CN108551751B - 电晕风散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电晕风散热装置，其包括散热器、线电极和电极罩，其中，散热器包括中心部分和呈放射状设置在中心部分周围的多个翅片，线电极设置在相邻的两个翅片之间形成的间隙内，电极罩具有中空的内部，用于容纳线电极。本发明提供的电晕风散热装置，能够大幅提高散热器的散热能力，可以适应多种热源，且不具有运动部件，无噪音，低功耗，安全性和可靠性都很高；既可以工作在室内，也可以工作在室外，在雨雪天气下仍可以正常使用。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种用于防水的电晕风散热装置。
背景技术
在电力电子行业中，元器件的散热一直是需要解决的问题。随着设备越来越趋向于集成化、紧凑化，电子元器件的尺寸越来越小，功率密度越来越大，这就给散热器的设计带来了很大的挑战。为增强电子元器件散热器的换热能力，提高对流换热系数是一种行之有效的手段。在换热面积和温差不变的情况下，散热器的散热量与对流换热系数成正比。
风扇作为一种可以增强空气对流换热的常用手段，因具有高速旋转部件，会导致整个散热系统产生持续的噪音污染，并且降低了系统的可靠性。而且散热装置工作在露天环境时，如遇雨雪天气，风扇等含有运动部件的器件难以防水，更增加了运行隐患。
因此，需要一种高性能、高可靠性的静音散热装置，并且能适应室外不同天气，尤其雨雪等恶劣气候。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本发明的实施例提供一种电晕风散热装置，该电晕风散热装置包括：散热器，其包括中心部分和呈放射状设置在中心部分的多个翅片；线电极，其设置在相邻的两个翅片形成的间隙内；以及电极罩，该电极罩具有中空的内部，用于容纳线电极。
进一步地，在电极罩的侧壁上设置多个微通孔。
进一步地，多个微通孔在电极罩的周向方向上成行排列和/或在所述电极罩的竖直方向上成列排列。
进一步地，电极罩的外表面设置有多个竖向导流凹槽，多个竖向导流凹槽中的每一个均在微通孔之间延伸。
进一步地，电极罩的外表面设置有至少一个周向导流凹槽，其中，多个竖向导流凹槽中每一个均与至少一个周向导流凹槽连通。
根据本发明的电晕风散热装置还包括高压电源，该高压电源具有输出端和接地端；其中，输出端通过导线与线电极连接，接地端与散热器电连接。
进一步地，根据本发明的电晕风散热装置还包括：集线环，该集线环固定在翅片的顶部上，用于容纳所述导线；底环，该底环固定在翅片的底部上；其中，电极罩位于集线环和底环之间，并且电极罩的两端分别固定在集线环和底环上；其中，线电极的两端分别固定在集线环和底环上。
进一步地，电极罩具有倒锥体形状。
进一步地，电极罩采用绝缘疏水材料制成，或者采用绝缘材料制成并在外表面涂覆疏水材料。
进一步地，设置在电极罩的侧壁上的微通孔的直径为0.1mm-3mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)电晕风通过加强空气扰动可以提高对流换热系数，强化散热器的散热能力，及时将热源发出的热量带走。
(2)线电极外的电极罩通过罩体微通孔、外表面绝缘疏水、导流槽和倒锥体形状等针对性设计，既可以使带电粒子和空气通过，又使雨水难以积存和向电极罩内部渗透。
(3)该装置能够大幅提高散热器的散热能力，可以适应多种热源，不具有运动部件，无噪音，低功耗，安全性和可靠性都很高。
(4)根据本发明的电晕风散热装置既可以工作在室内，也可以工作在室外，在雨雪天气下仍可以正常使用。
(5)该装置还具有安装简便和低成本的优势，容易实现量产。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其他目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1为本发明实施例提供的电晕风散热装置的立体图；
图2为本发明实施例提供的电晕风散热装置的剖视图；
图3为本发明实施例提供的电晕风散热装置的俯视图；
图4为本发明实施例提供的电极罩的主视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式做详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
本发明的实施例提供了一种电晕风散热装置，可以用于对多种热源2进行散热，该电晕风散热装置可以包括散热器、线电极5以及电极罩9，散热器用于为热源2散热，散热器可以包括中心部分1-1和多个翅片1-2，多个翅片1-2可以呈放射状设置在中心部分1-1的周围。线电极5可以设置在由相邻的翅片1-2形成的间隙内。电极罩9可以具有中空的内部，用于容纳线电极5。
在本实施例中，如图1和图2所示，根据本发明的电晕风散热装置的散热器的外观俯视图可以为太阳花或多边形等形状，翅片1-2呈放射状均布在中心部分1-1的周围，即翅片1-2围绕圆周方向均布在中心部分1-1的周围。中心部分1-1的形状可以是圆柱，也可以是长方体等等，只要能使翅片1-2呈放射状均布在其周围即可。散热器的翅片1-2数量在4到100片之间，散热器的高度、直径和翅片1-2数量决定了散热器的散热面积，因此热源2的发热功率越大，则需要散热器的高度越大、直径越大并且翅片1-2的数量越多。在本实施例中散热器的高度可以为60mm，直径可以为160mm，翅片1-2可以为16片。
在本实施例中，可以将热源2固定在散热器的中心部分1-1的下表面，当然在其他实施例中，也可以固定在其他位置，例如上表面。热源2和散热器之间可以涂抹导热材料，例如可以是导热硅脂，以减小接触热阻。
散热器可以由金属材料制成，优选为铝合金。散热器的翅片1-2和中心部分1-1可以是一体成型，也可以通过焊接、胀接或粘接等方式组合在一起。在本实施例中，翅片1-2和中心部分1-1为一体成型，这样可以减小翅片1-2与中心部分1-1的圆柱体的接触热阻。
如图2所示，在本实施例中，由散热器的相邻的两个翅片1-2形成的间隙内均设置有一根线电极5，线电极5竖直放置，线电极5与散热器保持一定距离，即线电极5与散热器的任何部分均不接触，并与翅片1-2保持一定的放电间距，保持一定的放电间距以免间隙内的空气被高电压击穿。放电间距和线电极5的输入电压值有关，电压越大，放电间距就要越大。并且每个线电极5外均设置有一个电极罩9，即每个线电极5的外面均套设有一个电极罩9。电极罩9与线电极5同心，并与线电极5保持一定距离，不直接接触。
在本实施例中，线电极5的直径可以在0.05mm到5mm之间，并且可以采用金属材料制成，例如可以采用钨、铜或不锈钢等材料制成。
如图2和图4所示，在电极罩9的侧壁上开设有多个微通孔9-1，多个微通孔9-1可以成螺旋形排列，也可以成行成列排列，当然也可以是其他排列方式，比如任何无规则排列方式。
在本实施例中，微通孔9-1排列成在电极罩9的周向方向上成行和/或在电极罩9的竖直方向上成列。即在电极罩9的侧壁上开设多排周向微通孔9-1或者多排竖向微通孔9-1，每一排周向微通孔9-1可以具有多个微通孔9-1，每一排竖向微通孔9-1也可以具有多个微通孔9-1。如图4所示，在本实施例中，可以将微通孔9-1布置成竖向10排以及周向6排的形式，即一共在电极罩9的侧壁上设置60个微通孔9-1。每个微通孔9-1的直径可以在0.1mm～3mm之间。
在电极罩9的外表面上设置有多个竖向导流凹槽9-3，多个竖向导流凹槽中每一个均在微通孔9-1之间延伸，用于沿着电极罩9的外表面向下引导雨水等。也就是说，多个竖向导流凹槽9-3可以均匀地布置在相邻的微通孔9-1之间的竖向间隙中，并延伸至电极罩9的底部，从而能够将雨水等引导到电极罩9的底部并流下。进一步地，还可以在电极罩9的外表面上设置至少一个周向导流凹槽9-2，竖向导流凹槽9-3和周向导流凹槽9-2均可以在多个微通孔9-1之间延伸。周向导流凹槽9-2的作用是阻碍雨水沿着电极罩9的外表面直接向下流动。多个竖向导流凹槽9-3中的每一个均与至少一个周向导流凹槽9-2中的每一个相连通，以便及时将周向导流凹槽9-2内和电极罩9表面上的雨水向下排走。
在本实施例中，竖向导流凹槽9-3位于由相邻的两排竖向微通孔9-1形成的竖向间隙中；周向导流凹槽9-2位于每一排周向微通孔9-1的上方。需要说明的是，所有导流凹槽均不穿透电极罩9的侧壁，也不与微通孔9-1存在干涉。
电极罩9可以整体采用绝缘疏水材料制成，也可以采用普通的绝缘材料制成并在外表面上涂覆疏水材料。电极罩9可以具有倒锥体形状，其整体上可以为上大下小的锥体，具有中空的内部，上下两端均具有开口。
在进一步的实施例中，如图2和图3所示，根据本发明的电晕风散热装置还包括高压电源8、集线环3和底环4。
高压电源8可以具有绝缘外壳，设置在散热器的中心部分1-1的上表面上，在其他实施例中，也可以设置在其他位置，例如，中心部分1-1的下表面。
高压电源8可以具有输出端8-1和接地端8-2；其中，输出端8-1通过导线6与线电极5连接，导线6的数量与线电极5的数量相同，接地端8-2与散热器电连接，在此接地端8-2可以与散热器的中心部分1-1电连接。需要说明的是，高压电源8施加在线电极5上的电压很高，一般为千伏级，高压电源8可以输出直流电压，也可以输出交流电压，直流电压的极性可进行调换，并且其输出电压的范围也可调节。本实施例中，高压电源8可以输入220V交流电，输出0～30kV的高压直流电，输出电压的大小和极性也可调节。
热源2开始工作时，产生的热量通过导热硅脂传递到散热器的中心部分1-1，中心部分1-1利用金属良好的导热性能将热量传递到周围翅片1-2，空气通过对流将翅片1-2上的热量带走，完成散热过程。当高压电源8为线电极5通电后，即对线电极5施加一定的高电压，在线电极5和散热器之间即可形成强电场。由于线电极5直径很小，以致周围的电场强度很大，可将附近空气电离成正离子和自由电子，带电粒子在电场力的作用下，与电离区外的中性空气分子碰撞并传递电荷和动量，一起穿过电极罩9上的微通孔9-1，在微通孔9-1外继续带动空气向散热器翅片1-2运动，从而形成了从线电极5吹向散热器翅片1-2的电晕风。需要说明的是，电离区限制在线电极5周围很小的区域内，相比电离区而言电极罩9的内部空间很大，不影响线电极5对空气的电离作用，并且尽管使用了千伏级高电压，但电晕放电仅能产生微安级的电流，功耗很低，并且有足够的安全性。电晕风能够起到扰动空气的作用，可以破坏散热器的翅片1-2上的热边界层，能够显著提高空气的对流换热系数，强化散热器的换热能力。
在本实施例中，集线环3和底环4均可以固定在翅片1-2上，例如集线环3可以安装在翅片1-2的顶部，底环4可以固定在翅片1-2的底部。这样，可以使得电极罩9位于集线环3和底环4之间，并且电极罩9的两端分别固定在集线环3和底环4上，即电极罩9的上端面被集线环3的下表面完全覆盖，下端面被底环4的上表面完全覆盖，接口处用防水胶做严密防水处理，并且电极罩9的上端外直径不超过集线环3宽度，下端外直径不超过底环4宽度。线电极5位于集线环3和底环4之间，并且线电极5的两端分别固定在集线环3和底环4上，由此使得线电极5沿竖直方向张紧地布置在散热器的翅片1-2之间的间隙内。
在本实施例中，集线环3和底环4均为环形形状，集线环3较宽，底环4较窄，在本发明的电晕风散热装置的俯视图中，集线环3和底环4均与散热器的中心部分1-1同心地设置，并且两者在沿中心部分1-1的径向方向的平面内的截面均为矩形。集线环3的内部为中空的，用于容纳导线6。从所有线电极5的顶端接出的所有导线6均布置在集线环3的内部，全部汇集后可以穿过导线管7接入高压电源8的高压输出端8-1。
导线管7采用绝缘材料制成，并具有中空结构，其一端与集线环3相连通，另一端布置在高压电源8的高压输出端8-1处，连接处均用防水胶做防水密封处理，保证雨水不会侵入导线6和高压输出端8-1。
在进一步较佳的实施例中，集线环3的上表面可以设置为开口形式，并采用环盖3-1将集线环3的上部开口面紧密覆盖，防止雨水进入集线环3的内部；环盖3-1和集线环3可以用卡扣式密封连接，也可以用防水胶粘接，保证密封后雨水无法进入集线环3的内部。
当根据本发明的电晕风散热装置应用于室外时，有可能遭遇雨雪天气。电极罩9的表面疏水特性保证雨水落在上面不会铺开，而是保持水珠状，便于向下流动。另外由于水珠的表面张力，水珠无法进入电极罩9的侧壁上的微通孔9-1内，保证雨水难以向电极罩9的内部渗透。电极罩9的周向导流凹槽9-2和竖向导流凹槽9-3则及时将表面的雨水汇聚并向下导流，尽量避免雨水在微通孔9-1附近积聚。电极罩9的倒锥体形状也进一步有利于雨水向下导流。如上所述的疏水材料、微通孔9-1、导流凹槽和倒锥形外形等几个方面的设计保证雨水难以进入电极罩9的内部，保障了线电极5工作环境的安全。下雪天气与下雨天气类似，雪花难以在电极罩9的锥形外表面上附着，即使附着并融化成水，也会由于电极罩9的表面疏水特性而及时从导流凹槽流下。因此避免了线电极5和散热器之间由于雨水而造成的短路，保证了线电极5对空气的电离作用不受雨水冲刷的直接影响。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种电晕风散热装置，包括，
散热器，所述散热器包括中心部分和呈放射状设置在所述中心部分周围的多个翅片；以及
线电极，所述线电极设置在相邻的两个翅片之间形成的间隙内；
其特征在于，所述电晕风散热装置还包括电极罩，所述电极罩具有中空的内部，用于容纳所述线电极；
所述电极罩的侧壁上设置多个微通孔；
集线环，所述集线环固定在所述翅片的顶部上，用于容纳导线；
底环，所述底环固定在所述翅片的底部上；
其中，所述电极罩位于所述集线环和所述底环之间，并且所述电极罩的两端分别固定在所述集线环和所述底环上；所述线电极的两端分别固定在所述集线环和底环上。
2.如权利要求1所述的电晕风散热装置，其特征在于，所述多个微通孔在所述电极罩的周向方向上成行排列和/或在所述电极罩的竖直方向上成列排列。
3.如权利要求1-2中的任一项所述的电晕风散热装置，其特征在于，所述电极罩的外表面设置有多个竖向导流凹槽，所述多个竖向导流凹槽中每一个均在所述微通孔之间延伸。
4.如权利要求3所述的电晕风散热装置，其特征在于，所述电极罩的外表面设置有至少一个周向导流凹槽，其中，所述多个竖向导流凹槽中的每一个均与所述至少一个周向导流凹槽连通。
5.如权利要求1-2中的任一项所述的电晕风散热装置，其特征在于，所述电晕风散热装置还包括：
高压电源，所述高压电源具有输出端和接地端；
其中，所述输出端通过所述导线与所述线电极连接，所述接地端与所述散热器电连接。
6.如权利要求1-2中的任一项所述的电晕风散热装置，其特征在于，所述电极罩具有倒锥体形状。
7.如权利要求1-2中的任一项所述的电晕风散热装置，其特征在于，所述电极罩采用绝缘疏水材料制成，或者采用绝缘材料制成并在外表面涂覆疏水材料。
8.如权利要求2所述的电晕风散热装置，其特征在于，所述微通孔的直径为0.1mm-3mm。
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