凸起密度沿高度變化的翅片散熱器的制造方法
【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(zhǎng)方體以及位于長(zhǎng)方體外圍的翅片組，所述長(zhǎng)方體的橫截面是正方形，所述翅片組包括從四個(gè)正方形的對(duì)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，沿著空氣的流動(dòng)的方向，即從散熱器的底部到散熱器的頂部，凸起的密度不斷的升高。本發(fā)明將散熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到換熱效率最大化，以節(jié)約能源，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。
【專利說明】凸起密度沿高度變化的翅片散熱器
【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(kuò)大散熱面積，增強(qiáng)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(jī)的情況下，急需要節(jié)約能源，滿足社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此需要開發(fā)一種新的翅片管，同時(shí)需要將翅片管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到換熱效率最大化，以節(jié)約能源，達(dá)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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明 的技術(shù)方案如下:一種柱形散熱器，所述散熱器包括位于中心位置的長(zhǎng)方體以及位于長(zhǎng)方體外圍的翅片組，所述長(zhǎng)方體的橫截面是正方形，所述翅片組包括從四個(gè)正方形的對(duì)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。
[0005]在第一和/或第二副翅片上設(shè)置凸起，沿著空氣的流動(dòng)的方向，即從散熱器的底部到散熱器的頂部，凸起的密度不斷的升高。
[0006]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L(zhǎng)I，所述正方形的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)0，所述主翅片的高度為L(zhǎng)2，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(duì)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;
散熱器的高度為H, 100mm〈H〈300mm。
[0007]優(yōu)選的a=0.24，b=0.22
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(diǎn):
I)本發(fā)明提供了一種新的散熱器，而且因?yàn)樯崞骺梢圆贾酶嗟纳岢崞?，因此具有很好的散熱效果?br> [0008]2)本發(fā)明通過多次試驗(yàn)，得到一個(gè)最優(yōu)的散熱器優(yōu)化結(jié)果，并且通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，從而證明了結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0009]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(shí)，形成整體美觀的效果。【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是一個(gè)實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是一個(gè)實(shí)施例的俯視結(jié)構(gòu)意圖；
圖3是圖2的局部放大示意圖；
圖4是一個(gè)實(shí)施例的1/8結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是設(shè)置凸起的翅片的切面圖；
圖6是設(shè)置凸起的翅片的正面圖；
圖7是凸起錯(cuò)列的示意圖。
[0011]附圖標(biāo)記如下:
1.長(zhǎng)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(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0013]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。
[0014]—種柱形散熱器，所述散熱器包括位于中心位置的長(zhǎng)方體I以及位于長(zhǎng)方體外圍的翅片組2，所述長(zhǎng)方體I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(gè)正方形的對(duì)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。
[0015]優(yōu)選的，如圖2所示，散熱器沿著正方形對(duì)角線所形成的平面鏡像對(duì)稱，同時(shí)沿著正方形的兩條對(duì)邊的中點(diǎn)所在的線形成的平面也是鏡像對(duì)稱。
[0016]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(diǎn)位于等邊八邊形的邊的中點(diǎn)。
[0017]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(duì)角的位置處。
[0018]如圖2-3所示，I’、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。
[0019]第一副翅片的長(zhǎng)度隨著距離主翅片對(duì)角的距離越來越短。
[0020]正方形的邊的長(zhǎng)度一定的情況下，主翅片和副翅片越長(zhǎng)，則理論上換熱效果越好，在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主翅片和副翅片達(dá)到一定長(zhǎng)度的時(shí)候，則換熱效果就增長(zhǎng)非常不明顯，主要因?yàn)殡S著主翅片和副翅片長(zhǎng)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(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱效果不明顯，相反還增加了材料的成本，同時(shí)，換熱過程中，如果散熱器聞度太聞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?yàn)殡S著聞度的增加，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(zhǎng)、主翅片的長(zhǎng)度以及散熱器的高度之間滿足一個(gè)最優(yōu)化的尺寸關(guān)系。
[0021]因此，本發(fā)明是通過多個(gè)不同尺寸的散熱器的上千次試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出的最佳的散熱器的尺寸優(yōu)化關(guān)系。
[0022]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L(zhǎng)I，所述正方形的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)0，所述主翅片的高度為L(zhǎng)2，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(duì)數(shù)函數(shù)，0.22〈a〈0.24，0.20〈b〈0.23， 40mm<=L0<=60mm, 10mm<=Ll<=25mm, 55mm<=L2<=80mm;
0.2〈L1/L0〈0.42，1.2<L2/L0<2.0;0.03〈L1/H〈=0.15。
[0023]散熱器的高度為H，100mm〈H〈300mm。優(yōu)選 150_220mm。
[0024]優(yōu)選的a=0.24, b=0.22,10mm〈=Ll〈=14mm。
[0025]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。
[0026]通過計(jì)算結(jié)果后再進(jìn)行試驗(yàn)，通過計(jì)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(duì)誤差不超過5%，平均誤差是1.8%。
[0027]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(duì)角的一條邊，同時(shí)因?yàn)楦背崞ハ嗥叫?，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(dòng)死區(qū)充分散熱，棱柱形散熱器周圍的翅片設(shè)計(jì)成與中間長(zhǎng)方體的四個(gè)邊分別垂直的形式。
[0028]作為優(yōu)選，主翅片的寬度要大于副翅片的寬度。
[0029]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;
作為優(yōu)選，主翅片的寬度與正方形的邊的長(zhǎng)度關(guān)系為0.06*L0〈b4〈0.10*L0。
[0030]作為優(yōu)選，所述的長(zhǎng)方體I為實(shí)心導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。采用實(shí)心結(jié)構(gòu)，則散熱器的長(zhǎng)方體I主要用于導(dǎo)熱，即將熱量從長(zhǎng)方體I的底部傳導(dǎo)至整個(gè)長(zhǎng)方體1，然后通過翅片向外對(duì)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。
[0031]優(yōu)選的，LED散熱器的散熱量為65 — 140ffo此時(shí)上述最優(yōu)的尺寸關(guān)系會(huì)得到最優(yōu)的實(shí)現(xiàn)。
[0032]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% Mn ,0.25% Zr ,5.78% Ce ,0.23% Ti,0.38% Si，其余為Al ο
[0033]鋁合金的制造方法為:采用真空冶金熔煉，氬氣保護(hù)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(jìn)行人工時(shí)效處理。導(dǎo)熱系數(shù)為大于270W/(m*k)。
[0034]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(shí)還具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0035]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(jì)算公式為:
B= (bl-b2)/L3
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(zhǎng)度，mm ；
0.9mm〈=bl〈=lmm，1.25mm<=b2<=l.5mm。
[0036]對(duì)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(jì)算，與前面的計(jì)算相同。
[0037]優(yōu)選的，主翅 片厚度也按照一定的錐度變化:
BI= (b3-b4)/L4,其中，b3為支撐翅頂?shù)暮穸龋琺m, b4為支撐翅根的厚度，mm。L4為主翅片的長(zhǎng)度,單位為mm。
[0038]2.3mm<=b3<=2.5mm, 4.8mm<=b4<=5.5mm。
[0039]優(yōu)選的，對(duì)于副翅片之間的距離是按照一定的規(guī)律進(jìn)行變化，具體規(guī)律是從正方形的邊的中點(diǎn)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。
[0040]例如如圖2所示，位于長(zhǎng)方體邊的中點(diǎn)兩側(cè)的相臨的兩個(gè)副翅片(編號(hào)為I’、I”)間距為m，其他副翅片間距隨著距邊的中點(diǎn)的距離變大而逐漸變小。
[0041]優(yōu)選的，相鄰翅片間距減小的幅度相同。例如翅片I’、I”距離為m，l”，2”之間的距離m-n，2”，3”之間的距離!11-211，3”，4”之間的距離m_3n，依次類推。
[0042]上面的n、m的單位為mm。
[0043]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。
[0044]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(chǎng)同時(shí)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。 [0045]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(duì)流進(jìn)行換熱，空氣從副翅片的底部底部向上進(jìn)行自然對(duì)流的流動(dòng)，在空氣向上流動(dòng)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(jìn)行了重合，此種情況會(huì)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(qiáng)化傳熱。
[0046]優(yōu)選的，凸起6的形狀是半圓形或者圓弧形。
[0047]優(yōu)選的，設(shè)置多列凸起，凸起之間呈錯(cuò)列排列，如圖7所示。
[0048]作為一個(gè)優(yōu)選，沿著空氣的流動(dòng)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(dòng)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(duì)邊界層的破壞程度不斷的增大，從而強(qiáng)化傳熱。
[0049]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。
[0050]作為一個(gè)優(yōu)選，沿著空氣的流動(dòng)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(dòng)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(duì)邊界層的破壞程度不斷的增大，從而強(qiáng)化傳熱。
[0051]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。
[0052]作為一個(gè)優(yōu)選，同一個(gè)副翅片上，從翅根(即與長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)破壞邊界層的不同位置的厚度，從而節(jié)約材料。
[0053]優(yōu)選的，凸起6的高度的變化與翅片上的絕對(duì)溫度成正比例關(guān)系。
[0054]作為一個(gè)優(yōu)選，同一個(gè)副翅片上，從翅根(即與長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)破壞邊界層的不同位置的厚度，從而節(jié)約材料。
[0055]優(yōu)選的，凸起6的密度的變化與翅片上的絕對(duì)溫度成正比例關(guān)系。
[0056]作為一個(gè)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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)破壞邊界層的不同位置的厚度，從而節(jié)約材料。
[0057]作為一個(gè)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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)破壞邊界層的不同位置的厚度，從而節(jié)約材料。
[0058]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。
[0059]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)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(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【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(zhǎng)方體以及位于長(zhǎng)方體外圍的翅片組，所述長(zhǎng)方體的橫截面是正方形，所述翅片組包括從四個(gè)正方形的對(duì)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，沿著空氣的流動(dòng)的方向，即從散熱器的底部到散熱器的頂部，凸起的密度不斷的升高。
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L(zhǎng)I，所述正方形的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)0，所述主翅片的高度為L(zhǎng)2，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(duì)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(hào)】F28F1/14GK104034183SQ201410250768
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:趙煒