动压，从而减少入口阻力。在肋片2之间管状空气通道的空气出口部分增大有效入口面积，减少出口压力损失，从而减少出口阻力，扩大有效出口截面，增加空气实际流出量，并且自然的与外界大气汇合。

[0023] 作为一种更加优选的实施方式，如附图5所示，外壳1的顶板6的内壁也进一步采用渐变截面的结构，顶板6中部的截面积大于两端的截面积。外壳1的底板7的内壁也进一步采用渐变截面的结构，底板7中部的截面积大于两端的截面积。如附图6所示，外壳1的侧板8的内壁也进一步采用渐变截面的结构，侧板8中部的截面积大于两端的截面积。

[0024] 作为一种更加优选的实施方式，自然对流散热结构的肋片2进一步采用渐变截面为椭圆或抛物线或椭圆加矩形的曲面结构。如附图7所示，肋片2采用的渐变截面为两侧B段的半椭圆形结构加中部A段的矩形结构的复合截面结构。这样的设计不同于常见的肋片散热器，能够获得一个低流阻的空气通道，并且在相同体积情况下，能够获得较大的散热面积，同时加工制作过程也非常简单。

[0025] 如附图3所示的一种自然对流散热方法的具体实施方式，在自然对流散热结构的外壳1内部并排设置两根以上的肋片2。其中，外壳1和肋片2均采用高导热系数材料制成，使外壳1与肋片2之间形成并列的管状空气通道结构。肋片2进一步采用渐变截面的结构，肋片2中部的截面积大于两端的截面积。当热源接触到自然对流散热结构的外壳1的局部区域时，热量传导至到自然对流散热结构的外壳1。外壳1的内壁3和外壁4和接触到的空气发生热交换，管状空气通道内空气受热上升，管状空气通道下部的冷空气不断补充进自然对流散热结构的管状空气通道带走热量，从而实现自然对流散热。

[0026] 在肋片2之间管状空气通道的空气进入部分增大有效入口面积，能够增加流入空气量。通过控制管状空气通道的截面积变化减少入口空气动压，从而减少入口阻力。在肋片2之间管状空气通道的空气出口部分增大有效入口面积，减少出口压力损失，从而减少出口阻力，扩大有效出口截面，增加空气实际流出量，并且自然的与外界大气汇合。自然对流散热方法还进一步包括采用渐变截面为椭圆或抛物线或椭圆加矩形的曲面结构对自然对流散热结构的肋片2进行设计的过程。

[0027] 一方面，本发明采用高导热系数材料制成并列的管状通道结构。当热源接触该结构的局部区域，将热量传导到该结构，最后该结构的内外壁和接触到的空气发生热交换，通道内空气受热上升，通道下部冷空气不断补充进来带走热量，从而达到散热的目的。这点与常规的型材散热器相比，本结构在相同体积的情况下拥有更大的散热面积，更利于散热。

[0028] 另一方面，本发明采用渐变截面管状空气通道，在空气进入部分增大有效入口面积从而增加流入空气量。通过控制截面变化减少入口空气动压来减少入口阻力。同样，在出口段也采类似措施减少出口压力损失来减少出口阻力，扩大有效出口截面，增加空气实际流出量，并且自然的与外界大气汇合。而管状空气通道结构利于形成通道内部理想的冷热对流条件。采用截面渐变的管状空气通道，有效降低了空气阻力、增加了散热面积，增强了散热能力。

[0029] 同时，本发明采用材料较少，因而在量较大的情况下具有成本优势。体积较小，适合使用在对空间有限制的场合。重量较轻，适合机车等这些追求更低的重量交通工具上。散热能力更强，可靠性更高，适合用在发热量较大，可靠性要求较高的场合。能够明显提高目前自然对流散热器散热能力，而且保持更低的成本更高的可靠性高。

[0030] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

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