CN113498299A - 具有湍流结构的散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于散热技术领域，具体公开了一种用于散热器的平面鳍片包括从平面鳍片的侧面延伸的湍流结构。每个湍流结构限定了纵轴并具有平行于纵轴并连接到鳍片的平面表面的第一边缘。每个湍流结构还包括与第一边缘相对且在自由空间中的第二边缘。第二边缘限定了沿纵轴的长度与第一边缘具有距离变化的边沿。每个第二边缘的边沿还被进一步成形，以引导流体的湍流至少以预定流速在流体中流过第二边缘。

Description

具有湍流结构的散热器
技术领域
本说明书主要涉及向电子设备提供冷却。
背景技术
电子设备通过消耗功率产生热量。在没有有效冷却的情况下产生过多的热量会导致电子设备的损坏和失效。电子设备可以通过诸如散热器的冷却系统来冷却。散热器是将热量从电子设备传递到流体介质的被动热交换器。
发明内容
散热器可用于冷却例如处理器、存储器、网络设备的电子设备和其它发热设备。在计算系统中，散热器可用于冷却中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、张量处理单元(TPU)、芯片组和随机存取存储器(RAM)模块以及其它电子设备。
散热器是能够将电子设备产生的热量传递到较低温度的流体介质的被动热交换器，该流体介质例如空气或液体冷却剂。流体介质从电子设备带走和疏散热量。散热装置可用于降低或保持电子装置的温度，防止电子装置过热。
由散热器带走的热量的多少取决于各种因素，包括散热器的表面积、通过散热器的流体体积和速度以及流经散热器的流体方向。可以通过增加散热器从电子设备带走热量的多少来改善散热器性能。也可以通过增加从电子设备中带走热量的速率来改善散热性能。
通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现为一种散热器，其包括：基座，该基座限定了具有基部平面表面的第一侧和与该第一侧相对的第二侧以及多个平面鳍片，多个平面鳍片以相互平行的方式从所述基部平面表面延伸，多个平面鳍片中的每一个平面鳍片包括：底部鳍片边缘，该底部鳍片边缘耦合到所述基部平面表面并且平行于所述平面鳍片的纵轴延伸；顶部鳍片边缘，该顶部鳍片边缘与底部鳍片边缘相对并且平行于所述平面鳍片的纵轴延伸；前鳍片边缘，该前鳍片边缘从底部鳍片边缘延伸到顶部鳍片边缘；后鳍片边缘，该后鳍片边缘与前翼边缘相对，并从底部鳍片边缘延伸至顶部鳍片边缘；鳍片主体，该鳍片主体从底部鳍片边缘延伸至顶部鳍片边缘，并具有限定第一平面表面的第一侧和与第一侧相对的、限定第二平面表面的第二侧；以及从第一平面表面延伸的第一组湍流结构，该第一组湍流结构中的每个湍流结构限定纵轴，并且具有平行于纵轴并且连接到第一平面表面的第一边缘和与第一边缘相对、并且在自由空间中的第二边缘，该第二边缘限定沿着纵轴的长度的边沿，该边沿距离第一边缘具有距离变化；并且其中，每个第二边缘的边沿被进一步成形，从而在以至少预定流速流过所述第二边缘的流体中引起所述流体的湍流。
本说明书中描述的主题的另一个创新方面可以体现为一种平面鳍片，该平面鳍片包括底部鳍片边缘，该底部鳍片边缘耦合到基部平面表面并且平行于平面鳍片的纵轴延伸；顶部鳍片边缘，该顶部鳍片边缘与底部鳍片边缘相对且平行于平面鳍片的纵轴延伸；前鳍片边缘，该前鳍片边缘从底部鳍片边缘延伸至顶部鳍片边缘；后鳍片边缘，该后鳍片边缘与前鳍片边缘相对，并从底部鳍片边缘延伸至上部鳍片边缘；鳍片主体，该鳍片主体从底部鳍片边缘延伸至顶部鳍片边缘且具有限定第一平面表面的第一侧和限定第二平面表面的、与第一侧相对的第二侧；第一组湍流结构，该第一组湍流结构从第一平面表面延伸，第一组湍流结构中的每个湍流结构限定纵轴，并且具有平行于纵轴并且连所述第一平面表面的第一边缘和与第一边缘相对并且在自由空间中的第二边缘，该第二边缘限定沿着纵轴的长度的边沿，该边沿距离第一边缘具有距离变化；并且其中，每个第二边缘的边沿被进一步成形，从而在以至少预定流速流过所述第二边缘的流体中引起所述流体的湍流。
本说明书中描述的主题的另一个创新方面可以体现在散热器中，该散热器包括：基部，该基部限定具有基部平面表面的第一侧和与第一侧相对的第二侧；以及多个平面鳍片，该多个平面鳍片以彼此平行的方式从基部平面表面延伸；多个平面鳍片中的每个平面鳍片包括：底部鳍片边缘，该底部鳍片边缘耦合到基部平面表面并且平行于平面鳍片的纵轴延伸；顶部鳍片边缘，该顶部鳍片边缘与底部鳍片边缘相对且平行于平面鳍片的纵轴延伸；前鳍片边缘，该前鳍片从底部鳍片边缘延伸至顶部鳍片边缘；后鳍片边缘，该后鳍片边缘与前鳍片边缘相对，并从底部鳍片边缘延伸至所顶部鳍片边缘；鳍片主体，该鳍片主体从底部鳍片边缘延伸至所顶部鳍片边缘，并具有限定第一平面的第一侧和限定第二平面的与所述第一侧相对的第二侧；以及用于引起从所述第一平面表面延伸的湍流的装置，并且所述装置使以预定流速流过所述装置的流体产生湍流。
本说明书主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。从说明书，附图和权利要求书中，主题的其它特征，方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是具有包括湍流结构的平面鳍片的示例性散热器的图。
图2是具有湍流结构的平面鳍片的俯视图。
图3是湍流结构的侧视图。
图4是具有终端块的湍流结构的透视图。
图5是另一湍流结构的侧视图。
在各个附图中相同的附图标记和标号表示相同的元件。
具体实施方式
当流体以预定速率流动时，鳍片之间产生湍流，此时，散热器性能得到改善。为了引起湍流，散热器的平面鳍片包括一组湍流结构。湍流结构从例如鳍片的第一侧的鳍片的第一平面表面延伸。第一组湍流结构中的每个湍流结构限定了纵轴，并具有平行于纵轴并连接到第一平面的第一边缘。每个湍流结构还具有与第一边缘相对且在自由空间中的第二边缘。第二边缘限定了沿纵轴的长度的边沿，该边沿与第一边缘具有距离变化。例如，该边沿可以是锯齿形，直齿形，或者，甚至弯曲的。每个第二边缘的边沿还被成形，以引导流体的湍流至少以预定流速在流体中流过第二边缘。
湍流结构也可以附接到散热片的另一侧，并与散热片的第一侧上的结构偏移。在这种构造中，湍流结构延伸到来自两个散热器表面的散热器之间的空间中。利用较高的湍流，散热器实现了较高的热交换系数h，否则将用光滑的鳍片来实现。这导致更好的对流冷却能力。因此，这种设计的原理是在散热片上增加湍流增强特征以增加热交换系数。
下面将更详细地描述这些特征和附加特征。
图1是具有包括湍流结构132的平面鳍片110的示例性散热器100的图。散热器100包括限定具有基部平面表面的第一侧104的基部102，以及与第一侧104相对的第二侧106。一组平面鳍片110(例如，110-1…N)以相互平行的方式从基部平面表面延伸。每个平面鳍片110包括底部鳍片边缘112，该底部鳍片边缘112耦合到基部平面表面并平行于平面鳍片110的纵轴111延伸。每个平面鳍片110还由顶部鳍片边缘114限定，该顶部鳍片边缘114与底部鳍片边缘112相对并平行于平面鳍片的纵轴111延伸，并且还进一步由前鳍片边缘116和后鳍片边缘118限定，该前鳍片边缘116从底部鳍片边缘112边缘延伸到顶部鳍片边缘114，该后鳍片边缘118与前鳍片边缘114相对并从底部鳍片边缘112延伸到顶部鳍片边缘114。
图2是具有湍流结构132的平面鳍片110的俯视图。每个平面鳍片110包括限定从底部鳍片边缘112延伸到顶部鳍片边缘114的鳍片主体120，并且具有限定第一平面表面的第一侧122和与第一侧相对的、限定第二平面的第二侧124。为了避免附图过于繁杂，用于平面鳍片110的类似元件没有全部被标记。
在一些实施方式中，除了外侧的平面鳍片110-1和110-N之外，每个平面鳍片110包括从第一平面表面122延伸的第一组湍流结构132-1，以及从第二平面表面124延伸的第二组湍流结构132-2。然而，外侧的平面鳍片110-1在第一平面表面122上仅包括第一组湍流结构132-1。与之相对，外侧的平面鳍片110-N在第二平面表面124上仅包括第二组湍流结构132-2。在其它实施方式中，外侧的平面鳍片110-1和110-N在它们各自的第一平面表面122和第二平面表面124上都具有湍流结构132。
湍流结构132均匀地间隔开，并且每个相应的组132-1和132-2彼此偏移，以便不会过度减少如果组132-1和132-2不偏移而导致的气流。
图3是湍流结构132的侧面透视图。每个湍流结构132限定纵轴140并具有平行于纵轴140的第一边缘142。第一边缘142连接到平面表面122或124。在一些实施方式中，湍流结构132以锐角A连接到平面表面122或124，如图2所示。湍流结构132包括与第一边缘142相对的第二边缘144。如图2所示，第二边缘处于自由空间中，使得空气可以流过第二边缘144。第二边缘144限定边沿145(第二边缘的该边沿145在图3中以虚线示出并偏移)，该边沿145沿着纵轴140的长度与第一边缘142具有不同距离。每个第二边缘144的边沿145还被进一步成形，以引导流体的湍流至少以预定流速(例如，以由风扇101引起的流速)在流体中流过第二边缘144。如图3所示，边沿145距离第一边缘142具有从最大距离H到最小距离h的线性变化，以及相对最大和最小间隔距离d。可以改变A,H,h和d的值以获得不同的热交换系数。例如，可以凭经验测量这种传热系数。
图3的三角形形状只是可以使用的边沿的一个例子。例如，如图5所示，可以使用具有弯曲边沿图案204的湍流结构202。也可以使用其它边沿图案，例如锯齿图案，直齿图案或其它图案。
在一些实施方式中，第二边缘144具有均匀的横截面。然而，在其它实施方式中，每个第二边缘144可以包括终端块146以进一步增加湍流。如图4所示，终端块146的形状为金字塔形；然而，可以使用各种其它形状。
虽然本说明书包含许多具体的实现细节，但这些不应被解释为对所要求保护的范围的限制，而应被解释为对特定实施例所特有的特征的描述。本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管上面可以将特征描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初如此要求保护，但是在一些情况下，可以从组合中去除要求保护的组合中的一个或多个特征，并且要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描述了操作，但这不应被理解为要求以所示的特定顺序或以顺序的顺序执行这些操作，或者要求执行所有示出的操作以获得期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应被理解为需要所有实施例中的这种分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以被集成到单个软件产品中或者被封装到多个软件产品中。
已经描述了本主题的特定实施例。其它实施例在所附权利要求的范围内。例如，权利要求中所述的动作可以以不同的顺序执行，并且仍然获得期望的结果。作为一个实例，附图中所示的过程不一定需要所示的特定顺序或顺序，以获得所需的结果。在一些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。

Claims (20)

1.一种散热器，其特征在于，包括：
基部，所述基部限定具有基部平面表面的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；以及
多个平面鳍片，所述多个平面鳍片以相互平行的方式从所述基部平面表面延伸，所述多个平面鳍片中的每个平面鳍片包括：
底部鳍片边缘，所述底部鳍片边缘耦合到所述基部平面表面并平行于所述平面鳍片的纵轴延伸；
顶部鳍片边缘，所述顶部鳍片边缘与所述底部鳍片边缘相对且平行于所述平面鳍片的所述纵轴延伸；
前鳍片边缘，所述前鳍片边缘从所述底部鳍片边缘延伸至所述顶部鳍片边缘；
后鳍片边缘，所述后鳍片边缘与所述前鳍片边缘相对，并从所述底部鳍片边缘延伸至所述顶部鳍片边缘；
鳍片主体，所述鳍片主体从所述底部鳍片边缘延伸至所述顶部鳍片边缘，且具有限定第一平面表面的第一侧和限定第二平面表面的、与所述第一侧相对的第二侧；以及
第一组湍流结构，所述第一组湍流结构从所述第一平面表面延伸，所述第一组湍流结构中的每个湍流结构限定纵轴，并且具有平行于所述纵轴且连接到所述第一平面表面的第一边缘和与所述第一边缘相对、并且在自由空间中的第二边缘，所述第二边缘限定边沿，所述边沿与所述第一边缘的距离沿着所述纵轴的长度变化；以及
其中，每个第二边缘的所述边沿被进一步成形，从而在以至少预定流速流过所述第二边缘的流体中引起所述流体的湍流。
2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于，每个平面鳍片还包括从所述第二平面表面延伸的第二组湍流结构，所述第二组湍流结构中的每个湍流结构限定纵轴，并具有平行于所述纵轴并连接到所述第二平面表面的第一边缘和平行于所述纵轴并与所述第一边缘相对、且在自由空间中的第二边缘，所述第二边缘限定边沿，所述边沿与所述第一边缘的距离沿着所述纵轴的长度变化，并且其中，每个第二边缘的所述边沿被进一步成形，从而在以至少预定流速流过所述第二边缘的流体中引起所述流体的湍流。
3.如权利要求2所述的散热器，其特征在于，对于每个平面鳍片，所述第一组湍流结构在沿着所述平面鳍片的所述纵轴的相应第一位置处连接到所述平面鳍片，并且所述第二组湍流结构在沿着所述平面鳍片的所述纵轴的相应第二位置处附接到所述平面鳍片，并且其中，所述相应第一位置沿着所述平面鳍片的所述纵轴偏离所述相应第二位置。
4.如权利要求3所述的散热器，其特征在于，所述第一组湍流结构和所述第二组湍流结构的所述第二边缘的所述边沿限定锯齿图案。
5.如权利要求3所述的散热器，其特征在于，所述第一组湍流结构和所述第二组湍流结构的所述第二边缘的所述边沿限定直齿图案。
6.如权利要求3所述的散热器，其特征在于，所述第一组湍流结构和所述第二组湍流结构的所述第二边缘的所述边沿限定弯曲的图案。
7.如权利要求3所述的散热器，其特征在于，每个平面鳍片以相对于平面表面的锐角附接到所述平面表面。
8.如权利要求7所述的散热器，其特征在于，所述锐角是相对于所述后鳍片边缘而测量的。
9.如权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述第一组湍流结构和所述第二组湍流结构的所述第二边缘的所述边沿限定锯齿图案。
10.如权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述第一组湍流结构和所述第二组湍流结构的所述第二边缘的所述边沿限定直齿图案。
11.如权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述第一组湍流结构和所述第二组湍流结构的所述第二边缘的所述边沿限定弯曲的图案。
12.如权利要求1所述的散热器，其特征在于，每个平面鳍片以相对于平面表面的锐角附接到所述平面表面。
13.如权利要求12所述的散热器，其特征在于，所述锐角是相对于所述后鳍片边缘而测量的。
14.一种平面鳍片，其特征在于，包括：
底部鳍片边缘，所述底部鳍片边缘耦合到基部平面表面并平行于所述平面鳍片的纵轴延伸；
顶部鳍片边缘，所述顶部鳍片边缘与所述底部鳍片边缘相对且平行于所述平面鳍片的所述纵轴延伸；
前鳍片边缘，所述前鳍片边缘从所述底部鳍片边缘延伸至所述顶部鳍片边缘；
后鳍片边缘，所述后鳍片边缘与所述前鳍片边缘相对，并从所述底部鳍片边缘延伸至所述顶部鳍片边缘；
鳍片主体，所述鳍片主体从所述底部鳍片边缘延伸至所述顶部鳍片边缘，且具有限定第一平面表面的第一侧和限定第二平面表面的、与所述第一侧相对的第二侧；以及
第一组湍流结构，所述第一组湍流结构从所述第一平面表面延伸，所述第一组湍流结构中的每个湍流结构限定纵轴，并且具有平行于所述纵轴且连接到所述第一平面表面的第一边缘和与所述第一边缘相对、并且在自由空间中的第二边缘，所述第二边缘限定边沿，所述边沿与所述第一边缘的距离沿着所述纵轴的长度变化；以及
其中，每个第二边缘的所述边沿被进一步成形，从而在以至少预定流速流过所述第二边缘的流体中引起所述流体的湍流。
15.如权利要求14所述的平面鳍片，其特征在于，还包括从所述第二平面表面延伸的第二组湍流结构，所述第二组湍流结构中的每个湍流结构限定纵轴，并具有平行于所述纵轴并连接到所述第二平面表面的第一边缘和平行于所述纵轴并与所述第一边缘相对、且在自由空间中的第二边缘，所述第二边缘限定边沿，所述边沿与所述第一边缘的距离沿着所述纵轴的长度变化，其中，每个第二边缘的所述边沿被进一步成形，从而在以至少预定流速流过所述第二边缘的流体中引起所述流体的湍流。
16.如权利要求14所述的平面鳍片，其特征在于，所述第一组湍流结构在沿着所述平面鳍片的所述纵轴的相应第一位置处连接到所述平面鳍片，并且所述第二组湍流结构在沿着所述平面鳍片的所述纵轴的相应第二位置处附接到所述平面鳍片，并且其中，所述相应第一位置沿着所述平面鳍片的所述纵轴偏离所述相应第二位置。
17.如权利要求16所述的平面鳍片，其特征在于，所述第一组湍流结构和所述第二组湍流结构的所述第二边缘的所述边沿限定锯齿图案。
18.如权利要求16所述的平面鳍片，其特征在于，所述第一组湍流结构和所述第二组湍流结构的所述第二边缘的所述边沿限定直齿图案。
19.如权利要求16所述的平面鳍片，其特征在于，所述第一组湍流结构和所述第二组湍流结构的所述第二边缘的所述边沿限定弯曲的图案。
20.一种散热器，其特征在于，包括：
基部，所述基部限定具有基部平面表面的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；以及
多个平面鳍片，所述多个平面鳍片以相互平行的方式从所述基部平面表面延伸，所述多个平面鳍片中的每个平面鳍片包括：
底部鳍片边缘，所述底部鳍片边缘耦合到所述基部平面表面并平行于所述平面鳍片的纵轴延伸；
顶部鳍片边缘，所述顶部鳍片边缘与所述底部鳍片边缘相对且平行于所述平面鳍片的所述纵轴延伸；
前鳍片边缘，所述前鳍片边缘从所述底部鳍片边缘延伸至所述顶部鳍片边缘；
后鳍片边缘，所述后鳍片边缘与所述前鳍片边缘相对，并从所述底部鳍片边缘延伸至所述顶部鳍片边缘；
鳍片主体，所述鳍片主体从所述底部鳍片边缘延伸至所述顶部鳍片边缘，且具有限定第一平面表面的第一侧和限定第二平面表面的、与所述第一侧相对的第二侧；以及
用于引起从所述第一平面表面延伸的湍流的装置，并且所述装置使以预定流速流过所述装置的流体产生湍流。
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