CN104048521B - 沿着主翅片凸起密度变小的散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柱形散热器，所述散热器包括位于中心位置的长方体以及位于长方体外围的翅片组，所述长方体的横截面是正方形，所述翅片组包括从四个正方形的对角向外延伸的主翅片和从主翅片向外延伸的第一副翅片，在第一副翅片上设置凸起，从主翅片的翅根到翅顶，第一副翅片上的凸起的密度不断的减小。本发明将散热器的结构进行优化，使其达到换热效率最大化，以节约能源，达到环保节能的目的。

Description

沿着主翅片凸起密度变小的散热器

技术领域

本发明属于换热器领域，尤其涉及一种散热使用的散热器，属于F28D的换热器领域。

背景技术

散热器中，目前广泛的适用翅片管散热器，通过翅片可以扩大散热面积，增强换热效果，但是翅片管的散热器类型、以及翅片管参数的设定都影响者散热效果的好坏，而且目前在能源危机的情况下，急需要节约能源，满足社会的可持续发展，因此需要开发一种新的翅片管，同时需要将翅片管的结构进行优化，使其达到换热效率最大化，以节约能源，达到环保节能的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的棱柱形翅片管散热器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种柱形散热器，所述散热器包括位于中心位置的长方体以及位于长方体外围的翅片组，所述长方体的横截面是正方形，所述翅片组包括从四个正方形的对角向外延伸的主翅片和从主翅片向外延伸的第一副翅片，所述翅片组还包括从正方形的四边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，并且与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边八边形。

在第一和/或第二副翅片上设置凸起，同一个副翅片上，从与长方体的连接部的翅根到翅顶之间，凸起的密度不断的降低。

所述的第一副翅片与主翅片之间的夹角为45°，所述的相邻的副翅片的距离为L1，所述正方形的边长为L0，所述主翅片的高度为L2，上述三者的关系满足如下公式：

L1/L0＝a*ln(L2/L0)+b，其中ln是对数函数，0.22<a<0.24,0.20<b<0.23，

40mm<＝L0<＝60mm,10mm<＝L1<＝25mm,55mm<＝L2<＝85mm；

0.2<L1/L0<0.42,1.2<L2/L0<2.0；

散热器的高度为H，100mm<H<300mm。

优选的a＝0.24，b＝0.22

与现有技术相比较，本发明的散热器具有如下的优点：

1)本发明提供了一种新的散热器，而且因为散热器可以布置更多的散热翅片，因此具有很好的散热效果。

2)本发明通过多次试验，得到一个最优的散热器优化结果，并且通过试验进行了验证，从而证明了结果的准确性。

3)通过翅片所形成的边界部分为正八边形，可以使得同一排翅片之间在任何位置可以互相组合，在提高传热效果的同时，形成整体美观的效果。

附图说明

图1是一个实施例的主视结构示意图；

图2是一个实施例的俯视结构示意图；

图3是图2的局部放大示意图；

图4是一个实施例的1/8结构示意图；

图5是设置凸起的翅片的切面图；

图6是设置凸起的翅片的正面图；

图7是凸起错列的示意图。

附图标记如下：

1.长方体，2.翅片组，3.主翅片,4第二副翅片，5第一副翅片，6凸起。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

一种柱形散热器，所述散热器包括位于中心位置的长方体1以及位于长方体外围的翅片组2，所述长方体1的横截面是正方形，从横截面上看，所述翅片组2包括从四个正方形的对角向外延伸的主翅片3和从主翅片3向外延伸的第一副翅片5，所述翅片组2还包括从正方形的四边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，并且与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延伸的端部形成等边八边形。

优选的，如图2所示，散热器沿着正方形对角线所形成的平面镜像对称，同时沿着正方形的两条对边的中点所在的线形成的平面也是镜像对称。

优选的，如图2所示，主翅片3的中心线与等边八边形的一条边垂直且与等边八边形的连接点位于等边八边形的边的中点。

如图2所示，优选的，第二副翅片2”、2’设置在正方形的对角的位置处。

如图2-3所示，1’、2’,1”、2”所指的副翅片为第二副翅片，3’、4’、5’,3”、4”、5”所指的副翅片为第一副翅片。

第一副翅片的长度随着距离主翅片对角的距离越来越短。

正方形的边的长度一定的情况下，主翅片和副翅片越长，则理论上换热效果越好，在试验过程中发现，当主翅片和副翅片达到一定长度的时候，则换热效果就增长非常不明显，主要因为随着主翅片和副翅片长度增加，在翅片末端的温度也越来越低，随着温度降低到一定程度，则会导致换热效果不明显，相反还增加了材料的成本，同时，换热过程中，如果散热器高度太高或者副翅片之间的间距太小，也容易造成换热效果的恶化，因为随着高度的增加，边界层变厚，造成相邻翅片之间边界层互相重合，恶化传热，散热器高度太低或者副翅片之间的间距太大造成换热面积减少，影响了热量的传递，因此在相邻的副翅片的距离、正方形的边长、主翅片的长度以及散热器的高度之间满足一个最优化的尺寸关系。

因此，本发明是通过多个不同尺寸的散热器的上千次试验数据总结出的最佳的散热器的尺寸优化关系。

所述的第一副翅片与主翅片之间的夹角为45°，所述的相邻的副翅片的距离为L1，所述正方形的边长为L0，所述主翅片的高度为L2，上述三者的关系满足如下公式：

L1/L0＝a*ln(L2/L0)+b，其中ln是对数函数，0.22<a<0.24,0.20<b<0.23，

40mm<＝L0<＝60mm,10mm<＝L1<＝25mm,55mm<＝L2<＝80mm；

0.2<L1/L0<0.42,1.2<L2/L0<2.0；0.03<L1/H<＝0.15。

散热器的高度为H，100mm<H<300mm。优选150-220mm。

优选的a＝0.24，b＝0.22，10mm<＝L1<＝14mm。

需要说明的是，相邻副翅片的距离L1是从副翅片的中心开始算起的距离。

通过计算结果后再进行试验，通过计算边界以及中间值的数值，所得的结果基本上与公式相吻合，误差基本上在3％以内，最大的相对误差不超过5％，平均误差是1.8％。

优选的，所述的相邻的副翅片的距离相同。其中第一副翅片5与主翅片4之间的夹角为45°意味着副翅片5垂直于主翅片对角的一条边，同时因为副翅片互相平行，使得第二副翅片垂直于其延伸的正方形的边。主要是为减小流动死区充分散热，棱柱形散热器周围的翅片设计成与中间长方体的四个边分别垂直的形式。

作为优选，主翅片的宽度要大于副翅片的宽度。

优选的，主翅片的宽度为b4，副翅片的宽度为b2，其中2.5*b2<b4<3.5*b2；

作为优选,主翅片的宽度与正方形的边的长度关系为0.06*L0<b4<0.10*L0。

作为优选，所述的长方体1为实心导热结构。采用实心结构，则散热器的长方体1主要用于导热，即将热量从长方体1的底部传导至整个长方体1，然后通过翅片向外对流散热。例如可以用于大功率LED散热器，特别是一种应用于室内照明、道路照明、工矿照明及装饰领域的LED用散热器。

优选的，LED散热器的散热量为65－140W。此时上述最优的尺寸关系会得到最优的实现。

作为优选，散热器的材料是铝合金，所述铝合金的组分的质量百分比如下：15.3％Cu，1.9％Mg，1.6％Ag，0.6％Mn，0.25％Zr，5.78％Ce，0.23％Ti，0.38％Si，其余为Al。

铝合金的制造方法为：采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过623℃均匀化处理，在412℃，采用热挤压成棒材，然后再经过560℃固溶淬火后，在210℃进行人工时效处理。导热系数为大于270W/(m*k)。

与以前的研究相比，通过加大Cu和Ce含量，可以极大的优化铝合金材料的抗腐蚀性，同时还具有极高的导热系数。

作为优选，副翅片的翅顶与翅根之间存在一定的锥度，即副翅片的厚度是按照一定的锥度变化的，其锥度的计算公式为：

B＝(b1-b2)/L3

其中，b1为翅顶的厚度，mm，b2为翅根的厚度，mm，L3为副翅片的长度，mm；

0.9mm<＝b1<＝1mm,1.25mm<＝b2<＝1.5mm。

对于成锥度的副翅片之间的距离，采用相邻副翅片之间的中心线的距离来计算，与前面的计算相同。

优选的，主翅片厚度也按照一定的锥度变化：

B1＝(b3-b4)/L4,

其中，b3错误！未找到引用源。为支撑翅顶的厚度，mm，b4为支撑翅根的厚度，mm。L4为主翅片的长度，单位为mm。

2.3mm<＝b3<＝2.5mm,4.8mm<＝b4<＝5.5mm。

优选的，对于副翅片之间的距离是按照一定的规律进行变化，具体规律是从正方形的边的中点开始，向边的两端的与正方形的所述的边垂直的副翅片的之间的距离越来越小。

例如如图2所示，位于长方体边的中点两侧的相临的两个副翅片(编号为1’、1”)间距为m，其他副翅片间距随着距边的中点的距离变大而逐渐变小。

优选的，相邻翅片间距减小的幅度相同。例如翅片1’、1”距离为m，1”,2”之间的距离m-n,2”,3”之间的距离m-2n,3”,4”之间的距离m-3n,依次类推。

上面的n、m的单位为mm。

在满足前面的优化公式的条件下，n优选的距离为0.5mm。

翅片间距呈现中间大两头小，其主要目的是优化该片区域翅片的流场同时又尽量增大翅片的换热面积。即在不过分降低换热系数的前提下尽可能增大换热面积以便尽可能降低结温。

优选的，如图5-7所示，在第一和/或第二副翅片上设置凸起6，用于破坏层流底层。主要原因是副翅片主要通过空气的对流进行换热，空气从副翅片的底部底部向上进行自然对流的流动，在空气向上流动的过程中，边界层的厚度不断的变大，甚至最后导致相邻副翅片之间的边界层进行了重合，此种情况会导致换热的恶化。因此通过设置凸起6可以破坏边界层，从而强化传热。

优选的，凸起6的形状是半圆形或者圆弧形。

优选的，设置多列凸起，凸起之间呈错列排列，如图7所示。

作为一个优选，沿着空气的流动的方向，即从散热器的底部到散热器的顶部，凸起6的高度不断的升高。主要原因是沿着空气的流动的方向，边界层的厚度不断的增大，因此通过设置不断升高的凸起6，可以使得对边界层的破坏程度不断的增大，从而强化传热。

优选的，凸起6最高的高度是最低的高度的1.15-1.2倍，优选是1.17倍。

作为一个优选，沿着空气的流动的方向，即从散热器的底部到散热器的顶部，凸起6的密度(即数量)不断的增加。主要原因是沿着空气的流动的方向，边界层的厚度不断的增大，因此通过设置不断增加的凸起6的密度，可以使得对边界层的破坏程度不断的增大，从而强化传热。

优选的，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，优选是1.2倍。

作为一个优选，同一个副翅片上，从翅根(即与长方体的连接部)到翅顶之间，凸起6的高度不断的降低。主要原因是从翅根到翅顶，翅片的温度不断的下降，因此边界层的厚度不断的降低，通过设置变化的凸起6的高度，可以实现破坏边界层的不同位置的厚度，从而节约材料。

优选的，凸起6的高度的变化与翅片上的绝对温度成正比例关系。

作为一个优选，同一个副翅片上，从翅根(即与长方体的连接部)到翅顶之间，凸起6的密度不断的降低。主要原因是从翅根到翅顶，翅片的温度不断的下降，因此边界层的厚度不断的降低，通过设置变化的凸起6的密度，可以实现破坏边界层的不同位置的厚度，从而节约材料。

优选的，凸起6的密度的变化与翅片上的绝对温度成正比例关系。

作为一个优选，在第一副翅片上设置凸起6，从主翅片的翅根(即与长方体的连接部)到翅顶，第一副翅片上的凸起的高度不断的减小。例如图2、3所示，第一副翅片3’、4’、5’上的凸起的高度不断的降低，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’。主要原因是从翅根到翅顶，主翅片的温度不断的下降，从而导致副翅片的温度不断的下降，因此边界层的厚度不断的降低，通过设置变化的凸起6的高度，可以实现破坏边界层的不同位置的厚度，从而节约材料。

作为一个优选，在第一副翅片上设置凸起6，从主翅片的翅根(即与长方体的连接部)到翅顶，第一副翅片上的凸起的密度不断的减小。例如图2、3所示，第一副翅片3’、4’、5’上的凸起的密度不断的降低，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’。主要原因是从翅根到翅顶，主翅片的温度不断的下降，从而导致副翅片的温度不断的下降，因此边界层的厚度不断的降低，通过设置变化的凸起6的密度，可以实现破坏边界层的不同位置的厚度，从而节约材料。

当然，最为优选，也可以是上述多种形式的至少两种的组合。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (2)

1.一种柱形散热器，所述散热器包括位于中心位置的长方体以及位于长方体外围的翅片组，所述长方体的横截面是正方形，所述翅片组包括副翅片和从四个正方形的对角向外延伸的主翅片，所述副翅片包括从主翅片向外延伸的第一副翅片和从正方形的四边向外延伸的第二副翅片，在第一副翅片上设置凸起，从主翅片的翅根到翅顶，第一副翅片上的凸起的密度不断的减小；

所述主翅片和副翅片延伸的端部形成等边八边形，所述的第一副翅片与主翅片之间的夹角为45°，相邻的副翅片的距离为L1，所述正方形的边长为L0，所述主翅片的高度为L2，满足如下公式：

L1/L0=a*ln(L2/L0)+b，其中ln是对数函数，

0.22<a<0.24,0.20<b<0.23，

40mm<=L0<=60mm,

10mm<=L1<=25mm,

55mm<=L2<=85mm;

0.2<L1/L0<0.42,

1.2<L2/L0<2.0;

散热器的高度为H，0.03<L1/H<=0.15;

100mm<H<300mm。

2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于a=0.24，b=0.22。