ITMI971842A1

ITMI971842A1 - Dissipatore di calore

Info

Publication number: ITMI971842A1
Application number: IT97MI001842A
Authority: IT
Inventors: Maurizio Checchetti
Original assignee: Maurizio Checchetti
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1999-01-31
Also published as: CN1145409C; DE69803465T2; WO1999007196A2; AU8645498A; WO1999007196A3; IT1294293B1; EP1000531B1; EP1000531A2; RU2214700C2; US6196300B1; DE69803465D1; JP2001512899A; CN1265819A

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“DISSIPATORE DI CALORE"

La presente invenzione riguarda un dissipatore di calore, ed in particolare un dissipatore di calore che può essere utilizzato per raffreddare i circuiti integrati degli elaboratori elettronici od altri dispositivi elettronici.

È noto che i dissipatori di calore comprendono una piastra, generalmente di alluminio e provvista superiormente di alette o perni di raffreddamento, la quale è posta a diretto contatto dell’involucro contenente i circuiti integrati, allo scopo di facilitare lo scambio termico tra l’involucro e l’ambiente esterno, e ridurre cosi la temperatura delle giunzioni dei circuiti. Dato che negli ultimi anni le dimensioni e le potenze dei circuiti integrati sono cresciute con scala geometrica, questi dissipatori noti non sono più in grado di disperdere il calore generato dai nuovi circuiti. Per questo motivo sono stati ideati nuovi dissipatori comprendenti una ventola di raffreddamento assiale disposta sopra le alette per aumentare lo scambio termico tra il dissipatore e l’aria circostante.

Per ridurre l’ingombro del dissipatore ed ottimizzare la sua efficienza termica, tale ventola di raffreddamento viene disposta immediatamente sopra le alette di raffreddamento, per cui il flusso d’aria generato dalla ventola colpisce perpendicolarmente la piastra conduttiva, con conseguenti turbolenze e cadute di pressione che riducono significativamente lo scambio termico e quindi l’efficienza del dissipatore. Inoltre, la parte centrale di questi dissipatori noti è quella che si riscalda maggiormente, tuttavia proprio in questa zona centrale il flusso d’aria proveniente dalla ventola è ridotto. Infatti, per esigenze di spazio, il motore della ventola è inserito nel mozzo della girante palettata che genera il flusso d’aria, per cui quest’ultimo tende a defluire verso l’esterno senza interessare la colonna d’aria posta tra il mozzo della girante e la piastra stessa.

Per ovviare a questi inconvenienti si potrebbe usare una ventola con una girante più grande ed un motore più potente, tuttavia questa soluzione comporterebbe un dissipatore più ingombrante e rumoroso, con ovvie controindicazioni per l’uso all’interno di un dispositivo elettronico.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un dissipatore di calore esente dai suddetti inconvenienti, ovvero un dissipatore di calore silenzioso, di ridotte dimensioni e con un elevato scambio termico tra piastra conduttiva ed aria circostante. Detto scopo viene conseguito con un dissipatore le cui caratteristiche principali sono specificate nella prima rivendicazione.

Grazie al particolare profilo superiore della piastra conduttiva del dissipatore secondo la presente invenzione, il flusso d’aria incidente in modo sostanzialmente perpendicolare su di essa viene deviato verso i suoi bordi con una direzione d’uscita sostanzialmente orizzontale, con conseguente miglioramento dell’aerodinamica del dissipatore. Inoltre, l’incremento di spessore al centro della piastra conduttiva ne aumenta la capacità e la conduttività termica, cosi che la maggiore quantità di calore presente al centro del circuito integrato viene trasmessa e distribuita omogeneamente sulla superficie superiore del dissipatore. L’aumento della capacità termica della piastra conduttiva è vantaggioso anche per consentire l’assorbimento di eventuali sbalzi di calore dovuti ad improvviso uso intensivo del circuito integrato. Infine, dato che la zona centrale della piastra conduttiva è relativamente spessa, in essa risulta possibile ricavare un incavo nel quale alloggiare vantaggiosamente un sensore termico di sicurezza.

Un altro vantaggio del dissipatore secondo la presente invenzione è dato dal fatto che la forma e la disposizione delle alette di raffreddamento contribuiscono a migliorare l’aerodinamica e conseguentemente lo scambio termico del dissipatore. L’insieme di piastra conduttrice ed alette di raffreddamento costituisce infatti un elemento la cui struttura, simile a quella di una girante per pompe centrifughe , riesce a sfruttare al meglio il flusso d’aria per ottenere il raffreddamento del dissipatore di calore.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche del dissipatore di calore secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente dettagliata descrizione di una sua forma realizzativa con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la figura 1 mostra una vista laterale del dissipatore secondo la presente invenzione con la metà destra vista in sezione; e

- la figura 2 mostra una vista dall’alto della piastra conduttiva del dissipatore di figura 1.

Facendo riferimento alla figura 1, si vede che il dissipatore secondo la presente invenzione comprende una piastra 1 che viene fissata, ad esempio mediante graffe (non visibili in figura), sulla superficie superiore dell’involucro 2 contenente un circuito integrato 3. Lo spessore della piastra 1 aumenta gradualmente ed opportunamente dai bordi 4 verso una sua zona centrale 5, preferibilmente circolare ed incavata per consentire l’alloggiamento di un sensore termico (non mostrato in figura), secondo un profilo curvilineo 6 la cui concavità è rivolta verso l’alto. Con questo accorgimento un eventuale flusso d’aria (indicato con una serie di frecce) incidente in modo sostanzialmente perpendicolare sulla piastra 1 viene deviato verso i bordi 4 con una direzione d’uscita sostanzialmente orizzontale (anch’essa indicata con una serie di frecce). A tale scopo le tangenti a tale profilo curvilineo 6 in prossimità dei bordi 4 e della zona centrale 5 sono rispettivamente orizzontali e verticali. Facendo ora riferimento anche alla figura 2, si vede che sulla piastra 1 è ricavata una pluralità di alette di raffreddamento 7 che si sviluppano in modo sostanzialmente radiale dalla zona centrale 5 ai bordi 4 della piastra e sono preferibilmente curve con un raggio di curvatura crescente verso l’esterno. Il bordo di giunzione 8 tra le alette di raffreddamento 7 e la piastra conduttiva 1 nonché il bordo d’attacco superiore 9 delle alette stesse sono preferibilmente arrotondati allo scopo di migliorare ulteriormente l’aerodinamica del dissipatore.

fl flusso d’aria incidente sul dissipatore secondo la presente invenzione può essere generato da ventole esterne e convogliato sulla piastra conduttiva mediante condotti d’aria, oppure, come nella presente forma realizzativa, può essere generato da una ventola assiale 10 di tipo noto la cui girante provvista di pale 11 è azionata da un motore 12 inserito nel mozzo 13 della girante stessa. Tale ventola è opportunamente disposta sopra la piastra 1 con l’asse perpendicolare al centro di quest’ultima. Per migliorare la continuità del flusso d’aria, il diametro del mozzo 13 è preferibilmente uguale al diametro della zona centrale 5 della piastra 1. E ovvio che in un’altra forma realizzativa del diffusore secondo la presente invenzione una parte del mozzo 13 può penetrare nell’incavo della zona centrale 5 per ridurre l’ingombro del diffusore stesso.

Tra la ventola 10 e la piastra conduttiva 1 è disposto un raccordo diffusore 14, preferibilmente di materiale conduttivo, atto a convogliare il flusso d’aria uscente dalla ventola sull’intera superficie superiore della piastra. Grazie al raccordo 14 non solo viene migliorata l’aerodinamica del dissipatore, ma si evita anche che le pale 11 della ventola siano troppo vicine alle alette 7 e provochino conseguentemente un nocivo “effetto sirena”.

Sopra la ventola 10 è infine disposta una presa d’aria 15 che comprende un’ogiva centrale 16 avente un diametro sostanzialmente uguale a quello del mozzo 13 e che contribuisce anch’essa a migliorare l’aerodinamica del dissipatore.

Per la costruzione della piastra conduttiva 1 dei dissipatore secondo la presente invenzione è possibile utilizzare qualsiasi materiale conduttivo noto ritenuto idoneo alla costruzione di dissipatori di calore di tipo convenzionale, ad esempio alluminio.

E ovvio che si possono utilizzare più piastre conduttive 1 per realizzare un dispositivo di raffreddamento comprendente una o più ventole collegate tramite un condotto di aerazione a dette piastre.

Ulteriori varianti e/o aggiunte possono essere apportate dagli esperti del ramo alla forma realizzativa qui descritta ed illustrata restando nell’ambito dell’invenzione stessa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dissipatore di calore comprendente una piastra conduttiva (1) da applicare sulla superficie da raffreddare, caratterizzato dal fatto che lo spessore della piastra (1) aumenta dai bordi (4) verso una zona centrale (5) in modo tale che un flusso d’aria incidente sulla piastra conduttiva venga deviato verso i suoi bordi con una direzione d’uscita sostanzialmente orizzontale.
2. Dissipatore secondo la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che lo spessore della piastra (1) aumenta gradualmente dai bordi (4) verso la zona centrale (5) secondo un profilo curvilineo (6) la cui concavità è rivolta verso l’alto.
3. Dissipatore secondo la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che la tangente a tale profilo curvilineo (6) in prossimità dei bordi (4) della piastra (1) è sostanzialmente orizzontale.
4. Dissipatore secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che la tangente a tale profilo curvilineo (6) in prossimità della zona centrale (5) della piastra (1) è sostanzialmente verticale.
5. Dissipatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di essere provvisto di una pluralità di alette di raffreddamento (7) disposte sopra la piastra conduttiva (1).
6. Dissipatore secondo la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che le alette di raffreddamento (7) si sviluppano in modo sostanzialmente radiale dalla zona centrale (5) ai bordi (4) della piastra.
7. Dissipatore secondo la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che le alette di raffreddamento (7) sono curve.
8. Dissipatore secondo la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che il raggio di curvatura delle alette di raffreddamento (7) cresce dall’interno all’esterno della piastra (1).
9. Dissipatore secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, caratterizzato dal fatto che il bordo di giunzione (8) tra le alette di raffreddamento (7) e la piastra conduttiva (1) è arrotondato.
10. Dissipatore secondo una delle rivendicazioni da 5 a 9, caratterizzato dal fatto che il bordo d’attacco superiore (9) delle alette di raffreddamento (7) è arrotondato.
11. Dissipatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di essere realizzato in un solo pezzo.
12. Dissipatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che sopra la piastra conduttiva (1) è disposta una ventola (10) la cui girante provvista di pale (11) spinge l’aria in modo sostanzialmente perpendicolare verso tale piastra.
13. Dissipatore secondo la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che la ventola (10) è di tipo assiale con l’asse perpendicolare al centro della piastra conduttiva (1) ed il motore (12) inserito nel mozzo (13) della girante.
14. Dissipatore secondo la precedente rivendicazione, caratterizzato dal fatto che la zona centrale (5) della piastra conduttiva (1) è circolare ed ha un diametro sostanzialmente uguale a quello del mozzo (13) della girante della ventola (10).
15. Dissipatore secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la zona centrale (5) della piastra conduttiva (1) è incavata.
Dissipatore secondo una delle rivendicazioni da 12 a 15, caratterizzato dal fatto che tra la ventola (10) e la piastra conduttiva (1) è disposto un raccordo diffusore (14) atto a convogliare il flusso d’aria uscente dalla ventola (IO) sulla superficie superiore della piastra conduttiva (1).
17. Dissipatore secondo una delle rivendicazioni da 12 a 16, caratterizzato dal fatto che sopra la ventola (10) è disposta una presa d’aria (15) comprendente un’ogiva centrale (16) avente un diametro sostanzialmente uguale a quello del mozzo (13) della girante della ventola (10). Dispositivo di raffreddamento caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una ventola di raffreddamento collegata attraverso un condotto di aerazione ad una pluralità di dissipatori di calore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11.