CN109548381B - 一种放射状肋片表面有凸起的散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子器件散热领域，并公开了一种放射状肋片表面有凸起的散热器，该散热器包括实心圆柱、凸起和肋片，其中：实心圆柱的底部靠近作为热源的电子器件，并通过热传导的方式降低该热源的温度，实心圆柱的侧面连接有多个呈放射状排列的肋片，相邻两个肋片之间的空隙形成空气流道，空气通过对流换热的方式带走该散热器的热量；凸起呈圆柱状并且竖直设置在所述肋片上，该凸起与所述肋片等高，用于增大换热面积并且强化空气的对流换热效果。本发明通过在散热器的肋片上设置圆柱状凸起，增大对流换热面积的同时，能够增大空气的流动速度，强化对流换热效果，同时凸起的存在加强了空气气流的扰动，也有利于提高散热效果。

Description

一种放射状肋片表面有凸起的散热器
技术领域
本发明属于电子器件散热领域，更具体地，涉及一种放射状肋片表面有凸起的散热器。
背景技术
放射状肋片散热器是一种由实心圆柱和多个放射状肋片组成的散热器件，主要用于大功率电子元件的散热，如大功率LED、电脑CPU等，其散热方式包括自然对流散热和强制对流散热。
大功率LED灯的散热方式多为自然对流换热，目前主要采用改变安装角度或在实心圆柱下端挖出圆柱状凹槽的方法提高其换热性能。对于高热流密度的放射状CPU散热器，风扇射流冷却具有可实现局部冷却和快速散热的巨大优势。并且现有技术在强制对流换热条件下，对传统平直肋片放射状散热器的换热性能和流动性能，给出了最优尺寸的经验判定公式。
现有技术中虽然对大功率电子元件的散热器进行了部分改进和优化，然而针对CPU散热的传统平直肋片放射状散热器仍热具有以下劣势：由于实心圆柱半径有限，肋片根部圆周半径小于肋片末端圆周半径，导致有一定肋厚的散热器的肋片数目有限，因而参与对流换热的面积有限；靠近圆柱端肋片排列紧密，流动阻力较大，而末端间距变大，流动阻力较小，由于空气在参与换热过程中流动区域由小变大，加上风扇旋转离心力，会优先从肋片末端的流道中上部流出，导致实际接近热源面参与换热的气流较少，这意味着肋片底部和接近末端的位置换热效果较差。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种放射状肋片表面有凸起的散热器，其中通过在肋片上设置圆柱状凸起，相应的可增加换热面积并且改变肋片末端的空气流向，从而达到强化换热，增强散热效果的目的，因而尤其适用于电子器件散热的应用场合。
为实现上述目的，本发明提供了一种放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，该散热器包括实心圆柱、肋片和凸起，其中：
所述实心圆柱的底部靠近作为热源的电子器件，并通过热传导的方式降低该热源的温度，所述实心圆柱的侧面连接有多个呈放射状排列的所述肋片，相邻两个所述肋片之间的空隙形成空气流道，所述空气流道的顶部为进风口，其侧面为出风口，空气通过对流换热的方式带走该散热器的热量；
所述凸起呈圆柱状并且竖直设置在所述肋片上，该凸起与所述肋片等高，用于增大换热面积并且强化空气的对流换热效果。
作为进一步优选地，每个所述肋片上有3个～5个所述凸起。
作为进一步优选地，圆柱状凸起的半径优选为1mm～2mm。
作为进一步优选地，沿所述实心圆柱1的径向方向，同一所述肋片3上相邻两个所述凸起2之间的距离由内而外逐渐减小，并且相邻所述肋片3上的所述凸起2对称布置。
作为进一步优选地，同一所述肋片上，靠近所述实心圆柱的两个所述凸起之间的距离优选为肋片高度的10/35～12/35。
作为进一步优选地，同一所述肋片上，远离所述实心圆柱的最外侧两个所述凸起之间的距离优选为肋片高度的1/10～9/70。
作为进一步优选地，所述进风口处空气的风速优选为2m/s～6m/s。
作为进一步优选地，所述散热器的底部还设置有基板，用于贴近所述电子器件并通过增大传热面积的方式强化热传导，该基板的热流密度优选为11000W/m2～12000W/m2。
作为进一步优选地，所述基板和肋片优选采用铝或铜制造。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明在散热器的肋片上设置圆柱状凸起，一方面增大了散热器参与对流换热的面积，使得对流换热效果加强，另一方面在进口速度相同的条件下，由于空气流道截面积减小，空气的流动速度增大，贴近散热器底部的气流速度大大增加，起到了强化对流换热的效果，同时凸起的存在加强了空气气流的扰动，也有利于提高散热效果；
2.尤其是，本发明采用前疏后密的凸起排列布置方式，使得靠近实心圆柱附近的狭窄区域流动阻力不会过大，并且能够有效降低肋片末端的热阻，从而获得较好的散热效果，并且当靠近实心圆柱的两个凸起之间的距离为肋片高度的10/35～12/35，远离实心圆柱的最外侧两个凸起之间的距离优选为肋片高度的1/10～9/70时，散热器的散热效果较佳；
3.此外，本发明通过设置每个肋片上的凸起数量为3个～5个，凸起的截面半径为1mm～2mm，能够在增加换热面积，提高空气流速的同时，控制空气压降损失，并且保证散热器整体重量在合理的范围内，使得散热器达到较好的综合性能；
4.同时，本发明采用风速为2m/s～6m/s的空气进入进风口，既能达到降温要求，不会造成电子器件超温；也不至于超出风扇的最大压头，同时还可以避免产生较大的噪声。
附图说明
图1是本发明提供的放射状肋片表面有凸起的散热器的结构示意图；
图2是按照本发明构建的散热器的热阻随进气速度的变化结果图；
图3时按照本发明构建的散热器的平均努塞尔数随进气速度的变化结果图；
图4时按照本发明优选实施例构建的散热器中一个肋片及与其连接的部分实心圆柱的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供了一种放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，该散热器包括实心圆柱1、肋片3和凸起2，其中：
所述实心圆柱1的底面靠近作为热源的电子器件(如大功率LED、电脑CPU)，并通过热传导的方式降低该热源的温度，该实心圆柱1的侧面连接有多个呈放射状排列的所述肋片3，相邻两个所述肋片3之间的空隙形成空气流道，所述空气流道的顶部为进风口，其侧面为出风口，空气通过对流换热的方式带走该散热器的热量；
所述凸起2呈圆柱状并且竖直设置在所述肋片3上，该凸起2与所述肋片3等高，用于增大换热面积并且强化空气的对流换热效果；
更具体地，所述肋片3上设置凸起2，不仅可以增加散热器参与换热的面积，加强散热效果，而且在进风口处空气的进口速度相同的条件下，由于空气流道截面积减小，空气的流动速度增大，贴近散热器底部的气流速度大大增加，起到了强化对流换热的效果，同时凸起2的存在增强了气流的扰动，改变了靠近所述肋片3末端(远离所述实心圆柱1的最外侧)的空气流向，使更多空气接触散热器底部，有利于进一步提高散热效果。
进一步，在热负荷为117892.6W/m2，每个肋片3上凸起2的数量为0个～5个，热阻随进口速度变化的结果如图2所示，当所述凸起2均匀布置时，该凸起2的数量越多，散热器的总热阻越小，代表其散热性能越好；
图3是每个肋片3上凸起2的数量为0个～5个时，平均努塞尔数随进口速度变化的结果图，当所述凸起2均匀布置时，所述凸起2的数量越多，散热器的平均努塞尔数越大，散热效果越好；
图2和图3的测试结果中，每个肋片3上凸起2的数量为3个～5个时散热器的总热阻和平均努塞尔数相差较小，因此所述凸起2的数量优选为3个～5个；同时考虑到散热器的重量不宜过大，并且空气压降损失不至于过大，所述凸起2的数量进一步优选为4个。
进一步，所述凸起2的体积过大会造成空气流道的截面积过小，而该凸起2的体积过小时散热效果提升不明显，因此圆柱状凸起2的半径优选为1mm～2mm。
进一步，沿远离所述实心圆柱1的方向上，同一所述肋片3上相邻两个所述凸起2之间的距离逐渐减小，并且相邻所述肋片3上的所述凸起2对称布置；同一所述肋片3上，靠近所述实心圆柱1的两个所述凸起2之间的距离优选为肋片3高度的10/35～12/35；同一所述肋片3上，远离所述实心圆柱1的最外侧两个所述凸起2之间的距离优选为肋片3高度的1/10～9/70，并进一步优选为肋片3高度的4/35；
更具体地，所述凸起2采用这种前疏后密的排列方式进行布置，因为靠近所述实心圆柱1附近的空气流道较为狭窄，若所述凸起2排列较为密集会导致空气流动阻力过大，不能达到较好的对流换热效果，而对于换热热阻较大的肋片末端区域，所述凸起2集中分布可以有效降低热阻，提高散热效果。
进一步，所述进风口处空气的风速过小无法达到降温要求，造成电子器件超温，风速过大则会超出风扇的最大压头，并且产生较大的噪声，因此所述进风口处空气的风速优选为2m/s～6m/s。
进一步，所述散热器的底部还设置有基板，用于贴近电子器件并通过增大传热面积的方式强化热传导，该基板的热流密度优选为11000W/m2～12000W/m2。
进一步，所述基板和肋片3优选采用铝或铜制造。
如图4所示，按照本发明的一个优选实施例，所述散热器每个肋片3上凸起2的数量为4个，固定第一凸起距离所述实心圆柱1的距离，四个凸起之间的距离比例为12:5:4，图2和图3中凸起为4个且前疏后密布置的测试结果表明，与平均布置相比该散热器的总热阻最小，平均努塞尔数最大。
本发明提供的放射状肋片表面有凸起的散热器的工作过程为：在所述散热器的底部设置基板然后贴近电脑CPU，并在该散热器的顶部设置风扇，固定风速为5m/s；所述电脑CPU通过热传导的方式将热量传递到所述散热器上，空气从进风口进入并通过对流换热的方式带走该散热器的热量然后从出风口流出，从而实现电脑CPU快速散热的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，该散热器包括实心圆柱(1)、肋片(3)和凸起(2)，其中：
所述实心圆柱(1)的底部靠近作为热源的电子器件，并通过热传导的方式降低该热源的温度，所述实心圆柱(1)的侧面连接有多个呈放射状排列的所述肋片(3)，相邻两个所述肋片(3)之间的空隙形成空气流道，所述空气流道的顶部为进风口，其侧面为出风口，空气通过对流换热的方式带走该散热器的热量；
所述凸起(2)呈圆柱状并且竖直设置在所述肋片(3)上，该凸起(2)与所述肋片(3)等高，用于增大换热面积并且强化空气的对流换热效果，沿所述实心圆柱(1)的径向方向，同一所述肋片(3)上相邻两个所述凸起(2)之间的距离由内而外逐渐减小，并且相邻所述肋片(3)上的所述凸起(2)对称布置。
2.如权利要求1所述的放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，每个所述肋片(3)上有3个～5个所述凸起(2)。
3.如权利要求1或2所述的放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，圆柱状凸起(2)的半径为1mm～2mm。
4.如权利要求1所述的放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，同一所述肋片(3)上，靠近所述实心圆柱(1)的两个所述凸起(2)之间的距离为肋片(3)高度的10/35～12/35。
5.如权利要求1所述的放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，同一所述肋片(3)上，远离所述实心圆柱(1)的最外侧两个所述凸起(2)之间的距离为肋片(3)高度的1/10～9/70。
6.如权利要求1所述的放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，所述进风口处空气的风速为2m/s～6m/s。
7.如权利要求1所述的放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，所述散热器的底部还设置有基板，用于贴近所述电子器件并通过增大传热面积的方式强化热传导，该基板的热流密度为11000W/m2～12000W/m2。
8.如权利要求7所述的放射状肋片表面有凸起的散热器，其特征在于，所述基板和肋片(3)采用铝或铜制造。
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