TW201350009A - 散熱器 - Google Patents

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TW201350009A
TW201350009A TW102119327A TW102119327A TW201350009A TW 201350009 A TW201350009 A TW 201350009A TW 102119327 A TW102119327 A TW 102119327A TW 102119327 A TW102119327 A TW 102119327A TW 201350009 A TW201350009 A TW 201350009A
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cooling
air flow
flow path
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Kei Mizuta
Original Assignee
Univ Kagoshima
Shikoku Instrumentation Co Ltd
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Abstract

散熱器包含垂直空氣流路、以包圍垂直空氣流路之周圍之方式呈放射狀地配置的複數個下部冷卻鰭片以及上部冷卻鰭片。於鄰接的下部冷卻鰭片或上部冷卻鰭片之間,形成有複數個放射狀空氣流路,放射狀空氣流路係以連通下部冷卻鰭片及上部冷卻鰭片外周之空間與垂直空氣流路之方式而形成。如此一來,散熱器之散熱效率提高。

Description

散熱器
本發明係關於一種散熱器,其將自構成電子機器等之電子元件等產生的熱散發至環境,以冷卻該電子元件等。
散熱器係將自構成電子機器等之電子元件等產生的熱散發至環境,以冷卻該電子元件之裝置,具備複數個冷卻鰭片(例如日本專利特開2002-368468號公報,專利文獻1)。一般而言,若增大冷卻鰭片之總計表面積,則可加大單位時間之散熱量,但由於電子機器等要求小型輕量,因而散熱器亦要求小型化及輕量化。因此,散熱器係高密度地配置多數個冷卻鰭片,以擴大冷卻鰭片之總計表面積。
然而,若高密度地配置多數個冷卻鰭片,則冷卻鰭片相互之間隔將變小,因此流經冷卻鰭片之間的空氣之流量流速變小。因此,散熱性能反而會下降。於此種情形時,配設冷卻風扇,對冷卻鰭片吹附冷卻空氣以進行強制冷卻。然而,若配設冷卻風扇,則電子機器等之容積與重量將相應地變大,因而與小型輕量化之要求相矛盾。
因此,要求一種不使用冷卻風扇便可獲得所需之冷卻性能,並且小型輕量之散熱器。例如,於日本專利特開2003-100974號公報(專利文獻2)中,揭示有一種空冷式半導體散熱器,其具備相對於熱管之軸向而呈放射狀地形成的複數個散熱鰭片。
專利文獻2所揭示之空冷式半導體散熱器中,相對於熱管之 軸向而呈放射狀地配置有複數個散熱鰭片,形成與重力方向平行之散熱鰭片。因此,由浮力產生之空氣之流動不會受到妨礙,因而散熱性能極為提高。
專利文獻2所揭示之空冷式半導體散熱器因散熱鰭片係與重力方向平行地形成,因此由浮力產生的空氣之流動不會受到妨礙。然而,於散熱鰭片之下端附近自散熱鰭片受熱之空氣沿著散熱鰭片而流動,形成邊界層,形成邊界層之空氣隨著朝向散熱鰭片之上端而溫度上升。因此,於散熱鰭片之上方,散熱鰭片被高溫之空氣所包圍,因此不會產生自散熱鰭片朝向空氣層之散熱。因此,如專利文獻2之圖式所示,即便使散熱鰭片沿高度方向延伸,以擴大散熱鰭片之散熱面積,但比起散熱器之容積重量之增加,散熱性能之提昇仍較小。因此,存在比起容積重量而散熱性能低的問題。
本發明係有鑒於如上所述之背景而完成,其目的在於提供一種比起容積重量而散熱性能高的散熱器、即具有所需之散熱性能而容積重量小的散熱器。
為達成上述目的,本發明之散熱器的特徵在於包含:垂直空氣流路;複數個冷卻鰭片,以包圍上述垂直空氣流路之周圍之方式而呈放射狀地配置,於鄰接的上述冷卻鰭片之間,形成有複數個放射狀空氣流路,上述放射狀空氣流路係以連通上述冷卻鰭片外周之空間與上述垂直空氣流路之方式而形成。
本發明之散熱器亦可包含:受熱構件,導熱地連結於冷卻 對象物,並且接觸上述複數個冷卻鰭片之下表面,以機械地結合上述複數個冷卻鰭片。
於自上方俯視上述散熱器之情形時,上述複數個冷卻鰭片外側之端部亦可較上述受熱構件之外緣進一步向外側突出。
本發明之散熱器亦可包含複數組上述冷卻鰭片之組,上述冷卻鰭片之組係上下積層,並且以上層之冷卻鰭片位於下層之放射狀空氣流路之上之方式,繞中心軸偏移地配置。
本發明之散熱器亦可包含:層間環狀構件,位於上下積層而鄰接的上述冷卻鰭片之組之間,機械地結合並且導熱地連結兩者。
根據本發明,於冷卻鰭片之間形成有複數個放射狀空氣流路,該放射狀空氣流路連通上述冷卻鰭片外周之空間與垂直空氣流路,因此受到冷卻鰭片之散熱而達到高溫之空氣流入垂直空氣流路,於垂直空氣流路內上升並排出,因此始終有低溫之空氣接觸冷卻鰭片。因此,散熱效率變高。
又,若具備與冷卻對象物導熱地連結並且接觸複數個冷卻鰭片之下表面以機械地結合複數個冷卻鰭片之受熱構件,則冷卻對象物所產生的熱會均等地導熱至複數個冷卻鰭片,因此散熱效率進一步變高。又,若於自上方俯視上述散熱器之情形時,上述複數個冷卻鰭片外側之端部較上述受熱構件之外緣進一步向外側突出,則自散熱器下方流入冷卻鰭片列之空氣之流線得到改善,因此散熱效率進一步變高。
又,若具備複數組以包圍上述垂直空氣流路之周圍之方式呈放射狀地配置的複數個冷卻鰭片之組,且上述冷卻鰭片之組上下積層, 則冷卻鰭片之數量與該等之總計散熱面積增加,因此散熱效率變高。又,若以上層之冷卻鰭片之組之冷卻鰭片位於下層之冷卻鰭片之組之放射狀空氣流路之上之方式而配置,則接觸下層之冷卻鰭片而溫度上升的空氣不會接觸上層之冷卻鰭片,即,低溫之空氣接觸上層之冷卻鰭片,因此散熱效率進一步變高。
又,若具備位於鄰接的上述冷卻鰭片之組之間且機械地結合並且導熱地連結兩者之層間環狀構件,則可自下層之冷卻鰭片之組均等地導熱至上層之冷卻鰭片之組,因此散熱效率進一步變高。
1‧‧‧散熱器
2‧‧‧上部鰭片列
3‧‧‧下部鰭片列
4‧‧‧上部冷卻鰭片
5‧‧‧下部冷卻鰭片
6‧‧‧垂直空氣流路
7‧‧‧第一圓筒構件
8‧‧‧第二圓筒構件
9‧‧‧環狀構件
10‧‧‧面狀熱管
11‧‧‧發熱元件
12‧‧‧上部模組
13‧‧‧下部模組
14‧‧‧放射狀空氣流路
15‧‧‧放射狀空氣流路
21‧‧‧散熱器
22‧‧‧冷卻鰭片
23‧‧‧冷卻鰭片列
24‧‧‧環狀構件
25‧‧‧中心孔
26‧‧‧發熱體
27‧‧‧散熱器
28‧‧‧散熱器
29‧‧‧散熱器
Do‧‧‧冷卻鰭片列之外徑
Di‧‧‧冷卻鰭片列之內徑
Dbo‧‧‧環狀構件之外徑
Dbi‧‧‧中心孔之直徑(內徑)
H‧‧‧冷卻鰭片列(冷卻鰭片)之高度
第1A圖係本發明之散熱器之概念平面圖。
第1B圖係散熱器之概念正面圖。
第1C圖係以第1A圖之A-A線切剖散熱器之剖面圖。
第2A圖係構成散熱器之上部模組之概念平面圖。
第2B圖係上部模組之概念正面圖。
第2C圖係構成散熱器之下部模組之概念平面圖。
第2D圖係下部模組之概念正面圖。
第3A圖係表示散熱器周圍之冷卻空氣之流動之概念正面圖。
第3B圖係表示散熱器周圍之冷卻空氣之流動之概念剖面圖。
第4圖係表示散熱器之尺寸之定義之圖。
第5圖係表示數值模擬結果之圖表。
第6圖係表示數值模擬結果之圖表。
第7A圖係表示散熱器之變形例之概念平面圖。
第7B圖係表示散熱器之變形例之概念正面圖。
第8圖係表示散熱器之變形例之概念平面圖。
第9圖係散熱器之立體圖。
第10圖係散熱器之平面圖。
第11圖係散熱器之立面圖。
第12圖係散熱器之立面圖。
第13圖係散熱器之立面圖。
第14圖係散熱器之立面圖。
第15圖係表示散熱器之重量與熱阻之關係之圖表。
以下,參照附圖說明用於實施本發明之形態。
本發明之散熱器1之概念結構如第1A圖至第1C圖所示。再者,第1A圖係散熱器1之平面圖,第1B圖係正面圖,第1C圖係以第1A圖之A-A線切剖散熱器1之剖面圖。
如於第1A圖至第1C圖中可明確的,散熱器1具備上部鰭片列2及下部鰭片列3。上部鰭片列2具有呈放射狀地配置(具體而言,沿以中心軸X為中心之半徑方向延伸,整體上排列成圓環狀)18片上部冷卻鰭片4,且配置有下部鰭片列3之上方。又,下部鰭片列3具有呈放射狀地配置(具體而言,沿以中心軸X為中心之半徑方向延伸,整體上排列成圓環狀)18片下部冷卻鰭片5。又,上部冷卻鰭片4與下部冷卻鰭片5均是於平面圖中呈矩形之金屬(例如鋁合金或黃銅)平板。
又,上部冷卻鰭片4與下部冷卻鰭片5分別以於中心角中呈20°間距之方式,而等間距地排列在以中心軸X為中心之圓周上。又,上部鰭片列2與下部鰭片列3於中心角中偏移10°。即,於平面圖(第1A圖)中,係配置成:於鄰接的2片上部冷卻鰭片4之中間,可看到下部冷卻鰭片5。
又,上部鰭片列2與下部鰭片列3於平面圖(第1A圖)中,配置成所謂的甜圈(doughnut)形,於上部鰭片列2與下部鰭片列3之中心,形成有垂直空氣流路6。垂直空氣流路6係以中心軸X為中心之圓柱狀之空洞,且自散熱器1之下表面貫穿至上表面為止。換言之,上部冷卻鰭片4與下部冷卻鰭片5係呈放射狀地排列於垂直空氣流路6之周圍。
又,於上部鰭片列2與下部鰭片列3之間,配置有第一圓筒構件7與第二圓筒構件8。第一圓筒構件7與第二圓筒構件8均是以中心軸X為中心之圓筒狀之金屬製構件,作為機械地結合上部鰭片列2與下部鰭片列3並且導熱地連結兩者之層間環狀構件而發揮功能。
於下部鰭片列3之下方,配置有環狀構件9。環狀構件9係與下部鰭片列3機械地結合之金屬製構件,且是與散熱器1之冷卻對象導熱地連結之構件。即,環狀構件9作為接受冷卻對象之排熱之受熱構件而發揮功能。於本實施形態中,面狀熱管10導熱地接觸環狀構件9之下表面,於面狀熱管10之下表面中央,例如安裝有LED之類的發熱元件11(冷卻對象)。因此,由發熱元件11產生之熱通過面狀熱管10導熱至環狀構件9,進而自環狀構件9通過下部鰭片列3、第一圓筒構件7及第二圓筒構件8導熱至上部鰭片列2,並自下部鰭片列3與上部鰭片列2導熱至環境、即周圍之空氣中。
散熱器1係將第2A圖及第2B圖所示之上部模組12與第2C圖 及第2D圖所示之下部模組13予以組合而構成。
上部模組12係對金屬原材料進行鍛造而形成,如第2A圖與第2B圖所示,具備18片上部冷卻鰭片4、即上部鰭片列2與第一及第二圓筒構件7、8。又,於上部模組12中,上部冷卻鰭片4係與第一及第二圓筒構件7、8組合成格子狀,且機械地結合。再者,於鄰接的上部冷卻鰭片4之間,形成有放射狀空氣流路14。因此,於上部鰭片列2中,形成有18條放射狀空氣流路14,以連通垂直空氣流路6與下部鰭片列3之外側。
下部模組13亦係對金屬原材料進行鍛造而形成,如第2C圖與第2D圖所示,具備18片下部冷卻鰭片5、即下部鰭片列3與環狀構件9。又,於下部模組13中,下部冷卻鰭片5之下端抵接於環狀構件9,且機械地結合。於鄰接的下部冷卻鰭片5之間,亦形成有放射狀空氣流路15。因此,於下部鰭片列3中,形成有18條放射狀空氣流路15,以連通垂直空氣流路6與下部鰭片列3之外側。
由於如此般構成,因此於散熱器1中,激發起第3A圖及第3B圖所示之冷卻空氣之流動。再者,於第3A圖及第3B圖中,附箭頭之曲線係表示流入、流出散熱器1之冷卻空氣之流線。
即,上部鰭片列2與下部鰭片列3於中心角中偏移10°,因此如第3A圖所示,自散熱器1之下方流入並沿下部冷卻鰭片5之表面流動而自下部冷卻鰭片5受熱後溫度上升之冷卻空氣,通過上部冷卻鰭片4之間而逸至散熱器1之上方。又,遠離下部冷卻鰭片5之位置,即通過鄰接的2片下部冷卻鰭片5之間而流動的冷卻空氣幾乎不會自下部冷卻鰭片5受熱,而直接以低溫之狀態流入上部鰭片列2,並沿上部冷卻鰭片4之表面流動,自上部 冷卻鰭片4受熱而逸至散熱器1之上方。即,於上部鰭片列2與下部鰭片列3之任一者中,均由低溫之冷卻空氣流入,因此可效率良好地散熱(冷卻)。
又,如第3B圖所示,自散熱器1下方流入之冷卻空氣之一部分如前所述,通過下部鰭片列3與上部鰭片列2而逸至散熱器1之上方,剩餘的部分流向垂直空氣流路6,並通過垂直空氣流路6而逸至散熱器1之上方。又,自下部鰭片列3之側方流入鄰接的2片下部冷卻鰭片5之間之放射狀空氣流路15(參照第2C圖)的冷卻空氣之一部分通過上部鰭片列2而逸至散熱器1之上方,剩餘的部分流向垂直空氣流路6,並通過垂直空氣流路6而逸至散熱器1之上方。自上部鰭片列2之側方流入鄰接的2片上部冷卻鰭片4之間之放射狀空氣流路14(參照第2A圖)的冷卻空氣之一部分逸至散熱器1之上方,剩餘的部分流向垂直空氣流路6,並通過垂直空氣流路6而逸至散熱器1之上方。如此,於散熱器1中,無冷卻空氣停滯之部分、即死胡同、死角之類的形狀,因此可效率良好地散熱(冷卻)。
此外,為確認散熱器1之性能,進行數值模擬,即:假設如上所述之13種模型(模型No.1~13),以推定總熱阻。又,為進行比較,對於專利文獻2中揭示之先前技術的散熱器之模型(先前品)亦進行數值模擬。
No.1:初始模型
No.2:沿半徑方向與高度方向擴大鰭片,減小內徑,使外徑與初始模型大致相同的模型。
No.3:沿半徑方向與高度方向擴大鰭片,使內徑與初始模型相同,加大外徑的模型。
No.4:不改變鰭片之高度,沿半徑方向擴大鰭片,使內徑與初始模型 相同的模型。
No.5:加高鰭片,使內徑及外徑與初始模型相同的模型。
No.6:以No.4模型為基礎,僅使下段之鰭片加高50mm的模型。
No.7:以No.4模型為基礎,使環部之厚度增加的模型。
No.8:以No.4模型為基礎,使下段、上段鰭片之高度各自增加25mm的模型。
No.9:以No.8之模型為基礎的變形模型。
No.10:以No.9之模型為基礎,將鰭片之片數由24片變更為18片的模型。
No.11:以No.10之模型為基礎的變形模型。
No.12:以No.11之模型為基礎的變形模型。
No.13:以No.11之模型為基礎的變形模型。
先前品:為專利文獻2中揭示之散熱器,且具有與No.2-5之模型大致相同之鰭片面積的模型。
將模型No.1~13及先前品之尺寸等示於表1。再者,對於表1所示之尺寸等之含義,請參照第4圖。
[表1]
由表1可明確的是,模型No.1~13之尺寸(外徑與高度)均小於先前品。又,除模型No.6與8以外的各模型之散熱部重量小於先前品。
將數值模擬之結果示於表2。又,第5圖與第6圖表示將冷卻鰭片之合計面積及散熱器之散熱部重量分別設為橫軸,將數值模擬之結果(總熱阻)設為縱軸的圖表。
[表2]
由表2可明確的是,模型No.1~13之熱阻均為先前品之70%以下。即,本發明之散熱器之熱阻小於先前型之散熱器,散熱性優異。又,由第5圖可明確的是,若加大鰭片面積,則總熱阻存在變小的傾向,即使冷卻鰭片之面積等同於先前型之情形時,熱阻亦只有先前型之一半左右。又, 模型No.2~5之鰭片面積雖大致相同,但就總熱阻而言,模型No.4為最小。由此可理解,若鰭片面積為大致相同,則當加大鰭片之外徑時,總熱阻將變小。換言之,可知:增加鰭片之半徑以擴大冷卻鰭片面積之做法,比起增大鰭片之高度以擴大冷卻鰭片面積之情形,總熱阻之降低效果高。考慮其原因在於:即使加大鰭片之高度,冷卻空氣沿鰭片表面上升之邊界層流動亦活躍,接觸鰭片之冷卻空氣之平均溫度上升。又,即使加厚鰭片之板厚,總熱阻降低效果亦低。考慮其原因在於:內部熱阻之減少不會對總熱阻之減少造成大的影響。因此,考慮較為理想的是:保持板厚而使鰭片面積增加,或者減小板厚,而使輕薄的重量運用於鰭片面積之增加。
又,由於散熱器之重量與冷卻鰭片之面積大致成正比,因此如第6圖所示,若重量變大,則熱阻變小,而重量與先前品為同程度,熱阻為先前型之一半左右。
又,若鰭片列以相對於環狀構件9而懸挑之方式配置,則散熱器1之熱阻減少。換言之,於自上方俯視散熱器1時,若以構成鰭片列之複數個冷卻鰭片之外側、即位於垂直空氣流路6外側之端部較環狀構件9之外緣進一步向外側、即遠離垂直空氣流路6之方向突出之方式而配置,則散熱器1之性能提高。
為驗證懸挑之效果,設定鰭片面積不同的3種類型的冷卻鰭片列,於各類型中設定懸挑量不同的4種模型(實施例1、2、比較例1、2),即設定合計12種模型,計算出各模型之熱阻等。
計算中所用之冷卻鰭片列之類型為以下之3種類型。
類型1:具有18片寬40mm、高60mm之冷卻鰭片。
類型2:具有18片寬50mm、高60mm之冷卻鰭片。
類型3:具有18片寬55mm、高60mm之冷卻鰭片。
再者,冷卻鰭片之原材料均為銅,板厚為3mm。
對於上述3種類型之冷卻鰭片列,設定冷卻鰭片列懸挑之2種模型即實施例1、2與不懸挑之2種模型即比較例1、2。
[實施例1]
第9圖係表示實施例1之散熱器21之外形之立體圖。如第9圖所示,散熱器21包含:冷卻鰭片列23,包含呈放射狀地排列的18片冷卻鰭片22;以及環狀構件24,導熱地接觸冷卻鰭片列23之下表面,且冷卻鰭片列23(冷卻鰭片22)被固定於環狀構件24。再者,環狀構件24之原材料為鋁,板厚為8mm。
如第10圖所示,冷卻鰭片列23與環狀構件24係呈同心配置,冷卻鰭片列23相對於環狀構件24而懸挑。即,冷卻鰭片列23之外徑Do大於環狀構件24之外徑Dbo。換言之,於自上方俯視散熱器21時,冷卻鰭片22外側之端部位於環狀構件24之外緣更外側(遠離冷卻鰭片列23與環狀構件24之中心之一側)。再者,Di為冷卻鰭片列23之內徑,相當於垂直空氣流路6(參照第1C圖)之直徑。又,於環狀構件24之中心部開設有中心孔25,Dbi為中心孔25之直徑(內徑)。
如第11圖所示,散熱器21係被安裝於例如LED基板之類的發熱體26而使用。發熱體26被導熱地安裝於環狀構件24之下表面,中心孔25由發熱體26予以堵塞。再者,H係表示冷卻鰭片列23(冷卻鰭片22)之高度之符號。
[實施例2]
第一2圖係實施例2之散熱器27之立面圖。散熱器27之基本結構及原材料係與散熱器21相同,但不同之處在於:冷卻鰭片列23相對於環狀構件24之懸挑比散熱器21小。即,冷卻鰭片列23之外徑Do與環狀構件24之外徑Dbo之差比散熱器21小。
[比較例1]
第13圖係比較例1之散熱器28之立面圖。散熱器28之基本結構及原材料亦與散熱器21相同,但不同之處在於:冷卻鰭片列23相對於環狀構件24未懸挑。冷卻鰭片列23之外徑Do與環狀構件24之外徑Dbo相等。
[比較例2]
第14圖係比較例2之散熱器29之立面圖。散熱器29之基本結構及原材料亦與散熱器21相同,但不同之處在於:環狀構件24之外徑Dbo大於冷卻鰭片列23之外徑Do。
[類型1之各模型]
類型1之各模型之主要尺寸如下。
[表3]
[類型2之各模型]
類型2之各模型之主要尺寸如下。
[類型3之各模型]
類型3之各模型之主要尺寸如下。
[表5]
對於上述3種類型之12個模型進行數值模擬,獲得如下結果。再者,於數值模擬中,假定環境溫度為298.15°K(25℃),發熱體26之發熱量為70W。又,下表之「發熱體溫度」,是指發熱體26之發熱量與散熱器21、27~29之散熱量均衡時的發熱體26之下表面中心之溫度。
又,將上述12個模型之重量與熱阻之關係示於第15圖。根據第15圖可知,依類型1、2、3之順序,熱阻變小。即,可知:若加大冷卻鰭片列之表面積,則熱阻將變小。又,可知:於同類型之模型中,實施例1之熱阻為最小。即,可知:若使冷卻鰭片列23相對於環狀構件24而懸挑,則熱阻下降。其原因在於:位於散熱器21下方之空氣通過懸挑部而流入冷卻鰭片列23中,從而效率良好地對冷卻鰭片列23進行冷卻。再者,對於通 過懸挑部而流入冷卻鰭片列23之中的空氣之流線,請參照第3B圖。
又,根據第15圖,可知:若使冷卻鰭片列23相對於環狀構件24而懸挑,則散熱器21之重量變輕。即,可知:若使冷卻鰭片列23相對於環狀構件24而懸挑,則不僅可減小散熱器21之熱阻,亦有助於散熱器21之輕量化。
以上,對本發明之具體實施形態進行了說明,但本發明之技術範圍並不限定於此。只要在申請專利範圍所記載之技術思想之範圍內,便可自由地進行應用變形或改良實施。
例如,散熱器1並不限於將2段冷卻鰭片列重疊而成者。如第7圖所示,亦可僅由1段冷卻鰭片列構成散熱器1。又,散熱器1之形狀並不限定於第1圖至第3圖所示的、整體上構成為圓柱形者。可進行各種變形。又,如第8圖所示,亦可以散熱器1之平面形內切於長方形之方式,整體上構成為稜柱形。又,垂直空氣流路6之平面形(剖面形)並不限於圓形。
又,於上述實施形態之說明中,作為受熱構件之具體例,示出了環狀構件9或環狀構件24,但受熱構件並不限定於具有環狀之平面形者。即,受熱構件並不限於中央具有開口者。亦可為不具有開口之平板(例如圓板)。或者,亦可以其他構件堵塞開口。
散熱器1等之原材料當然可根據用途或使用環境來任意選擇。
再者,本發明係獨立行政法人新能量.產業技術綜合開發機構於平成23年先導之與產業技術創作事業相關的「借助低功耗型高亮度.小型LED水中照明之低環境負荷型燈火漁業之實證研究」之成果。
本申請案係基於並主張於2012年5月31日申請之包含說明書、申請專利範圍、附圖及摘要的日本專利申請案2012-125170號之優先權。該原始專利申請案之揭示內容的全文以參照之方式併入本申請案中。
[產業上之可利用性]
本發明係作為散熱器而有用,該散熱器被安裝於電子機器等,將自電子元件等產生的熱散發至環境,以冷卻該電子元件。
1‧‧‧散熱器
4‧‧‧上部冷卻鰭片
5‧‧‧下部冷卻鰭片
6‧‧‧垂直空氣流路
7‧‧‧第一圓筒構件
8‧‧‧第二圓筒構件
9‧‧‧環狀構件

Claims (5)

  1. 一種散熱器,其特徵在於包含:一垂直空氣流路;複數冷卻鰭片,以包圍該垂直空氣流路之周圍之方式而呈放射狀地配置;複數放射狀空氣流路,形成於鄰接的該等冷卻鰭片之間;其中,該等放射狀空氣流路係以連通該等冷卻鰭片外周之空間與該垂直空氣流路之方式而形成。
  2. 如請求項1所述之散熱器,其包含:一受熱構件,導熱地連結於冷卻對象物,並且接觸該等冷卻鰭片之下表面,以機械地結合該等冷卻鰭片。
  3. 如請求項2所述之散熱器,其中,於自上方俯視該散熱器時,該等冷卻鰭片外側之端部較該受熱構件之外緣進一步向外側突出。
  4. 如請求項1、2或3所述之散熱器,更包含:複數上述冷卻鰭片之組;其中,該等冷卻鰭片之組係上下積層,並且以上層之冷卻鰭片位於下層之放射狀空氣流路之上之方式,繞中心軸偏移地配置。
  5. 如請求項4所述之散熱器,更包含:一層間環狀構件,位於上下積層而鄰接的該等冷卻鰭片之組之間,機械地結合並且導熱地連結兩者。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6372845B2 (ja) * 2014-01-16 2018-08-15 国立大学法人 鹿児島大学 ヒートシンク
JP6964337B2 (ja) * 2017-11-29 2021-11-10 かがつう株式会社 ヒートシンク及び電子部品パッケージ
KR101936574B1 (ko) * 2018-05-21 2019-01-09 스티븐 상근 오 상변화 기구변형 냉각장치
JP6717878B2 (ja) * 2018-05-22 2020-07-08 三菱電機株式会社 照明器具
KR102065508B1 (ko) * 2018-09-12 2020-01-13 스티븐 상근 오 상변화 기구변형 냉각장치
CN109548381B (zh) * 2018-12-21 2020-07-10 华中科技大学 一种放射状肋片表面有凸起的散热器
DE102020210454A1 (de) 2019-08-27 2021-05-12 Motional AD LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware) Kühllösungen für autonome Fahrzeuge
DE102020121532A1 (de) * 2019-08-29 2021-03-04 Motional AD LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware) Sensorgehäuse
CN113432097A (zh) * 2021-06-29 2021-09-24 深圳市海洋王照明工程有限公司 散热结构件及灯具

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4715438A (en) * 1986-06-30 1987-12-29 Unisys Corporation Staggered radial-fin heat sink device for integrated circuit package
JPH0629148U (ja) * 1992-07-23 1994-04-15 株式会社神戸製鋼所 半導体パッケージ用のヒートシンク
JPH09213849A (ja) * 1996-01-29 1997-08-15 Toyo Electric Mfg Co Ltd 液冷用ヒートシンクの冷却装置
JP3982121B2 (ja) * 1999-10-01 2007-09-26 三菱電機株式会社 ヒートシンク装置
JP3510867B2 (ja) * 2001-06-15 2004-03-29 日本ブロアー株式会社 フィン付き放熱器
JP2004235171A (ja) * 2003-01-28 2004-08-19 Yoshiyasu Sasa ヒートシンクを備えた冷却装置
US20040190245A1 (en) * 2003-03-31 2004-09-30 Murli Tirumala Radial heat sink with skived-shaped fin and methods of making same
JP2007273868A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Fujikura Ltd ヒートシンク
JP2009283672A (ja) * 2008-05-22 2009-12-03 Yaskawa Electric Corp 電子機器冷却装置

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