翅根到翅頂之間凸起密度變小的散熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種柱形散熱器，所述散熱器包括位于中心位置的長方體以及位于長方體外圍的翅片組，所述長方體的橫截面是正方形，所述翅片組包括從四個正方形的對角向外延伸的主翅片和從主翅片向外延伸的第一副翅片，所述翅片組還包括從正方形的四邊向外延伸的第二副翅片，在第一和/或第二副翅片上設(shè)置凸起，同一個副翅片上，從與長方體的連接部的翅根到翅頂之間，凸起的密度不斷的降低。本發(fā)明將散熱器的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使其達到換熱效率最大化，以節(jié)約能源，達到環(huán)保節(jié)能的目的。
【專利說明】翅根到翅頂之間凸起密度變小的散熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于換熱器領(lǐng)域，尤其涉及一種散熱使用的散熱器，屬于F28D的換熱器領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 散熱器中，目前廣泛的適用翅片管散熱器，通過翅片可以擴大散熱面積，增強換熱 效果，但是翅片管的散熱器類型、以及翅片管參數(shù)的設(shè)定都影響者散熱效果的好壞，而且目 前在能源危機的情況下，急需要節(jié)約能源，滿足社會的可持續(xù)發(fā)展，因此需要開發(fā)一種新的 翅片管，同時需要將翅片管的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使其達到換熱效率最大化，以節(jié)約能源，達到 環(huán)保節(jié)能的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種新的棱柱形翅片管散熱器。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種柱形散熱器，所述散熱器包括位于中心位置的長方體以及位于長方體外圍的 翅片組，所述長方體的橫截面是正方形，所述翅片組包括從四個正方形的對角向外延伸的 主翅片和從主翅片向外延伸的第一副翅片，所述翅片組還包括從正方形的四邊向外延伸的 第二副翅片，所述同一主翅片的向同一方向延伸的第一副翅片互相平行，并且與向同一方 向延伸的第二副翅片互相平行，所述主翅片和副翅片延伸的端部形成等邊八邊形。
[0006] 在第一和/或第二副翅片上設(shè)置凸起，同一個副翅片上，從與長方體的連接部的 翅根到翅頂之間，凸起的密度不斷的降低。
[0007] 所述的第一副翅片與主翅片之間的夾角為45°，所述的相鄰的副翅片的距離為 L1，所述正方形的邊長為L0,所述主翅片的高度為L2,上述三者的關(guān)系滿足如下公式：
[0008] L1/L0 = a*ln (L2/L0) +b，其中 In 是對數(shù)函數(shù)，0· 22〈a〈0. 24, 0· 20〈b〈0. 23，
[0009] 40mm< = L0〈 = 60mm, 10mm〈 = Ll〈 = 25mm, 55mm〈 = L2〈 = 85mm ;
[0010] 0. 2<L1/L0<0. 42, 1. 2<L2/L0<2. 0 ；
[0011] 散熱器的高度為 H, 100mm〈H〈300mm。
[0012] 優(yōu)選的 a = 0· 24, b = 0· 22
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的散熱器具有如下的優(yōu)點：
[0014] 1)本發(fā)明提供了一種新的散熱器，而且因為散熱器可以布置更多的散熱翅片，因 此具有很好的散熱效果。
[0015] 2)本發(fā)明通過多次試驗，得到一個最優(yōu)的散熱器優(yōu)化結(jié)果，并且通過試驗進行了 驗證，從而證明了結(jié)果的準確性。
[0016] 3)通過翅片所形成的邊界部分為正八邊形，可以使得同一排翅片之間在任何位置 可以互相組合，在提高傳熱效果的同時，形成整體美觀的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是一個實施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是一個實施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3是圖2的局部放大示意圖；
[0020] 圖4是一個實施例的1/8結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖5是設(shè)置凸起的翅片的切面圖；
[0022] 圖6是設(shè)置凸起的翅片的正面圖；
[0023] 圖7是凸起錯列的示意圖。
[0024] 附圖標記如下：
[0025] 1.長方體，2.翅片組，3.主翅片，4第二副翅片，5第一副翅片，6凸起。

【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0027] 本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，"/"表示除法，" X 表示乘法。
[0028] -種柱形散熱器，所述散熱器包括位于中心位置的長方體1以及位于長方體外圍 的翅片組2,所述長方體1的橫截面是正方形，從橫截面上看，所述翅片組2包括從四個正方 形的對角向外延伸的主翅片3和從主翅片3向外延伸的第一副翅片5,所述翅片組2還包括 從正方形的四邊向外延伸的第二副翅片4,所述同一主翅片3的向同一方向延伸的第一副 翅片5互相平行，并且與向同一方向延伸的第二副翅片4互相平行，所述主翅片3和副翅 片4、5延伸的端部形成等邊八邊形。
[0029] 優(yōu)選的，如圖2所示，散熱器沿著正方形對角線所形成的平面鏡像對稱，同時沿著 正方形的兩條對邊的中點所在的線形成的平面也是鏡像對稱。
[0030] 優(yōu)選的，如圖2所示，主翅片3的中心線與等邊八邊形的一條邊垂直且與等邊八邊 形的連接點位于等邊八邊形的邊的中點。
[0031] 如圖2所示，優(yōu)選的，第二副翅片2"、2'設(shè)置在正方形的對角的位置處。
[0032] 如圖2-3所示，1'、2'，1"、2"所指的副翅片為第二副翅片，3'、4'、5'，3"、4"、5"所 指的副翅片為第一副翅片。
[0033] 第一副翅片的長度隨著距離主翅片對角的距離越來越短。
[0034] 正方形的邊的長度一定的情況下，主翅片和副翅片越長，則理論上換熱效果越好， 在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主翅片和副翅片達到一定長度的時候，則換熱效果就增長非常不明 顯，主要因為隨著主翅片和副翅片長度增加，在翅片末端的溫度也越來越低，隨著溫度降低 到一定程度，則會導(dǎo)致?lián)Q熱效果不明顯，相反還增加了材料的成本，同時，換熱過程中，如果 散熱器1?度太1?或者副翅片之間的間距太小，也容易造成換熱效果的惡化，因為隨著1?度 的增加，邊界層變厚，造成相鄰翅片之間邊界層互相重合，惡化傳熱，散熱器高度太低或者 副翅片之間的間距太大造成換熱面積減少，影響了熱量的傳遞，因此在相鄰的副翅片的距 離、正方形的邊長、主翅片的長度以及散熱器的高度之間滿足一個最優(yōu)化的尺寸關(guān)系。
[0035] 因此，本發(fā)明是通過多個不同尺寸的散熱器的上千次試驗數(shù)據(jù)總結(jié)出的最佳的散 熱器的尺寸優(yōu)化關(guān)系。
[0036] 所述的第一副翅片與主翅片之間的夾角為45°，所述的相鄰的副翅片的距離為 L1，所述正方形的邊長為L0,所述主翅片的高度為L2,上述三者的關(guān)系滿足如下公式：
[0037] L1/L0 = a*ln (L2/L0) +b，其中 In 是對數(shù)函數(shù)，0· 22〈a〈0. 24, 0· 20〈b〈0. 23，
[0038] 40mm< = L0〈 = 60mm, 10mm〈 = Ll〈 = 25mm, 55mm〈 = L2〈 = 80mm ;
[0039] 0· 2〈L1/L0〈0. 42, 1. 2〈L2/L0〈2. 0 ;0· 03〈L1/H〈 = 0· 15。
[0040] 散熱器的高度為 H，100mm〈H〈300mm。優(yōu)選 150-220mm。
[0041] 優(yōu)選的 a = 0· 24, b = 0· 22,10mm〈 = Ll〈 = 14mm。
[0042] 需要說明的是，相鄰副翅片的距離LI是從副翅片的中心開始算起的距離。
[0043] 通過計算結(jié)果后再進行試驗，通過計算邊界以及中間值的數(shù)值，所得的結(jié)果基本 上與公式相吻合，誤差基本上在3%以內(nèi)，最大的相對誤差不超過5%，平均誤差是1. 8%。
[0044] 優(yōu)選的，所述的相鄰的副翅片的距離相同。其中第一副翅片5與主翅片4之間的 夾角為45°意味著副翅片5垂直于主翅片對角的一條邊，同時因為副翅片互相平行，使得 第二副翅片垂直于其延伸的正方形的邊。主要是為減小流動死區(qū)充分散熱，棱柱形散熱器 周圍的翅片設(shè)計成與中間長方體的四個邊分別垂直的形式。
[0045] 作為優(yōu)選，主翅片的寬度要大于副翅片的寬度。
[0046] 優(yōu)選的，主翅片的寬度為b4,副翅片的寬度為b2,其中2. 5*b2〈b4〈3. 5*b2 ;
[0047] 作為優(yōu)選，主翅片的寬度與正方形的邊的長度關(guān)系為0. 06*L0〈b4〈0. 10*L0。
[0048] 作為優(yōu)選，所述的長方體1為實心導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。采用實心結(jié)構(gòu)，則散熱器的長方體1 主要用于導(dǎo)熱，即將熱量從長方體1的底部傳導(dǎo)至整個長方體1，然后通過翅片向外對流散 熱。例如可以用于大功率LED散熱器，特別是一種應(yīng)用于室內(nèi)照明、道路照明、工礦照明及 裝飾領(lǐng)域的LED用散熱器。
[0049] 優(yōu)選的，LED散熱器的散熱量為65 - 140W。此時上述最優(yōu)的尺寸關(guān)系會得到最優(yōu) 的實現(xiàn)。
[0050] 作為優(yōu)選，散熱器的材料是鋁合金，所述鋁合金的組分的質(zhì)量百分比如下：15. 3% Cu，1. 9% Mg，1. 6% Ag，0. 6% Μη，0· 25% Zr，5. 78% Ce，0. 23% Ti，0. 38% Si,其余為 A1。
[0051] 鋁合金的制造方法為：采用真空冶金熔煉，氬氣保護澆注成圓坯，經(jīng)過623°C均勻 化處理，在412°C，采用熱擠壓成棒材，然后再經(jīng)過560°C固溶淬火后，在210°C進行人工時 效處理。導(dǎo)熱系數(shù)為大于270WAm*k)。
[0052] 與以前的研究相比，通過加大Cu和Ce含量，可以極大的優(yōu)化鋁合金材料的抗腐蝕 性，同時還具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0053] 作為優(yōu)選，副翅片的翅頂與翅根之間存在一定的錐度，即副翅片的厚度是按照一 定的錐度變化的，其錐度的計算公式為：
[0054] B = (bl-b2)/L3
[0055] 其中，bl為翅頂?shù)暮穸?，mm, b2為翅根的厚度，mm, L3為副翅片的長度，mm ;
[0056] 0. 9mm〈 = bl〈 = 1mm, 1. 25mm〈 = b2〈 = 1. 5mm。
[0057] 對于成錐度的副翅片之間的距離，采用相鄰副翅片之間的中心線的距離來計算， 與前面的計算相同。
[0058] 優(yōu)選的，主翅片厚度也按照一定的錐度變化：
[0059] Bl = (b3-b4)/L4,
[0060] 其中，b3錯誤！未找到引用源。為支撐翅頂?shù)暮穸?，mm,b4為支撐翅根的厚度，mm。 L4為主翅片的長度，單位為mm。
[0061] 2. 3mm〈 = b3〈 = 2. 5mm，4. 8mm〈 = b4〈 = 5. 5mm。
[0062] 優(yōu)選的，對于副翅片之間的距離是按照一定的規(guī)律進行變化，具體規(guī)律是從正方 形的邊的中點開始，向邊的兩端的與正方形的所述的邊垂直的副翅片的之間的距離越來越 小。
[0063] 例如如圖2所示，位于長方體邊的中點兩側(cè)的相臨的兩個副翅片（編號為Γ、1"） 間距為m，其他副翅片間距隨著距邊的中點的距離變大而逐漸變小。
[0064] 優(yōu)選的，相鄰翅片間距減小的幅度相同。例如翅片Γ、1"距離為m，l"，2"之間的 距離m-n，2 "，3 "之間的距離m-2n，3 "，4 "之間的距離m-3n，依次類推。
[0065] 上面的n、m的單位為mm。
[0066] 在滿足前面的優(yōu)化公式的條件下，η優(yōu)選的距離為0. 5mm。
[0067] 翅片間距呈現(xiàn)中間大兩頭小，其主要目的是優(yōu)化該片區(qū)域翅片的流場同時又盡量 增大翅片的換熱面積。即在不過分降低換熱系數(shù)的前提下盡可能增大換熱面積以便盡可能 降低結(jié)溫。
[0068] 優(yōu)選的，如圖5-7所示，在第一和/或第二副翅片上設(shè)置凸起6,用于破壞層流底 層。主要原因是副翅片主要通過空氣的對流進行換熱，空氣從副翅片的底部向上進行自然 對流的流動，在空氣向上流動的過程中，邊界層的厚度不斷的變大，甚至最后導(dǎo)致相鄰副翅 片之間的邊界層進行了重合，此種情況會導(dǎo)致?lián)Q熱的惡化。因此通過設(shè)置凸起6可以破壞 邊界層，從而強化傳熱。
[0069] 優(yōu)選的，凸起6的形狀是半圓形或者圓弧形。
[0070] 優(yōu)選的，設(shè)置多列凸起，凸起之間呈錯列排列，如圖7所示。
[0071] 作為一個優(yōu)選，沿著空氣的流動的方向，即從散熱器的底部到散熱器的頂部，凸起 6的高度不斷的升高。主要原因是沿著空氣的流動的方向，邊界層的厚度不斷的增大，因此 通過設(shè)置不斷升高的凸起6,可以使得對邊界層的破壞程度不斷的增大，從而強化傳熱。
[0072] 優(yōu)選的，凸起6最高的高度是最低的高度的1. 15-1. 2倍，優(yōu)選是1. 17倍。
[0073] 作為一個優(yōu)選，沿著空氣的流動的方向，即從散熱器的底部到散熱器的頂部，凸起 6的密度（即數(shù)量）不斷的增加。主要原因是沿著空氣的流動的方向，邊界層的厚度不斷的 增大，因此通過設(shè)置不斷增加的凸起6的密度，可以使得對邊界層的破壞程度不斷的增大， 從而強化傳熱。
[0074] 優(yōu)選的，凸起6最密的地方的密度是最疏的地方的密度的1. 18-1. 22倍，優(yōu)選是 1. 2 倍。
[0075] 作為一個優(yōu)選，同一個副翅片上，從翅根（即與長方體的連接部）到翅頂之間，凸 起6的高度不斷的降低。主要原因是從翅根到翅頂，翅片的溫度不斷的下降，因此邊界層的 厚度不斷的降低，通過設(shè)置變化的凸起6的高度，可以實現(xiàn)破壞邊界層的不同位置的厚度， 從而節(jié)約材料。
[0076] 優(yōu)選的，凸起6的高度的變化與翅片上的絕對溫度成正比例關(guān)系。
[0077] 作為一個優(yōu)選，同一個副翅片上，從翅根（即與長方體的連接部）到翅頂之間，凸 起6的密度不斷的降低。主要原因是從翅根到翅頂，翅片的溫度不斷的下降，因此邊界層的 厚度不斷的降低，通過設(shè)置變化的凸起6的密度，可以實現(xiàn)破壞邊界層的不同位置的厚度， 從而節(jié)約材料。
[0078] 優(yōu)選的，凸起6的密度的變化與翅片上的絕對溫度成正比例關(guān)系。
[0079] 作為一個優(yōu)選，在第一副翅片上設(shè)置凸起6,從主翅片的翅根（即與長方體的連接 部）到翅頂，第一副翅片上的凸起的高度不斷的減小。例如圖2、3所示，第一副翅片3'、4'、 5'上的凸起的高度不斷的降低，第一副翅片3'的凸起高度高于第一副翅片4'，第一副翅片 4'的凸起高度高于第一副翅片5'。主要原因是從翅根到翅頂，主翅片的溫度不斷的下降， 從而導(dǎo)致副翅片的溫度不斷的下降，因此邊界層的厚度不斷的降低，通過設(shè)置變化的凸起6 的高度，可以實現(xiàn)破壞邊界層的不同位置的厚度，從而節(jié)約材料。
[0080] 作為一個優(yōu)選，在第一副翅片上設(shè)置凸起6,從主翅片的翅根（即與長方體的連接 部）到翅頂，第一副翅片上的凸起的密度不斷的減小。例如圖2、3所示，第一副翅片3'、4'、 5'上的凸起的密度不斷的降低，第一副翅片3'的凸起密度高于第一副翅片4'，第一副翅片 4'的凸起密度高于第一副翅片5'。主要原因是從翅根到翅頂，主翅片的溫度不斷的下降， 從而導(dǎo)致副翅片的溫度不斷的下降，因此邊界層的厚度不斷的降低，通過設(shè)置變化的凸起6 的密度，可以實現(xiàn)破壞邊界層的不同位置的厚度，從而節(jié)約材料。
[0081] 當(dāng)然，最為優(yōu)選，也可以是上述多種形式的至少兩種的組合。
[0082] 雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1. 一種柱形散熱器，所述散熱器包括位于中心位置的長方體以及位于長方體外圍的翅 片組，所述長方體的橫截面是正方形，所述翅片組包括從四個正方形的對角向外延伸的主 翅片和從主翅片向外延伸的第一副翅片，所述翅片組還包括從正方形的四邊向外延伸的第 二副翅片，在第一和/或第二副翅片上設(shè)置凸起，同一個副翅片上，從與長方體的連接部的 翅根到翅頂之間，凸起的密度不斷的降低。
2. 如權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于，所述同一主翅片的向同一方向延伸的第 一副翅片互相平行，并且與向同一方向延伸的第二副翅片互相平行，所述主翅片和副翅片 延伸的端部形成等邊八邊形，所述的第一副翅片與主翅片之間的夾角為45°，所述的相鄰 的副翅片的距離為L1，所述正方形的邊長為L0,所述主翅片的高度為L2,上述三者的關(guān)系 滿足如下公式： Ll/L0=a*ln(L2/L0)+b，其中 In 是對數(shù)函數(shù)， 0· 22〈a〈0. 24, 0· 20〈b〈0. 23， 40mm<=L0<=60mm, 10mm<=Ll<=25mm, 55mm<=L2<=85mm; 0. 2<L1/L0<0. 42, 1. 2<L2/L0<2. 0; 0.03<L1/H<=0. 15; 散熱器的高度為H, 100mm〈H〈300mm。
3. 如權(quán)利要求2所述的散熱器，其特征在于a=0. 24, b=0. 22。
【文檔編號】F28F1/10GK104048520SQ201410252179
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】趙煒, 邱燕 申請人:趙煒