РАДИАТОР И ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2003 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к радиатору и, в частности, к радиатору, используемому для охлаждения интегральных схем, лазерных устройств, электрических или электронных устройств, и к охлаждающему устройству, содержащему такие радиаторы.

Известные радиаторы содержат пластину, изготовленную в основном из алюминия и имеющую на верхней поверхности охлаждающие ребра или штыри, непосредственно контактирующие с корпусом, внутри которого размещены интегральные схемы, для увеличения теплопередачи между корпусом и окружающей средой, уменьшая при этом температуру соединений схемы.

В последние годы наблюдается увеличение в геометрической прогрессии размеров и мощности интегральных схем, а известные радиаторы не способны рассеивать тепло, генерируемое этими новыми схемами. Следовательно, необходимо создать новые радиаторы, содержащие осевой охлаждающий вентилятор, расположенный над ребрами и предназначенный для увеличения теплообмена между радиатором и окружающим воздухом.

Для уменьшения размеров радиатора и оптимизации его термической эффективности такой охлаждающий вентилятор размещают непосредственно над охлаждающими ребрами, поэтому воздушный поток, создаваемый вентилятором, поступает на теплопроводную пластину перпендикулярно к ней. Возникающие при этом турбулентность и потери давления в значительной степени снижают теплопередачу и, следовательно, эффективность работы радиатора. Помимо этого, центральная часть известных радиаторов нагрета в большей степени, а расход воздуха, поступающего от вентилятора в эту зону, уменьшается. Фактически, исходя из требований относительно размеров занимаемого пространства, двигатель вентилятора размещают в ступице ротора с лопатками, генерирующего воздушный поток, который стремится наружу, не воздействуя на столб воздуха между ступицей ротора и пластиной.

Для преодоления таких недостатков необходимо использовать вентилятор с ротором большего размера и с двигателем большей мощности, но такое решение приводит к увеличению размеров и повышению уровня шума радиатора, при этом также возникают известные проблемы, когда вентилятор используют внутри электронного устройства.

Целью настоящего изобретения является создание радиатора, свободного от указанных недостатков, т. е. радиатора, который работает бесшумно, имеет малые размеры и обеспечивает высокую теплопередачу от теплопроводной пластины в окружающий воздух.

Эта цель достигается тем, что в радиаторе, содержащем, по меньшей мере, теплопроводную пластину, накладываемую на охлаждаемую поверхность, согласно изобретению толщина пластины увеличивается от кромок к центральной части, благодаря чему воздушный поток, поступающий на теплопроводную пластину, отклоняется в сторону кромок, принимая, по существу, горизонтальное направление на выходе.

Толщина теплопроводной пластины может постепенно увеличиваться от кромок к центральной части в соответствии с криволинейным профилем, вогнутым кверху.

Касательная к криволинейному профилю вблизи кромок теплопроводной пластины может проходить, по существу, горизонтально.

Касательная к криволинейному профилю вблизи центральной части теплопроводной пластины может проходить, по существу, вертикально.

Радиатор может содержать множество ребер охлаждения, распределенных по теплопроводной пластине. Ребра охлаждения могут проходить, по существу, радиально от центральной части до кромок теплопроводной пластины.

Ребра охлаждения могут быть выполнены закругленными. Радиус кривизны ребер охлаждения может возрастать от внутренней части к наружной части теплопроводной пластины.

Соединительная кромка между ребрами охлаждения и теплопроводной пластиной может быть выполнена закругленной.

Верхняя передняя кромка ребер охлаждения может быть выполнена закругленной.

Радиатор может быть выполнен в виде единого изделия.

Над теплопроводной пластиной может быть расположен вентилятор, имеющий ротор, снабженный лопатками, нагнетающими воздух, поступающий, по существу, перпендикулярно к теплопроводной пластине.

Вентилятор может представлять собой вентилятор аксиального типа, и его ось может быть перпендикулярна теплопроводной пластине и проходить через ее центр, и двигатель может быть вставлен в ступицу ротора. Центральная часть теплопроводной пластины может быть выполнена круглой и может иметь диаметр, по существу, равный диаметру ступицы ротора вентилятора.

Радиатор может иметь диффузорное соединение, предназначенное для направления потока воздуха, поступающего от вентилятора на верхнюю поверхность теплопроводной пластины, и расположенное между вентилятором и теплопроводной пластиной.

Радиатор может иметь впускное средство для воздуха, содержащее центральный свод, диаметр которого, по существу, равен диаметру ступицы ротора вентилятора, и расположенное над вентилятором.

Нижняя часть теплопроводной пластины может содержать, по меньшей мере, теплоприемную опору.

Охлаждающее устройство может содержать, по меньшей мере, охлаждающий вентилятор, связанный воздушным каналом с множеством радиаторов, выполненных вышеуказанным образом.

Благодаря специальному профилю верхней части теплопроводной пластины радиатора, согласно настоящему изобретению воздушный поток, попадающий на пластину, по существу, перпендикулярно ей, отклоняется в сторону крайней части, получая, по существу, горизонтальное направление на выходе, в результате улучшаются аэродинамические характеристики радиатора. Помимо этого, увеличенная толщина центральной части теплопроводной пластины повышает теплоемкость и теплопроводность, благодаря чему большее количество тепла, которое выделяется в центральной части интегральной схемы, усредняется, проводится и распределяется через верхнюю поверхность радиатора. Увеличенная теплоемкость теплопроводной пластины также благоприятна, поскольку позволяет абсорбировать возможные резкие изменения количества тепла, связанные с мгновенным повышением интенсивности работы интегральной схемы. И наконец, поскольку центральная часть теплопроводной пластины относительно толстая, в ней можно выполнить полость, в которой размещается термодатчик безопасности работы.

Другое преимущество радиатора по настоящему изобретению заключается в том, что форма и расположение ребер охлаждения способствуют улучшению аэродинамических характеристик, а значит, теплообмена радиатора. Фактически теплопроводная пластина и ребра охлаждения совместно образуют элемент, который благодаря конструкции, аналогичной конструкции ротора центробежных насосов, позволяет получить наилучшую схему течения воздуха, обеспечивающую охлаждение радиатора.

Дальнейшие преимущества и отличительные признаки радиатора по настоящему изобретению будут выявлены из следующего описания некоторых вариантов его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет вид сбоку радиатора согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, с разрезом его правой части;
фиг. 2 - вид сверху теплопроводной пластины радиатора, показанного на фиг.1;
фиг. 3 - вид сбоку радиатора согласно второму варианту реализации настоящего изобретения с разрезом его правой части.

Как показано на фиг.1, радиатор по первому варианту реализации изобретения содержит пластину 1, закрепленную, например, зажимами (не показаны на чертеже) на верхней поверхности корпуса 2, вмещающего интегральную схему 3. Толщина пластины 1 постепенно увеличивается от кромок 4 к центральной части 5 в соответствии с криволинейным профилем 6, вогнутым кверху. Центральная часть 5 выполнена предпочтительно круглой и полой для размещения в ней термодатчика (не показан на чертеже) в соответствии с криволинейным профилем 6, вогнутым кверху. В данном радиаторе поток воздуха (показанный стрелками) поступает на пластину 1, по существу, перпендикулярно к ней, и далее он отклоняется к кромкам 4, выходя из них, по существу, горизонтально (также показано стрелками). Для этого касательные к криволинейному профилю 6 вблизи кромок 4 и центральной части 5 проходят горизонтально и вертикально соответственно.

Как показано на фиг.2, на пластине 1 расположено множество ребер 7 охлаждения, проходящих, по существу, радиально от центральной части 5 к кромкам 4 пластины 1 и выполненных, преимущественно, закругленными с возрастающим радиусом кривизны от внутренней части к наружной части пластины 1. Соединительная кромка 8 между ребрами 7 охлаждения и теплопроводной пластиной 1, а также верхняя передняя кромка 9 ребер 7 выполнена преимущественно закругленной для более значительного улучшения аэродинамических характеристик радиатора.

Воздушный поток, попадающий в радиатор по данному изобретению, может создаваться внешними вентиляторами и направляться на теплопроводную пластину по воздушным каналам или, как в настоящем изобретении, он может создаваться осевым вентилятором 10 известного типа, содержащим ротор с лопатками 11, который приводится во вращение двигателем 12, расположенным в ступице 13 ротора. Вентилятор 10 установлен над пластиной 1 в ее центре. Ось вентилятора 10 проходит через центр пластины 1 перпендикулярно ей. Для улучшения неразрывности потока воздуха диаметр ступицы 13 преимущественно выбирают равным диаметру центральной части 5 пластины. В другом варианте радиатора по данному изобретению часть ступицы 13 может входить в полость центральной части 5 для уменьшения размеров радиатора.

Радиатор имеет диффузорное соединение 14, преимущественно изготовленное из эластичного материала для поглощения вибрации двигателя 12 и предназначенное для направления воздушного потока, поступающего от вентилятора 10 по всей верхней поверхности между вентилятором 10 и теплопроводной пластиной 1. Диффузорное соединение 14 не только улучшает аэродинамические характеристики радиатора, но и позволяет расположить лопатки 11 не слишком близко к ребрам 7, избегая появления вредного "эффекта сирены".

Впускное средство 15 для воздуха расположено над вентилятором 10 и содержит центральный свод 16, диаметр которого, по существу, равен диаметру ступицы 13 и который способствует улучшению аэродинамических характеристик радиатора. Эластичное кольцо 17 вставлено между ступицей 13 и центральной частью 5 для выравнивания воздушного потока и поглощения вибрации двигателя 12.

Для изготовления теплопроводной пластины 1 радиатора по данному изобретению можно использовать соответствующий теплопроводный материал, который применяют для изготовления радиаторов обычного типа, например алюминий.

В другом варианте, показанном на фиг.3, нижняя часть пластины 1 может быть снабжена одним или несколькими теплоприемными опорами 18, предназначенными для рассеивания тепла, генерируемого малоразмерными устройствами, например лазерными диодами 19, наружный размер которых значительно меньше размеров нижней поверхности пластины 1.

Несколько радиаторов можно использовать для изготовления охлаждающего устройства, содержащего один или несколько вентиляторов, которые соединяются через воздушный канал с вышеописанными радиаторами.

Изобретение относится к радиаторам для охлаждения интегральных схем. Радиатор содержит теплопроводную пластину, накладываемую на охлаждаемую поверхность, причем толщина пластины постепенно увеличивается от кромок в сторону центральной части в соответствии с криволинейным профилем, вогнутым кверху, благодаря чему поток воздуха, поступающий на пластину, отклоняется в сторону ее кромок, принимая, по существу, горизонтальное направление на выходе. Теплопроводная пластина имеет множество ребер охлаждения, расположенных на ней и проходящих, по существу, радиально от центральной части к кромкам пластины. Техническим результатом является создание бесшумного радиатора малых размеров с высокой теплопередачей от теплопроводной пластины в окружающий воздух. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Радиатор, содержащий, по меньшей мере, теплопроводную пластину, накладываемую на охлаждаемую поверхность, отличающийся тем, что толщина теплопроводной пластины увеличивается от кромок к центральной части, благодаря чему воздушный поток, поступающий на теплопроводную пластину, отклоняется в сторону кромок, принимая, по существу, горизонтальное направление на выходе. 2. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что толщина теплопроводной пластины постепенно увеличивается от кромок к центральной части в соответствии с криволинейным профилем, вогнутым кверху. 3. Радиатор по п.2, отличающийся тем, что касательная к криволинейному профилю вблизи кромок теплопроводной пластины проходит, по существу, горизонтально. 4. Радиатор по п.2 или 3, отличающийся тем, что касательная к криволинейному профилю вблизи центральной части теплопроводной пластины проходит, по существу, вертикально. 5. Радиатор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что содержит множество ребер охлаждения, распределенных по теплопроводной пластине. 6. Радиатор по п.5, отличающийся тем, что ребра охлаждения проходят, по существу, радиально от центральной части до кромок теплопроводной пластины. 7. Радиатор по п. 5 или 6, отличающийся тем, что ребра охлаждения выполнены закругленными. 8. Радиатор по п.7, отличающийся тем, что радиус кривизны ребер охлаждения возрастает от внутренней части к наружной части теплопроводной пластины. 9. Радиатор по любому из пп.5-8, отличающийся тем, что соединительная кромка между ребрами охлаждения и теплопроводной пластиной выполнена закругленной. 10. Радиатор по любому из пп.5-9, отличающийся тем, что верхняя передняя кромка ребер охлаждения выполнена закругленной. 11. Радиатор по любому из пп.5-10, отличающийся тем, что он выполнен в виде единого изделия. 12. Радиатор по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что над теплопроводной пластиной расположен вентилятор, имеющий ротор, снабженный лопатками, нагнетающими воздух, поступающий, по существу, перпендикулярно к теплопроводной пластине. 13. Радиатор по п.12, отличающийся тем, что вентилятор является вентилятором аксиального типа, и его ось перпендикулярна теплопроводной пластине и проходит через ее центр, а двигатель вставлен в ступицу ротора. 14. Радиатор по п.13, отличающийся тем, что центральная часть теплопроводной пластины выполнена круглой и имеет диаметр, по существу, равный диаметру ступицы ротора вентилятора. 15. Радиатор по любому из пп.12-14, отличающийся тем, что имеет диффузорное соединение, предназначенное для направления потока воздуха, поступающего от вентилятора на верхнюю поверхность теплопроводной пластины, и расположенное между вентилятором и теплопроводной пластиной. 16. Радиатор по любому из пп.12-15, отличающийся тем, что имеет впускное средство для воздуха, содержащее центральный свод, диаметр которого, по существу, равен диаметру ступицы ротора вентилятора, и расположенное над вентилятором. 17. Радиатор по любому из пп.1-16, отличающийся тем, что нижняя часть теплопроводной пластины содержит, по меньшей мере, теплоприемную опору. 18. Охлаждающее устройство, содержащее, по меньшей мере, охлаждающий вентилятор, связанный воздушным каналом с множеством радиаторов, выполненных в соответствии с любым из пп.1-17.