CN101394730A - 分形散热器 - Google Patents

Abstract

一种新型的电子设备散热器，将放射状散热器的肋片设计成具有分形特征的树状分叉形状。通过分叉产生了越来越多的分支，使得与外界对流换热面积大幅度增加，对流换热效果增强。作为具体的实施方式，散热片上可带有纵横切口，热沉块下端略高于散热片。本发明的有益效果：1)能充分利用肋片沿径向的外端的较大空间，安排更多分支肋片，提高换热表面面积；2)由于肋片外端处的肋片间隙变小，具有屏蔽效应，减少肋片间气流旁通量，更多气流从散热器上部流经肋片从肋片下端排出。3)能充分利用风扇出口叶片顶部流速较大流体参与对流换热。

Description

分形散热器

技术领域

本发明涉及采用空气强迫对流方式冷却的散热装置，特别是一种分形结构肋片的电子设备放射状散热器.本发明可用于电力电子设备空气强迫对流冷却***的散热器高效散热设计，特别是电脑CPU散热器.

背景技术

在个人计算机中，伴随中央处理器高发热量会引起***的稳定性及可靠度降低问题的日益突出，使得CPU散热成为热设计难点.由于成本和可靠性方面要求，采用风扇和散热器组件的空气强迫对流冷却方式被广泛使用.

风扇冲击射流在局部冷却及快速散热等方面具有绝对优势，配合放射状太阳花散热器对高功率电子元件进行冷却，是解决散热问题的有效途径.但是放射状结构具有以下缺陷：

1)肋片根部半径小于肋片顶部半径，对于一定厚度的肋片，允许在肋片根部安装的肋片数目有限，造成总体的肋片换热面积有限；

2)肋片根部肋片排列紧密，流动阻力较大，肋片顶部肋片间距较大，流阻较小.当气流进入肋片间距时，加上风扇旋转离心力作用气流容易从阻力较小的肋片顶部旁通，造成实际与肋片表面接触的气流流量减小，导致对流换热效果变差.所以需要对肋片形状改进，以提高肋片的利用率和增加实际挤过肋片间的气流流量.

发明内容

针对传统设计技术的上述缺点，本发明人设计了一种新型的电子设备散热器.本发明的技术方案基于分形结构特征，将放射状散热器的肋片设计成具有分形特征的树状分叉形状.通过分叉产生了越来越多的分支，使得与外界对流换热面积大幅度增加，对流换热效果增强.

为了达到上述的发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种分形肋片放射状散热器，它包括分形结构散热片和热沉块，其结构特点是，肋片基于分形结构特征.

根据本发明的一个方面，提供了一种散热器，包括一个热沉块和从热沉块大体沿着径向向外延伸的多个散热肋片，其特征在于：至少一部分所述散热肋片具有分形结构。

根据本发明的另一个方面，提供了一种散热器，其中在所述热沉块靠近热源的一端，热沉块略长于所述散热肋片，以在热沉块的靠近热源的所述一端附近形成一个无肋片的空间。

根据本发明的又一个方面，提供了一种散热器，该散热器用于与设置在所述热沉块的远离热源的一端的风扇配合工作，以借助风扇所驱动的气流，从散热肋片和热沉块带走热量。

根据本发明的又一个方面，提供了一种散热器，其中所述具有分形结构的散热肋片上设置有切口。

根据本发明的又一个方面，提供了一种散热器，其中所述具有分形结构的散热肋片包括至少一级分支，且每个分支具有以下分支形式中的至少一种：

a)一分为二，以及

b)一分为三。

为了进一步实现本发明的目的，还可以通过以下技术方案来完成：分形结构散热片围绕在热沉块周围，散热片上有纵横切口，热沉块下端略高于散热片，分形电子设备散热器整体外形为放射状.

本发明能够产生的有益效果：1)能充分利用肋片沿径向的外端处的较大空间，安排更多分支肋片，提高换热表面面积；2)由于肋片沿径向的外端处的肋片间隙变小，具有屏蔽效应，减少了肋片间气流旁通量，使更多气流从散热器上端流经肋片从肋片下端排出.3)能充分利用风扇出口叶片顶部流速较大流体参与对流换热.

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明.

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的一种风扇和散热器结构的总体示意图；

图2为图1所示的实施例的分形散热器结构的等视图；

图3为图2所示的实施例的分形散热器结构的上视图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的分形肋片的结构，其具有3级的2分叉结构；

图5显示了根据本发明的一个实施例的分形肋片的结构，其具有3级的3分叉结构；

图6显示了根据本发明的一个实施例的分形肋片的结构，其具有不规则分叉结构.

具体实施方式

图1为根据本发明的一个实施例的一种风扇和散热器结构的总体示意图。在图1所示的本发明的实施例中，分形型电子设备散热器2与风扇1相配合使用。

图2进一步显示了图1所示的实施例的分形散热器结构的结构。如图2所示，在本发明的该实施例中，分形型电子设备散热器包括热沉块3和分形散热肋片4，其中肋片4具有分形结构.中心吸热热沉块3是圆柱形状，热沉块3可以采用诸如铝或者铜材料的导热材料.采用诸如铝或铜材料的导热材料制成的分形散热肋片4围绕在热沉块3周围。

作为一种优选但非限定性的具体实施例，如图2所示，在散热肋片4上优选地开有切口5，以便利沿着径向的空气流动。在图2所示的具体但非限定性的实施例中，切口5包括在散热肋片4的外缘上的切口和在肋片4的第一级分支上的切口；在肋片4的外缘上的切口相对于热沉块3的轴是大体横向延伸的，而在肋片的第一级分支上的切口则是大体沿着热沉块3的轴向延伸的。

作为一种优选的实施例，热沉块3的下端略长于散热肋片4，以在热沉块底部形成供空气流动的无肋片的空间。这种分形电子设备散热器的整体外形为放射状.

图3为图2所示的实施例的分形散热器结构的上视图。如图3所示，该实施例具有2级的两分叉结构，即，一个肋片先一分为二成两个分支，每个分支再各自二次分叉成两个分支，最终一个肋片总共分为4个分支。

图4显示了根据本发明的另一个实施例的分形肋片的结构，其与图3所示的实施例的不同，在于它具有3级的2分叉结构，即每个肋片最终分成了8个分支。

图5显示了根据本发明的又一个实施例的分形肋片的结构，其具有大致3级的3分叉结构。需要注意的是，图5中中间的一次分支只有二次分支，而两边的两个一次分支不仅有二次分支，而且还有三次分支。这样设计的目的，是为了避免分支过多而造成中间分支处的肋片过于密集。

图6显示了根据本发明的一个实施例的分形肋片的结构，其具有不规则分叉结构。和图2-5显示的以类几何级数增加的肋片分支结构不同，图6的不规则分叉结构中的分支肋片数可以是非几何级数，尤其是，其分支肋片数可以随半径的延伸而线性增加，从而是分支肋片数的增加和这些分支肋片所处空间的体积的增加相一致；该空间体积(ΔV)和半径R成线性关系，即

ΔV∝RxΔR

在本发明中，能充分利用肋片顶部(即肋片沿径向向外的一侧部分)的较大空间，安排更多分支肋片，提高换热表面面积。

进一步地，由于肋片顶部肋片间隙变小，对风扇驱动的气流具有屏蔽效应，而减少了肋片间气流的径向通量，使更多气流从散热器上部沿着热沉的轴向(纵向)向下流经肋片，从肋片下端排出.这种沿着热沉纵向的气流流动，对于散热是有利的。为了更有利于这种纵向气流流动，如图2所示，作为一种优选的实施例，热沉块3的下端略长于散热肋片4，以在热沉块3的底部形成供空气流动的无肋片的空间，以更加便于到达热沉块底部的气流沿着径向散开。

再进一步地，作为调控气流沿着热沉的轴向和径向的流动的一种手段，如图2所示，作为一个具体实施方式，在散热肋片4上开有纵和横切口5，以便利沿着径向的空气流动。另外开切口有助于消除流体边界层的影响，提高对流换热系数。

本发明的另一个有益效果，是能充分利用风扇出口叶片顶部流速较大流体参与对流换热.

设计时，首先确定中心圆柱热沉块高度和半径，然后根据图4或5设计肋片分形剖面(N*M结构)，通过纵向拉伸形成单个分形肋片，沿圆周方向复制可以确定整体结构.

制作时，可以先制作具有分形结构的刀具，通过对材料的拉伸切除可以整体制造出分形散热器.

值得说明的是，按照上述的技术方案，所采用的分形肋片数量和厚度优选地应视CPU的功率和风扇而定，CPU的功耗和风扇功率大则肋片数也应当相应增加.由此形成的技术方案也属本发明的保护范围.

Claims (5)

1.一种散热器，包括一个热沉块(3)和从热沉块大体沿着径向向外延伸的多个散热肋片(4)，其特征在于：

至少一部分所述散热肋片具有分形结构。

2.如权利要求1所述的散热器，其中在所述热沉块(3)靠近热源的一端，热沉块(3)略长于所述散热肋片(4)，以在热沉块的靠近热源的所述一端附近形成一个无肋片的空间。

3.如权利要求1所述的散热器，该散热器用于与设置在所述热沉块(3)的远离热源的一端的风扇(1)配合工作，以借助风扇(1)驱动的气流从散热肋片(4)和热沉块(3)带走热量。

4.如权利要求1或3所述的散热器，其中所述具有分形结构的散热肋片上设置有切口(5)。

5.如权利要求1或3所述的散热器，其中所述具有分形结构的散热肋片(4)包括至少一级分支，且每个分支具有以下分支形式中的至少一种：

a)一分为二，以及

b)一分为三。

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