CN112703830B - 带风扇的散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供带风扇的散热器，能够实现整体的薄型化和紧凑化，散热效率高能够保持安静，且能够以低成本实现，俯视时的整体形状不限定于圆形，能够防止散热效率降低和噪音产生，由此能够形成为与电子设备箱体内的空间相应的形状，能够维持箱体设计的自由度，包括：金属制的受热基体(2)；离心风扇(3)，其配置于受热基体(2)的上表面(21)侧；金属制的板状壁(4)，其立设于受热基体(2)的上表面(21)中的与离心风扇(3)的具有空气排出口的外周部相对的周围位置，形成有在与离心风扇(3)相对的板面(40)开口的多个贯通孔(41)；盖部件(5)，其固定于板状壁(4)的上端(42)，封闭板状壁内侧的空间(s1)。

Description

带风扇的散热器

技术领域

本发明涉及例如适用于在计算机或投影仪等电子设备中使用的CPU和元件等发热量多的零件的散热的带风扇的散热器。

背景技术

近年来，电子设备内部的CPU或元件等的发热量增大，同时要求箱体紧凑化、薄型化，随之要求紧凑且散热效率高的散热器。作为散热效率高且可薄型化的散热器，例如，如专利文献1、2所述，提出了一种通过在离心风扇的周围设置散热翅片来抑制厚度并且提高散热效率的带风扇的散热器。具体地说，在离心风扇的周围以上下隔开间隔的方式配置多块板状翅片，使空气在该间隙内通过而进行散热。

但是，作为板状翅片，从强度及导热的观点来看需要规定的厚度，且能够上下配置的块数也受限制，因此为了提高散热效率，需要加宽加大各板状翅片。因此，即使可薄型化，横向占有面积也变大，无法避免箱体的大型化、重量增加。另外，为了得到散热效率，使各散热翅片尽可能地靠近离心风扇的具有排出口的外侧面是很重要的，需要根据离心风扇的种类，进行与其外侧面相对的部分的形状加工，这也是成本变高的原因。

进而，为了实现离心风扇的安静旋转，除了在低速旋转下发挥功能的高散热效率以外，在各散热翅片之间穿过的空气的流速在离心风扇的周围均匀也是很重要的。即，通过使上述流速均等，即使平均流速较小也能够维持散热效果，能够减小平均流速，结果风扇的噪音也会变小。如果是如专利文献2那样的俯视为圆环状的散热翅片，则能够实现均匀设置，但当为方形以外的异形时，上述流速变得不均匀，可能产生噪音或者散热效率降低。另一方面，当形状被限定于如专利文献2那样的圆环状的散热翅片时，不能高效地利用电子设备的箱体内的狭小空间，也存在降低了箱体设计的自由度的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007－234957号公报

专利文献2：日本特开2006－279004号公报

发明内容

发明所要解决的问题

于是，本发明是鉴于上述状况而完成的，为了解决该问题，提供一种带风扇的散热器，其能够实现整体的薄型化和紧凑化，且散热效率高，能够抑制离心风扇的转速而保持安静，另外，也并不需要与离心风扇的外形相应的加工，能够以低成本来实现，俯视时的整体形状也不特别限定于圆形，能够防止散热效率的降低及噪音的产生，由此，能够制成与电子设备箱体内的空间相应的形状，能够维持箱体设计的自由度。

用于解决问题的技术方案

本发明人员鉴于这种现状进行了深入研究，提出了如下想法，即，代替以往提出的离心风扇周围的散热翅片，通过设置将由金属凝固法成形的具有在一个方向上延伸的多个气孔的藕状多孔金属成形体切断而形成的板状壁，使从离心风扇排出的空气在具有某种程度的通气阻力的该气孔内穿过而进行散热，即使由该板状壁和受热基体构成的散热器整体的外形形状不是俯视时为圆形，也能够使气孔通过流速在风扇周围均匀化，能够防止散热效率的降低和噪音的产生，由此，能够将散热器形成为各种各样的外形形状，能够将有限的电子设备箱体内的空间用于高效地散热，进而发现，只要是具有与上述气孔相同的贯通孔的板状壁，即使不是藕状多孔金属成形体，也能够得到同样的效果，从而完成了本发明。

即，本发明包含以下发明。

(1)一种带风扇的散热器，其特征在于，包括：金属制成的受热基体，其在下表面侧具有与冷却对象物抵接的抵接面，冷却对象物的热量通过该抵接面传递至该受热基体；离心风扇，其配置于该受热基体的处于所述抵接面的相反侧的上表面侧；和金属制成的板状壁，其立起地设置于所述受热基体的上表面中的与所述离心风扇的具有空气排出口的外周部相对的位置，且形成有在与所述离心风扇相对的板面开口的多个贯通孔。

(2)根据(1)所述的带风扇的散热器，其中，所述板状壁在所述离心风扇的周围遍及整周连续地设置、或者隔开间隔而局部地设置。

(3)根据(1)或(2)所述的带风扇的散热器，其中，所述板状壁是与所述受热基体分体形成的板材，通过将该板材的邻接于板面的端面与所述受热基体的所述上表面接合而将该板材立起地设置。

(4)根据(3)所述的带风扇的散热器，其中，所述板材是通过对由金属凝固法成形的具有在一个方向上延伸的多个气孔的藕状多孔金属成形体，在与气孔的延伸方向交叉的方向上进行切断加工而形成的，通过所述切断而被分割了的所述气孔成为所述板状壁的所述贯通孔。

(5)根据(4)所述的带风扇的散热器，其中，在所述板材的端部，因在所述成形中使用的模具内壁而形成有不存在所述气孔的表层，通过将所述板材的形成有所述表层的端部与所述受热基体的所述上表面接合而将所述板材立起地设置。

(6)根据(1)～(5)中任一项所述的带风扇的散热器，其中，具有固定于所述板状壁的上端的、用于封闭配置有所述离心风扇的所述板状壁的内侧的空间的盖部件，该盖部件在与离心风扇的空气吸入口对应的位置具有空气吸入孔。

发明效果

根据以上的本发明的带风扇的散热器，在从离心风扇排出的空气穿过板状壁的多个贯通孔的过程中，从受热基体传递到板状壁的热量向所述空气中散热，与现有的穿过翅片间的情况相比，能够格外地提高散热效率。因此，板状壁也能够比现有散热翅片小型化，能够使散热器整体进一步薄型化、紧凑化，还能够抑制离心风扇的转速而保持安静。即，由于散热效率高，因此能够降低风扇的转速，由于能够减慢流速，因此能够减小噪音。

另外，因为是通过板状壁的贯通孔进行散热的，所以即使由该板状壁和受热基体构成的散热器的整体外形形状不是俯视时为圆形，也能够使穿过贯通孔的流速在风扇周围均匀化，能够防止散热效率的降低和噪音的产生，于是能够将散热器形成为各种各样的外形形状，能够将有限的电子设备箱体内的空间高效地用于散热，能够维持箱体设计的自由度。另外，也不需要与离心风扇的外形相应的加工，能够以低成本来实现。

附图说明

图1是表示本发明的代表性实施方式的带风扇的散热器的分解立体图。

图2是从底侧观察该带风扇的散热器所得的立体图。

图3是该带风扇的散热器的去掉盖部件之后的分解立体图。

图4是该带风扇的散热器的纵截面图。

图5是表示该带风扇的散热器的变形例的分解立体图。

图6是表示该带风扇的散热器的另一变形例的分解立体图。

图7是表示该带风扇的散热器的又一变形例的分解立体图。

图8是表示在实施例的计算模拟中使用的分析模型的图。

图9是表示实施例的分析结果的图。

具体实施方式

接着，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。

如图1～图4所示，本发明的代表性实施方式的带风扇的散热器1包括：金属制的受热基体2，其在下表面侧具有与未图示的冷却对象物抵接的抵接面20，冷却对象物的热量通过该抵接面20传递至该受热基体2；离心风扇3，其配置于受热基体2的处于抵接面20的相反侧的上表面21侧；金属制的板状壁4，其立设于受热基体2的上表面21中的与离心风扇3的具有空气排出口的外周部相对的周围的位置，在与离心风扇3相对的板面40具有开口的多个贯通孔41；盖部件5，其固定于板状壁4的上端42，封闭配置有离心风扇3的板状壁内侧的空间s1。

盖部件5在与离心风扇3的空气吸入口30对应的位置具有空气吸入孔50。而且，如图4中的箭头所示，通过盖部件5的空气吸入孔50和离心风扇3的空气吸入口30，外部的空气被强制地吸入，从离心风扇3的外周面向外侧排出到板状壁4的内侧的空间s1内，进而，通过板状壁4的贯通孔41，排出到外部。从离心风扇3排出的空气根据离心风扇3的旋转速度，从辐射方向向相对于旋转方向倾斜的方向排出。

从离心风扇3排出的空气一边吸收滞留于受热基体2的上表面21、板状壁4的内侧的板面、空间s1内的热量，一边进入板状壁4的贯通孔41内，进而一边从该贯通孔的内壁吸收板状壁4的热量，一边被排出到外部。

即，板状壁4是散热壁，由受热基体2和板状壁4构成向空气中散发热量的散热器。这样，因为在穿过板状壁4的多个贯通孔41的过程中向空气中散发热量，所以与现有的穿过翅片间的情况相比，能够格外提高散热效率。即，由于存在多个贯通孔41，能够使每单位体积的空气接触面积比通常的散热翅片大数十倍，散热效果特别好。因此，能够使板状壁比现有技术的散热翅片更小型化，能够使散热器整体薄型化、紧凑化，还能够抑制离心风扇3的转速而保持安静。

受热基体2采用金属制的实心扁平的板状，但不限定于这种结构。优选形成为凸透镜状而减小从中央部向端部的传热阻力。还可以不形成为实心而为空心，还优选将空心部热管化。材料能够广泛应用铝、铁、铜等现有的散热器中所使用的材料。

在本例中，受热基体2构成为俯视时为矩形，在其下表面的中央部和四个角部都形成有块状突出的抵接面20。这样的抵接面能够根据冷却对象物的被密接面而设定为能够紧贴的形状。优选在抵接面20与冷却对象物之间适当地介入有公知的导热性优异的导热膏(热传导脂)。

离心风扇3能够从西洛克风扇或涡轮风扇等公知的风扇中，根据冷却对象物、安装环境等采用适合风量、尺寸等条件的风扇，用粘接剂或螺丝等安装于受热基体2的上表面21。当离心风扇3的风扇电动机受到来自受热基体2的热量而成为高温时，会成为风扇寿命减少的主要原因。在这种情况下，优选在风扇电动机与受热基体2之间介入有导热性比受热基体2低的间隔部件等，从而来自受热基体2的热量不易传递到风扇电动机。

板状壁4是与受热基体2分体形成的板材，作为构成板状壁4的金属材料，与受热基体2同样，广泛应用铝或铁、铜等现有散热器的板状翅片所使用的材料。板状壁4通过将与该板材的板面邻接的端面43与受热基体2的上表面21接合而立起设置。接合方法能够使用钎焊或铆接等公知的金属间接合方法。本例的板状壁4形成为与受热基体2分体，但当然也可以通过铸模等与受热基体2一体形成。在这种情况下，只要在一体形成之后在板状壁上穿设加工出贯通孔即可。

在本例中，构成板状壁4的上述板材是通过对利用金属凝固法成形的具有在一个方向上延伸的多个气孔的藕状(lotus-type)多孔金属成形体，在与气孔延伸的方向交叉的方向上进行切断加工而形成的。这种藕状(lotus-type)多孔金属成形体能够通过高压气体法(Pressurized Gas Method)(例如专利第4235813号公报公开的方法)、热分解法(Thermal Decomposition Method)等公知方法来成形。通过切断而被分割的上述气孔成为板状壁4的上述贯通孔41。

这样，通过使用从藕状多孔金属成形体切出的板材，能够低成本且容易地设置具有贯通孔41的金属制的板状壁4。另外，在从藕状多孔金属成形体切出的各板材的周端部，利用用于成形的模具内壁形成不存在上述气孔的表层45。通过将形成有该表层45的板材的端部(端面43)接合且立起设置于受热基体2的上表面21，能够确保该端面43和受热基体上表面21的接合面积，维持充分的接合强度，并且也能够高效地进行从受热基体2向板材(板状壁4)的传热，进一步提高散热效率。

板状壁4的板厚、形状(板厚为一定值/锥状变化等)、大小、贯通孔41的轴向(相对于板面40的法线的倾斜的有无、方向)、孔径(平均)、每单位面积的数量、开口(气孔)率等，能够考虑热设计、噪音等而设定为适当的值。在空气流入贯通孔41时流速变大，在从贯通孔41流出时流速变小，但当流速这样急剧变换时，在大部分情况下，会微观地产生卡曼涡，这会变成噪音的来源。能够在进行热设计的同时考虑这一点来设定成适当的值。

特别是贯通孔41的轴向设定成相对于板面40的法线向与上述风扇的旋转方向相同的方向倾斜的方向，这能够进一步降低噪音，因此优选。贯通孔41也可以通过钻孔加工等机械加工而开设。

盖部件5粘接于板状壁4的上端42，用于封闭内侧的空间s1而消除泄漏，且高效地将空气取入离心风扇3的空气吸入口30，能够使用轻量且低成本的合成树脂成形品。当然，也可以由此外的材料构成，能够是金属制成的，构成使从板状壁4传递来的热量散热的散热片。

图5表示板状壁4隔开间隔(间隙11)而间歇地设置于离心风扇3的周围的变形例。像这样，本发明不需要如图1～图4的代表例那样遍及离心风扇3的周围全周连续地设置板状壁4，也包含如图5那样局部设置的结构。

通过这样设置间隙11，从受热基体2传递到板状壁4的热量也能够如上所述那样利用在贯通孔41内穿过的气流进行散热，没有穿过贯通孔41的比较冷的空气能够从间隙11排出，向周边部位供给该冷空气以进行冷却。更具体地说，在由本散热器冷却例如电子设备箱体内部的CPU等冷却对象物时，因为除了存在该对象物以外，还存在小的需要冷却的电子零件等，所以如本例那样设置无板状壁4的间隙11，能够向这些零件点状地吹送冷风。

在本例中，如图5所示，为了稳定保持隔开间隔而立设的板状壁4，设置有将上端间连结的保持框44。当然，除了通过这样隔开间隔地立设而形成间隙11以外，也可以在一块板状壁4的局部设置缺口、或比散热用贯通孔大的孔，构成使空气在寒冷状态下通过的与间隙11同样的间隙或开口。

图6表示将由板状壁4构成的散热器外形形状形成为俯视时为圆形的变形例。像这样，散热器外形形状也可以不采用俯视时为矩形的形状，而采用如本例那样的圆形或其他多边形、异形的形状。这些圆形和其它形状仅通过使板材弯曲就能够容易地构成。另外，图7是板状壁4在辐射方向(内外)上隔开间隙12设置为双重或三重以上的壁的变形例。这样能够容易地提高散热效果。

也可以组合以上变形例而以各种方式来实施。即，虽然未图示，但也可以将内外双重设置的板状壁的内侧、外侧的一者或两者形成为在周向上断续的壁，构成为将比较冷的空气供给到周围。例如也可以内外均形成为断续的板状壁，且使其配置构成为在周向上交错状地交替地立起设置板状壁。

以上对本发明的实施方式及变形例进行了说明，但本发明不限定于这种实施方式或变形例，当然能够在不脱离本发明主旨的范围内以各种方式来实施。

实施例

下面说明使用计算模拟，将图1～图4所示的代表性实施方式的带风扇的散热器作为模型，即使由板状壁和受热基体构成的散热器整体的外形形状不是俯视时为圆形，也能够确认到气孔通过流速在风扇周围均匀化的分析结果。

(分析模型)

使用图8所示的模型。

用上取入口开放的未图示的盖部件盖上。

上取入口(空气吸入孔)的内径：

板状壁(板材)内侧：4块，纵向(高度)30mm×横向70mm×厚度3mm

外侧：4块，纵向(高度)30mm×横向80mm×厚度3mm

内外板材间的间隙：2mm

贯通孔的内径(平均)：气孔率：60％离心风扇：从均等地16等分的排气口排出，从正16边形的各面排出。来自各面的排出方向是，由于旋转而相对于旋转方向倾斜地排出，具体地说，从面的法线方向向相对于旋转方向倾斜了30°的方向的倾斜方向吹出。

(计算模拟软件)

使用株式会社Advanced Knowledge研究所制造的“Flow Designer2018”。

(分析结果)

如图9所示，得到了大致均匀的孔通过流速。

(研究)

来自离心风扇的气流越远离风扇外周，由于空间越大而流速减小。在如本模型那样俯视时为四边形的模型中，边部(板状壁的中央位置附近)比较靠近离心风扇，流速也大，但角部的流速比边部小。但是，流体如漏斗那样被逼到角部的结果是，对于气孔，角部能够流动比无限空间时的流速大的流速。即，边部和角部都能够得到相同的气孔通过流速。这种结果表示即使根据要搭载的设备构成为各种形状，也能够使气孔通过流速均匀化，能够提高散热效率。

附图标记说明

1 散热器

2 受热基体

3 离心风扇

4 板状壁

5 盖部件

11 间隙

12 间隙

20 抵接面

21 上表面

30 空气吸入口

40 板面

41 贯通孔

42 上端

43 端面

44 保持框

45 表层

50 空气吸入孔

s1 空间。

Claims (5)

1.一种带风扇的散热器，其特征在于，包括：

金属制成的受热基体，其在下表面侧具有与冷却对象物抵接的抵接面，冷却对象物的热量通过该抵接面传递至该受热基体；

离心风扇，其配置于该受热基体的处于所述抵接面的相反侧的上表面侧；和

金属制成的板状壁，其立起地设置于所述受热基体的上表面中的与所述离心风扇的具有空气排出口的外周部相对的位置，且形成有在与所述离心风扇相对的板面开口的多个贯通孔，

所述板状壁是与所述受热基体分体形成的板材，

通过将该板材的邻接于板面的端面与所述受热基体的所述上表面接合而将该板材立起地设置。

2.根据权利要求1所述的带风扇的散热器，其特征在于：

所述板状壁在所述离心风扇的周围遍及整周连续地设置、或者隔开间隔而局部地设置。

3.根据权利要求1所述的带风扇的散热器，其特征在于：

所述板材是通过对由金属凝固法成形的具有在一个方向上延伸的多个气孔的藕状多孔金属成形体，在与气孔的延伸方向交叉的方向上进行切断加工而形成的，

通过所述切断而被分割了的所述气孔成为所述板状壁的所述贯通孔。

4.根据权利要求3所述的带风扇的散热器，其特征在于：

在所述板材的端部，因在所述成形中使用的模具内壁而形成有不存在所述气孔的表层，

通过将所述板材的形成有所述表层的端部与所述受热基体的所述上表面接合而将所述板材立起地设置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的带风扇的散热器，其特征在于：

具有固定于所述板状壁的上端的、用于封闭配置有所述离心风扇的所述板状壁的内侧的空间的盖部件，该盖部件在与离心风扇的空气吸入口对应的位置具有空气吸入孔。