散热设备和电气装置的制作方法

本发明涉及冷却散热技术领域，特别涉及一种散热设备和电气装置。

背景技术：

随着电子技术的飞速发展，电子元器件的发热量越来越大，功率密度越来越高，对散热设备的散热性能要求越来越高。然而，现有的散热设备仍存在散热效果较差的问题，难以满足日益提高的散热需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的一个技术问题是：改善散热设备的散热效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种散热设备，其包括：

承载装置；和

散热装置，包括散热片组，散热片组包括至少两个设置在承载装置的第一表面上并彼此间隔布置的散热片，相邻的两个散热片之间形成长度方向沿着平行于第一表面的方向的导流槽，导流槽用于引导流体沿着导流槽的长度方向流动，且导流槽的有效通流面积沿着流体的流动方向变小。

在一些实施例中，相邻的两个散热片沿着流体的流动方向彼此靠拢，以使导流槽的有效通流面积沿着流体的流动方向变小；和/或，沿着流体的流动方向，散热片的排布密度变大，以使导流槽的有效通流面积沿着流体的流动方向变小。

在一些实施例中，沿着流体的流动方向，散热装置具有依次分布的至少两个散热区，且其中位于下游的散热区中散热片的排布密度大于相邻的上游散热区中散热片的排布密度。

在一些实施例中，位于下游的散热区中散热片的排布密度为位于最上游的散热区中散热片排布密度的至少2倍。

在一些实施例中，至少两个散热区包括沿着流体的流动方向依次布置的第一散热区、第二散热区和第三散热区，第二散热区和第三散热区中散热片的排布密度分别为第一散热区中散热片排布密度的2倍和3倍。

在一些实施例中，导流槽的最小宽度大于3mm。

在一些实施例中，导流槽的长度方向沿着竖直方向。

在一些实施例中，散热装置还包括驱动装置，驱动装置用于驱动流体沿着导流槽的长度方向流动。

在一些实施例中，流体包括气流，驱动装置包括送风装置，送风装置用于驱动气流沿着导流槽的长度方向流动。

在一些实施例中，送风装置包括以下中的至少一个：

吹风风扇，沿着气流流动方向布置于导流槽的上游；

抽风风扇，沿着气流流动方向布置于导流槽的下游；

吹风机，沿着气流流动方向布置于导流槽的上游；

排风机，沿着气流流动方向布置于导流槽的下游。

在一些实施例中，散热装置还包括罩体，罩体罩设于散热片组的远离第一表面的一侧。

在一些实施例中，散热片的沿垂直于第一表面方向的尺寸h大于或等于10mm。

在一些实施例中，承载装置内部具有容置腔，容置腔用于容置被散热装置冷却的被冷却目标，容置腔的外表面包括第一表面。

在一些实施例中，散热片组与承载装置一体成型。

本发明另一方面还提供了一种电气装置，其包括电子元器件和本发明的散热设备，电子元器件为被冷却目标并设置在散热设备的承载装置上。

在一些实施例中，电气装置包括空调。

通过将散热装置的导流槽构造为有效通流面积沿着流体流动方向变小，本发明可以有效改善散热设备的散热效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明第一实施例散热设备的立体结构示意图。

图2示出图1的爆炸图。

图3示出图2中第一板体与散热片组的正视图。

图4示出图3的仰视图。

图5示出图2中罩体的立体结构示意图。

图6示出图1所示散热设备与传统散热设备的实验结果比较图。

图7示出本发明二实施例散热设备的爆炸图。

图8示出本发明第三实施例散热设备的立体结构示意图。

图9示出图8的爆炸图。

图10示出本发明第四实施例散热设备的结构示意图。

图11示出本发明第五实施例散热设备的结构示意图。

图中：

100、散热设备；

1、承载装置；11、第一板体；12、第二板体；13、第三板体；14、第四板体；

2、散热装置；21、散热片；22、罩体；221、容置孔；222、第一连接孔；223、第二连接孔；231、抽风风扇；232、吹风风扇；241、排风机；242、吹风机；

3、螺钉；

a、气流；11a、第一表面；2a、导流槽；

z1、第一散热区；z2、第二散热区；z3、第三散热区。

具体实施方式

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一部分实施例，而不是全部的实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展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。

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

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在实践本发明的过程中，发明人发现，现有的对电子元器件等被冷却目标进行冷却的散热设备，其用于引导携带热量的流体(热流体)流动的导流槽通常都为等截面的，且散热片通常都横向布置(沿水平方向布置)，这些都制约散热效果的改善。

针对上述情况，本发明对散热设备的结构进行改进，以改善散热效果，提升被冷却目标的工作安全性。

图1-11示出了本发明散热设备的几个实施例。参照图1-11，本发明所提供的散热设备100，包括：

承载装置1；和

散热装置2，包括散热片组，散热片组包括至少两个设置在承载装置1的第一表面11a上并彼此间隔布置的散热片21，相邻的两个散热片21之间形成长度方向沿着平行于第一表面11a的方向的导流槽2a，导流槽2a用于引导流体沿着导流槽2a的长度方向流动，且导流槽2a的有效通流面积沿着流体的流动方向变小。

不同于导流槽2a等截面的现有方案，本发明将导流槽2a设置为变截面的，且具体设置为有效通流面积沿着流体流动方向变小，这可以有效增大换热面积，同时也有利于增大流体在导流槽2a中的流速，因此，可以有效提升散热设备100的换热性能，改善散热设备100的换热效果。

在本发明中，导流槽2a的有效通流面积是指流体实际流过的导流槽2a的面积，一般，当导流槽2a具有规则横截面时，导流槽2a的有效通流面积为导流槽2a横截面积，而当导流槽2a具有不规则横截面时，导流槽2a的有效通流面积为导流槽2a的等效横截面积。

其中，可以采取多种手段来使导流槽2a的有效通流面积沿着流体的流动方向变小。

例如，可以将相邻的两个散热片21设置为沿着流体的流动方向彼此靠拢。这种情况下，由于各散热片21均倾斜设置，且相邻的两散热片21间的距离(即导流槽2a的宽度)沿着流体流动方向逐渐变小，因此，使得导流槽2a沿着流体流动的方向逐渐收窄，导流槽2a的有效通流面积沿着流体的流动方向逐渐变小。

再例如，可以将散热片组设置为：沿着流体的流动方向，散热片21的排布密度变大。这种方式通过改变散热片21的排布密度，使得散热片21沿着流体流动方向逐渐加密，导流槽2a的宽度逐渐减小，从而使得导流槽2a的有效通流面积逐渐减小。

又例如，还可以通过改变散热片21的厚度，使得散热片21的厚度沿着流体流动方向变厚，来减小导流槽2a的宽度，进而减小导流槽2a的有效通流面积。

上述三种方式，无论是通过倾斜布置散热片21，还是通过增大散热片21的密度，抑或是通过增加散热片21的厚度，均是通过收窄导流槽2a的宽度，来减小导流槽2a的有效通流面积的。

应当理解，还可以综合上述三种方式中的两种或三种，即，还可以通过采取倾斜布置散热片21、增大散热片21的密度和增加散热片21厚度三种方式中的至少两种，来收窄导流槽2a的宽度，减小导流槽2a的有效通流面积。

并且，需要说明的是，除了可以通过使导流槽2a的宽度沿着流体流动方向减小，来实现减小导流槽2a有效通流面积的目的，还可以通过使导流槽2a的深度沿着流体流动方向减小等其他手段，来使导流槽2a的有效通流面积沿着流体流动方向减小。

而为了进一步改善散热设备100的散热效果，在本发明的一些实施例中，不仅将导流槽2a设置为变截面的，还将散热片21的布置方向由横向改为竖向，通过改变散热片21的布置方向，使得导流槽2a的长度方向不再沿着水平方向，而是沿着竖直方向，由于这样可以更好地适应热流体上浮的特点，因此，可以充分利用热流体上浮原理，来提升换热性能，改善换热效果。

另外，本发明的散热装置2可以还包括驱动装置，驱动装置用于驱动流体沿着导流槽2a的长度方向流动。基于所设置的驱动装置，散热设备2的散热方式由自然对流散热方式改变为强制对流散热方式，可以更好地满足被冷却目标更高的散热需求，尤其，通过与变截面的导流槽2a配合，驱动装置可以更有效地加快流体在导流槽2a中的流动速度，更高效地将流体抽出，因此，可以进一步改善散热效果。

气流和液体等均可用作冷却被冷却目标的流体，其中，当流体包括气流时，驱动装置可以包用于驱动气流沿着导流槽2a的长度方向流动的送风装置。并且，在本发明中，送风装置可以包括风机和/或风扇，其中，风机可以包括吹风机和排风机中的至少一个，风扇也可以包括吹风风扇和抽风风扇中的至少一个。

下面结合图1-11所示的各实施例来对本发明予以进一步地说明。图1-11中的箭头均用于示出气流a的流动方向。

图1-6示出了本发明的第一个实施例。

如图1-6所示，在该实施例中，散热设备100包括承载装置1和散热装置2，承载装置1用于承载散热装置2和被冷却目标，并用于实现被冷却目标与散热装置2之间的热传导；散热装置2则设置在承载装置1上，并用于对被冷却目标进行冷却散热。

为了方便描述，将承载装置1的设有散热装置2的表面称为第一表面11a。

其中，由2可知，该实施例的承载装置1呈中空箱体结构，其内部具有用于容置被冷却目标的容置腔，而散热装置2则设置在容置腔的外表面上，使得工作时，承载装置1可以通过其箱壁将被冷却目标的热量传递至散热装置2。可以理解，在该实施例中，容置腔的外表面包括第一表面11a。

具体地，如图2所示，在该实施例中，承载装置1包括第一板体11、第二板体12、第三板体13和第四板体14，这四块板体围合形成中空的长方体形状，其中，第三板体13和第四板体14位于竖直方向上并沿着重力方向彼此间隔地依次布置，第一板体11和第二板体12则连接于第三板体13和第四板体14之间，形成长方体的侧面。更具体地，第一板体11呈u型，并具有上开口、下开口和侧开口，第二板体12、第三板体13和第四板体14则均呈平板形并分别扣合于第一板体11的上开口、下开口和侧开口上，使得承载装置1成为中空且密封的长方体箱体结构。被冷却目标放置于承载装置1中，并位于第四板体14上，被第四板体14承载。

其中，第二板体12、第三板体13和第四板体14可以通过图2所示的螺钉3等连接件与第一板体11连接。承载装置1整体可以由铝或其他高导热材料制成，以提高传热效率。

散热装置2设置于承载装置1上，并具体位于第一板体11的与第二板体12相对的外表面上，换句话说，第一板体11的与第二板体12相对的外表面即为第一表面11a。

如图1-5所示，在该实施例中，散热装置2竖向设置，并包括散热片组、罩体22和抽风风扇231。

其中，散热片组包括多个散热片21，这多个散热片21均竖向布置于第一表面11a上，即散热片21的长度方向均沿着竖直方向，且各散热片21之间彼此间隔，使得相邻散热片21之间形成导流槽2a，且导流槽2a的长度方向沿着竖直方向，这样，导流槽2a可以引导用于冷却被冷却目标的气流a沿着竖直方向流动。

由于热气流密度较小，在浮力效应的作用下，会向上浮动，因此，现有横向布置的散热片21，实际上无法适应热气流上浮的特性，会对上浮的热气流形成阻挡，导致影响散热效果，而该实施例将散热片21的布置方式由横向布置改为纵向布置，由于可以使导流槽2a的长度方向顺应热气流的上浮方向，加快热气流的排出速度，因此，可以充分发挥散热设备100的散热性能，有效改善散热效果。

其中，散热片组与承载装置1可以为分体结构，通过连接结构组装在一起，或者，散热片组与承载装置1也可以通过挤压、浇铸、机加工等方式一体成型，使得散热片组与承载装置1成为一体结构，以进一步提高强度，简化散热设备100的组装步骤。

并且，结合图2和图3可知，在该实施例中，沿着由下至上的方向(也是气流a的流动方向)，散热片组中散热片21的排布密度逐渐加大，并按照排布密度不同具体分为由下至上逐渐加密的三段，使得散热装置2具有由下至上依次分布的三个散热区，分别为散热片排布密度逐渐加大的第一散热区z1、第二散热区z2和第三散热区z3。其中，第二散热区z2和第三散热区z3中散热片21的排布密度分别为第一散热区z1中散热片21排布密度的2倍和3倍。基于该设置，由图3可知，沿着由下至上的方向，导流槽2a的宽度(相邻两散热片21间的距离，在图3中即为导流槽2a沿左右方向的尺寸)逐渐收窄，导流槽2a的有效通流面积逐渐变小，由于这可以增大换热面积，同时有利于增大对流换热系数及换热温差，因此，可以有效改善散热效果，使得散热设备100可以更高效可靠地将被冷却目标的温度控制在合理区间内，防止被冷却目标因温升过高而出现热失效现象，有效提升被冷却目标的性能，延长被冷却目标的寿命。

由于第二散热区z2和第三散热区z3中散热片21的排布密度分别为第一散热区z1中散热片21排布密度的2倍和3倍，因此，第二散热区z2中导流槽2a的宽度d2和第三散热区z3中导流槽2a的宽度d3分别为第一散热区z1中导流槽2a宽度d1的1/2和1/3，即，d1、d2和d3之间的关系为：d3<d2<d1，且其中，为了更有效地改善散热效果，导流槽2a的最小宽度可以设置为大于3mm，具体在该实施例中，即，第三散热区z3中导流槽2a的宽度d3可以被设置为大于3mm，即d3>3mm。

另外，如图4所示，也可以将散热片21设置为沿垂直于第一表面11a方向的尺寸h大于或等于10mm，即h≥10mm，以进一步改善散热效果。

罩体22罩设于散热片组的远离第一表面11a的一侧，对导流槽2a的位于远离第一表面11a一侧的槽口进行封闭，形成供气流a流动的流道。通过设置罩体22，可以与散热片组配合，更好地引导气流a沿着导流槽2a的长度方向流动，且罩体22也可以对散热片组中的各散热片21起到保护作用，防止散热片21受到磕碰、挤压及冲击等。

抽风风扇231设置于罩体22的顶部，这使得抽风风扇231沿着气流a流动方向位于导流槽2a的下游，从而在工作过程中，抽风风扇231可以抽吸导流槽2a中的热气流，加速热气流排出，使得散热设备100采用强制对流换热方式冷却被冷却目标。可见，该实施例的抽风风扇231被用作送风装置，用于驱动气流a在导流槽2a中流动。

具体地，结合图1、图2和图5可知，罩体22为横截面呈“几”字型的钣金件，其顶部设有多个容置孔221和多个第一连接孔222，且“几”字型的两个沿水平方向延伸的折弯边上设有多个第二连接孔223，其中，罩体22通过螺钉3等连接件与第二连接孔223的配合固定于第一表面11a上，而各容置孔221中分别容置一个抽风风扇231，且抽风风扇231通过螺钉3等连接件与第一连接孔222的配合，被固定于罩体22的顶部。

该实施例的散热设备100在工作时，承载装置1内部的被冷却目标的热量通过承载装置1传导至散热片21上，并通过散热片21散发至承载装置1外部，由于热气流(携带被冷却目标热量的气流a)密度较小，受浮力效应影响上浮，因此，热气流沿着竖向延伸的导流槽2a流动，并在抽风风扇231的抽吸作用下，经由容置孔221快速排出。

在上述热气流沿着导流槽2a流动的过程中，由于沿着热气流的流动方向(即沿着由下至上的方向)，散热片21由疏变密，导流槽2a渐缩，因此，换热面积a逐渐增大，气流a流速逐渐加快，对流换热系数h逐渐增大，尤其，渐缩的导流槽2a还与抽风风扇231配合，使抽风风扇231的抽吸作用逐渐加强，这不仅可以进一步加快热气流在导流槽2a中的流速，使得对流换热系数h进一步增大，同时由于这种情况下热气流可以被更快速地抽出，因此，还可以弥补热气流上浮过程中换热温差δt逐渐减小的特性，使得在热气流上升的过程中换热温差δt减小幅度可以变小，甚至使得换热温差δt在热气流上升的过程中可以被增大，而根据牛顿冷却公式q＝h×a×δt可知，在换热面积a、对流换热系数h和换热温差δt等中的任何一个被增大时，换热量q可以增加，所以，该实施例的散热设备100，由于在抽风风扇231及竖向布置且渐缩的导流槽2a的配合作用下，换热面积a、对流换热系数h和换热温差δt均增大，因此，可以显著提升换热性能，改善散热效果，更高效可靠地防止被冷却目标因温度过高而发生热失效现象。

具体地，如图6所示，经过实验测试，采用该实施例的散热设备100，相对于传统的散热设备，可以使被冷却目标的温度大幅降低，改进效果明显。图6中，横坐标无因次高度是指，散热设备100的重心高度h2与总高度h1之间的比值，即，

可见，该第一实施例，竖向布置的渐缩导流槽2a，不仅可以充分利用热气流上浮的特性，还可以匹配及配合抽风风扇231等送风装置的送风特性，有效增强强制对流换热的充分性，优化散热设备100的散热性能，改善散热设备100的散热效果。

除了图1-6所示的第一实施例，本发明还提供了如图7-11所示的其他实施例。为了简化描述，在描述图7-11所示的实施例时，仅重点描述与第一实施例的区别，而对相同之处则不再详细描述。

其中，图7示出了第二实施例。如图7所示，该第二实施例与前述第一实施例的主要区别在于，沿着气流a的流动方向，根据散热片21排布密度的不同，散热装置2不再具有三个散热区，而是仅具有两个散热区，分别为第一散热区z1和第二散热区z2，其中，第二散热区z2的排布密度为第一散热区z1排布密度的2倍。

应当理解，散热区的数量，并不局限于两个或三个，而是也可以为三个以上，并且，位于第一散热区z1(即位于最上游的一个散热区)下游的散热区的排布密度也并不局限于为第一散热区z1的2倍或3倍，实际上，位于下游的散热区中散热片21的排布密度可以为位于最上游的散热区中散热片21排布密度的至少2倍。

图8和图9示出了第三实施例。如图8和图9所示，该第三实施例与前述第一实施例的主要区别之处在于，在该第三实施例中，送风装置不再采用抽风风扇231，而是采用吹风风扇232，且吹风风扇232沿着气流a流动方向布置于导流槽2a的上游(即导流槽2a的下端)。基于此，热气流在吹风风扇232的吹送作用下，沿着导流槽2a向上流动。

在本发明中，送风装置除了可以采用吹风风扇232或抽风风扇231等风扇之外，也可以采用风机。图10和图11分别示出了采用风机的实施例。

其中，在图10示出的第四实施例中，送风装置采用排风机241，该排风机241沿着气流a流动方向布置于导流槽2a的下游(即导流槽2a的上端)，通过抽吸作用，来驱动气流a在导流槽2a中由下至上的流动；而在图11所示的第五实施例中，送风装置采用吹风机242，吹风机242沿着气流a流动方向布置于导流槽2a的上游(即导流槽2a的下端)，通过吹送作用，来驱动气流a在导流槽2a中由下至上的流动。

需要说明的是，虽然在图1-11所示的各实施例中，送风装置均仅包括吹风风扇232、抽风风扇231、吹风机242和排风机241中的一个，但在未图示的其他实施例中，送风装置也可以包括吹风风扇232、抽风风扇231、吹风机242和排风机241中的两个或多个的组合，例如，可以在导流槽2a的上下端分别布置抽风风扇231和吹风风扇232，或者分别布置排风机241和吹风机242，再例如，也可以在导流槽2a的上下端分别布置抽风风扇231和吹风机242，或者，分别布置排风机241和吹风风扇232。

另外，虽然在图1-11所示的各实施例中，承载装置1均呈长方体形，但在另一些实施例中，承载装置1也可以呈圆柱形等其他形状。

综合上述可知，本发明通过设置竖向布置的渐缩导流槽，并配合驱动装置的作用，可以提升散热设备100的换热性能。将本发明的散热设备100应用于变流器及空调等电气装置中，对电子元器件进行散热，可以高效可靠地将电气装置运行温度控制在合理区间范围内，降低电气装置因温度过高而发生热失效的风险。所以，本发明还提供了一种电气装置。其中，电气装置包括本发明的散热设备100和用作被冷却目标的电子元器件，电子元器件设置字散热设备100的承载装置1上。具体地，电子元器件可以设置在承载装置1内部的容置腔中。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。