CN103841808A - 可变尺度肋片散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变尺度肋片散热器。该可变尺度肋片散热器包括：肋片散热器本体，包括：本体；以及固定于本体上的多个肋片；若干个鳍片，分别固定于多个肋片上，由形状记忆合金材料制备而成，肋片和鳍片经过训练，在预设温度以上时，肋片的厚度T大于预设温度以下时肋片厚度，鳍片所在平面与肋片平面的角度α₂大于在预设温度以下鳍片所在平面与肋片平面的角度α₁。与传统的采用铜或者铝制成的散热器相比，本发明可变尺度肋片散热器的散热器散热面积及空气侧的对流换热系数可以根据电子器件的热流密度进行调整，提高散热器的散热能力。

Description

可变尺度肋片散热器

技术领域

本发明涉及电子器件散热技术领域，尤其涉及了一种可变尺度肋片散热器。

背景技术

随着电力、电子、光电子设备(以下称电子器件)功率的增加，其发热量越来越大，单靠这些设备本身的表面积已经很难将热量释放到周围环境中去，因此需要采用各种形式的散热器以增大电子器件的散热面积。散热器常用铜或铝等导热性能好的材料制成。

图1为现有技术肋片散热器的示意图。请参照图1，电子器件放在肋片散热器的中部，电子器件通过导热硅脂与肋片散热器紧密结合在一起，电子器件热量通过导热硅脂传递给肋片散热器，然后再释放到周围的环境中。当依靠这种自然对流的方式不能满足电子器件的散热要求时，就需要在肋片散热器的外部安装风扇，用于增加肋片表面的空气对流换热系数，来满足散热电子器件的散热要求。肋片散热器的肋片形状可以设计成所需的各种形状，例如：矩形(如图2A所示)、梯形(如图2B所示)、三角形(如图2C所示)。

根据稳态条件下的热平衡关系，可以得到通过肋片的散热量为：

$Q=\mathrm{\λ}{A}_c{\mathrm{\θ}}_0\mathrm{mth}\left(\mathrm{mH}\right)---\left(1\right)$

其中，

Q为通过肋片的散热量；A_c为肋片的横截面积；h为肋片表面空气的对流换热系数；H为肋片的高度；P为肋片的横截面周长；th为双曲正切函数；λ为肋片材料的导热系数；θ₀为肋根与周围空气之间的温差。

从上述公式(1)中可以看出，提高肋片的散热量可以通过提高肋片的横截面积A_c，肋片表面空气的对流换热系数h来实现，但是在有限的空间内，肋片的横截面积A_c的增加会导致肋片之间的间距减小，进一步影响到肋片表面的空气对流换热系数，因此肋片的设计过程中会有一个优化设计的过程，来提高整个肋片散热器的散热量。

现有技术通常采用铜或者铝制成的肋片散热器按照预先设定的电子器件热负荷进行设计，一旦加工完成，其形状和换热面积就不能再发生改变，散热量基本保持恒定。当电子器件的热负荷发生突变时，肋片散热器的散热量不能满足电子器件的要求，将会导致电子器件温度的急剧升高，影响其工作性能甚至烧毁。而在采用自然对流风冷无法满足要求时，就需要安装风扇来增加换热器表面的对流换热系数，提高散热量。在这种方式下，当电子器件的发热量突变时，可以通过提高风扇转速的方式来增加散热量，这一方面提高了冷却系统的功耗，另一方面风扇转速的提高也会产生较大的噪声。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种可变尺度肋片散热器。

(二)技术方案

本发明可变尺度肋片散热器包括：肋片散热器本体，包括：本体；以及固定于本体上的多个肋片；若干个鳍片，分别固定于多个肋片上，由形状记忆合金材料制备而成，鳍片经过训练，在预设温度以上鳍片所在平面与肋片平面的角度α₂大于在预设温度以下鳍片所在平面与肋片平面的角度α₁。

优选地，本发明可变尺度肋片散热器中，在预设温度以下时，鳍片所在平面与肋片平面的角度α₁介于1°～30°之间；在预设温度以上时，鳍片所在平面与肋片平面的角度α₂相比于α₁增加1％～20％。

优选地，本发明可变尺度肋片散热器中，肋片由形状记忆合金材料制备而成；在预设温度以下时，肋片的厚度T介于0.5mm～3mm范围内；在预设温度以上时，肋片的厚度相比于T增加1％～20％。

优选地，本发明可变尺度肋片散热器中，肋片散热器本体和鳍片由同一种形状记忆合金材料制备而成，鳍片焊接于肋片上。

优选地，本发明可变尺度肋片散热器中，鳍片呈三角形、矩形、梯形或圆形。

优选地，本发明可变尺度肋片散热器中，鳍片呈等腰三角形，该等腰三角形的腰长介于3mm～10mm的范围内。

优选地，本发明可变尺度肋片散热器中，形状记忆合金材料为以下材料中的一种：镍钛系形状记忆合金、铁系形状记忆合金、铜镍系形状记忆合金、铜铝系形状记忆合金和铜锌系形状记忆合金。

优选地，本发明可变尺度肋片散热器中，肋片的横截面形状为矩形、三角形或梯形。

优选地，本发明可变尺度肋片散热器中，肋片的横截面形状为矩形，其长度L介于20mm～100mm范围内，高度H介于5mm～100mm范围内，两肋片之间的间距D介于2mm～10mm范围内。

优选地，本发明可变尺度肋片散热器中，应用于单相水冷的散热系统、自然对流风冷散热系统或带有风扇强制风冷的散热系统。

(三)有益效果

本发明可变尺度肋片散热器经过对形状记忆合金的训练使其在预设温度以上时肋片的尺寸、鳍片300及与肋片200之间的夹角，与预设温度以下时增加，从而能够以灵活的结构和尺寸向环境散热，对热负荷变化的适应性得到加强；

与传统的采用铜或者铝制成的散热器相比，本发明可变尺度肋片散热器的散热器散热面积及空气侧的对流换热系数可以根据电子器件的热流密度进行调整，提高散热器的散热能力。此外，相较于使用风扇的强制风冷，可在一定程度上降低风扇对电能的消耗，减小风扇所带来的噪声。

附图说明

图1为现有技术风冷肋片散热器的示意图；

图2A、图2B和图2C分别为横截面形状为矩形、梯形、三角形的肋片的剖视图；

图3A和图3B分别为根据本发明实施例可变尺度肋片散热器的正视图和俯视图；

图4为图3A和图3B所示可变尺度肋片散热器中散热鳍片的示意图。

【本发明主要元件符号说明】

100-肋片散热器本体部；    200-肋片；  300-鳍片。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明是根据形状记忆合金在加热到一定的温度时具有可变形的特性，在风冷肋片散热器表面加鳍片，该鳍片能够根据电子器件的温度发生角度的改变，从而更有效的组织气流的扰动，增加对流换热系数，提高电子器件的热管理水平。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种可变尺度肋片散热器。图3A和图3B分别为根据本发明实施例可变尺度肋片散热器的正视图和俯视图。请参照图3A和图3B，该可变尺度肋片散热器包括：肋片散热器本体，包括：本体100；以及固定于本体上的多个肋片200；若干个鳍片300，分别固定于肋片散热器本体的各个肋片200上，其材料为形状记忆合金材料，该鳍片经过训练，在预设温度以上鳍片所在平面与肋片平面的角度α₂大于在预设温度以下鳍片所在平面与肋片平面的角度α₁。

以下对本实施例可变尺度肋片散热器的各组成部分进行详细说明。

本体100和肋片200一体加工而成。该肋片200的横截面形状为矩形，长度L介于20mm～100mm范围内，高度H介于5mm～100mm范围内，厚度T介于0.5mm～3mm范围内，两肋片之间的间距D介于2mm～10mm范围内，所述尺寸的肋片具有较高的肋效率。

本实施例中，肋片200的横截面为矩形，但本发明并不以此为限。本发明中，肋片的形状还可以为三角形或梯形，此处不再赘述。

在肋片200的表面安装等腰三角形的鳍片。图4为图3A和图3B所示肋片散热器中散热鳍片的示意图。请参照图3A、图3B和图4，鳍片呈等腰三角形，该等腰三角形鳍片按照预设排列方式均布在肋片200的表面。等腰三角形鳍片的腰长S在3mm～10mm的范围内。在预设温度以下，该三角形鳍片与肋片200表面的夹角α₁介于1°～30°之间。

本实施例中，鳍片300呈三角形，但本发明并不以此为限，该鳍片还可以为矩形、梯形、圆形等各种形状，均包括在本发明的保护范围之内。

鳍片300采用镍钛系形状记忆合金材料加工而成，但本发明并不以此为限，其他的形状记忆合金材料，例如：铁系形状记忆合金、铜镍系形状记忆合金、铜铝系形状记忆合金、铜锌系形状记忆合金等等也可以应用到本发明中。需要说明的是，对于上述形状记忆合金的每一种，合金中相应组分和含量均为已知的。由于本发明只是涉及利用形状记忆合金来加工，而未涉及形状记忆合金材料的任何改变，此处不再对各种形状记忆合金材料的成分进行详细说明(详细请参考http://baike.baidu.com/link？url＝pRw7MEJKRj_qfBY1Y7hp_p_RkEV-TVvBTsku3k7KMC-SVmCPCk_QWU8EvQ_3E1R9)。

鳍片300通过焊接的方式固定于肋片200上，为了焊接方便牢固，肋片散热器本体采用与鳍片相同的形状记忆合金材料，但本发明并不以此为限，该肋片散热器还可以为其他形状记忆合金材料。并且，鳍片还可以通过螺接等方式固定在肋片上。

本实施例中，经过对形状记忆合金材料的训练，使其在25℃～50℃时肋片200的尺寸、鳍片300的尺寸及与肋片200之间的夹角保持在上述的尺寸范围内，当形状记忆合金材料的温度在50℃～100℃范围内时，肋片200的厚度增加1％～20％，鳍片300与肋片200之间的夹角α₂相比于α₁增加1％～20％。

对鳍片进行训练的过程有很多种，并且均已被本领域技术人员所熟知。其中最为典型的一种为将形状记忆合金材料的鳍片重复的放入冷热环境中进行收缩和膨胀，经过多次重复之后，该鳍片就具有了上述性质。

在本实施例可变尺度肋片散热器应用过程中，电子器件的发热量通过形状记忆合金传递给肋片200，通过肋片将热量释放给周围的空气：

(1)当电子器件的发热热流密度较低时，鳍片与肋片的夹角较小，空气侧的流动阻力较小，空气能够顺利的流过肋片的表面，带走电子器件的热量。具体来讲：在电子器件热流密度较低的情况下，该肋片的温度处于25℃～50℃的范围内，此时肋片的厚度T在0.5mm～3mm范围内，鳍片与肋片的夹角α在1°～30°范围内；

(2)热流密度较高时，肋片的厚度增加，肋片与鳍片的夹角增大，肋片厚度的增加，肋片的横截面积增加，可提高肋片的传热量，而肋片与鳍片夹角的增加，可增强鳍片的扰流作用，由此增加空气侧的对流换热系数。具体来讲：当电子器件的热流密度升高时，肋片的温度处于50℃～100℃之间，这时肋片200的厚度T增加，肋片的横截面积增加，根据公式(1)通过肋片200的导热量增加，而此时由于肋片200的温度增加，使鳍片300与肋片200之间的夹角增加1％～20％，这样会使鳍片对空气的扰流作用提高，增加肋片200与空气之间的对流换热系数，由此提高肋片散热器100的散热能力。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明可变尺度肋片散热器有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)形状记忆合金材料除了上文提及的材料之外，还可以是其他的形状记忆合金材料；

(2)除了上述实施例的应用场景之外，本发明还可以用于单相水冷的散热系统、自然对流风冷散热系统或带有风扇强制风冷的散热系统。

综上所述，本发明提供一种可变尺度肋片散热器，经过对形状记忆合金的训练使其在25℃～50℃时肋片的尺寸、鳍片300及与肋片200之间的夹角，与温度在50℃～100℃范围内时的情形能够以灵活的结构和尺寸向环境散热，对热负荷变化的适应性得到加强。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可变尺度肋片散热器，其特征在于，包括：

肋片散热器本体，包括：本体；以及固定于所述本体上的多个肋片；

若干个鳍片，分别固定于所述多个肋片上，由形状记忆合金材料制备而成，所述鳍片经过训练，在预设温度以上所述鳍片所在平面与肋片平面的角度α₂大于在预设温度以下所述鳍片所在平面与肋片平面的角度α₁。

2.根据权利要求1所述的可变尺度肋片散热器，其特征在于，在预设温度以下时，所述鳍片所在平面与肋片平面的角度α₁介于1°～30°之间；

在预设温度以上时，所述鳍片所在平面与肋片平面的角度α₂相比于α₁增加1％～20％。

3.根据权利要求1所述的可变尺度肋片散热器，其特征在于，所述肋片由形状记忆合金材料制备而成；

在预设温度以下时，所述肋片的厚度T介于0.5mm～3mm范围内；在预设温度以上时，所述肋片的厚度相比于T增加1％～20％。

4.根据权利要求1所述的可变尺度肋片散热器，其特征在于，所述肋片散热器本体和鳍片由同一种形状记忆合金材料制备而成，所述鳍片焊接于所述肋片上。

5.根据权利要求1所述的可变尺度肋片散热器，其特征在于，所述鳍片呈三角形、矩形、梯形或圆形。

6.根据权利要求5所述的可变尺度肋片散热器，其特征在于，所述鳍片呈等腰三角形，该等腰三角形的腰长介于3mm～10mm的范围内。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的可变尺度肋片散热器，其特征在于，所述形状记忆合金材料为以下材料中的一种：镍钛系形状记忆合金、铁系形状记忆合金、铜镍系形状记忆合金、铜铝系形状记忆合金和铜锌系形状记忆合金。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的可变尺度肋片散热器，其特征在于，所述肋片的横截面形状为矩形、三角形或梯形。

9.根据权利要求8所述的可变尺度肋片散热器，其特征在于，所述肋片的横截面形状为矩形，其长度L介于20mm～100mm范围内，高度H介于5mm～100mm范围内，两肋片之间的间距D介于2mm～10mm范围内。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的可变尺度肋片散热器，其特征在于，应用于单相水冷的散热系统、自然对流风冷散热系统或带有风扇强制风冷的散热系统。

Images