TW200926951A - Non-linear fin heat sink - Google Patents

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200926951 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於熱轉移之方法及裝置 言之’本發明係關於用於冷卻電子元件及其他物體之= 擴展表面’而此等方法及裝置涉及熱轉移（諸如 除、吸收及/或耗散）。 ’、、、夂移 ❹【先前㈣】… 月欠熱盗係一用於自一熱系統移除、吸收及 散熱之設備。—般而言，習知散熱器係基於衆所周知之關 於熱轉移之物理原理。熱轉移係關於熱（熱能量）經 二，、輪射或其之某一組合的轉移。通常，熱轉移涉 •及為自一形體（固體、液體、氣體或其之某一組合）至另 一形體（固體、液體、氣體或其之某-組合）的運動。在 本，明:，術語“散熱器，，亦可應用於經由其來轉移熱之 ❿熱交換器、轄射器、經空氣及液體冷卻之冷板以及其他設 備0 一人ΐ語“傳導，’（或“熱傳導”）係指代熱經由（通過） -介質而無介質自身之運動的傳輸，且通常係自一較高溫 度之區域至一較低溫度之區域。“對流，，（或“熱對流”) :與傳V相區分且指代熱藉由—與_受熱體接觸之移動 體的傳送。根據對流’熱藉由流體自身之運動而自流體 ，一個部分被轉移至流體之另—部分。“輻射，，（或“熱 幸田射）係指代熱之波或粒子之發射及傳播。可藉由緊接 200926951 在下文予以簡短論述之關係來描述 導、對流及輻射）。 三種熱轉移機制 (傳 基=體，料料熱通過其之能力的料式 來表示，其中：q:自一較高溫度區 或至：較低溫度區域之熱轉移速率（通常以瓦特來表

二，f導率（W/m κ2)，其爲材料組合物之m S f面面積（m )(垂直於熱流之方向）；·溫差 日.一爲較咼溫度區域與較低溫度區域之間的溫降 1，以及L=熱將流動穿過之熱路徑的長度（m)。 基於机體經由與一固體表面親密接觸來轉移孰 ^能力的對流式熱轉移由方程式厂从抓來來表;a ^ ^流體對流係數（W/m2K)，其中心由包括流體之組 口物、溫度、逮度及紊流之因數來判定；以及·盘流體 接觸之表面面積（m2)。

基於固體材料將能量波或粒子自固體表面發射或吸 收至流體分子或至不同溫度固體表面之能力的輻射式熱 轉移由方程式g 來表示，其中：尸固體表 =之無因次發射率係數，其係材料表面之一特徵；尸斯蒂 刀波'兹哭¥數；4=放射熱之表面面積（m2 ) ; 7；=表面之 絕對溫度（K);以及，Γα=周圍環境之絕對溫度（κ)。 就理淪上來解释，不管熱轉移機制如何，皆可藉由在 方柽式右側增加一或多個分子因數來提高熱轉移速率q。 在當丽實際情況中，通常以一朝藉由增大熱導率k(對 於傳導而言）、表面面積Λ及熱轉移係數he (對於對流而 7 200926951 吕）來促進散熱器之傳導特性的觀點來設計散熱器、冷板 及熱交換器。在這點上，根據習知結構，一散熱器結構由 具同度熱傳導性之固體材料製成，藉此最大化散熱器之 傳導率k特徵，具有一包含複數個可製造之肋片或插腳之 擴展表面，藉此最大化表面面積（；以及一與流體介質接 觸之幾何形狀，藉此最大化熱轉移係數心。 ❹

，照習知設計’散熱器結構趨向於被再現爲較大（例 如笨重或龐大）’因此通常藉由通過由功率輸入除⑽（埶 源=溫升）（亦即’ °C/W)得到之熱轉移係數或熱阻q ^ 評定散熱LX熱阻q之—較低值等於—更有效之設計。 =加，面積及體積時，必須將輔助問題（諸如流 阻及貝1)最小化。爲估計此等輔助效應對散熱器之效率 的影響’可使抽沒功率Pp (以w量測）及質量M (以仏 來量測）加權並將其添加至效率方程式從而產生 阻可尤爲重要’因爲此阻力以冷卻劑速度之 方冪增加。高流阻可能需要較大之泵或風扇緑生額外抽 汲功率，此亦可能需要額外冷卻能力。 V因於製造成本，使得最佳散熱器通常被限制至具有 :疋間距之相同肋片之一線性陣列，該等肋片意欲增加可 用：：轉移之表面面積及增加熱轉移係數。此等散 於f有簡單之肋片形狀（諸如方形或矩形及偶爾之 圓形插腳）而被損壞。 200926951 咼溫度之介質。歸因於冷卻劑之溫升及由於被動式散熱哭 無法將一熱源冷卻低於冷卻劑之溫度，所以在一列供以相 等動力之元件中的最後之設備的溫度將熱於上游元件。冷 部劑之溫升係通過= g/Acp而得到，其中質量流量 速率（kg/s)且冷卻劑介質之比熱（J/kgK)。此效應亦 可極大地改變冷卻劑特性。因此，對於一特定入口冷卻劑 溫度而言爲最佳之一線性肋片陣列在熱被吸收之後將不 提供冷卻劑之最佳熱轉移。冷卻劑介質特性改變之一極端 ，樣係在高熱流通量應用中，藉以一飽和液體進入熱交換 為、經由泡核彿騰而變爲二相流且隨後變爲蒸氣流。 另外，熱通常並非均一地散佈於散熱器之熱輸入表面 . 上。慣例係使複數個小型熱源共用一普通散熱器。在此等 - 狀況下，肋片突起之一線性陣列將需要與受熱區域相同量 之抽汲功率來流動穿過未受熱區域。 、因此，在一高功率密度下表現之散熱器冷卻之習知方 ❿去^能產生以下的潛在問題。第一，先前技術製造方法産 生就成本而言係最佳的，但就熱轉移而言並非具有最佳的 :片突起之-陣列。第二，由具有相同間距之相同肋片組 成的低成本先前技術肋片陣列將在未受熱區域上浪費抽 及功率，從而通常導致需要較大風扇或泵。第三，先前技 衡肋片陣列並未預備解決冷卻劑介質之溫升或冷卻劑物 理特性之改變，從而導致效率降低。第四，歸因於製造方 法之局限性，使得先前技術散熱器之毛重通常係超重的。 該項技術中感興趣的係若干美國專利，該等專利中之 200926951 每一者以引用之方式併入本文中。 4=等二之於1979年4月24曰頌佈的美國專利第 C生在流體流中使用方形或對角線截錄 南冷部。Klein亦教示了相對之入口埠 :皐在料埠之間産生—較高速度。K1 使用有效結構或流阻之作用。 不双不

Pellant等人之於19δ()年2月19日頒佈的美國專利 ❹ 弟4, 188, 996號描述了—含有複數個經間隔之平行通道的 設備。該料道藉由縱向_之柱體來劃分以試圖促進更 多流體総。Pellant並未教示❹有效結構或流阻之作 用0 . IVerSen之於刪年12月18日頒佈的美國專利第 -4, 712, 609號揭示了一變粗糙之熱交換器表面，該表面呈 有一被加熱至沸騰且産生用以移除成核氣泡之壓力梯度 的冷卻劑流。儘管iversen教示了低流阻係重要的，但 ❿Iversen並未教示且並未預備以下事實：用於液體流之最 佳熱轉移表Φ與用於二相及氣體紅最㈣轉移表面係 非常不同的。

Steffen等人之於1991年3月5日頒佈的美國專利第 4, 997, 034號教示了一由位於餡餅狀板上之菱形狀突起組 成的熱轉移表面及對製造簡易性與流阻的承認。Steffen 既未教示不同縱橫比將産生不同熱轉移及流阻結果， Steffen亦未教示使用突起之混合形狀及高度。

Wolgemuth等人之於1995年9月26日頒佈的美國專 200926951 利第5,453,911號揭示了使用喷嘴來促成使冷卻劑碰撞於 絕緣閘極雙極電晶體（IGBT)或矽控整流器（SCR)之底 板及偏轉板上以在熱點處產生更大之熱轉移係數。 Wo 1 gemuth既未教示流阻之重要性，或毛重在流方向上改 變且速度可對流阻具有非常負面的影響，Wolgemuth亦未 揭示使用成形突起來有效地冷卻熱點。

Romero等人之於1999年6月29日頒佈的美國專利第 5, 915, 463號指導使用一最佳肋片陣列來冷卻離散元件及 使用一種製造方法。R⑽ero確定垂直於冷卻劑流之肋片表 面並不會顯著促使熱轉移，此直接與大量出版文獻相矛 盾。

Frey等人之於1999年11月2日頒佈的美國專利第 5, 978, 220號揭示了使用經融合結合之散熱器來冷卻IGBT 模組，藉以散熱器插腳係圓形的、垂直於冷卻劑流且呈六 邊形圖案。儘管Frey教示可藉由改變插腳直徑及間距來 最佳化熱阻，但Frey並未在彼最佳化或一種用以反擊冷 卻劑之熱吸收的方法中揭示流阻之有害效應。

Becker等人之於2000年3月21日頒佈的美國專利第 6, 039, 1 14號指導使用一由突出之凸耳組成的冷卻體。 Becker教示了 Λ耳之體積大於流通道之體積，藉此産生均 質流阻。Becker並未揭示如何可將該等凸耳之形彳大或圖案 最佳化以減小該流阻或可如何改變冷卻體之幾何形狀以 冷卻具有更大熱流通量之局部區域。

Cannell等人於2004年5月4日頒佈的美國專利第 200926951 6,729,383號教示了一具有非熱傳導肋片之散熱器，熱轉 移發生於散熱器板上。插腳用於促進流體紊流。CanneU 教示了插腳當中之不-致性係可接受的，但組態規則度促 進A轉移之均勻性。Canne 11並未教示流阻係一重要變數 或某些形狀比其他形狀更爲有效。儘管Cannel丨揭示了大 量實施例，但使用一優於另—實施例之實施例並不合理。 ^ Rinehart等人之於200?年2月6日頒佈的美國專利 第7, 173’ 823號揭示了一流體冷卻總成（其中存在一散熱 器）。Rinehart教示由於流體之熱吸收而使得位於流體入 口處之冷卻插腳的直徑比位於流體出口處之冷卻插腳的 直徑小，但並未揭示肋片之其他形狀及間距更有效，或縮 ' 短插腳可提供較小流阻而同時提高肋片效率。 - 參看一先前技術組態之第一 A圖至第一 D圖，展示了 一圓形插腳散熱器10。先前技術插腳u係圓形且附著至 一基底12。現參看第一 B圖，如在平行於流之先前技術縱 ❹向列13中所指來配置先前技術圓形插腳11。先前技術縱 向列13彼此成交錯關係，使得交替縱向列13中之插腳u 如所示爲對準之橫向（行方向）14。現參看第一 c圖，亦 可设想第一 β圖中所示之先前技術圓形插腳1 1圖案展現 一先前技術散熱器10’其具有以被設置成垂直於流之橫向 行14配置的先前技術圓形插腳u，使得交替橫向被縱向 (逐列）對準。 參看先前技術組態之第一 B圖及第一C圖，展示了先 前技術圓形插腳11具有相等之先前技術插腳直徑15、相 12 200926951 等之縱向插腳間距16及相等之先前技術橫向插腳間距 17 ’而上述用s吾縱向及橫向”係相對於主流方向。 Ο ❹ 現參看先前技術圓形插腳散熱器1〇,可添加先前技術 上流邊界表面18，藉此先前技術上流邊界表面18及先前 技術基底12充當流之邊界層。先前技術上流邊界表面18 及先前技術基底12皆爲平面的。先前技術圓形插腳丨丨使 一整體先前技術插腳高度19自先前技術基底表面12均勻 地擴展。每一先前技術圓形插腳u均具有相同之先前技 術插腳尚度19。視先前技術圓形插腳散熱器1〇之特定要 求而定，插腳11可僅支撐、觸摸或不觸摸先前技術上流 邊界表面18。因爲先前技術上流邊界表面18及先前技術 基底表面19皆爲平面的，所以其間之距離係恒定的。

參看第二A圖至第二C圖，展示了一先前技術方形插 腳散熱器20。先前技術方形插腳21具有一相等或近似相 等之先前技術方形插腳縱向尺寸25及先前技術方形插腳 検向尺寸26。先前技術方形插腳21附著至先前技術基底 12。現參看第二β®，如在平行於流之縱向列13中所指 來配置先前技術方形插腳2卜列13彼此成交錯關係，使 得交替列13中之插腳21爲對準之橫向（行方向）14。亦 :设想第二Β圖中所示之先前技術方形插腳圖案展現一先 前技術散熱器’其具有以被設置成垂直於流之橫向行Μ 配置而成的先前技術方形插腳21，使得交㈣被 列）對準（未圖示）。 V 參看先前技術組態之第二B圖，展示了先前技術方形 13 200926951 插腳21具有相等之先前技術縱向插腳間距16及相等之先 前技術橫向插腳間距17。 現參看先前技術方形插腳散熱器之第二C圖，可 見先前技術方形插腳11在流速度27中産生一先前技術不 連續性。先$技術流不連續性27具有再迴圈及速度停滯 之要素，從而導致熱轉移效率減小且壓降更大。先前技術 流不連續性27在大多數具有直列式或交錯之形狀圖案的 先剷技術散熱器當中係普遍的。當橫向插聊尺寸與縱向插 腳尺寸之比率大於或等於1時，先前技術流不連續性27 表爲减著。因此，當橫向插腳尺寸與縱向插腳尺寸之比率 減小但由插腳表面表層摩擦引起之壓降增加時，先前技術 流不連續性27減小。先前技術流不連續性27之大小隨著 流動紊流增加而增加（由雷諾數Re指示）。其中Re == rC/ZVm，且r爲流體密度（kg/m3)，y爲流體速度（m/s)， D爲一特徵尺寸（m )，且m爲絕對黏度（n s/m2 )。 麥看第三A圖及第三B圖，展示了一先前技術板狀肋 片散熱器3 0。先月ij技術板狀肋片31通常以使一先前技術 縱向尺寸35比先前技術橫向尺寸36大得多爲特徵。先前 技術板狀肋片31附著至先前技術基底12。現參看第三b 圖，如在平行於流之縱向列13中所指來配置先前技術方 形插腳31。列13彼此成交錯關係使得交替列13中之肋片 31爲經對準之橫向（行方向）14。亦可設想第三B圖中所 示之先萷技術板狀肋片圖案展現一先前技術散熱器，其具 有以被設置成垂直於流之橫向行14配置而成的先前技術 14 200926951 板狀肋片3卜使得交替行被縱向（逐列）對準（未圖示）。 肋，前技術組態之第三B圖，展示了先前技術板狀 1 ”有相等之先前技術縱向肋片間距16及相等之先 則技術橫向肋片間距17。 現參看先前技術方形插腳散熱器3〇之第三c圖，可 土 =支：板狀肋片31在流速度中産生一先前技術不連 j 38。先前技術流不連續性38具有一垂直於主流方向 二：測„高度39，該速度邊界層高度39係通 Ϊ = = = 5而得到，其中#尺寸❿）處之速 =邊界層尚度39，X㈣行於紅自物體之起始點的距離

m ▲且仏係尺寸χ處之雷諾數。應理解，速度邊界層 之回度表不名先刚技術板狀肋片31之表面的近停滯 品’當先前技術縱向插腳尺寸35增加時，該近停滯區導 致熱轉移係數降低。速度邊界層沿流路徑之增加之厚度用 以覆蓋位於較低速度流體之一“陰影區，，中的下游肋片 或插腳’ ^此當横向行14之數目增加時降低熱轉移係數。 參看第四A圖至第四c圖，展示了 一先前技術二維插 腳散熱器40。先前技術圓形插腳u附著至一先前技術基 底12。先刖技術圓形插腳1丨被分組爲兩個爲不連續且因 此不相互作用之不同區域：一入口區域43及一出口區域 44。入口區域43内之先前技術入口插腳41具有一比先前 技術出口區域44内之先前技術出口插腳42小的直徑。 現參看第四B圖’如在平行於流中之縱向列13中所 指來配置先前技術圓形插腳n。歹13彼此成交錯關係使 15 200926951 131之插腳11爲經對準之橫向（行方向) 14。先則技術入口 _41在入口區域43 向間距45且先前技術出口插腳42在出口區域二: 相等之縱向插腳間距46。先前技術入口插腳41在入口^ =3 :具有相等之橫向間距巧且先前技術出口插㈣ 在出口區域43内具有相等之橫向插腳間距48。 ❹ ❹ 現參看先前技術二維插腳散熱器4〇之第 能術上表面18及先前技術基底12充當流之邊界】。= 則技*上表面18及先前技術基底12皆爲平面的。先 插腳11使—整體先前技術插腳高度19自先前技術 f底表面12均勾地擴展。每一先前技術圓形插腳U均且 ^目同之U技術插腳高度19。視先前技術圓形插腳散熱 =0之蚊要求而定’插腳u可僅支擇、觸摸或不觸摸 上表面18。因爲先前技術上表面18及先前技術 土&表,19皆爲平面的，所以其間之距離係恒定的。 ^ 、、表疋，本發明人有感上述缺失之可改善，提出一種設 β十合理且有效改善上述缺失之本發明。 【發明内容】 一古鑒於!1上内容，本發明之一目標係提供一種能夠自以 回功率密度爲特徵之設備或其他待冷卻之物體耗散或 移除熱的散熱器方法及裝置。 本發明之另一目標係提供一種提供針對一具有一底 板之待心卩物體（諸如—模組）之冷卻的散鮮方法及裝 16 200926951 的 置’其中§亥冷卻遍及該底板之表面區域係不均勺 本發明之另一目標係提供一種散熱器方法及裝置，其 並不龐大、笨重或沈重。 本發明之進一步目標係提供一種散熱器方法及裝 置’其中擴展表面突起按照對流式熱轉移 及流阻而被最佳成形。 飞…轉抄 ❻ 本發明之另-目標係提供一種散熱器方法及農置，其 =償冷卻劑介f之溫升且提供對局部冷卻劑溫度之增強 i 之進—步目標係提供—種散熱器方法及裝 ^根據冷卻齡質之局㈣理雜轉遞最佳冷卻效 本發明提供一種用於冷卻-物體之散熱器及一種用 物見其之方法。該散熱器能夠與一用於實現；;:之= 鲁 (液體或氣體）相關聯地使用， 一 勒制4、 4人，、、 j將/夜體冷部劑、氣體冷 3 、、且δ上述二相冷卻劑應用於本發明。 列來中之- _ 明Η从、，μ 部劑流。根據許多實施例，本發 而门時咸二形狀、間距及高度圖案以提供最佳冷卻 而冋時減小體積及流阻爲特徵。 夕、據本么月之許多實施例’ 一用於與用於冷卻-物體 埶轉移社槿句枯宜賴益5又備包含一熱轉移結構，該 包括-基礎部分 '複數 表面。基礎部分罝有—风衣囬及盍 /、有—上表面。該等突起設置於上表面 17 200926951 上。基礎底表面可經調整而與一熱源嚙合。流體相對於上 表面及相對於物體而近似縱向串流。根據典型發明性實 踐，忒結構可调適爲此σ齒合及關聯，其中至少一突起影塑 流體之串流；更通常地，其中複數個突起（其爲該等= 中之一些突起或所有該等突起）影響流體之串流。 ❹ 、在本發明之另-實施财，—用於與用於冷卻一 之流體相關聯地利甩之散熱器設備包含一結構，該結 括一基礎部分、複數個突起、側表面及—蓋表面 起被設置於基礎之上表面與蓋之下表面 面可經調適而與一熱源喷合。流體相對于基礎上心Ϊ 下表面及物體而近似縱向串流。因此，上表面及下表面： 之插腳可具有列形„距及高度，#加馳料， 插腳在熱轉移結構内產生多個局部流場。 … 本發明之冷卻裝置係供應用於任何物體（例如，電子 電路没備或其他電子元件）。 本♦明之流體冷卻型散敎哄罢，s A 4人+ 件（例如，流體産生二/ /置通常包含流動性構 面部分件呈^ )及一部件。主體具有一主體表 插腳，八有—部件表面部分及複數個自其突出之 求此平^ 近似平行的；然而，根據本發明並不要 末产母一插腳具有—與部件表面部分相對之插腳 末立而表面部分。流動性構 沿部件表面部分之至少一邻八^且射抓體之構件，该流體 部分之至少一邱八ώ 4刀而易流動以便在主體表面 分通信時鄰接表面部分中之至少一些部 接主體表面部分之至少—部分。通f，以此方 18 200926951

式配置並組態該等插腳以俤A A 盘主㈣m W加在部件表面部分 與主體表㈣分之間通過的流體之紊流。 §干夕貫施例提供 炫叩w兮部一裝置（諸如電子元 方法。該發明性方法包含以下步驟：（a)提供一具 鲁 有〜備表面區域及複數個自該設備表面區域突出之 ==備’料料具有與設備表面區域相對之對應末 %，（b)使該裝置與該設備相關聯，該裝置具有一裝置表 面區域，將實體表面區域置放成與該等末端中之至二‘ 末端接觸；及⑷纽備表面區域與裝置表面區域之間 排放流體以便由該等部件中之至少—些部件產生干擾。 本發明滿足大多數用於耗散/移除熱之軍用及商業要 求本發明之散熱器，其能夠自單個或多個高功率密度設 備耗散熱；可遍及底板表面區域而提供均勻或區域^冷 卻；就質量、總體積、抽汲功率及熱阻而言係高度有效的 以及支援相對較低弋製造及組裝成本。 ⑩ 關於本發明，可稍微互換使用術語“插腳，，及“肋 片”。通常將術語“插腳，，應用於任何高度之擴展表面突 起，其具有平行及垂直於一般冷卻劑流方向的約略相等之 尺寸。術語“肋片”通常指代任何高度之擴展表面突起， 其具有一比垂直於一般流之尺寸大的平行於—般流之尺 寸。下文中，將“助片”用於呈現散熱器内部之結構。 根據本發明之許多實施例，突起可由熱傳導材料（諸 如金屬）製成’藉此增加表面面積並補償工作流體之熱對 流及肋片之熱傳導。 19 200926951 根據因此實施熱非傳導肋片之發明性實施例，不存在 顯著或明顯之熱導率；所有或實際上所有自熱源移除之孰 =由：流而被移除，其中冷卻流體開始直接接觸熱源物 =表面或表面部分。—熱非傳導材料將通常爲金 屬材料。 ，舉例而言’在涉及一具有一介電（例如，陶究）底板 =模組的發明性應用中，藉由工作流體（例如，水或空氣） Ο m 來貫:底板而移除全部熱。本發明之肋片充當用於陶究底） 板之機械支撐件且用以据$ - 了工你㈣& 作流體之紊流；該紊流增加 以防止=之”，、移除有效性。本發明不僅爲底板提供支撐 防止破4，而且亦冷卻底板。 突出應理：，根據本發明，肋片不必自散熱器之基底部分 性特徵係可將肋片插入於熱源與散熱器表面 物= 表面限制—側上之工作流體流，且一敎源 物體表面限制相對側卜 ·、、、确、 肋片可自以τ由 作，风體〜。在發明性實踐中， 下中之任一者突出：〇)一爲一 子元件之模組之部分的基底;或(：:二電 部分的基底部分，此美麻邱八」^爲散熱器设備之 此基底部分自身表示一種“底板，，。 根據本發明之許多實施 因此可在埶流之住古…熱替換。本發明 質或受熱介質至冷源）。 ”、、原至冷部劑介 應理解’根據本發明亥 如金屬）製成，藉心加/面二起可由—熱傳導材料（諸 ‘此曰加表面面積且補償工作流體之熱對 20 200926951 流及肋片之熱傳導。

本發明因此可操作，而不管肋片自兩個相對基板（亦 :，一物體表面（例如，“模組化底板表面，，）或一散熱 器表面（例如，“散熱器底板表面，，）中之哪一者突出 因此，根據許多實施例，一冷卻總成可包含一模組化底 板、一散熱器基底、複數個肋片及一流體。該等肋片位於 兩個表面之間。該流體安置於模組化底板與散熱器基底之 間以便由該等肋片中之至少一些肋片來干擾。此等發明性 配置可證明對涉及高熱流通量之應用尤爲合適，其中模組 化底板（亦及可能簡組之嶋部分）由介電材料（諸如 陶兗之非金屬材料）製成，且藉此向由 件提供電絕緣。 电亍兀 應進-步理解，本發明結構適用於不同物理幾何。舉 ::言，一多面熱轉移結構’其中一些面將熱轉移至該結 構中且其他面將熱轉移出該結構。 當結合隨附圖式加以考慮時，本發明之其他目桿、優 勢及特徵將自以下本發明之實施方式而變得顯W見。將 理解’上述-般描述及以下實施方式係例示性的，且音欲 提供如触狄本發日狀進—步_。本發明之其他優勢 及特徵將自以下描述、圖式及申請專利範圍顯而易見。 【實施方式】 參看第五圖’展示了 一非線性肋片散熱器5〇。肋片 Μ之截面形狀爲橢圓且其被附著至—散熱器基底52。 21 200926951 片縱母一橢圓形肋片51均具有-截面肋 距一截面肋片橫向尺寸54。將縱向肋片間 肋片之門：方向上（亦即’在—給定列55内）兩個連續 二，間的距離)表示爲56 ’且將橫向肋片間距(在樺向 ^=_列55或肋片51之間的距離）表示爲57。 匕成交錯關係使得交替縱向列55中之肋片51 爲經對準之橫向（行方向）。 Ο Ο 流之圖’上蓋59及基底52充當 51 #一 土底52皆爲平面的。橢圓形肋片 明50=體肋片高度6G自基底52之上表面擴展。視本發 或者被疋要未而定，肋“1可僅支撐、觸摸或不觸摸 =固比定地接合至上蓋59之基礎表面。因爲上蓋心 土-白爲平面的’所以其間之距離係恒定的。 狀 &月之新穎特欲係對於每一肋片51而言，縱向 用於^寸53、松向肋片尺寸54及肋片高纟60被最佳化以 =局韻場。第七圖展示了在非線性散熱器之前邊緣62 :二口肋片高度61小於在散熱器之後邊緣64處的出π A卜门度63 ’即使上蓋表面59與基底表面52之間的距離 前邊緣62處之肋片61的初始高度意欲産生一 /于私藉以自層流至紊流之過渡被加速而産生一比將 、、生之熱轉移係數高的熱轉移係數。肋片Μ之初始高度 居滿足^個要求以起始—位移行程^〉㈣⑽及e〉 .幾。其h係肋片之高度(m)，“系運動黏度(m2/s)， 係流體速度（m/s)，且心係位移邊界層之高度（m)，其 22 200926951 中1.7208 Rex 。在初始肋片南度産生位移行程之後，下 游肋片之高度係基於紊流時速度邊界層厚度之增加。 現麥看第八圖’本發明之一新穎特徵係肋片橫向尺寸 54關於d (邊界層之厚度）而增加。以此方式，每一後續 肋片將突出穿過速度邊界層，藉此達成更高之紊流情況， 從而產生較高之自每一肋片51之熱轉移。 另一新穎特徵係肋片縱橫比（被定義爲肋片縱向尺寸 〇 53除以肋片橫向尺寸54)沿一對數曲線而自位於散熱器 62之前邊緣處的高縱橫比橢圓進展至終止于總散熱器長 度65之7/8距離處的低縱橫比橢圓。對於散熱器長度 之剩餘1/8而言，肋片51線性返回進展至高縱橫比橢圓。 f該項技術中已知對於具有一特定體積及高度之肋 片而言，較大之截面橢圓縱橫比將產生較大之表面面積、 較低之阻力係數及較低之熱轉移係數。因此，因爲本發明 之其中一個目標係最小化流阻及體積而同時增加熱轉移 _係數’所以肋片51在自散熱器之前邊緣的距離增加時改 變縱橫比。朝向前邊緣之肋片51具有較高之縱橫比，因 爲在此縱向尺寸處，流體並未吸收足夠熱以在損宝體積及 流阻的情況下要求-高熱轉移係數。如第八圖及^九圖中 所示，最初六個肋片橫向列67具有6 〇:1之縱橫比；緊 接著的六個肋片橫向列68具有5. 5:1之縱横比|、緊接著 的五個肋片橫向列69具有5. 0:1之縱橫比；緊接著的四 個肋片橫向列70具有4. 5:1之縱橫比；緊接著的四個肋 片橫向列71具有4. (M之縱橫比；緊接著的三個肋片橫 23 200926951 向列72具有3.5:1之縱橫比；緊接著的三個肋片橫向列 73具有3· 〇: 1之縱橫比；緊接著的兩個肋片橫向列74具 有2· 5:1之縱橫比；在長度65之最初7/8中的剩餘兩個 肋片横向列75具有2.0:1之縱橫比。 士現參看第八圖及第九圖，當流體吸收熱且流體溫度上 升2，較低縱橫比肋片增加熱轉移係數以達成均勻冷卻。

Ls—至較低縱橫比之對數進展係有益的，但散熱器 ❿之最後約略1/8可促成大部分流阻。爲此，在沿流軸之約 7/8距離處，肋片再次線性進展至高縱橫比。再次參看第 圖在政熱器長度66之最後1/8之前邊緣處開始，最 初肋片橫向列76具有3· 0:1之縱橫比；緊接著的肋片橫 向歹j 77具有4. 0:1之縱橫比；緊接著的肋片橫向列π具 - 有& 0:1之縱橫比；以及最後之肋片橫向列79具有6 〇:1 之縱橫比。或者，後邊緣處之肋片可具有一降低之高度以 達成相同效應。 春 第十圖及第十一圖描繪了本發明之另一實施例，其更 大地使用肋片組態變化。對於此實施例而言，肋片沿前邊 緣之數目被減少，從而産生一至散熱器入口 8〇之“『，彤 狀。所減少之肋片的區沿流軸擴展之確切距離係隨流輪廊 而定的。在層流區域中之一封閉通道中的流（其中雷諾數 約略<2, 000 )將受益於一抛物線入口區。在奮流區域 中之-封閉通道中的流（其中雷諾數約略<2,〇〇〇)將受益 於-雙曲線入口區域82。看來，入口區域之益處及影響可 更適用於具有運動黏度與熱擴散率之—更大比率^节 24 200926951 體。將此比率（普朗特數）描述爲Pr = c>w/yt。 本發明之方法並不限於肋片散熱器。如第十二圖中所 示，一板狀肋片散熱器具有許多平行於流軸且安裝至基底 52之肋片83。肋片橫向尺寸84在流距離86自前邊緣85 增加時關於d (邊界層之厚度）而增加。以此方式，當流 距離86自前邊緣85增加時，肋片表面將突出穿過速度邊 界層，藉此達成至高紊流之更大曝露，從而産生較高之自 每一肋片83之熱轉移。 ❹ Pr 再次，如第十三圖中所示，在散熱器之長度88之約 略7/8處達成肋片83之最大橫向肋片尺寸87。當縱向尺 寸88 4加超過此點時，在流長度9〇之最後約略1 /8期間， 検向肋片尺寸84再次減小至散熱器之後邊緣89。具有此 .輪廓之肋片將比僅爲固定厚度之板狀肋片達成更大之軌 轉移係數。 第十四圖描繪了展示複數個離散肋片圖案91之基底 β 52 ,由本文中之教示，可按比例擴大或按比例縮小或者可 後製本發明以在離散熱源處産生相等改良。流在前邊緣62 f進入且藉由偏流器92而被偏轉朝向肋片圖案91。偏流 f 92經成形以提供最小流阻，同時在肋片圖案91處允許 尚速度。藉由利用最佳肋片圖案91，複數個具有許多離散 功率位准之熱源中的每一者可被相等地冷卻（若設計應用 如此要求）。 第十五圖展不了第十四圖之物體貫穿截面A_A的侧視 圖肋片圖案91自基底52突出。流體流由上蓋59所容 25 200926951 納。當流體在前邊緣62處進入時，流體速度藉由自基底 52突出之基底偏流器93及自上蓋59突出之上蓋偏流器 95而增加。複數個熱源94直接附著至基底52及上蓋59， 該等熱源94對應於存在於肋片圖案91内之較高速度的區 域。 如第十六A圖至第十六F圖中所示，將上蓋59及基 底52描繪爲非平面。本發明之上蓋59及基底52具有多 種不同“構形”中之任一者。上蓋表面59之幾何組態可 全部爲平面、全部爲非平面或其之某一組合。假定一平面 (平坦）基底52 :若上蓋59爲平面，則肋片高度係恒定 的；若上蓋59爲非平面，且基底52之厚度係可變的，則 肋片高度60係不恒定的。 上蓋5 9及基底5 2之幾何可全部以直線性爲特徵、全 部以曲線性爲特徵或以其之某一組合爲特徵。第十四圖及 第十五圖展示了上蓋59及基底52兩者藉由上蓋偏流器95 及基底偏流器9 3及藉由偏流器9 2而自平面移位。在發明 性實踐中，可將任何隨機或剛性幾何用於上蓋59之基礎 表面及基底52之上表面，諸如（但不限於）三角形、卵 形及正弦形。 表1展示了當與一使用先前技術教示之散熱器相比時 應用本發明之教示的結果。表1列出了一先前技術肋片散 熱器及本發明之散熱器的物理特徵。最爲顯著的係本發明 所體現的熱阻之減小、所要求之抽汲功率之減小及質量與 體積之減小。 26 200926951 表1 散熱器材料 銅 流體體積流動速率，？ 11 流體密度， 840 流體絕對黏度， O.tH 流體熱導率，fr (W/mK》 0.13 流體比熱，cB(J/KgK) 2450 流體入口溫度， 75 周圍環境空氣溫度，TAfC> 7S 底板尺寸LxWxD(cm) 17.5x6.5x0,3 功率， 3,000

最高溫度 先前技術 161 本發明 140 底板平均溫度，TMEANrc) 1S4 135 壓降， 37 14 散熱器體積，V (cm3) 110 108 散熱器質量，Μ你的 0,54 0,46 熱阻， 0.024 0.018 泵功率，P“W) 8,60 2,β 效率，η(1/(^^Μ)) 11.5 47.S 應強調，本發明並不限定於本文中在圖式中所表示之 特定幾何比率。不同幾何圖形可表明類似之原理及概念； ® 詳言之，肋片及/或基底截面之不同縱橫比幾何及形式可用 於産生熱效能之屬性。閱讀此揭示案之一般熟練技工將顯 而易見，在本文中特定揭示之幾何模態當中存在主題共同 性，且可根據此等主題共同性及根據本文中所揭示之其他 發明性原理來發明性地實踐本文中未特定揭示之許多幾何 模態及比率。 本發明具有多種不同實施例。如緊接著在下文中所詳 細闡述，例如可改變一或多個尺寸、組態及/或幾何參數， 27 200926951 包括（但不限於）以下内容：⑴肋片長度及/或言 了片巧面形狀（例如橢圓形對照圓形對照方形；等）. ::二S平仃列定向對照偏移列定向、列定向偏蒋 ::度等等);(lv)肋片間距(例如，在各種 肋片之間的距離）；（v)诵H 〇合種方向上各種 間的距離W 路，衣度（例如，底板與上蓋之 間的距離），（V1)通路形狀（例如 對安置）、底板之於瘉r —祕 政伋/、上盍表面之相 唯）π狀.ίν..·、#)，（ν11)放熱器基底截面之外形（二 體入吨態；及⑴流體出口向尺寸，（lx)流 有縱了擴圓狀肋片51之截面（具 沪且有H :53及橫向肋片尺寸54)，但此揭示案之- 不難瞭解’可以角偏移方式(例如，相 ❹ i:角:=;Γ諸如上蓋59表面之 蓋5 9表面之_邊^^ ’相對於—所選縱向線（諸如上 截面。本文中所揭干 二)來安置任何形狀之肋片51 幾何截面形狀'幾何配;性實踐可使用 =何:於或等於零之值)之斜的= 僅為例不性的。事實上， 與位置的潛在無窮數目之變^涵蓋肋片51之截面形狀 51。’本發明可使用任何數目或幾何配置之肋片 51 ϋ性及均^ (均質性）之特性，發明性肋片 28 200926951 51陣列可以交錯之均勻性、非交錯之均勻性、交錯 勻性或非交錯之非均勻性爲特 "a 二 y丨王舄符试。此外，可針 終 片51陣列而使用兩個或兩個 何組合。 上之成何肋片51形狀的任 :::可根據本發明而改變流空腔之表面粗糙度。不 基底52所界定之基本幾何，由該等表面所 界疋切細4何可鑒於平滑度對照粗糙度而 ❹ f擇肋片51之基本幾何，^可選擇邊界表面之^田^ 何，以便以-所要之方式影響流體之流動。

肋片51之表面粗糙度及孔隙率在料流中係一重要 因素。在具有-㈣較高之熱導率的低㈣流體中，肋片 孔隙率可增加更大之表面面積且用於降低壓降。在具有一 接近非線性散熱H 5〇内之所_之操作條件之沸點的流 體中面粗糙度將料騰㈣騎過熱具有—極大影 響。事實上，本發呢之進一#目標係影響用於允許連續控 制隨流長度而定之沸騰開始及易感性的構件。 另外’除局部、縱向及橫向尺寸與幾何變更之外，肋片 可/口平行於肋片之高度所量測的軸而設置以達到最佳 化。肋片截面中之物理改變的效應對照自肋片基底所量測 之距離在該項技術中已衆所周知，但亦可以個別肋片或肋 片區域爲基礎來更改此等特徵以影響局部最佳流場及固 體/流體相互作用。現參看第十六A圖，展示了本發明之 俯視平面目。第十六B圖展示了在散熱器基底52之縱向 距離之約略1/8距離處之肋片的正面截面圖。在沿縱向軸 29 200926951 之此位置處，肋片爲一圓錐形狀123。肋片之側壁自附著 至基底52之較大肋片基底124進展至肋片尖端125。此形 狀允許一低流阻且並未非常好地轉移熱，亦即，肋片尖端 125之溫度與局部易流動介質係大約相同溫度。第十六Q 圖展不了在政熱為基底52之縱向距離之約略1/2距離處 之肋片的正面截面圖。在沿縱向軸之此位置處，肋片爲一 凹雙曲線形狀126。肋片之側壁沿—凹雙曲線而自附著至 ❿基底52之肋片基底124進展至被截肋片尖端m。此形狀 允布-較低流阻但比第十六B圖之圓錐輪廊123更好地轉 移熱。被截肋片尖端127允許節省材料，因爲該肋片尖端 絲轉移太多熱，且亦允許使用者選擇將被截肋片尖端 々27附著至一上盍壁（未圖示）及轉移通過其之一些熱。 -第十六D圖展示了在散熱器基底52之縱向距離之約略”、3/4 距離處之肋片的正面截面圖。在沿縱向轴之此位置處，肋 “凹抛物線形狀128。肋片之側壁沿—凹抛物線而自附 ❹者至底板52之肋片基底124進展至被截肋片尖端127。此 形狀在最小之材料使用下允許最大熱轉移且展示了一較 高之肋片效率（當將100%肋片效率描述爲具有無窮導熱性 之相同表面面積的肋片時）。被截肋片尖端127允許節省 材料，因爲肋片尖端並未轉移太多熱，且亦允許使用者選 擇將被截肋片尖端127附著至一上蓋壁（未圖示）及轉移 通過之熱。第十六c圖展示了在散熱器基底52之縱向距 離之約略7/8距離處之肋片的正面截面圖。在沿縱向抽之 此位置處，肋片爲圓柱輪廓129。肋片之側壁沿一直線而 30 200926951 土底52垂直進展。此形狀允許一最大熱轉移。儘管肋 片效率不如第十六D圖之凹拋物線輪廓那樣高，但至肋片 大端之熱轉移被最大化，此允許使用肋片尖端來將敎轉移 至冷卻劑或將熱轉務至上蓋壁59 (未圖示）。第十;; 展不了在散熱器基底52之縱向距離之約略15/16距離處 Ϊ 面圖。在沿縱向軸之此位置處，肋片再次 ......*邪123，其允許一些熱轉移，但主要用於將产f φ ❹ 渡爲肋片陣列下游之較慢流速度及最大純流 第十七圖，在該項技術中已知翼片狀肋片111 由於層流邊界層之終止而具有格外低之表層流阻，但料 1 =8通::到一低:轉移係數的阻礙。如本文中所教示及 # ά Τ ’此物狀可形成爲具有變化曲率之截面， 猎^,匕以此方式而被引導至下游肋片以便在肋片表面112 =側上增加碰撞藉此增加熱轉移係數。正當調整較佳實 =之橢圓形肋片之縱橫比時，可隨自散熱器之前邊緣= 離而定而使用—指數函數來減小肋片13之曲率抑 此專改良在非常低之雷諾數時尤爲 : =而言，最佳翼片形狀將與一-二: 曲率 :質之局部紊流。具體言之，具有高縱:尺::二 縱橫比之肋片組態將具有較低之奮流。又，在肋;、：間： 200926951 圖案將具有較高紊流。藉由改變 之置放，可達成所要等級之局部 生更大截面流面積之肋片 此等層壓機及紊流器肋片 熱轉移及局部流體混合。 索，2發明之另—實施例中’利用較佳實施例之肋片圖 ，、’ 'i肋片可由不同材料來製造且與對用以控制

顯的幾何效應組合，或相反地，個別肋片;由一 成。舉例而言，爲提供-更均勻之基底溫 如紹）建：而成之肋片可由—具有較低熱導率之材料（諸 :=率之材料(諸如鋼)建構而成。亦可組合具^ :料特徵之肋片以産生其他熱效應。舉例而言，更 ::源片可由不同材料製造而成以更接近地匹配該熱 :、：…膨脹係數。在散熱器之一區域申，肋片可由鉑建構 在散熱器之另—區域中’肋片由皱建構而成。儘 ^種材料，具有相似熱導率，但鈹具有幾乎15倍之熱 谷里，此在咼功率暫態應用中可爲有用的。 在第十八Α圖及第十八Β圖中，展示了自本文中之具 有肋片之-特定配置的本發明之另—實施例。當旋轉時， 該特定配置産生-不同於原始定向之效應。一流體流在側 A 115上進入半交錯肋片陣列114且行進—波浪形路徑ιΐ6 而至側C 117°當被旋轉9〇度時，流進入半交錯肋片陣列 114之側D 118且流朝側β 12()行進—更爲有序之路徑 119此配置可在原始定向上在較高之流阻下産生一較高 熱轉移係數，但在旋轉時將提供㈣阻及較低熱轉移。舉 32 200926951 例而言，本發明可相對於流體流而被旋轉180度且賦予一 組不同之特徵流圖案及效應。在本發明中，特定新穎肋片 圖案將産生具有低流阻及熱轉移係數之一初始區域，接著 産生一具有較高流阻及較高熱轉移之區域，接著爲一至原 始流場之非常平緩的過渡。鑒於較佳實施例之原始定向産 生一均勻之基底溫度，當被旋轉180度時，肋片圖案將在 基底之後邊緣處産生一比前邊緣處之溫度高得多的溫度。 在後邊緣處具有一高得多的溫度之效應可用於有益 於依賴自液體至氣體之冷卻劑相位改變的冷卻應用。以此 方式，基底可沿前邊緣而經液體冷卻，且在後邊緣處經氣 體冷卻。賦予此效應之一個原因係用於程序控制及幫助化 學反應。舉例而言，肋片可由一注入有一化學物或視應用 而定而僅塗佈有一化學物之多孔材料建構而成。應用液體 流可産生一在前邊緣之下游具有所要效應之初始化學反 應。當自前邊緣之距離增加且液體之熱按指數規律地（視 非線性肋片圖案而定）增加時，可發生第二熱化學反應。 當流體改變相位時，氣體成核之開始可導致發生第三反 應。本發明之一實施例可用於促進尿在抛棄式罐中之蒸氣 壓縮蒸顧。除由所描述之實例所引起之特定熱化學反應之 外，具有一肋片圖案之特定區域可塗佈有不同化學物，當 加以組合時，該等化學物僅在存在易流動催化劑之情況下 産生效應。 視肋片之化學組合物而定，可改變肋片圖案以達成化 學物釋放進入易流動介質中之特定速率，該速率視紊流之 33 200926951 量及/或流動速率而定。如第十九圖中所示，基底52具有 較大圓形肋片121之一區域，該等圓形肋片121含有—較 高之核心溫度且可經配置以產生較高之流體速度，該流^ 速度可用于增加化學物之釋放速率。基底52亦沿橫向軸 而過渡至高度擴圓形肋片122之一區域，該等高度擴圓形 肋片122産生較低核心溫度及較低黏度且因此産生一較低 熱轉移係數。在-單個拋棄式罐内，可在使用或不使用熱 的情況下發生許多化學反應。使用本發明之教示，該項技 術中之博學人員將因此明白在醫藥、化學處理及軍事武器 之領域中的多種應用。 °° 在被展示爲第二十A圖第二十人圖之另一實施例中， 肋片51不僅自基底52突出而且自上蓋59突出。如所示， ^與基底52 4有複數個基底肋片51 —樣，上蓋⑽ Φ =個大，之上蓋肋片13()。基底52及上蓋⑽兩者具有 的1=者至與基底肋片51及上蓋肋片13G相對之表面 古、4如所不，上蓋肋片130在鄰近上蓋肋片130之 ，有—可變上蓋肋片間隙133，而基底肋片 之間具有一可變基底肋片間隙131。又，可 2肋片橫向尺寸54及上蓋肋片橫向尺寸132以産生一 =效應。當附著基底52及上蓋59以形成如第二十_ :斤：=流體通道時，基底肋片51配合入肋片133之間 門隙Ϊ曰隙中且上蓋肋片130配合入肋片131之間的基底 :間的二於上蓋肋ΐ 130之間的間隙133、基底肋片51 、曰131、上蓋肋片橫向尺寸132及基底橫向肋片 34 200926951 尺寸54被改變，所以相應地該效應將在鄰近肋片134之 間提供許多較大間隙及在鄰近肋片135之間提供許多較小 間隙。儘管可藉由影響較高流體速度來增加熱轉移，但製 造考慮因素常常不允許將基底肋片間隙131或上蓋肋片間 隙133減小至一將産生較高流體黏度的值。本文中及在第 二十A圖與第二十β圖中所揭示之技術允許較大之肋片間 隙以進行較簡單之製造，但仍可用於産生較高之流體速度 從而産生較高之熱轉移係數。亦可使用此技術而不管是否 所有肋片均被用於熱轉移。舉例而言，若僅基底52具有 一熱源94’則經恰當設計之上蓋肋片13〇在被用於在鄰近 肋片134與135之間產生較小間隙時將仍產生較高速度之 ‘ 效應。該項技術中之博學人員可明白，變化之橫向尺寸 . 54 131 132及133之描述係舉例說明且亦可改變苴他尺 寸（諸如縱向肋片長度、厚度、間距、角度等等）二產生 類似效應。亦明白，儘管第二十Α圖及第二十_之實例 φ展示了分別觸摸上蓋59及基底52之基底肋片51及上蓋 肋片130,但肋片可被附著、不被附著、具有一可變間隙 或可甚至經設計而使得基底肋片51及上蓋肋片13〇被對 準。某一數目之肋片可不被附著，而其他肋片被附著以賦 予結構強度或提供一所要餘隙。此外，應明白，儘管第二 十Α圖及第二十β圖描纷了含有肋片之相對面，但可在與 流體流成角度之其他壁或物體上含有肋片。 第一十-圖展不了本發明之另—實施例，其被組態爲 -设管熱交換器144。殼* 139形成冷卻流體⑷流動穿 35 200926951 過之流體管道。殼管139之内表面含有複數個内殼管肋片 142，該等内殼管肋片⑷具有使用本發明之教示的幾何 形狀位置及大小。殼管139含有—具有複數個外部肋片 及内部肋片138之熱交換器管136 ’該等肋片具有使用本 發，之教示的幾何形狀位置及大小。熱流體14〇流動穿過 熱交換器管136。在第二十一圖令所示之實施例中，内部 殼管肋4142及外部肋片137根據第二十A圖及第二十β 目之描述性教示而被留有間隙。在使用中，藉由内部肋片 ⑽而使熱流體14〇中所含有之熱對流並傳導至熱交換器 苢^36熱、、星由熱父換益管！洲而被傳導至外部肋片1 π。 接著使熱對流且自熱交換器管136之外表面及外部肋片 .^傳導至冷卻流體14卜在所示之實施例中，殼管熱交 '換裔144係處於一具有比冷卻流體141高之溫度的環境 中。因此，殼管139及内部殼管肋片142兩者由一具有低 …、‘率之材料建構而成。在一具有一低於冷卻流體Ml之 ❹環境溫度的替代實施例中，殼管139及内部殼管肋片142 將由具有同熱導率之材料建構而成且殼管139亦將含有 複數個位於殼管外表面143上之外部肋片（未圖示）以提 高至環境之熱轉移。應理解’第二十一圖及相關描述僅爲 對熱交換之基本機制之許多可能變化中的一者。 現參看第二十二圖，展示了本發明之另一實施例。流 體在入口位置146處進入第一肋片陣列145。流體流動穿 =第一肋片陣列145且進入空間/歧管14^空間/歧管147 含有許多歧管肋片]48及流體通路149。空間/歧管肋片 36 200926951 ❹ Ο 148及流體通路149經如此組態以便將液體流自第一肋片 陣列145引導至第二肋片陣列15〇。空間/歧管肋片U8經 ，空間/歧管147之18〇度翻轉而同時導引流體從而以一 =佳角，進入第二肋片陣列15〇、最大化熱轉移及流體混 合以及取小化流阻。本發明之一新穎態樣係在應用本文中 $教不的同a守影響空間/歧管147内之整體流體方向改 變。重要的係注意，整體流體特性在流體入口 146、第一 肋片陣列出口 15卜第二肋片陣列入口 152、第二肋片陣 =出口位置153處及甚至在空間/歧管内可能非常不 『因此位於第一肋片陣列145、空間/歧管147及第二肋 之不同區域中的肋片之特定幾何形狀係不同 -肋片陣列及第圖展不了流體逐次流動穿過第 ;右流體出口處及在其間之點處將該將等肋片陣 心爲具有肋片之串聯/並聯路徑。 應重新強調，可與許多 踐本發明。可發明性地實: = = = 圖案中之任—者（ ”月之肋片51陣列 圖宰）而不& #人 ' 展不之許夕其他肋片51陣列 同系）而不管結合表 》干〜 面）。 ㈣之切性質（例如，平面或非平 在先則之圖中，脾賊y c 分' 自基底52 / & 爲形成基底52之部 面。I;:】：突出、朝向並接觸上蓋59之底表 基底52係熱源94之部分。麸而欢益Μ之底表 將肋片51製造…、發明性實踐可提供 另冑立散熱器底板之部分，該散熱器 37. 200926951 絲接著被附著至熱源基底52。然而，該項技射 人員將認識到，如針對第_ + A)gI ^_ 圖第一十β圖之實施例 所私述，肋片51可自上蓋59之表面擴展且附著至基底 或該結構之任何其他部分。 - ^看第二十三圖’在含有本發明之一個可能的總成 ，歧官96係一完全表示用於商業之外殼。歧管96具有 至少-用以收容非線性肋片散熱器5〇之接收間隙。非線 ❿散熱器5G包括—矩形板狀基礎基底52及複數個自 大出之紊流提高及熱轉移肋片51。歧管96具有上蓋 59 H片51係以其在基底52中之肋片根部爲基礎。 、支ΐ 96進步用於引導冷卻流體（液體或氣體）π 穿過肋片5卜藉此提高紊流。歧管96提供—輸入冷卻劑 •淳101及一輸出冷卻劑埠100,輸入冷卻劑倒鈎98及輸出 冷卻劑倒鈎99分別被附著至該輸入冷卻劑埠1〇1及該 f冷卻劑淳⑽。歧»⑽具有-上安裝表面1Q3與一= ❹f表面1G4及至少—經定尺寸以用於附著非線性肋片散熱 器50之開口 1〇2。熟悉該項技術者將明白，儘管第十六a 圖至第十六F圖僅展示上安裝表面103被用於主動式安 裝，但可針對相同作用而獨立地或除使用上安裝表面】⑽ 之外來使用下安裝表面104。上安裝表面1〇3預備用於安 裝待冷卻之物體（例如，設備），諸如第十五圖中所示之 固持一或多個熱源94之功率轉換模組1〇5。 功率轉換模組105包括模組外殼1〇7，該外殼1〇7收 容至少一個熱源94。功率轉換模組1〇5具有一模組底板 38 200926951 106，熱源94被熱附著至該模組底板106。 如第二十三圖中所說明，基底52之邊緣被附著至歧 管96且功率轉換模組105與歧管散熱器總成耦接。提供 一密封元件（例如，密封塾或〇形環、銅焊）1 〇 8以防止 冷卻劑泄漏。在模組底板106與散熱器基底52之間提供 一層熱介面材料以確保熱自熱源94至散熱器基底52之有 效熱導率。

儘管被展示爲平坦表面，但模組底板106、散熱器基 底52及任何其他熱轉移介面可具有特定幾何表面圖案以 幫助傳導熱。舉例而言，諸如階層式巢套通道之圖案（T. Brunschwiler、U. Kloter、H. Rothuizen 及 B. Michel 之 “ Hierarchically nested channels for fast squeezing interfaces with reduced thermal resistance”，21 屆 IEEE SEMI-THERM 研討會，San Jose， CA 2000 )可在與易流動熱介面材料一起使用時提供介面 阻力之顯著降低。 組裝時’歧管96相對於非線性肋片散熱器5〇 導防泄漏之方式而被安H片51之尖端以—高度熱傳 組外殼107内的熱源9欠：，率轉換模組105之模 至模組底板106，該措έ产呵度熱傳導之方式而被附著 以-高度熱傳導方式板106接著藉由附著螺栓11〇 96之上安裝表面ι〇3。一二"面材料109而被安裝至歧管 熱器單元被接合，肋片率轉換模組105及歧管-散 便突出而進入冷卻劑流體97之 39 200926951 路徑中。 流體流系統將通常包括流體流構件（例如，包括流體 抽汲構件）、流體入口構件及流體出口構件。在典型之發 明性實踐中’散熱器基底52、歧管59内部之上蓋及歧管 96之側壁將界定一提供一流空腔之外形形狀（例如，矩形 形狀）。 如第二十三圖中所示’依據一流 -系既而產生冷卻流 體97且經由輸入冷卻劑配件而將該冷卻流體97輸送至輸 入冷。P背]蜂1 〇 1、至非線性肋片散熱器、至輸出冷卻劑 淳100、至輸出冷卻劑配件99。 因爲餘熱而出現之能量自熱源94發出且通過對模組 底板106具有各種電導率及熱導率等級的若干材料層、通 過熱介面材料109、通過散熱器基底52、至肋片51且經 對流及傳導而至冷卻劑流體97。 ^树明中’元件可由廣泛多種材料製成。關於較佳 $線性肋片散熱器50及模組底板ι〇6由銅製成。 μί參看第二十四圖’展示了—非線碰撞散熱器16〇。 片162^里散熱器160包含一熱轉移底板161、複數個肋 中的係美^^口埠163 °在此實施例之許多新穎特徵當 ^接之局部流場内熱轉移對照流阻之重要 撞流體射流之構=用。公晰起見且由於用於引入一碰 冓牛及用从輪送出口流體之構件係相當多 種夕樣的’所以並未展示該等構件。 多看第—十五圖’展示了—非線性碰撞散熱器160 40 200926951 之等角視圖。在所描繪之實施例中，流體以與底板161之 表面169大體上成一垂直角度而進入。流體作爲一高速 度、紊流射流而進入且在中心碰撞點（亦稱爲停滯區）164 處接觸底板表面169。呈現爲垂直於底板表面169之高速 度^流向量被轉換爲一具有大體上平行於底板表面169之 向量的層流。向量及動量之快速改變導致在碰撞點164處 速度及邊界層之厚度較大降低從而産生一具有高熱轉移 之局部區域。流體在一徑向方向上行進遠離碰撞點164且 朝向四個出π蜂163。底板161之非線性肋片162被實體 分組爲四個具有特定流體及熱轉移功能之局部區域。緊接 之圍繞碰撞點164出現-入口圓柱肋片165區域。入口圓 柱肋片165之功能係自碰撞點俘獲紊流混乱徑向流且在平 •行於表面⑽之所有方向上提供一均一層流區域。儘管可 =降但入口圓柱肋片165轉移所有表面上之熱同時提 Φ 當層化流到達入口圓柱肋片區域165之邊緣時，該流 ^將進展穿過㈣準而平行於整體流之橢圓形肋 、區域及與整體流成—微小角度之橢圓形肋片 區域自碰棱點彳坐向移動，經對準而平行於流之 橢圓形肋片166以且古妙a e X具有縱向長度與橫向寬度之高縱橫比 二f局私方向來量測）爲特徵。超過此入口區域在約 略碰知點164與出口追彳叫 , U inn β 阜163間之中途的距離處，橢圓形肋 ^ , 至具有較大橫向尺寸之較低縱橫比。縱橫比及 《此改、^幫助保持—恒定速度、破壞-邊界層之 41 200926951 #一午橢圓形肋片166具有一較高之核心溫度從而提 间之熱轉移係數。由於肋#166之橢圓形狀，所以 匕區域中之流阻仍係低的。 士未行進穿過經對準而平行於整體流之肋片1⑽之區域 3二,部分移動穿過與整體流成一微小角度之橢圓形肋 。之—區域。當自碰撞點164之距離增加時，成角度 之，圓形肋片167相對於整體流之向量而具有較高角度。 •下游肋片之增加的角度幫助逐步改變流體方向而無流阻 之對應增加、防止出現一厚邊界層及再次産生一比將通常 出，之熱轉移係數高的熱轉移係數。當該流接近底板⑻ 之机體邊界壁170時，流體被分離爲兩個路徑，每一路徑 通向一相對出口蟑163。流體之分離及隨後在流體邊界壁 '17G處之碰撞提供熱轉移之少量提高，同時有效地完成流 體方向朝向出口埠163之改變。 當離開經對準而平行於整體流之橢圓形肋片166之區 ❹域及與整體流成一角度之橢圓形肋片167之區域的流體自 不同方向組合時，局部質量流量、速度及紊流得以增加且 流體進入出口圓柱肋片168之一區域，該等圓柱肋片168 經設計以將熱轉移至紊流且允許流體在一大體上垂直向 1上移動遠離底板表面169及經由出口埠163而移出。在 此位置處之肋片必須係薄的以避免阻礙出口流體流，且由 於位於自中心熱源之此徑向距離處，所以剩下很少熱來轉 移至流體。 儘管本發明之大多數實施例展示了一單一入口位置 42 200926951 及一或若干流體出口位置’但第二十六圖㈣描緣之實施 例展不了使用本文中之教示之一最佳非線性肋片結構的 效應，該非線性肋片結構圍繞多個流體入口及出口位置以 包含一多重入口/出口非線性冷板18〇。如所示，一丘同底 板⑻具有複數個用於影響熱轉移之非線性肋片182。肋 片18!借助於具有變化之縱橫比（縱向長度比橫向寬度比 垂直间度）與整體流體流之平行性或垂直性的變化之等 ❹、級、變化之材料組合物及塗層而爲非線性的，該等因素皆 基於在直接鄰近於個別肋片之流體流之區域中對流體流 及熱轉移之所要效應。本實施例具有四個碰撞點及九 個區域以管理出口流184。第二十六圖展示了被均一地間 •隔之入口區域⑻及出口區域184，但設計實踐可規定基 •於熱源位置之更多變化之間距。第二十六圖亦展示了圍繞 ，一入:位置183之相同非線性肋片182組。根據該應 用，此專肋片組、出口埠大小、碰#射流直徑及流速率可 ❹基於關於其他熱源之熱轉移之所要量而顯著改變。 存在許多習知用於散熱器應用中之冷卻目的的流體 (氣體或液體），該等流體中之任一者均可用於藉由對肋 片，何之適當改變來實踐本發明。通常將空氣用於耗散低 熱量通量（諸如在桌上型電腦中）。 視特定應用而定，通常由某些要求、原理及考慮因素 來控制利用液體來冷卻電子裝#。在將可能適用于ς明性 實踐中的許多此等要求、原理及考慮因素當中的係以下内 容：（i) 一高熱導率將産生一高熱轉移速率。（ii)流體 43 200926951 之尚比熱將要求流體之—較小質量流 度流體將産生一較小壓降，且」_ ^11 表面張力之流體將較不可料起泄漏問題。（V) 2 ί:體(例如，液體）冷卻中不需要-具有高介電強 體1例如，液體)七”㈣體與散熱器材料之 :相谷性以在流體與其接觸之材料反應的範圍内避免 σ (VU)需要流體之化學穩定性以保證流體不會在長 ❹日夺^吏^下分解。（V111)無毒流體對於人員處理及使用 ϋ二，安王的（1Χ)具有—低凝固點及—高沸點之流體 將㈣該流體之有用溫度範圍；然而，對於大多數實踐應 用而δ ’應選擇-流體以滿足待冷卻之元件的操作條件。 . (χ)需要低成本以保持花費得起之系統。 • …用於電子外殼中之經流體冷卻散熱器及料環境通 常係經水冷卻。散熱器由通過其中之水來冷卻。在許多電 子應用中，使用蒸餾水或軟化水來增加水之介電強度，藉 ❹此避免電轉接元件。可藉由使水系統迴圈來達成高熱移除 速率。使用無水致冷劑來代替水或與水之混合物以將散熱 态之溫度保持於零下溫度，藉此增加電子元件之效能。致 冷劑之實例（除水之外）包括··氨、二氧化碳、基於CFC 之致冷劑（諸如r—12(二氯二氟甲烷或“氟利昂，，））、基 於HCFC之致冷劑（諸如R134A)及非CFC替代物（例如， 作爲氟利昂之替代物）（諸如r_4〇6A )。 自此說明書或本文中所揭示之本發明之實踐的考 慮，本發明之其他實施例將爲熟悉該項技術者所顯而易 44 200926951 見。在不背離由以下申請專利範圍所指示之本發明之真實 範嘴及精神的情況下，熟悉該項技術者可對所描述之原理 作出各種省略、修改及改變。 【圖式簡單說明】 當結合附加圖式來閱讀時，本發明之各種目標及優勢 將自以上實施方式而更容易地理解，其中： 〇 第一A圖係一先前技術散熱器設備之等角視圖，其中 擴展表面係呈相同圓形肋片之一線性陣列的形式，該等圓 形肋片具有相同間距、呈一交錯圖案。 人 帛-B圖係第一A圖中所示之先前技術組態的俯視平 面圖，其中擴展表面係呈相同圓形肋片之一線 •式，該等圓形肋片具有相同間距、呈-交錯圖案車歹J㈣ 第一 C圖係一先前技術組態之俯視平面圖，其中擴展表 面係呈相同圓形肋片之—線性陣列的形式，料圓形肋片 _ 具有相同間距、呈一直列式圖案。 第二A圖係一先前技術散熱器設備之等角視圖，其中 擴展表面係呈相同方形肋片之一線性陣列的形式，該^方 形肋片具有相同間距、呈一交錯圖案。 第一 B圖係第二a圖中所示之先前技術組態的俯視平 面圖，其中擴展表面係呈相同方形肋片之一線性陣列的形 式’ 5亥等方形肋片具有相同間距、呈一交錯圖案。 第二C圖俾第二b圖中所示之先前技術組態的俯視平 面特寫圖’其中擴展表面係呈相同方形肋片之一線性陣列 45 200926951 的形式’該等方形肋片具有相同間距、呈一交錯圖案。展 示了爲此肋片圖案之特徵的渦流不連續性。 第三A圖係一先前技術散熱器設備之等角視圖，其中 擴展表面係呈板狀肋片之一線性陣列的形式，該等板狀肋 片具有相同間距。

第三B圖係第三A圖中所示之先前技術組態的俯視平 面圖，其中擴展表面係呈板狀肋片之一線性陣列的形式， 該等板狀肋片具有相同間距。 第三C圖係第三B圖中所示之先前技術組態的俯視平 面圖特寫圖，其中擴展表面係呈板狀肋片之一線性陣列的 形式，該等板狀肋片具有相同間距。展示了爲此肋片圖案 之特徵的邊界層流不連續性。 ·’' 第四A圖係一先前技術散熱器設備之等角視圖，其中 擴展表面係呈冷卻劑入口處之薄圓形肋片及冷卻劑出口處 之厚圓形肋片的一線性陣列之形式，該等圓形肋片皆具有 相同間距。' 第四B圖係第四A圖中所示之先前技術組態的俯視平 面圖，其中擴展表面係呈冷卻劑入口處之薄圓形肋片及冷 卻劑出口處之厚圓形肋片的一線性陣列之形式，該等圓形 肋片皆具有相同間距。 第四C圖係第四A圖中所示之先前技術組態的侧面正 視圖。 第五圖係本發明之散熱器之較佳實施例的等角視圖， 其說明了新穎非線性肋片形狀、肋片高度及肋片間距。 46 200926951 第六圖係第五圖中所示之本發明之散熱器之較佳實施 例的俯視平面特寫圖。 第七圖係第六圖中所示之散熱器較佳實施例的側面正 視圖。 第八圖係本發明之俯視平面圖，其展示了本發明之散 熱器。 第九圖係本發明之散熱器之肋片的等角視圖。 第十圖係本發明之前邊緣之一替代實施例的俯視平面 特寫圖，其展示了一經最佳化以用於層流之入口通道。 第十一圖係本發明之後邊緣之一替代實施例的俯視平 面特寫圖，其展示了一經最佳化以用於紊流之入口通道。 第十二圖係本發明之一替代實施例之俯視平面圖，其― 展示了 一擴展散熱器之長度的非線性肋片結構。 第十三圖係本發明之一替代實施例之俯視平面特寫 圖，其展示了一在散熱器之後邊緣處擴展之非線性肋片結 構。 第十四圖係本發明之一替代實施例之俯視平面圖，其 展示了偏流器及複數個熱源與離散肋片陣列。 第十五圖係第十五圖之替代實施例之側視圖，其展示 了熱源之置放。 第十六A圖係本發明之俯視圖，其展示了截面圖a-a、 b-b、c-c及d-d之位置。 第十六B圖係本發明沿第十六A圖之平面a-a的截面正 視圖’該平面a-a係位於沿展不具有一圓錐輪摩之肋片的流 47 200926951 長度約略1/8的距離處。 第十六C圖係本發明沿第十六a圖之平面b_b的戴面正 視圖’該平面b-b係位於沿展示具有一被截凹雙曲線輪廓之 肋片的流長度約略1 /2的距離處。 第十六D圖係本發明沿第十六a圖之平面c_c的截面正 視圖，該平面c-c係位於沿展示具有一被截凹抛物線輪廊之 肋片的流長度約略3/4的距離處。 第十六E圖係本發明沿第十六A圖之平面d_d的截面正 視圖，該平面d - d係位於沿展示具有一圓柱輪廊之肋片的流 長度約略7/8的距離處。 第十六F圖係本發明沿第十六A圖之平面e_e的截面正 .視圖，該平面e-e係位於沿展示具有-圓錐輪廓之肋片的流 , 長度約略丨5/16的距離處。 第十七圖係一俯視平面圖，其展示了彎曲翼片狀肋片 之一變化組態。 φ 第十八A圖係一半交錯肋片陣列之俯視平面圖，其展 示了一波浪形流路#。 第十/\BII係第十圖之半交錯肋片陣列被旋轉 的俯視平面圖，其展示了 一有序之流路徑。 第十九圖係-肋片組態之俯視平面圖，該肋片組態具 有:沿肋片陣列之縱向及橫向方向而自較大圓形肋片變化 至高度橢圓形肋片的圖案。 、第二十A圖展示了兩個表面之正視圖，該等表面在鄰 近肋片之間具有變化之肋片厚度及變化之間隙。 48 200926951 第—十B圖展示了第二十A圖之兩個表面的正視圖，該 等表面經附著而形成一描繪所得之在肋片之間產生變化之 間隙的留有間隙之肋片的流通道。 第二十-圖係本發明之一實施例之等角剖視圖，該實 施例被組態爲一殼管熱交換器。 丁 一 一 、X 心一貫知例之俯視平面圖 不了，於同時引導流體並影響熱轉移之肋片。

弟一十三圖係本發明之—鲁七玟、> AA Ar ^m 貫^例之荨角分解圖，該實 施例被用於一功率轉換模組總成中。 弟一十四圖係本發明之—音> 你丨蚀田^ 貫知例之等角視圖，該實施 例使中心碰撞射流及四個出口埠。 弟—十五圖係第二十四圖由私-俯視平面圖’該實施例具有:二本發明之實施例的 第二十六圖係本發明之里身仏及四個出口埠。 了多個入Π埠及出口埠。例之俯視平面圖，其展示

【主要元件符號說明】 先前技術圓形肋片散熱器10 先前技術圓形肋片]1 先前技術基底12 縱向列13 橫向行14 先前技術肋片直徑15 縱向肋片間距16 先前技術橫向肋片間距17 49 200926951 先前技術上流邊界層18 先前技術肋片高度19 先前技術方形肋片散熱器20 先前技術方形肋片21 先前技術方形肋片縱向尺寸25 先前技術方形肋片橫向尺寸26 先前技術流不連續性27 先前技術板狀肋片散熱器30 先前技術板狀肋片31 先前技術縱向尺寸35 先前技術橫向尺寸3 6 先前技術不連續性38 速度邊界層高度39 先前技術二維插腳散熱器40 先前技術入口插腳41 先前技術出口插腳42 入口區域43 先前技術出口區域44 縱向間距4 5 縱向插腳間距46 橫向間距47 橫向插腳間距48 非線性肋片散熱器50 肋片51 散熱器基底52 截面肋片縱向尺寸53 50 200926951 截面肋片橫向尺寸 列55 縱向肋片間距56 橫向肋片間距57 上蓋59 肋片高度60 入口肋片高度61 前邊緣62 @ 出口肋片高度63 後邊緣64 總散熱器長度65 散熱器長度66 •肋片橫向列67 .肋片橫向行68 肋片橫向行69 肋片橫向行70 肋片橫向行71 . 肋片橫向行72 肋片橫向行73 肋片橫向行74 肋片橫向行75 肋片橫向列76 肋片橫向行77 肋片橫向行78 肋片橫向行79 散熱器入口 80 200926951 抛物線入口區域81 肋片83 肋片橫向尺寸84 前邊緣85 流距離86 橫向肋片尺寸87 縱向尺寸88 後邊緣89 0 流長度90 離散肋片圖案91 偏流器92 基底偏流器93 -熱源94 . 上蓋偏流器95 歧管96 冷卻流97 輸入冷卻劑倒鈎98 ® 輸出冷卻劑倒鈎99 102 輸出冷卻劑埠100 輸入冷卻劑埠101開 上安裝表面103 下安裝表面104 功率轉換模組105 模組底板106 模組外殼107 密封元件108 52 200926951 熱介面材料109 附著螺栓110 翼片狀肋片111 肋片表面112 肋片113 半交錯肋片陣列114 側 A 115 波浪形路徑116 〇 側 C U7 側 D 118 路徑119 側 B 120 •圓形肋片 121 . 高度橢圓形肋片122 圓錐形狀123 較大肋片基底124 肋片尖端12 5 ❹凹雙曲線形狀126 被截肋片尖端127 凹抛物線形狀128 圓柱輪廓129 上蓋肋片130 基底肋片間隙131 上蓋肋片橫向尺寸132 肋片133 肋片134 53 200926951 肋片135 熱交換器管136 外部肋片137 内部肋片138 殼管139 熱流體140 冷卻流體141 内部殼管肋片142 g 殼管外表面143 151 152 153 160 殼管熱交換器144 第一肋片陣列145 入口位置146 •空間/歧管147 .歧管肋片148 流體通路149 第二肋片陣列150 第一肋片陣列出口 ❹第二肋片陣列入口 第二肋片陣列出口 非線性碰撞散熱器 熱轉移底板161 肋片162 出口埠163 中心碰撞點164 入口圓柱肋片165 橢圓形肋片166 54 200926951 橢圓形肋片167 出口圓柱肋片168 底板表面169 流體邊界壁170 多入口 /出口非線性冷板180 共同底板181 非線性肋片182 碰撞點183 出口區域184

平面A-A

平面B-B

平面C-C

平面D-D

平面E-E

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Claims (1)

1. 200926951 十、申請專利範圍： 1、一種非線性肋片散熱器，其包含： 一基底； 複數個安置於該基底之—上表面之肋片，其中每一肋 片具有一截®肋片、縱向尺彳及一截面肋片橫向尺 寸’且該等肋片以複數個縱向列及複數個橫向列配 置而成；以及 ❹ 女置於該等肋片之頂部的上蓋； 其中該基底及該上蓋形成有一流動邊界，該散熱器之 一侧係為一流體流入之前邊緣且該散熱器之一對 應側係為該流體流出之後邊緣。 .2、如中請專利範圍第1項所述之非線性肋片散熱器，其 ' 中該等縱向列係為交錯排列。 3、 如申請專利範圍第W所述之非線性肋片散熱器，其 中δ亥上蓋及該基底皆爲平面，且該上蓋及該基底具有 鲁 —固定距離。 、 4、 如申請專利範圍第3項所述之非線性肋片散熱器，其 中在該前邊緣處之至少一入口肋片之高度小於在該 後邊緣處之一出口肋片之高度，且在該後邊緣處之該 出口肋片之該高度等於該上蓋與該基底之間的固^ 距離。 5、 如申請專利範圍第4項所述之非線性肋片散熱器，其 中該等入口肋片具有一初始肋片以及複數個下游肋 片’其中該初始肋片之一高度必須滿足兩個要求：e > 56 200926951 及e > ，其中e係該初始肋片之高度 (m )，η係§亥運動黏度（m2/s )，u係流體速度（m/s ) 且4係該位移邊界層之高度（m)，其中1 7208 Re/〇.5。 6、 如申請專利範圍第5項所述之非線性肋片散熱器，其 中該等下游肋片之高度係基於該速度邊界層厚度之 增加。 7、 如申請專利範圍第4項所述之非線性肋片散熱器，其 ❽ 中該肋片橫向尺寸關於該邊界層之厚度而增加。 8如申凊專利範圍第7項所述之非線性肋片散熱器，其 中該等肋片經配置以形成一第一組肋片及一第二組 肋片。 9如申请專利範圍第8項所述之非線性肋片散熱器，其 ' 中該第一組肋片係設置於自該前邊緣至一總散熱器 長度之一第一預定距離，且該第二組肋片係設置於自 该總散熱器長度之該第一預定距離至該後邊緣。 鲁 1 0、如申請專利範圍第9項所述之非線性肋片散熱器， 其中一被疋義爲肋片縱向尺寸除以肋片橫向尺寸之 肋片縱橫比自該前邊緣處之高縱橫比橢圓進展至該 第一組肋片中之該總散熱器長度之該第一距離處之 低縱橫比橢圓。 1 如中請專利範圍第！ Q項所述之非線性肋片散熱 器，其中該第一組肋片之一初始橫向列具有6〇:1之 一縱橫比且該第-組肋片之—最後橫向列具有m 之-縱橫比’其中介於橫向列中之該等肋片之該縱橫 57 200926951 比自該第一列線性減小至該最後列。 1 2、如申請專利範圍第1 1項所述之非線性肋片散熱 器，其中該第一組肋片之橫向列之一第一部分具有 6. 0:1之一縱橫比；該第一組肋片之橫向列之一第二 部分具有5.5:1之一縱橫比；該第一組肋片之橫向列 之一第三部分具有5.0:1之一縱橫比；該第一組肋片 之橫向列之一第四部分具有4.5:1之一縱橫比；該第 _ 一組肋片之橫向列之一第五部分具有4. 〇:丨之一縱橫 比；該第一組肋片之橫向列之一第六部分具有3. 5:1 之一縱橫比；該第一組肋片之橫向列之一第七部分具 有3· 〇: 1之一縱橫比；該第一組肋片之橫向列之一第 •八部分具有2. 5:1之一縱橫比；該第一組肋片之橫向 •列之一最後部分具有2. 0:1之一縱橫比。 1 3、如申請專利範圍第9項所述之非線性肋片散熱器， 其中一被定義爲肋片縱向尺寸除以肋片橫向尺寸之 ❹ 该肋片縱橫比自該總散熱器長度之該第一距離處之 低縱橫比橢圓返回進展至該後邊緣處之高縱橫比橢 圓。 1 4 2如申請專利範圍第1 3項所述之非線性肋片散熱 器其中該第一組肋片之一初始橫向列具有3. 〇: 1之 —縱横比；該第二組肋片之一最後橫向列具有6 (hl 之—縱橫比；以及介於上述縱橫比之間之縱橫比係為 線性增加。 5如申凊專利範圍第1 4項所述之非線性肋片散熱 58 200926951 3° ’、中5亥第二組肋片之橫向列之一第一部分具有 部八^之一縱橫比；該第二組肋片之橫向列之一第二 戸刀，有4. 0:1之一縱橫比；該第二組肋#之橫向列 1第二部分具有5. 〇:1之一縱橫比；以及該第二組 片之橫向列之—最後部分具有6.0:1之-縱橫比。 戈申明專利範圍第4項所述之非線性肋片散熱器， ，、中該等肋片沿該前邊緣形成一 “U”形狀。 鲁 7 _如申請專利範圍第1 6項所述之非線性肋片散熱 器其中该等肋片係形成一抛物線入口區域。 1 8」如Ψ請專利範®第1 6賴述之非線性肋片散熱 °。，其中该等肋片係形成一雙曲線入口區域。 1 9 D。如申請專利範圍第1 6項所述之非線性肋片散熱 • 态，其中每一肋片之一形狀視每一肋片與該前邊緣之 間的該距離而定而被改變。 2 0、如申請專利範圍第丄9項所述之非線性肋片散熱 鲁 器，其中在該散熱器基底之該縱向距離之一第一預定 距離處之每一肋片係一圓錐形狀。 2 1、如申請專利範圍第2 〇項所述之非線性肋片散熱 裔’其中每一肋片包含一肋片基底及一肋片尖端，且 每一肋片自附著至該基底之該較大肋片基底進展至 該肋片尖端。 2 2、如申請專利範圍第1 9項所述之非線性肋片散熱 器，其中在該散熱器基底之該縱向距離之一第二預定 距離處的每一肋片係一凹雙曲線形狀。 59 200926951 2 3 '如申請專利範圍第2 2項所述之非線性肋片散熱 器’其中每一肋片包含一肋片基底及一肋片尖端，且 母肋片之截面自附著至基底之該肋片基底進展至 °亥肋片尖端而形成一凹雙曲線。 2 4、如申請專利範圍第1 9項所述之非線性肋片散熱 器’其中在該散熱器基底之該縱向距離之一第三預定 距離處之每一肋片係一凹拋物線形狀。 _ 2 5 如申睛專利範圍第2 4項所述之非線性肋片散熱 益’其中每一肋片包含一肋片基底及一肋片尖端，且 母—肋片之截面自附著至基底之該肋片基底進展至 该被截肋片尖端而形成 一凹抛物線。 2 6、如申請專利範圍第1 9項所述之非線性肋片散熱 °°其中在该散熱器基底之該縱向距離之一第四預定 距離處的每一肋片係一圓柱輪廓。 2 7、如申請專利範圍第2 6項所述之非線性肋片散熱 ❿ 器，其中每一肋片之該等側壁沿一直線而自該基底垂 直延伸。 2 8、如申請專利範圍第丄g項所述之非線性肋片散熱 器’其中在該散熱器基底之該縱向距離之一第五預定 距離處的每一肋片係一圓錐形狀。 2 9、如申請專利範圍第2 8項所述之非線性肋片散熱 器’其中每一肋片包含一肋片基底及一肋片尖端，且 母一肋片自附著至該基底之該較大肋片基底進展至 該肋片尖端。.. 60 200926951 3 0、如申請專利範圍第1項所述之非線性肋片散熱器， 其中每一肋片由一翼片形狀形成。 3 1、如申請專利範圍第3 〇項所述之非線性肋片散熱 器，其中每一肋片之一曲率半徑視自該該肋片與該前 邊緣之該距離而變化。 3 2、如申請專利範圍第3 〇項所述之非線性肋片散熱 益，其中該等肋片之該曲率半徑係根據一指數函數而 減小。 3 3、如申請專利範圍第丄項所述之非線性肋片散熱器， 其中§亥等肋片係由至少一種材料製成。 3 4 j如申請專利範圍第3 2項所述之非線性肋片散熱 器，其中接近該前邊緣之該等肋片由具有一比離該前 . 邊緣較遠之肋片低之熱導率的材料製成。 3 5二如申請專利範圍第3 3項所述之非線性肋片散熱 态，其中接近該後邊緣之該等肋片由具有一比離該後 鬌 邊緣較遠之肋片高之熱導率的材料製成。 3 6、如申請專利範圍第工項所述之非線性肋片散熱器， 其中母一肋片之:一表面係一多孔表面。 3 7二如申請專利範圍第3 6項所述之非線性肋片散熱 益，其中每一肋片由一填充有一化學物之多孔材料製 成。 3 8^如申請專利範圍第3 6項所述之非線性肋片散熱 器，其中每一肋片之該表面塗佈有一化學物。 *、 3 9、如申請專職圍第3 6項所述之非線性肋片散熱 61 200926951 器，其中該等肋片塗佈有至少一種化學物。 申明專利範圍第3 3項所述之非線性肋片散熱 “中5亥專肋片依與該前邊緣之該距離而形成一變 化之縱橫比。 ^種用於製造—非線性肋片散熱器之方法，其包含： ^供其上具有複數個基底肋片之一基底； 提供其上具有複數個上蓋肋片之一上蓋； ©*具声該等上蓋肋片之該上蓋之-表面面向下而對應 於具有該等基底肋片之該基底之一表面； 將該上蓋與該基底結合；以及 形成一流體通道。 ' 4 2、如申請專利範圍第4 1項所述之方法，其中一上蓋 • 肋片間隙形成於每兩個鄰近上蓋肋片之間。 4 3、如申請專利範圍第4 2項所述之方法，其中該等基 底肋片分別設置於該等上蓋肋片間隙中。 % 4 4、如申請專利範圍第4 1項所述之方法，其中一基底 肋片間隙形成於每兩個鄰近基底肋片之間。 4 5、如申請專利範圍第4 4項所述之方法，其中該等上 蓋肋片分別設置於該等基底肋片間隙中。 4 6、一種熱交換器，其包含： 一具有一前邊緣及一後邊緣之殼管，其中複數個内部殼 管肋片設置於該殼管之一内表面上；以及 一設置於該殼管内部之具有一前邊緣及一後邊緣的熱 交換器管；其中複數個外部肋片及複數個内部肋片分 62 200926951 別設置於該熱交換器管之—外表面及—内表 4 7、如申請專利範圍第4 6項所述之熱交換器，並中 數個外部殼管肋片設置於該殼管之—外表面。/、旻 4 8、如申請專利範圍第46項所述之熱交換器，且中位 於該熱交換器管之該前邊緣處之内部肋片之;； 於位於該熱交換器管之該後# 阿又小 e4俊遭緣處之内部肋片之言 度。 w 參49、如申料職圍第46項所狀熱交㈣，其中每 -内部殼管肋片、外部肋片與内部肋片分別具有一截 面，片縱向尺寸及-截面肋片橫向尺寸，且該等内部 殼管肋片、外部肋片與内部肋片係以複數個縱向列及 • 複數個橫向列配置而成。 • 5〇、如巾請專利範圍第49項所述之熱交換器，其中一 ，定義爲肋片縱向尺寸除以肋片橫向尺寸之肋片縱 橫比自位於該前邊緣處之高縱橫比橢圓進展至位於 •錢散熱器長度之一第一距離處的低縱橫比橢圓。 5 1三如申請專利範圍第5Q項所述之熱交換器，其中被 定義爲肋片縱向尺寸除以肋片橫向尺寸之該肋片縱 ，比自位於該總散熱器長度之該第一距離處之低縱 杈比橢圓返回進展至位於該後邊緣處之高縱橫比橢 圓。 5 2、一種散熱器，其包含： 一具有一入口及一出口之第—散熱器，其中一第一肋 片陣列安置於該第一散熱器内部； 63 200926951 一有入口及一出口之第二散熱器，其中一第二肋 片陣列安置於該第二散熱器内部；以及 一連接於該第-散熱器之該出σ與該第二散熱器之 叙口之間的歧管，其中複數個歧管肋片設置於該 歧管内部； 其中—流體流動穿過該第一散熱器且進入該歧管以 轉向進入該第二散熱器。 5 3 4申請專利·第5 2項所述之散熱器，其中每一 歧管肋片具有一預定組態。 5 4三如申請專利範圍第5 3項所述之散熱器，其中一被 爲一肋片縱向尺寸除以一肋片橫向尺寸之肋片 縱杈比自位於该第一散熱器之入口之高縱橫比橢圓 • 進展至距離該該第一散熱器之入口之一第一距離處 的低縱橫比橢圓。 5 5、如申請專利範圍第5 4項所述之散熱器，其中被定 參 義爲該肋片縱向尺寸除以該肋片橫向尺寸之該肋片 縱橫比自距離該第二散熱器入口之該第一距離處之 低縱橫比橢圓線性放大進展至位於該第二散熱器之 該出口之高縱橫比橢圓。 5 6、一種歧管散熱器總成，其包含： 一歧管外殼，其具有至少一接收間隙及一形成於其内 部之上蓋； 附著於該接收間隙内部之至少一非線性肋片散熱 器，其中該非線性肋片散熱器包含一基底及自該基 64 200926951 錢出以接觸該上蓋之複數個肋片； 一覆蓋于該歧管外殼上之模組底板； -界定于該歧管外殼之—側壁 隙之輪入冷卻劑埠；以及 逋於垓接收間 一界定于該歧管外殼之該側壁上 隙之輸出冷卻劑埠； 迷通於该接收間 其中遠基底之上蓋及歧管外殼之側

   腔以容納一流體。 n空 57二專利範圍第56項所述之歧管散熱器總成， 該流體泄漏。 兀仵以防止 甘如申請專利範圍第56項所述之歧管散熱器總成， 其中該模組底板與該基底之間更包括一熱介面材料 層。 〇 y、一種非線性碰撞肋片散熱器，其包含： 一熱轉移底板； 女置於該熱轉移底板上之複數個肋片；以及 至少一出口埠，其界定於該熱轉移底板之側面； 其中§亥等肋片在該底板中心形成一碰撞點、一圍繞該 碰撞點之入口圓柱肋片區域、以及一圍繞該入口圓 柱肋片區域之橢圓形肋片區域。 6 〇、如申請專利範圍第5 9項所述之非線性碰撞肋片散 熱器’其中該橢圓形肋片區域具有一第一肋片部分及 一第二肋片部分。 65 200926951 6 1請專利範圍第6 ◦項所述之非線性碰撞肋片散 熱1其中該第一肋片部分被配置成平行於該整體流 且該第二肋片部分與該整體流成一預定角度。 6 2 —種$入π/出D非線性冷板，其包含： 一底板；以及 • 安置於該底板上之複數個肋片； 其中該等肋片形成至少一碰撞點及至少一出 分。 ”。 ❹ 6 3、-種板狀肋片散熱器，其包含： 一基底；以及 安裝於該基底上之複數個肋片，其中每一肋片具有一 . 肋片橫向尺寸； -其中該板狀肋片散熱器具有一前邊緣及一後邊緣以 用於使一流體進入並流出該板狀肋片散熱器。 6 4、如申請專利範圍第6 3項所述之板狀肋片&熱器， 參 其中該等肋片平行於該流體之該流向。 6 5、如申請專利範圍第6 3項所述之板狀肋片散熱器， 其中每一肋片之該肋片橫向尺寸自該前邊緣增加至 該散熱器之一預定長度。 6 6、如申請專利範圍第6 4項所述之板狀肋片散熱器， 其中每一肋片之該肋片橫向尺寸係根據該邊界層之 該厚度d而增加。 6 7、如申請專利範圍第6 5項所述之非線性肋片散熱 器，其中母一肋片之該肋片橫向尺寸自該散熱器之兮 66 200926951 預定長度減小至該後邊緣。 6 8、一種散熱器，其包含： 一基底； 複數個離散肋片圖案，其中每—肋 片形成； 圖案由稷數個肋 一覆蓋於該等肋片圖案上之上# . ，从及 複數：安置於每兩個肋片圖案之間的偏流器。 6 9、如申請專利範圍第6 8項所述 個基底偏流器自該基底突出。 ”、u ，，、中複數 7〇個：申請專利範圍第68項所述 個上盍偏流器自該上蓋突出。 ，、中複數

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