[发明专利]一种调峰式自然冷却装置及其设计方法

说明书

本发明公开了一种调峰式自然冷却装置及其设计方法，包括：散热板、相变储热材料和若干肋片；散热板通过侧挡板固定设置在待冷却设备表面上，散热板、侧挡板与待冷却设备表面构成密闭空腔；密闭空腔内填充有相变储热材料；每个肋片的一端均固定设置在待冷却设备表面上，每个肋片的另一端均依次穿过相变储热材料和散热板向散热板外侧延伸。本发明的调峰式自然冷却装置应用于户外电子设备的自然对流冷却过程中，能够优化空气自然对流散热的整体效果，在时间概念上转移使用不同条件下的散热冷却能力；可利用太阳辐射减弱甚至消失期间的散热冷却能力，维持户外待冷却设备表面温度的相对稳定。

技术领域

本发明属于调峰式自然冷却技术领域，特别涉及一种调峰式自然冷却装置及其设计方法。

背景技术

高热流密度电子设备、电气设备和能源动力设备等在户外环境的运行过程中，设备自身产生大量热量，同时，设备的待冷却表面也会受到太阳直接辐射。

太阳照射强烈时段，户外空气温度升高，待冷却设备表面自然对流散热效果变差从而导致设备控制和调节会受到极大影响，严重时会出现设备停机等情况。尤其是大功率设备的表面热流密度甚至会达到数千瓦每平米。此时，设备依赖空气自然对流以及肋片等单纯扩展表面式强化方式已经无法满足自身散热需求。另外，太阳光照射减弱甚至消失时，户外环境温度降低，待冷却设备散热总量减少的同时自然对流冷却效果显著提升，这导致自然对流冷却满足待冷却设备散热需求之外还有额外余力。

综上可知，不同时间段的户外环境对设备的自然对流散热能力的影响差异明显，从而使得设备难以维持在一个相对恒定且适宜的运行温度。此外，在户外环境中采用强制对流冷却方式也不适宜，采用强制对流冷却方式会由于恶劣的运行环境导致设备故障，且设备发生故障时不易发现及检修，会较严重地影响设备运行的安全性和可靠性，亟需一种新型的冷却装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调峰式自然冷却装置及其设计方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的调峰式自然冷却装置应用于户外电子设备的自然对流冷却过程中，能够优化空气自然对流散热的整体效果，在时间概念上转移使用不同条件下的散热冷却能力；可利用太阳辐射减弱甚至消失期间的散热冷却能力，维持户外待冷却设备表面温度的相对稳定。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种调峰式自然冷却装置，包括：散热板、相变储热材料和若干肋片；散热板通过侧挡板固定设置在待冷却设备表面上，散热板、侧挡板与待冷却设备表面构成密闭空腔；密闭空腔内填充有相变储热材料；每个肋片的一端均固定设置在待冷却设备表面上，每个肋片的另一端均依次穿过相变储热材料和散热板向散热板外侧延伸。

进一步的，用热管代替肋片；热管内填充有气液相变材料。

进一步的，还包括用于提高辐射率的第一涂层；所述第一涂层固定设置在待冷却设备表面。

进一步的，还包括用于反射太阳光的第二涂层；第二涂层固定设置在散热板的外侧的表面，第二涂层还固定设置在肋片延伸出散热板外侧的部分的表面。

进一步的，肋片延伸出散热板外侧的部分的高度高于散热板外侧表面的边界层厚度。

进一步的，肋片上开有若干导流孔，导流孔沿气流流动方向设置。

一种调峰式自然冷却装置的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，分析待冷却设备表面的温度场和散热板外侧表面自然对流换热的温度场与流场，获得待冷却设备表面和散热板的温度分布，以及散热板外侧流动、温度边界层的变化规律以及周围空气速度场分布；

步骤2，根据步骤1获得的散热板的温度分布、外侧流动和温度边界层的变化规律以及周围空气速度场的分布进行散热板外侧肋片类型、布置以及排列方式的设计；