一种密闭空间相变散热装置及密闭空间相变散热方法与流程

本发明涉及空间散热技术领域，尤其涉及一种密闭空间相变散热装置及密闭空间相变散热方法。

背景技术：

目前针对密闭空间内机箱、机柜等宏观发热设备的散热方式主要包括：主动式通风散热以及布置散热片的被动式散热方式。

主动式通风的散热方式通过引入待散热空间外的新风，通过对流换热的方式，将发热设备产生的热量通过空气带出到空间外，该方式散热效率及可靠性高，在机箱、机柜的散热领域有重要应用，但该方式不适用于下属密闭空间散热问题：1)对防水、防尘有较高要求的密闭空间；2)对电磁屏蔽性能有要求的密闭空间；3)对待散热空间有其他特殊要求导致需具备良好密闭性能的情况。

布置散热片的被动散热方式，不存在主动式通风散热存在的上述缺陷，可不破坏待散热空间的密闭性，保证防尘、防雨、电磁屏蔽等性能。但是，由于机柜等发热设备产生的热量需首先传递到机柜表面，通过密闭空间壁面，再传递到散热片，最后通过散热片与空气的对流换热实现热量的散失，整个传热过程环节多、路径长、热阻大，导致散热效率低，无法满足高效率散热需求。

因此，需要提供一种新的散热方式，解决对防水、防尘、电磁屏蔽要求高的密闭空间的高效散热问题。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种密闭空间相变散热装置及密闭空间相变散热方法，用以解决现有主动式通风散热不适用于对防水、防尘、电磁屏蔽性能有较高要求的密闭空间的情况，以及布置散热片的被动式散热方式整个传热过程环节多、路径长、热阻大，导致散热效率低，无法满足高效率散热需求的问题，提供一种防水、防尘、电磁屏蔽要求高的高密闭空间的高效散热装置。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种密闭空间相变散热装置，包括：上壳体、下壳体、隔板、第一热管散热器和第二热管散热器；上壳体与隔板构成上散热舱，下壳体与隔板构成下散热舱；第一热管散热器设置在上散热舱中，第二热管散热器设置在下散热舱中；第一热管散热器的上部与第二热管散热器的上部通过第一冷媒管路连通，第一热管散热器的下部与第二热管散热器的下部通过第二冷媒管路连通；第二热管散热器中设置能够随温度相变的冷媒。

具体地，第一冷媒管路、第二冷媒管路与隔板之间均设置管路密封筛进行密封。

具体地，上散热舱中还设置有第一轴流风机，下散热舱中还设置有第二轴流风机。

具体地，上壳体上设置有第一栅格，下壳体上设置有第二栅格和第三栅格。

具体地，上散热舱通过第一栅格与外部环境连通，下散热舱通过第二栅格和第三栅格与内部工作空间连通。

具体地，上壳体的顶板上设置风机安装孔，第一轴流风机安装在风机安装孔中，且与顶板固定连接；第二轴流风机与下壳体侧面板固定安装，且第二轴流风机的风向朝向第三栅格方向。

具体地，下壳体上设置用于连接电源的电连接器。

具体地，隔板上设置转接连接器，转接连接器与隔板之间设置连接器密封筛，第一轴流风机通过转接连接器和线缆与电连接器相连。

具体地，散热装置与密闭空间壁板之间密封连接；隔板用于实现密闭空间的密封。

一种密闭空间相变散热装置的散热方法，包括三个散热循环：第一对流散热循环、相变散热循环和第二对流散热循环，且第一对流散热循环、相变散热循环和第二对流散热循环同时进行。

第一对流散热循环为：通过第二轴流风机送风实现下散热舱与内部工作空间中的空气循环流动；

第二对流散热循环为：通过第一轴流风机送风实现上散热舱与外界环境的空气循环流动；

相变散热循环为：第二热管散热器中的冷媒介质受热气化，气化后的冷媒蒸汽上浮到第一热管散热器中，冷媒蒸汽在上散热舱中遇冷液化，液化后的冷媒在重力的作用下流回第二热管散热器。

本发明有益效果如下：

1、良好的密闭性能。

本发明的散热装置与内部工作空间的壁板密封安装，并采用隔板将上散热舱和下散热舱隔开，下散热舱与内部工作空间进行热交换，隔板与散热装置的外壳通过焊接固定，密封性良好，能够阻止雨水、空气中的灰尘杂质等进入内部工作空间，保证待散热工作空间良好的密闭性，保证其防雨、防尘性能。

本发明散热装置的外壳为金属材质，且隔板也为金属材质，能够实现良好的电磁屏蔽性能。

2、相变散热，提高散热效率。

本发明的上散热舱中设置第一热管散热器，下散热舱中设置第二热管散热器，下散热舱与内部工作空间连通，第二热管散热器中的冷媒介质吸收内部工作空间的热量，发生相变吸热；冷媒蒸汽上浮，经第一冷媒管路到达上散热舱中的第一热管散热器中，第一热管散热器中的冷媒经上散热舱空气流动冷却，由气相变为液相，释放热量，热量经上散热仓流动的空气散发到外部环境中；液化后的冷媒在重力的作用下流经第二冷媒管路，重新回到下散热舱的第二热管散热器内，完成一个相变散热循环。

本发明的散热装置通过冷媒不断的进行气相、液相的形态改变，将热量带到上散热舱，最终随气流散发到外部环境中，实现了对内部工作空间的快速冷却。

3、对流循环散热，加快空气流通，提高散热效率。

本发明在上散热舱中设置第一轴流风机，在下散热舱中设置第二轴流风机，上散热舱与外部环境连通，下散热舱与内部工作空间连通。内部工作空间中的发热设备工作时，首先，第二轴流风机加速下散热舱与内部工作空间的空气流动，促进下散热舱与内部工作空间进行热交换，实现对流散热循环。第二热管散热器中的冷媒受热气化，气态冷媒流入上散热舱，将热量带到上散热舱。上散热舱的第一轴流风机促进上散热舱的空气流通，加快与外部环境的热交换，实现对流散热循环。本发明通过两次对流循环，将热量散发到外部环境中，两个轴流风机促进气体流通，加快了热交换过程，提高了散热效率。

4、安装方便，应用范围广泛。

本发明的散热装置为箱体状结构，与工作空间的密闭空间壁面固定连接，且边缘密封，保证散热过程中内部工作空间的密封性，将本发明散热装置的边缘与空间壁面焊接或通过螺栓密封固定，即可实现本发明散热装置的安装，安装方式简单方便，便于推广使用。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的密闭空间相变散热装置立体图；

图2为本发明的密闭空间相变散热装置的后视图；

图3为本发明的密闭空间相变散热装置的右视图；

图4为本发明的密闭空间相变散热装置的主视图；

图5为本发明的密闭空间相变散热装置的左视图；

图6为本发明的密闭空间相变散热装置a-a方向的剖视图；

图7为本发明的密闭空间相变散热装置的安装示意图。

附图标记：

1-上壳体；1-1-第一栅格；2-下壳体；2-1-第二栅格；2-2-第三栅格；3-第一安装板；4-第二安装板；5-隔板；6-1-第一热管散热器；6-2-第二热管散热器；7-1-第一冷媒管路；7-2-第二冷媒管路；8-管路密封筛；9-1-第一轴流风机；9-2-第二轴流风机；10-连接器密封筛；11-电连接器；12-转接连接器；13-密闭空间壁面；14-发热设备。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本发明的一个具体实施例，公开了一种密闭空间相变散热装置，包括：上壳体1、下壳体2、隔板5、第一热管散热器6-1、第二热管散热器6-2、第一冷媒管路7-1、第二冷媒管路7-2、第一轴流风机9-1和第二轴流风机9-2。

具体地，本实施例的相变散热装置为箱体结构，包括上壳体1和下壳体2；上壳体1包括：顶部面板(顶板)和前、后、左、右四个方向的四块侧面板。下壳体2包括：底板和前、后、左、右四个方向的四块侧面板。

进一步地，上壳体1和下壳体2主要起支撑、固定作用，同时与隔板5一起将散热装置分为上散热舱和下散热舱两个独立舱体。也就是说，上壳体1和下壳体2之间设置隔板5，上壳体1与隔板5之间通过焊接固定，下壳体2与隔板5之间也通过焊接固定，上壳体1与隔板5组成相变散热装置的上散热舱，下壳体2与隔板5组成相变散热装置的下散热舱。

具体地，相变散热装置的外壳与密闭空间壁面13之间密封连接，且相变散热装置的下散热舱与内部工作空间连通，上散热舱与外部环境连通。

具体地，在上散热舱中设置第一热管散热器6-1，在下散热舱中设置第二热管散热器6-2。第一热管散热器6-1通过第一安装板3安装固定，第一安装板3通过焊接或螺栓连接的方式固定安装到上壳体1或者隔板5上，第一热管散热器6-1通过焊接或螺栓连接的方式安装到第一安装板3上。第二热管散热器6-2通过第二安装板4安装固定，第二安装板4通过焊接或螺栓连接的方式固定安装到下壳体2或者隔板5上，第二热管散热器6-2通过焊接或螺栓连接的方式安装到第二安装板4上。

具体地，为了实现将内部工作空间中的热量尽快的散发到外部环境中，需要将热量从下散热舱传递到上散热舱。因此，在相变散热装置的第二热管散热器6-2中预先充注一定量冷媒(蒸馏水、乙二醇等)。

具体地，第一热管散热器6-1通过表面接触与上散热舱中的空气进行热交换，第二热管散热器6-2通过表面接触的方式与下散热舱中的空气进行热交换。

第二热管散热器6-2中的冷媒受热汽化，吸收内部工作空间的热量，冷媒蒸汽上浮，经第一冷媒管路7-1到达上散热舱的第一热管散热器6-1中，经上散热舱空气流动冷却，第一热管散热器6-1中的气态冷媒由气相变为液相，释放热量，冷媒液化释放出的热量经上散热仓的流动空气散发到密闭空间外的外部环境中，实现对内部工作空间的相变散热。

第一热管散热器6-1中的冷媒释放热量后液化，液化后的冷媒在重力作用下流回第二热管散热器6-2中，进行下一个相变散热循环，通过冷媒的气相到液相之间的变换，将内部工作空间中发热设备14产生的热量及时的转移到外部环境中散发掉，避免内部工作空间温度过高对发热设备造成损坏甚至发生火灾。

进一步地，第一热管散热器6-1的上端部与第二热管散热器6-2的上端部通过第一冷媒管路7-1连通，第一热管散热器6-1的下端部与第二热管散热器6-2的下端部之间通过第二冷媒管路7-2连通。

第一冷媒管路7-1和第二冷媒管路7-2均穿过隔板5连通第一热管散热器6-1和第二热管散热器6-2，第一冷媒管路7-1可以为一根或多根，同样的，第二冷媒管路7-2也可以为一根或多根。第一冷媒管路7-1和第二冷媒管路7-2与隔板5之间均通过管路密封塞8实现密封，保证隔板5对内部工作空间的密封效果。

进一步地，为了加快相变散热装置与内部工作空间之间的热交换以及尽快将热量散发到外部环境中，在上散热舱中设置第一轴流风机9-1，在下散热舱中设置第二轴流风机9-2。具体的，第一轴流风机9-1与上壳体1通过焊接或螺栓连接的方式固定连接，第二轴流风机9-2与下壳体2通过焊接或螺栓连接的方式固定连接。

具体地，图2-4分别为图1的后视图、右视图、主视图。如图1、图3、图4所示，下壳体2上设置第二栅格2-1和第三栅格2-2，第二栅格2-1和第三栅格2-2分别设置在相邻的两个侧面板上，第二栅格2-1也可以设置在下壳体2的底板上，第二栅格2-1和第三栅格2-2用于连通下散热舱和内部工作空间。

具体地，上壳体1顶板上设置有风机安装孔，第一轴流风机9-1安装在风机安装孔中，且与顶板通过焊接或螺栓连接的方式固定连接。第二轴流风机9-2与下壳体2通过焊接或螺栓连接的方式固定连接，且第二轴流风机9-2的风向朝向第三栅格2-2的方向。

第二轴流风机9-2工作时，内部工作空间中的热空气从第二栅格2-1流入下散热舱，从第三栅格2-2处流出下散热舱，形成对流，使下散热舱与内部工作空间中的空气循环流通，将内部工作空间中的热量带到下散热舱中。第二轴流风机9-2加速内部工作空间与下散热舱之间的空气流动，进一步加快散热装置的散热效率。

具体的，图5为图1的左视图，上壳体1的侧面板上设置第一栅格1-1，第一栅格1-1将上散热舱与外部环境连通。进一步，上壳体1的顶部开孔，第一轴流风机9-1安装在开孔位置处，如图1和图6所示。

第一轴流风机9-1工作时，外界环境中的空气从第一栅格1-1流入上散热舱，从第一轴流风机9-1处流出上散热舱，形成对流，将上散热舱中的热量带到外部环境中。第一轴流风机9-1加速外部环境与上散热舱中的空气流动，进一步加快散热装置的散热效率。

具体的，为了实现对第一轴流风机9-1和第二轴流风机9-2的供电，在相变散热装置的外壳上设置电连接器连接电源，相变散热装置可以与发热设备共用电源也可以接外部电源，根据接电源的方式选择电连接器的具体设置位置。如图1、图4所示，电连接器11设置在下壳体2上，电连接器11外侧接电源，内侧接电线为第一轴流风机9-1和第二轴流风机9-2供电。

具体地，电连接器11为第一轴流风机9-1供电时，电线需要穿过隔板5，为了保证隔板5的密封性，在隔板5上设置转接连接器12，转接连接器12与隔板5之间设置连接器密封筛10对隔板5进行密封。转接连接器12的两端分别通过电线与上散热舱的第一轴流风机9-1和下壳体2上的电连接器11连接，如图6、图7所示。

本发明属于高效散热、热管理技术领域，特别是一种用于密闭空间内设备散热的相变散热装置。本发明的应用主要包括但不限定于密闭空间内机柜、机箱等宏观发热设备的散热领域。

实施时，本发明的散热装置与内部工作空间通过焊接或粘接等方式密封安装，并采用隔板5将上散热舱和下散热舱隔开，下散热舱与内部工作空间进行热交换，上散热舱与外部环境进行热交换。隔板与散热装置的外壳通过焊接固定，密封性良好，能够阻止雨水、空气中的灰尘杂质等进入内部工作空间，保证待散热工作空间良好的密闭性，保证其防雨、防尘、电磁屏蔽性能。

实施例二

本发明的相变散热装置的上散热舱与外部环境连通，下散热舱与内部工作空间连通。

本实施例的密闭空间相变散热方法采用实施例一的密闭空间相变散热装置，包括三个散热循环：第一对流散热循环、相变散热循环和第二对流散热循环，且第一对流散热循环、相变散热循环和第二对流散热循环同时进行。

第一对流散热循环为：通过第二轴流风机9-2送风实现下散热舱与内部工作空间中的空气循环流动；

第二对流散热循环为：通过第一轴流风机9-1送风实现上散热舱与外界环境的空气循环流动；

相变散热循环为：第二热管散热器6-2中的冷媒介质受热气化，气化后的冷媒蒸汽上浮到第一热管散热器6-1中，冷媒蒸汽在上散热舱中遇冷液化，液化后的冷媒在重力的作用下流回第二热管散热器6-2。

具体过程为：

内部工作空间中的发热设备14工作时，首先，第二轴流风机9-2工作时，内部工作空间中的热空气从第二栅格2-1流入下散热舱，从第三栅格2-2处流出下散热舱，形成对流，使下散热舱与内部工作空间中的空气循环流通，将内部工作空间中的热量带到下散热舱中。

第二轴流风机9-2加速下散热舱与内部工作空间的空气流动，促进下散热舱与内部工作空间进行热交换。第二热管散热器6-2中的冷媒介质吸收内部工作空间的热量汽化，由液态变为气态，发生相变吸热。

第二热管散热器6-2中的冷媒受热气化，冷媒蒸汽上浮，气态冷媒经第一冷媒管路7-1流入上散热舱的第一热管散热器6-1中，将热量带到上散热舱。

上散热舱的第一轴流风机9-1促进上散热舱与外部环境之间的空气流通，加快与外部环境的热交换。第一热管散热器6-1中的冷媒经上散热舱空气流动冷却，由气相变为液相，释放热量，热量经上散热仓流动的空气散发到外部环境中。

液化后的冷媒在重力的作用下由第一热管散热器6-1流经第二冷媒管路7-2，重新回到下散热舱的第二热管散热器6-2内，完成一个相变散热循环。

第一轴流风机9-1工作时，外界环境中的空气从第一栅格1-1流入上散热舱，从第一轴流风机9-1处流出上散热舱，形成对流，将上散热舱中的热量带到外部环境中，加快上散热舱与外界环境的热交换，降低上散热舱的温度。

与现有技术相比，本实施例提供的技术方案至少具有以下技术效果之一：

1.本发明的散热装置通过冷媒不断的进行气相、液相的形态改变，将热量带到上散热舱，最终随气流散发到外部环境中，实现了对内部工作空间的快速冷却。

2.本发明通过两次对流循环，将热量散发到外部环境中，两个轴流风机促进气体流通，加快了热交换过程，提高了散热效率。

3.本发明通过相变散热和对流散热向结合的方式，提高散热效率。

4.本发明通过隔板5和装置外壳将内部工作空间与外部环境隔开，密封性良好，能够阻止雨水、空气中的灰尘杂质等进入内部工作空间，保证待散热工作空间良好的密闭性，保证其防雨、防尘性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。