Радиатор
Радиатор содержит множество отдельных радиаторных пластин (2), имеющих по меньшей мере первые кромки (3), по меньшей мере части (4) которых выполнены прямыми, радиаторные пластины (2) скреплены вблизи прямых по меньшей мере частей (4) первых кромок (3) через теплопроводящие прокладки (5) друг с другом с образованием теплопоглощающей части (6), контактирующей внешней поверхностью с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента, при этом длина радиаторных пластин (2) больше длины примыкающих к ним теплопроводящих прокладок (5), а выступающие за торцы (7) теплопроводящих прокладок (5) части (8, 9) радиаторных пластин (2) выполнены расходящимися друг от друга в направлении, параллельном продольным осям прокладок. 17 з.п., 12 илл.
Полезная модель относится к устройствам для отвода тепла от электронных компонентов.
Известен тепловой пластинчатый радиатор (см. патент US 
6554060, МПК F28F 7/00, опубликован 29.04.2003), содержащий основание в виде металлической пластины, на одной стороне которой выполнены параллельные прорези, в которых закреплены радиаторные пластины. Радиаторные пластины сформированы в группы, выполненные из металлов с различной теплопроводностью.
Известный радиатор позволяет использовать радиаторные пластины из более дешевого металла на участках менее интенсивного тепловыделения, однако требует усложненной технологии изготовления.
Известен тепловой пластинчатый радиатор (см. патент US 6698500, МПК F28F 7/00, опубликован 02 марта 2004), содержащий основание в виде металлической пластины с параллельными ребрами с двух противолежащих сторон. Между внутренними противолежащими ребрами в пластине выполнены параллельные прорези, в которых закреплены радиаторные пластины из металла, теплопроводность которого отлична от теплопроводности металла пластины и ребер.
Известный радиатор обеспечивает более интенсивный теплоотвод центральной частью радиатора. Недостатком известного радиатора является достаточно сложная и трудоемкая технология его изготовления.
Известен радиатор (см. патент RU 2217886, МПК Н05К 7/20, опубликован 27.11.2003), содержащий множество отдельных радиаторных пластин, скрепленных друг с другом в их соединительной части с образованием теплопоглощающей части, контактирующей с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента. Части радиаторных пластин, противоположные теплопоглощающей части, отделены друг от друга и совместно образуют теплоотводные части. Множество радиаторных пластин скреплено друг с другом посредством крепежным средством. Между радиаторными пластинами расположено множество распорок, каждая из которых расположена между соединительными частями смежных радиаторных пластин для обеспечения зазора между теплоотводными частями радиаторных пластин.
Известный радиатор позволяет собирать из одинаковых элементов устройства различной мощности теплоотвода, однако имеет недостаточную эффективность теплообмена, связанную с различной теплоотдачей радиаторных пластин, находящихся в теплопоглащающей части, непосредственно под тепловыделяющим элементом, и на удалении от него; а также высоким аэродинамическим сопротивлением воздушному потоку на входе и выходе из радиатора.
Известен радиатор (см. патент RU 2360381, МПК H01L 23/34, опубликован 27.11.2003), содержащий множество отдельных радиаторных пластин, имеющих по меньшей мере две параллельные кромки и скрепленных вблизи этих кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом с образованием соответственно теплопоглощающей части, контактирующей с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента, и теплораспределительной части, противолежащей теплопоглощающей части.
В известном радиаторе более эффективно используется противолежащая теплопоглощающей части часть поверхности радиаторных пластин, однако при охлаждении мощных электронных компонентов теплоотвод теплопоглощающей части оказывается недостаточным.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является принятый за прототип радиатор (см. патент RU 76537, МПК Н05К 7/20, опубликован 20.09.2008) содержащий множество отдельных радиаторных пластин, имеющих по меньшей мере две параллельные кромки и скрепленных вблизи этих кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом с образованием соответственно теплопоглощающей части, контактирующей с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента, и теплораспределительной части, противолежащей теплопоглощающей части, при этом длина параллельных кромок радиаторных пластин больше длины примыкающих к ним теплопроводящих прокладок. Теплопроводящие прокладки скреплены с прямоугольными противолежащими выступами радиаторных пластин, при этом теплопроводящие прокладки установлены заподлицо с внешними кромками прямоугольных противолежащих выступов, а толщина теплопроводящих прокладок по меньшей мере на части их длины больше высоты упомянутых прямоугольных выступов.
В известном радиаторе-прототипе выступающие во внутрь один или несколько выступов прокладки или вся теплопроводящая прокладка по ее длине турбулизируют воздушный поток, что увеличивает теплоотвод. Однако использование выступающих во внутрь теплопроводящих прокладок, образующих прямой угол с направлением воздушного потока для его турбулизации оправдано лишь для определенного подобранного режима работы конкретной конструкции системы принудительного воздушного охлаждения. Увеличение скорости потока охлаждающего воздуха для повышения коэффициента теплоотдачи оребренной поверхности известного радиатора обязательно приведет к критической величине возмущающих факторов (турбулентности) в зоне теплопоглощающей части, после которой начнется резкое увеличение гидравлического сопротивления воздушного канала, вплоть до образования воздушных пробок. Таким образом, конструкция известного радиатора-прототипа, у которой теплопроводящие прокладки вызывают неконтролируемую турбулентность, не может быть использована в качестве универсального охладителя для различных систем принудительного воздушного охлаждения.
Задачей, которую решает заявляемое техническое решение, являлась разработка такого радиатора, в котором бы более эффективно использовалась его теплопоглощающая часть и обеспечивался баланс гидравлического сопротивления воздушного канала и параметры воздухообменного устройства - вентилятора.
Поставленная задача решается тем, что радиатор содержит множество отдельных радиаторных пластин, имеющих по меньшей мере первые кромки, по меньшей мере части которых выполнены прямыми. Радиаторные пластины скреплены вблизи прямых по меньшей мере частей первых кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом с образованием теплопоглощающей части, контактирующей внешней поверхностью с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента. Длина радиаторных пластин больше длины примыкающих к ним теплопроводящих прокладок. Выступающие за торцы теплопроводящих прокладок части радиаторных пластин выполнены расходящимися друг от друга в направлении, параллельном продольным осям прокладок.
В заявляемом радиаторе сечение воздушного канала на входе и выходе оказывается больше сечения над теплопоглощающей частью радиатора, что обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления радиатора и увеличение теплоотдачи за счет увеличения скорости воздушного потока над теплопоглощающей частью радиатора. Кроме того, плавное изменение сечения воздушного потока по длине радиатора предотвращает оседание пыли на пластинах радиатора. При естественном охлаждении пластин радиатора (в отсутствии вентилятора) выполнение части радиаторных пластин расходящимися друг от друга в направлении, параллельном продольным осям прокладок, создает дополнительную тягу воздуха.
Торцовые кромки выступающих за торцы теплопроводящих прокладок частей радиаторных пластин могут быть выполнены закругленными, прямыми, заостренными.
Радиаторные пластины могут выступать за торцы теплопроводящих прокладок с одной стороны или с двух сторон как симметрично, так и несимметрично.
Выступающие за торцы теплопроводящих прокладок части радиаторных пластин, расположенных по обе стороны продольной оси радиатора, могут быть выполнены в виде части цилиндрической поверхности, перпендикулярной продольной оси радиатора.
Радиаторные пластины могут иметь вторые кромки, противолежащие первым кромкам, при этом по меньшей мере части вторых кромок выполнены прямыми и параллельными прямым по меньшей мере частям первых кромок. Радиаторные пластины скреплены вблизи прямых по меньшей мере частей вторых кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом с образованием теплораспределительной части.
Радиаторные пластины и теплопроводящие прокладки могут быть скреплены друг с другом, например, припоем или теплопроводящим клеем.
Первые кромки радиаторных пластин могут иметь прямоугольные выступы, с которыми скреплены теплопроводящие прокладки. При этом теплопроводящие прокладки повторяют форму прямоугольных радиаторных пластин.
Вторые кромки радиаторных пластин могут иметь прямоугольные выступы, противолежащие прямоугольным выступам первых кромок. С прямоугольными выступами вторых кромок скреплены теплопроводящие прокладки с образованием теплораспределительной части. В этом варианте выполнения теплопроводящие прокладки повторяют форму прямоугольных выступов вторых кромок.
Радиаторные пластины могут быть сформированы по меньшей мере в две группы, выполненные из металлов с различной теплопроводностью.
По меньшей мере одна группа радиаторных пластин может быть выполнена из меди, и по меньшей мере одна группа радиаторных пластин выполнена из алюминия.
Радиаторные пластины могут быть сформированы по меньшей мере в две группы, выполненные из радиаторных пластин разной толщины.
Теплопроводящие прокладки радиатора могут быть выполнены из металлов с различной теплопроводностью.
Объединение участков радиаторных пластин, противолежащих теплопоглощающей части, в теплораспределительную часть позволяет объединить радиаторные пластины (которые и участвуют непосредственно в принудительном конвективном теплообмене) в единый тепловой контур. Наибольшая эффективность теплового контура (а, следовательно, и теплообмена радиатора) достигается при использовании комбинации материалов с различной теплопроводностью, из которых изготовлены радиаторные пластины и теплопроводящие прокладки. Например, медные радиаторные пластины, установленные непосредственно под тепловыделяющим элементом на противоположной от него стороне, в сочетании с медными теплопроводящими прокладками представляют собой как бы второй источник тепла, от которого по обе стороны путем теплопередачи распространяется тепловая энергия. Таким образом, на противоположной стороне от теплопоглощающей части радиатора происходит перераспределение тепловой энергии от более нагретых радиаторных пластин к менее нагретым. И если материал радиаторных пластин в конкретном радиаторе уже изменить невозможно, то комбинацией различных материалов прокладок в теплораспределительной части можно достигать различных заданных тактико-технических характеристик (эффективность теплообмена или тепловое сопротивление, масса, стоимость) радиатора.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан вид сбоку на заявляемый радиатор с одним из вариантов радиаторных пластин, с частичным вырезом радиаторной пластины;
на фиг.2 изображен вид спереди в разрезе по А-А заявляемого радиатор, изображенный на фиг.1;
на фиг.3 показан вид сверху на заявляемой радиатор, изображенный на фиг.1;
на фиг.4 изображен вид сверху на заявляемой радиатор с другим вариантом радиаторных пластин;
на фиг.5 показан вид сбоку на заявляемый радиатор с третьим вариантом радиаторных пластин, с частичным вырезом радиаторной пластины;
на фиг.6 изображен вид спереди в разрезе по Б-Б заявляемого радиатор, изображенный на фиг.5;
на фиг.7 показан вид сбоку на заявляемый радиатор с четвертым вариантом радиаторных пластин, с частичным вырезом радиаторной пластины;
на фиг.8 изображен вид сверху на заявляемой радиатор, показанный на фиг.7;
на фиг.9 показан вид сверху на заявляемый радиатор с пятым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.10 показан вид сбоку на заявляемый радиатор с шестым вариантом радиаторных пластин с частичным вырезом;
на фиг.11 изображен вид на заявляемый радиатор с седьмым вариантом радиаторных пластин;
на фиг.12 показан вид сбоку на заявляемый радиатор с восьмым вариантом радиаторных пластин с частичным вырезом.
Радиатор 1 для электронного компонента (см. фиг.1-фиг.3) содержит множество отдельных радиаторных пластин 2, имеющих первые кромки 3, по меньшей мере части 4 которых выполнены прямыми. Радиаторные пластины 2 скреплены вблизи прямых частей 4 первых кромок 3 через теплопроводящие прокладки 5 друг с другом с образованием теплопоглощающей части 6, контактирующей с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента (на чертеже не показан). Прямые части 4 первых кромок 3 выполнены заподлицо с внешними поверхностями теплопроводящих прокладок 5. Длина радиаторных пластин 2 больше длины примыкающим к ним теплопроводящих прокладок 5. Выступающие за торцы 7 теплопроводящих прокладок 5 части 8, 9 радиаторных пластин 2 выполнены расходящимися веером друг от друга в направлении, параллельном продольном осям прокладок 5 и, соответственно, параллельном продольной оси 10 радиатора 1 (см. фиг.3-фиг.4). Выступающие за торцы теплопроводящих прокладок 5 части 8, 9 радиаторных пластин 1, расположенных по обе стороны продольной оси 10 радиатора 1, могут быть выполнены плоскими (см. фиг.3, фиг.4, фиг.8) или в виде части цилиндрической поверхности, перпендикулярной продольной оси 10 радиатора 1 см. фиг.9), т.е. изогнутые наружу в разные стороны от плоской центральной пластины 2, по которой проходит ось 10. Радиаторные пластины 2 могут иметь закругленные торцовые кромки 11 (см. фиг.5, фиг.11, фиг.12) или иметь заостренные торцовые кромки 12 (см. фиг.7). Радиаторные пластины 2 могут иметь вторые кромки 13, противолежащие первым кромкам 3. По меньшей мере части 14 вторых кромок 13 могут быть выполнены прямыми и параллельными прямым по меньшей мере частям 4 первых кромок 3. В этом воплощении полезной модели радиаторные пластины 2 скреплены вблизи прямых по меньшей мере частей 14 вторых кромок 13 через теплопроводящие прокладки 15 друг с другом с образованием теплораспределительной части 16 (см. фиг.6). Прокладки 5, 15 могут быть скреплены с радиаторными пластинами 2 различными известными методами, например, пайкой или склейкой. Так как длина радиаторных пластин 2 больше длины примыкающих к ним прокладок 5, то минимальное аэродинамическое сопротивление воздушному потоку достигается благодаря тому, что выступающие за пределы теплопроводящих прокладок 5 части 8, 9 радиаторных пластин 2 образуют воздушный канал (представляющий собой множество элементарных каналов, образованных множеством радиаторных пластин 2) сечение которых всегда больше, чем сечение канала непосредственно над теплопоглощающей частью 6 радиатора 1. Благодаря этому, скорость воздушного потока на входе и выходе из радиатора 1 всегда меньше скорости в центральной части воздушного канала, а отсюда и минимальные потери. Сужение воздушного происходит под теплопоглощающей частью 6 радиатора 1, когда воздушный поток движется в установившемся режиме (когда толщина и количество радиаторных пластин 2 не влияет на скорость его движения). Поэтому возмущения (турбулентность) воздушного потока в зоне теплопоглощающей части 6 приводят к значительному повышению эффективности теплообмена при минимальном увеличении аэродинамического сопротивления воздушному потоку. Радиаторные пластины 2, образующие множество элементарных каналов, могут иметь имеют разную толщину. Группы толстых пластин 2 располагаются, как минимум, по краям и обеспечивают механическую прочность радиатора 1, исполняя роль несущей конструкции. Группа тонких пластин 2 вызывает минимальные возмущения (турбулентность) при огибании их воздушным потоком на входе и выходе из радиатора 1. Выступающие за торцы теплопроводящих прокладок части 8, 9 радиаторных пластин 2 выполнены расходящимися (т.е. расходиться веерообразно) друг от друга в направлении, параллельном продольным осям прокладок 5, 15 (т.е. оси 10 радиатора 1), что обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления радиатора и увеличение теплоотдачи за счет увеличения скорости воздушного потока над теплопоглощающей частью радиатора. В еще одном воплощении полезной модели (см. фиг.10-фиг.12) теплопроводящие прокладки 5 скреплены с прямоугольными выступами 17 радиаторных пластин 2. При наличии теплопроводящих прокладок 15 они скреплены с прямоугольными выступами 18 радиаторных пластин 2. При этом теплопроводящие прокладки 5, 15 повторяют соответственно форму прямоугольных противолежащих выступов 17, 18. Радиаторные пластины 2 могут быть сформированы в несколько групп, например, в три группы, выполненные из металлов с различной теплопроводностью, например, группы первая и третья радиаторных пластин 2, расположенные с двух сторон радиатора 1, изготовлены из алюминия, а вторая группа радиаторных пластин 2, расположенная над источником тепла, изготовлена из меди. Не изменяя геометрические размеры радиатора 1, применяя более тонкие радиаторные пластины 2, в зависимости от поставленной задачи, можно или увеличивать количество пластин 2 (площадь теплоотдачи) или увеличивать зазор между ними, увеличивая тем самым эффективное сечение элементарного воздушного канала (пространство между соседними радиаторными пластинами 2). В сочетании с возможностью комбинирования материалов с различной теплопроводностью, из которых изготавливают как радиаторные пластины 2, так и теплопроводящие прокладки 5, 15, заявляемый радиатор 1 представляет собой очень гибкую, легко перестраиваемую конструкцию, позволяющую решать проблемы теплообмена в сложных радиоэлектронных устройствах.
В соответствии с заявляемой полезной моделью были изготовлены образцы радиаторов охлаждения для приемо-передатчика мощностью 60 Вт с требованиями минимальных массогабаритных показателей. Два транзистора 20 Вт и 40 Вт были установлены на двухстороннем радиаторе высотой 42 мм. Отвод тепловыделения осуществлялся без использования вентилятора.
1. Радиатор, содержащий множество отдельных радиаторных пластин, имеющих по меньшей мере первые кромки, по меньшей мере части которых выполнены прямыми, радиаторные пластины скреплены вблизи прямых, по меньшей мере, частей первых кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом с образованием теплопоглощающей части, контактирующей внешней поверхностью с выделяющей тепло поверхностью электронного компонента, при этом длина радиаторных пластин больше длины примыкающих к ним теплопроводящих прокладок, а выступающие за торцы теплопроводящих прокладок части радиаторных пластин выполнены расходящимися друг от друга в направлении, параллельном продольным осям прокладок.
2. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что торцевые кромки выступающих за торцы теплопроводящих прокладок частей радиаторных пластин выполнены прямыми.
3. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что торцевые кромки выступающих за торцы теплопроводящих прокладок частей радиаторных пластин выполнены закругленными.
4. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что торцевые кромки выступающих за торцы теплопроводящих прокладок частей радиаторных пластин выполнены заостренными.
5. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что радиаторные пластины выступают с одной стороны за торцы теплопроводящих прокладок.
6. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что радиаторные пластины выступают с двух сторон за торцы теплопроводящих прокладок.
7. Радиатор по п.4, отличающийся тем, что радиаторные пластины выступают симметрично с двух сторон за торцы теплопроводящих прокладок.
8. Радиатор по п.4, отличающийся тем, что радиаторные пластины выступают несимметрично с двух сторон за торцы теплопроводящих прокладок.
9. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что выступающие за торцы теплопроводящих прокладок части радиаторных пластин, расположенных по обе стороны продольной оси радиатора, выполнены в виде части цилиндрической поверхности, перпендикулярной продольной оси радиатора.
10. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что радиаторные пластины имеют вторые кромки, противолежащие первым кромкам, по меньшей мере части вторых кромок выполнены прямыми и параллельными прямым по меньшей мере частям первых кромок, при этом радиаторные пластины скреплены вблизи прямых по меньшей мере частей вторых кромок через теплопроводящие прокладки друг с другом с образованием теплораспределительной части.
11. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что радиаторные пластины и упомянутые прокладки скреплены друг с другом припоем.
12. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что радиаторные пластины и упомянутые прокладки скреплены друг с другом теплопроводящим клеем.
13. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что первые кромки радиаторных пластин имеют прямоугольные выступы, с которыми скреплены теплопроводящие прокладки, при этом теплопроводящие прокладки повторяют форму прямоугольных выступов.
14. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что вторые кромки радиаторных пластин имеют прямоугольные выступы, противолежащие выступам первых кромок, с прямоугольными выступами вторых кромок скреплены теплопроводящие прокладки с образованием теплораспределительной части, при этом теплопроводящие прокладки повторяют форму прямоугольных выступов.
15. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что радиаторные пластины сформированы по меньшей мере в две группы, выполненные из металлов с различной теплопроводностью.
16. Радиатор по п.15, отличающийся тем, что по меньшей мере одна группа радиаторных пластин выполнена из меди, и по меньшей мере одна группа радиаторных пластин выполнена из алюминия.
17. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что радиаторные пластины сформированы по меньшей мере в две группы, выполненные из радиаторных пластин разной толщины.
18. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что теплопроводящие прокладки выполнены из металлов с различной теплопроводностью.
