CN109862765B - 一种用于电子元件的风冷式散热装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电子元件的风冷式散热装置，包括：基板；两个挡板，其对称设置在基板上；风扇，其固定设置在两个挡板之间；其中，两个挡板之间的距离沿风扇的送风方向逐渐减小；两个支撑板，其对称设置在基板上，并且靠近两个挡板之间距离较小的一端设置；其中，两个支撑板之间的距离沿风扇的送风方向逐渐增大；翅片板，其固定设置在支撑板上；多个第一翅片，其平行阵列在翅片板的一侧；多个第二翅片，其平行阵列在翅片板的另一侧，其中，第一翅片与第二翅片对称设置，并且第一翅片与其对应的第二翅片之间的距离沿风扇的送风方向逐渐增大。本发明还公开了用于电子元件的风冷式散热装置的控制方法；能够保证快速散热，并且减少风扇的能耗。

Description

一种用于电子元件的风冷式散热装置及其控制方法

技术领域

本发明属于电子元件散热技术领域，特别涉及一种用于电子元件的风冷式散热装置及其控制方法。

背景技术

电子元器件作为各种设备的核心部分，其运行流畅度对设备整体工作的稳定性有较大影响，其中电子元件的散热情况至关重要。电子元件的发热分布通常中心部分较高，现有散热装置的散热针对性较差，整体效果不良；此外，较大的风机功率和复杂的散热结构都会导致噪声过大，如何同时满足高散热效率和低噪声成为散热技术的瓶颈。

发明内容

本发明提供了一种用于电子元件的风冷式散热装置，其在风扇两侧的设置两个挡板形成渐缩型风道，在电子元件上方通过两个支撑板形成渐扩型风道，使渐扩型风道与渐缩风道对接形成双曲线型风道，并且在渐扩型风道的上侧对称设置有两组与风扇送风方向具有夹角的翅片；本发明的目的是通过双曲线型风道增强电子元件表面的对流换热，同时减缓空气流动的压力突变，降低噪声，并且通过翅片导流快速散热。

本发明提供了一种用于电子元件的风冷式散热装置的控制方法，根据电子元件表面温度、渐缩型风道的角度和渐扩型风道的角度对风扇的转速进行调节，其目的是在电子元件表面温度较高时能够快速降温，在电子元件表面温度较低时利用散热装置本身结构降低能耗。

本发明提供的技术方案为：

一种用于电子元件的风冷式散热装置，包括：

基板；

两个挡板，其对称设置在所述基板上；

风扇，其固定设置在所述两个挡板之间；

其中，所述两个挡板之间的距离沿所述风扇的送风方向逐渐减小；

两个支撑板，其对称设置在所述基板上，并且靠近所述两个挡板之间距离较小的一端设置；

其中，所述两个支撑板之间的距离沿所述风扇的送风方向逐渐增大；

翅片板，其固定设置在所述支撑板上；

多个第一翅片，其平行阵列在所述翅片板的一侧；

多个第二翅片，其平行阵列在所述翅片板的另一侧，

其中，所述第一翅片与所述第二翅片对称设置，并且所述第一翅片与其对应的第二翅片之间的距离沿所述风扇的送风方向逐渐增大。

优选的是，所述基板可拆卸的连接在安装有电子元件的电路板上方，使所述翅片板的位置与所述电子元件的位置相对应。

优选的是，所述第一翅片与所述第二翅片关于所述翅片板的中线对称，并且翅片与所述翅片板的中线之间的夹角为10°～12°。

优选的是，所述翅片的高度为8～10mm，以及所述翅片的厚度为0.6～0.7mm。

优选的是，相邻两个翅片之间的距离为1.5～1.6mm。

优选的是，所述基板、所述翅片板及所述翅片的材质均为铜。

优选的是，所述的用于电子元件的风冷式散热装置还包括：

温度传感器，其用于检测电子元件表面温度；

控制器，其与所述温度传感器及所述风扇分别电联。

一种用于电子元件的风冷式散热装置的控制方法，使用所述的用于电子元件的风冷式散热装置，通过温度传感器实时监测电子元件表面温度，并根据电子元件表面的温度控制风扇的转速为：

其中，n₀为风扇的基础转速，T为电子元件表面温度，T₀为设定的基准温度，α为两个挡板之间的夹角，β为两个支撑板之间的夹角。

优选的是，两个挡板之间的夹角α为20°～30°，以及两个支撑板之间的夹角β为15°～25°。

本发明的有益效果是：

本发明提供了的用于电子元件的风冷式散热装置，在风扇两侧的设置两个挡板形成渐缩型风道，在电子元件上方通过两个支撑板形成渐扩型风道，使渐扩型风道与渐缩风道对接形成双曲线型风道，并且在渐扩型风道的上侧对称设置有两组与风扇送风方向具有夹角的翅片；本发明能够通过双曲线型风道增强电子元件表面的对流换热，同时减缓空气流动的压力突变，降低噪声，并且通过翅片导流快速散热；在保证快速散热的前提下，能够有效减少风扇的能耗。

本发明提供了的用于电子元件的风冷式散热装置的控制方法，根据电子元件表面温度、渐缩型风道的角度和渐扩型风道的角度对风扇的转速进行调节，能够在电子元件表面温度较高时能够快速降温，在电子元件表面温度较低时利用散热装置本身结构降低能耗。

附图说明

图1为本发明所述的用于电子元件的风冷式散热装置总体结构示意图。

图2为本发明所述的用于电子元件的风冷式散热装置的俯视图。

图3为本发明所述的用于电子元件的风冷式散热装置的侧视图。

图4为本发明所述的散热器的结构示意图。

图5为本发明所述的支撑板的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-3所示，本发明提供了一种用于电子元件的风冷式散热装置，包括基板110，两个挡板121、122，风扇130及散热器140。

基板110可拆卸的连接在安装有电子元件220的电路板210上方，基板110为长方形。两个挡板121、122以基板110长度方向的中线为对称轴，对称固定设置在基板110的两侧。在本实施例中，为增强挡板121、122的强度，在挡板121和挡板122的外侧分别设置有加强围板121a和122a。挡板121为例，加强围板121a与挡板121固定连接在一起，围合形成中空的直角三角形，在加强挡板强度的同时，减小散热装置的重量。

风扇130，其固定安装基板110上，并位于两个挡板121、122之间。其中，所述两个挡板121、122之间的距离沿130风扇的送风方向逐渐减小，即两个挡板121和122之间形成渐缩型风道120。

散热器140包括：两个支撑板141、142，翅片板143及两组翅片。其中，散热器140的位置与电路板210上的电子元件220的位置相对应。

如图4-5所示，两个支撑板141和142靠近两个挡板121和122之间距离较小的一端设置。支撑板141和支撑板142以基板110的中线为对称轴，对称设置在基板110的左右两侧；即两个支撑板141、142的对称轴与两个挡板121、122的对称轴相同。并且支撑板141和支撑板142之间的距离沿风扇130的送风方向逐渐增大，在两个支撑板之间形成渐扩型风道140a。

翅片板143固定设置在两个支撑板141和142上，翅片板143与基板110平行。两组翅片以翅片板145的中线为对称轴，对称安装在翅片板143的左右两侧。其中，一组翅片包括多个平行阵列的翅片144，另一组翅片包括多个平行阵列的翅片145。每个翅片144与分别其对应的翅片145对称，并且翅片145与其对应的翅片145之间的距离沿风扇130的送风方向逐渐增大。两组翅片之间形成中心风道140b，流经散热器上部的气流部分从中心风道140b中通过，部分进入翅片的间隙之间形成多级分流；气流进入翅片形成的多级风道(中心风道和翅片间隙)中，形成紊流，增强气流扰动，从而强化了电子元件高温区域的换热。同时翅片144和翅片145对上部空气起到导流作用，两组翅片对称设置，并且相对应的翅片沿送风方向距离逐渐增大；使在汇集在电子元件上方的气流流经翅片导流至多个方向，避免了散热装置后部因高温空气聚集造成的局部温度过高，使散热速度加快。

作为优选，所述翅片144和翅片145的高度设置为8～10mm，所述翅片144和翅片145的厚度设置为0.6～0.7mm；相邻同一组翅片中两个翅片之间的距离为1.5～1.6mm；每个翅片与翅片板143的中线之间的夹角设置为10°～12°。

作为进一步的优选，基板110、支撑板141、支撑板142、翅片板143、翅片144和翅片145的材质均选用铜，以增加导热性能。

作为进一步的优选，两个挡板121和122之间的夹角α为20°～30°，两个支撑板141和142之间的夹角β为15°～25°。

本发明通过设置渐缩型风道，风扇吹出气流通过渐缩型风道流向散热器，渐缩型风道通过减小气流流通面积来提高风速，能够降低风扇功率。气流经渐缩型风道流入散热器下部的渐扩型风道，使整体流线呈双曲线型，能够减缓空气流动的压力突变，降低噪声。翅片对流经散热器的热空气起到导流作用，被汇集的热空气流经翅片后被翅片导流至多个方向，避免了散热装置后部因高温空气聚集造成的局部温度过高；由于翅片与气流方向之间具有夹角，接近散热器中心部分的翅片所构成的风道较长，强化了电子元件的高温区域换热。

在另一实施例中，所述用于电子元件的风冷式散热装置还包括温度传感器，其用于检测电子元件表面温度；控制器，其与所述温度传感器及所述风扇分别电联。其中，控制器中包括存储模块，

本发明还提供了一种用于电子元件的风冷式散热装置的控制方法，通过温度传感器实时监测电子元件表面温度；控制器中存储有散热装置的基本参数，如两个挡板之间的夹角α及两个支撑板之间的夹角β，并且根据电子元件表面的温度控制风扇的转速为：

其中，n₀为风扇的基础转速，n₀＝2000～2500rpm；T为电子元件表面温度，单位℃；T₀为设定的基准温度，T₀＝25～30℃，α为两个挡板之间的夹角，β为两个支撑板之间的夹角。

实施例

以翅片厚度0.6mm，翅片高度8mm，翅片间距1.5mm；翅片与翅片板143的中线之间的夹角设置为10°建立物理模型进行仿真计算，对比同尺寸传统翅片(翅片布置方向与进风方向平行)，雷诺数Re为800时，本发明中翅片平均传热系数为传统翅片的2.33倍；雷诺数Re为1600时，本发明翅片平均传热系数为传统翅片的1.92倍；雷诺数Re为2400时，本发明翅片平均传热系数为传统翅片的1.75倍，雷诺数Re为4000时，本发明翅片平均传热系数为传统翅片的1.56倍。

通过温度传感器监测电子元件的表面温度为40℃，设定基准温度为25℃时，α为25°，β为25°，n₀＝2000rpm；

在表面温度为40℃时，设定空调转速为2760rpm即可满足电子元件的散热需求。说明根据电子元件表面温度、渐缩型风道的角度和渐扩型风道的角度对风扇的转速进行调节，能够在电子元件表面温度较高时能够快速降温；而现有技术中的电子元件降温的风扇转速一般需要达到3000～5000rmp，因此也进一步说明了本发明提供的散热装置具有较好的节能效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种用于电子元件的风冷式散热装置，其特征在于，包括：

基板；

两个挡板，其对称设置在所述基板上；

风扇，其固定设置在所述两个挡板之间；

其中，所述两个挡板之间的距离沿所述风扇的送风方向逐渐减小；

两个支撑板，其对称设置在所述基板上，并且靠近所述两个挡板之间距离较小的一端设置；

其中，所述两个支撑板之间的距离沿所述风扇的送风方向逐渐增大，在两个支撑板之间形成渐扩型风道；

翅片板，其固定设置在所述支撑板上；

多个第一翅片，其平行阵列在所述翅片板的一侧；

多个第二翅片，其平行阵列在所述翅片板的另一侧，

其中，所述第一翅片与所述第二翅片对称设置，并且所述第一翅片与其对应的第二翅片之间的距离沿所述风扇的送风方向逐渐增大；两组翅片之间形成中心风道，流经散热器上部的气流部分从中心风道中通过，部分进入翅片的间隙之间形成多级分流。

2.根据权利要求1所述的用于电子元件的风冷式散热装置，其特征在于，所述基板可拆卸的连接在安装有电子元件的电路板上方，使所述翅片板的位置与所述电子元件的位置相对应。

3.根据权利要求2所述的用于电子元件的风冷式散热装置，其特征在于，所述第一翅片与所述第二翅片关于所述翅片板的中线对称，并且翅片与所述翅片板的中线之间的夹角为10°～12°。

4.根据权利要求3所述的用于电子元件的风冷式散热装置，其特征在于，所述翅片的高度为8～10mm，以及所述翅片的厚度为0.6～0.7mm。

5.根据权利要求3或4所述的用于电子元件的风冷式散热装置，其特征在于，相邻两个翅片之间的距离为1.5～1.6mm。

6.根据权利要求5所述的用于电子元件的风冷式散热装置，其特征在于，所述基板、所述翅片板及所述翅片的材质均为铜。

7.根据权利要求6所述的用于电子元件的风冷式散热装置，其特征在于，还包括：

温度传感器，其用于检测电子元件表面温度；

控制器，其与所述温度传感器及所述风扇分别电联。

8.一种用于电子元件的风冷式散热装置的控制方法，使用权利要求7所述的用于电子元件的风冷式散热装置，其特征在于，通过温度传感器实时监测电子元件表面温度，并根据电子元件表面的温度控制风扇的转速为：

其中，n₀为风扇的基础转速，T为电子元件表面温度，T₀为设定的基准温度，α为两个挡板之间的夹角，β为两个支撑板之间的夹角。

9.根据权利要求8所述的用于电子元件的风冷式散热装置的控制方法，其特征在于，两个挡板之间的夹角α为20°～30°，以及两个支撑板之间的夹角β为15°～25°。