Теплоизлучающий радиатор и способ теплоизлучения с его использованием
Изобретение относится к области электротехники, в частности к теплоизлучающему радиатору, обеспечивающему сильное охлаждающее действие. Теплоизлучающий радиатор содержит основной корпус и слой металлического покрытия, толщиной не превышающего 5 мкм, выполненного из элементов группы, содержащей медь, никель кобальт, хром, цинк, марганец или их сплавы, при этом теплоемкость упомянутого слоя металлического покрытия меньше теплоемкости основного корпуса. Способ теплоизлучения с использованием теплоизлучающего радиатора предусматривает подачу к поверхности радиатора воздушной текучей среды с помощью установленного на нем вентилятора. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 8 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к теплоизлучающему радиатору для нагревающихся элементов электротехнических изделий, электронной аппаратуры и аналогичных технических средств и, в частности, к теплоизлучающему радиатору со значительно более мощным теплоизлучающим действием и способу теплоизлучения с его использованием.
Обзор состояния техники
Радиаторы (теплоизлучающие радиаторы) различных типов применяют в качестве средств теплоизлучения в составе электротехнических изделий или электронной аппаратуры, например телевизорах, компьютерах или электродвигателях, двигателях и радиаторах автомобилей, различных машин и механизмов и аналогичных технических средств, с целью предотвращения отказов или снижения функциональных показателей в результате теплоизлучения. Материалом для изготовления компонентов теплоизлучающего радиатора обычно служит металлический материал, например алюминий или медь, обладающий высокой теплопроводностью.
К настоящему времени предложены различные способы для усиления теплоизлучающего действия упомянутых радиаторов. Например, применяют такие способы, как способ увеличения площади теплоизлучающей поверхности посредством пескоструйной или дробеструйной обработки, способ увеличения числа ребер (JP 11-238837A), способ искривления контура теплоизлучающего радиатора для повышения скорости и расхода охлаждающей воздушной струи, проходящей сквозь теплоизлучающий радиатор (JP 10-242357A), способ снижения теплоемкости теплоизлучающего радиатора (JP 10-116942A) и т.п.
Более того, чтобы дополнительно усилить теплоизлучающее действие, применяют систему воздушного охлаждения для охлаждения воздухом методом вентиляции посредством сочетания теплоизлучающего радиатора и вентилятора, систему водяного охлаждения с охлаждающей водой и способ охлаждения с использованием термоэлектрического элемента (Пельтье) на боковой поверхности теплоизлучающего радиатора (JP 10-318624A) и т.п.
Все упомянутые традиционные способы охлаждения обладают различными недостатками. Например, чрезмерное увеличение числа ребер для увеличения площади теплоизлучающей поверхности теплоизлучающего радиатора в способе с увеличением числа ребер приводит к созданию помех воздушному потоку и снижению способности к теплоизлучению. Кроме того, чрезмерное уменьшение толщины ребер для снижения теплоемкости в способе снижения теплоемкости теплоизлучающего радиатора приводит к снижению механической прочности и риску поломки теплоизлучающего радиатора.
Недостаток пескоструйной или дробеструйной обработки состоит в том, что микролунки со временем забиваются, что приводит к ослаблению теплоизлучающего действия.
Несмотря на то что упомянутая система воздушного охлаждения имеет простую конструкцию, из-за низкой теплопроводности по поверхности раздела между воздухом и ребрами требуется увеличивать площадь теплоизлучающей поверхности или повышать скорость воздушного потока за счет применения вентилятора. Соответственно увеличиваются габариты аппаратуры и возрастает шум от вентилятора.
Напротив, система водяного охлаждения обеспечивает высокоэффективное охлаждение благодаря высокой удельной теплоемкости и теплопроводности воды. Однако система водяного охлаждения нуждается в системе циркуляции и насосе для рециркуляции воды, а также в радиаторе и вентиляторе для излучения тепла в окружающий воздух, что приводит к усложнению конструкции системы и увеличению габаритов аппаратуры. Соответственно возрастают стоимость и энергопотребление аппаратуры, что является экономическим недостатком.
Поскольку способ охлаждения с использованием термоэлектрического элемента связан с необходимостью применения термоэлектрического элемента, теплоизлучающего радиатора и вентилятора, а термоэлектрический элемент потребляет много энергии, то такой способ невыгоден экономически.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в устранении упомянутых недостатков известного уровня техники и в создании недорогого теплоизлучающего радиатора с сильным охлаждающим действием.
Углубленный анализ известного уровня техники позволил создать настоящее изобретение на основе нижеприведенных принципов.
А именно, теплопроводность между воздухом и металлом ниже теплопроводности между водой и металлом из-за того факта, что теплоемкость воздуха меньше теплоемкости воды. Более того, содержащиеся в воздухе молекулы сцепляются с металлической поверхностью теплоизлучающего радиатора вследствие физической адсорбции без обмена электронами или химической адсорбции, а адсорбированные слои обладают теплоизолирующими свойствами и препятствуют теплоизлучению.
Химическая адсорбция обусловлена такими связями, как ковалентная связь, электростатическое притяжение или ионный обмен и выражается в селективной адсорбции молекул определенными центрами адсорбции, которая приводит к формированию мономолекулярного адсорбированного слоя, исключающего образование оксидного или аналогичного ему слоя.
Кроме того, поскольку физическая адсорбция обусловлена конденсацией молекул или аналогичными конденсации эффектами, обусловленными силами Ван-дер-Ваальса, электростатическим взаимодействием или другими подобными явлениями, то молекулы равномерно прикрепляются ко всей поверхности раздела, а не к определенному центру адсорбции на этой поверхности. Далее, одна из особенностей физической адсорбции состоит в образовании адсорбированного полимолекулярного слоя.
Сила, притягивающая молекулы адсорбированного полимолекулярного слоя к поверхности (дисперсионная сила), имеет наибольшее значение в первом слое и постепенно снижается во втором и последующих слоях. Например, в случае адсорбции молекул на металле ввиду того, что между первым слоем и металлом действует значительная сила адсорбции, при осаждении на первом слое сравнительно большого количества других слоев с адсорбированным газом сцепляется такой же газ. Сила адсорбции при этом невелика по сравнению с силой адсорбции между первым слоем и металлом.
Поэтому, когда на металле адсорбируются содержащиеся в воздухе молекулы с низкой теплопроводностью, адсорбция продолжается с образованием многомолекулярного слоя из одинаковых молекул. Далее предполагается, что, когда этот слой молекул становится толстым, он действует как теплоизоляция и препятствует теплоизлучению металла. Поэтому предполагается, что, если десорбировать или удалить слой молекул газа, физически адсорбированный на поверхности металла, то можно усилить теплоизлучающее действие.
При этом для химической адсорбции обычно требуется какое-то время на переход пика энергии активации на адсорбцию, поэтому скорость адсорбции невелика. С другой стороны, при физической адсорбции отсутствует требование к энергии активации на адсорбцию, поэтому физическая адсорбция отличается высокой скоростью. Вследствие этого молекулы сначала физически адсорбируются на поверхности металла. Затем, когда энергия возрастает в достаточной степени для перехода пика энергии активации, начинается химическая адсорбция с выделением значительного количества энергии. Теплоизлучение, обусловленное химической адсорбцией на поверхности металла, составляет от 10 до 100 ккал/моль. Кроме того, теплоизлучение, обусловленное физической адсорбцией, составляет несколько ккал/моль или менее, что меньше, чем при химической адсорбции. С другой стороны, адсорбированные молекулы десорбируются с поверхности и возвращаются в воздух после того, как молекулам за время их удерживания на поверхности сообщается такая же энергия, которую они имели на момент адсорбции.
В связи с этим можно отметить, что азот, составляющий основную часть воздуха по объему, отличается низкой химической активностью и в большинстве случаев адсорбируется на металле физическим путем. С другой стороны, кислород обладает высокой химической активностью и во многих случаях склонен к химической адсорбции с вступлением в определенную химическую реакцию с металлом даже при низком давлении. Кроме того, теплота адсорбции такой реакции всегда приводит к теплоизлучению.
Вышеизложенное подсказывает, что для десорбции газа, физически адсорбированного на металле, полезно вызвать химическую адсорбцию, при которой выделяется больше энергии, чем при физической адсорбции. В частности, предполагают, что содействие химической адсорбции кислорода будет способствовать десорбции физически адсорбированных молекул, что позволит усилить теплоизлучающее действие.
В контексте вышеизложенного, авторы настоящего изобретения установили, что тенденция металлов к ионизации играет важную роль при химической адсорбции кислорода на поверхности металла. А именно, на поверхности металла обычно адсорбируются молекулы газообразного кислорода или воды (толщина слоя воды, образующегося на поверхности металла, изменяется в зависимости от влажности атмосферного воздуха; так, толщина адсорбированного слоя воды изменяется от 10 до 100 Ангстрем, а во влажной атмосфере, когда имеет место оседание мельчайших частиц воды, от 100 Ангстрем до 1 мкм). Процесс химической адсорбции химически активного газообразного кислорода на поверхности металла протекает весьма быстро, а скорость окисления металла возрастает с увеличением толщины слоя воды (однако возможно снижение скорости окисления, когда толщина слоя воды составит 1 мкм или более). Кроме того, если на поверхности металла присутствуют молекулы воды, то происходит ионный обмен, при этом чем больше тенденция металла к ионизации, тем выше становится скорость адсорбции кислорода на металле. Присутствующие в атмосфере загрязняющие вещества, например двуокись серы, дополнительно способствуют процессу адсорбции кислорода на металле.
Под тенденцией металла к ионизации здесь понимается тенденция простого вещества с металлическими свойствами становиться катионом в воде, т.е. к такому превращению в воде, которое для металла описывают реакцией: M→Mn++ne-. Кислород воздуха получает электроны и превращается в анион кислорода в соответствии со следующей реакцией:
1/2O2 (воздух) +H2O (водный раствор) +2e- (металл) =2OH- (водный раствор).
Термодинамический расчет дает значение +0,401 для стандартного электродного потенциала указанной реакции. Поэтому, чем меньше стандартный электродный потенциал металла, тем больше разность потенциалов между металлом и кислородом, и соответственно легче протекает реакция ионизации. То есть, чем больше тенденция металла к ионизации, тем легче протекает реакция ионизации с участием кислорода.
С точки зрения окислительно-восстановительной реакции ионизационный ряд имеет вид последовательности, которая определяется легкостью выхода электрона e- из простого вещества с металлическими свойствами, т.е. восстановительной способностью. Далее, кислород является веществом с исключительно высокой окислительной способностью. Кроме того, реакция металла с кислородом является экзотермической реакцией, которая протекает даже в том случае, если металл и кислород находятся не в водной среде.
По вышеописанным причинам предполагается, что посредством нанесения металла, обладающего значительной тенденцией к ионизации, на поверхность теплоизлучающего радиатора можно облегчить процесс химической адсорбции кислорода к поверхности металла, что создает возможность для десорбции молекул, физически адсорбированных на поверхности металла, с соответствующим усилением теплоизлучающего действия.
Еще одним примером фактора влияния на теплоизлучающее действие является разность между теплоемкостью теплоизлучающего радиатора и теплоемкостью воздуха.
Затем, если рассматривать теплоизлучение как тепловой поток, то высокотемпературный объект отдает тепло в окружающий воздух посредством конвекции или теплового излучения. Тогда в случае идентичных площадей тепло, передаваемое за счет излучения, зависит от излучающей способности объекта, а теплопередача за счет конвекции в основном зависит от состояния текучей среды, находящейся в контакте с объектом.
Теплопередача в случае, когда объект нагрет до высокой температуры и излучает тепло в текучую среду, представляется следующей формулой:
q=λ/L(T1-T2)
=α(T2-T0),
где q обозначает тепловой поток (ккал/час·м2), λ - теплопроводность объекта (ккал/°C·час·м), L - толщина объекта (м), T1 - температура объекта (°C), T2 - температура поверхности объекта на низкотемпературной стороне (°C), T0 - температура текучей среды (°C), α - теплопроводность текучей среды (ккал/°C·час·м2).
Как следует из вышеприведенной формулы, при теплопередаче от объекта, который помещен в текучую среду в одинаковых условиях, в окружающий воздух излучается больше тепла, когда теплопроводность объекта выше, а его толщина меньше.
Кроме того, тепловой баланс системы, включающий теплоемкость, выражается следующей формулой:
,
где Q - подводимое количество теплоты, θ - внутренняя температура, θ0 - температура окружающего воздуха, t - время, W - коэффициент пропорциональности, а C - теплоемкость. Теплоемкость определяют из следующей формулы:
C (теплоемкость) =Q (количество теплоты)/ΔT(разность температур).
То есть определяют как ΔT=Q/C.
Из вышеприведенной формулы видно, что если подводимое количество теплоты является постоянной величиной, то теплоизлучение в окружающий воздух выше, когда теплоемкость меньше. Поэтому, если в качестве теплоизлучающего радиатора применить объект с небольшой теплоемкостью, то количество накопленной внутри теплоты уменьшается, что позволяет увеличить количество теплоты, излучаемой в окружающий воздух.
Кроме того, равновесная температура во время контакта друг с другом объектов с разными теплоемкостями определяется следующей формулой:
Te (равновесная температура) =(С1·Т1+С2·Т2)/(С1+С2).
Из этой формулы следует, что равновесная температура в значительной степени определяется температурой объекта с большей теплоемкостью и становится равновесной при температуре, близкой к температуре объекта с большей теплоемкостью.
Коэффициент теплопередачи между воздухом и теплоизлучающим радиатором меньше, чем между водой и теплоизлучающим радиатором, потому, что воздух имеет небольшую теплоемкость. Теплоемкость определяется выражением C=V (объем: см3) ×D (плотность: г/см3) × c (удельная теплоемкость: кал/г·°C). Если рассмотреть одинаковые количества воды и воздуха, то вода обладает большей теплоемкостью потому, что удельная теплоемкость и плотность воды больше, чем у воздуха, и тогда коэффициент теплопередачи между водой и теплоизлучающим радиатором больше, чем коэффициент теплопередачи между воздухом и теплоизлучающим радиатором.
То есть путем увеличения массы воздуха, подводимого к теплоизлучающему радиатору, можно увеличить теплоемкость воздуха и, соответственно, повысить коэффициент теплопередачи между воздухом и теплоизлучающим радиатором. Повышение расхода воздуха с целью усиления тем самым теплоизлучающего действия означает удаление воздуха с высокой температурой, находящегося вблизи теплоизлучающего радиатора, и подвод к теплоизлучающему радиатору воздуха с низкой температурой. Однако это также означает увеличение теплоемкости воздуха относительно теплоемкости теплоизлучающего радиатора.
И, наоборот, из вышеприведенного описания следует, что снижение теплоемкости теплоизлучающего радиатора означает то же самое, что увеличение теплоемкости воздуха относительно теплоемкости теплоизлучающего радиатора, даже при том же самом количестве воздуха, подводимого к теплоизлучающему радиатору. Поэтому количество теплоты, отдаваемой в воздух, увеличивается, если в качестве теплоизлучающего радиатора используют объект с небольшой теплоемкостью. Следует отметить, что, если в качестве охлаждающей среды используют воздух с низкой теплоемкостью, то охлаждающее действие слабее, чем при использовании воды с высокой теплоемкостью, если не увеличить расход воздуха.
Обычно, поскольку тепловое сопротивление при передаче тепла с поверхности металла в воздух выше, чем тепловое сопротивление металла, используемого в конструкции теплоизлучающего радиатора, то теплоизлучающее действие невозможно усилить, если не снизить тепловое сопротивление при передаче тепла с поверхности металла в воздух.
На основании вышеприведенного экспериментально установлено, что теплоизлучающее действие можно усилить посредством покрытия поверхности теплоизлучающего радиатора объектом с низкой теплоемкостью, чтобы теплоемкость объекта в месте контакта с воздухом стала небольшой по сравнению с теплоемкостью воздуха, и увеличения разности между значениями теплоемкости.
В результате повторных исследований, основанных на приведенных выше знаниях, установлено, что теплоизлучающее действие можно усилить посредством покрытия поверхности основного металла теплоизлучающего радиатора металлом со значительной (большой) тенденцией к ионизации и затем формирования слоя металлического покрытия с настолько малой толщиной, чтобы его теплоемкость была небольшой по сравнению с теплоемкостью основного металла теплоизлучающего радиатора, и приведения слоя покрытия в контакт с воздухом и, тем самым, осуществления настоящего изобретения.
Таким образом, в настоящем изобретении предложен теплоизлучающий радиатор, содержащий основной корпус и слой металлического покрытия, нанесенного на поверхность упомянутого основного корпуса, отличающийся тем, что металлический материал, составляющий упомянутый слой металлического покрытия, выбран из группы, состоящей из меди, никеля, кобальта, хрома, цинка, марганца и сплавов, содержащих эти металлы, толщина упомянутого слоя металлического покрытия не превышает 5 мкм, а теплоемкость упомянутого слоя металлического покрытия меньше теплоемкости упомянутого основного корпуса.
Кроме того, настоящее изобретение относится к теплоизлучающему радиатору, в котором металлический материал, составляющий упомянутый слой металлического покрытия, выбран из группы, состоящей из никеля, хрома, цинка и сплавов, содержащих эти металлы.
Кроме того, настоящее изобретение относится к теплоизлучающему радиатору, в котором основной корпус выполнен из алюминия.
В настоящем изобретении предложен также способ теплоизлучения с использованием теплоизлучающего радиатора по изобретению, согласно которому к поверхности упомянутого теплоизлучающего радиатора подводят воздушную охлаждающую текучую среду с помощью установленного на нем вентилятора.
Подробное описание изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения изложены далее со ссылками на прилагаемые чертежи. На фиг.1 и 2 приведены перспективные изображения, представляющие примеры конструкции теплоизлучающего радиатора в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.3 изображены виды в разрезе теплоизлучающих радиаторов, приведенных на фиг.1 и 2, где на фиг.3(a) изображен вид в разрезе теплоизлучающего радиатора, приведенного на фиг.1, а на фиг.3(b) изображен вид в разрезе теплоизлучающего радиатора, приведенного на фиг.2.
(1) Материал для изготовления теплоизлучающего радиатора
Теплоизлучающий радиатор в соответствии с настоящим изобретением (позиция 1 на фиг.1 или 2) выполнен в виде основного корпуса или тела (позиция 2 на фиг.3) и слоя металлического покрытия (поз. 3 на фиг.3), нанесенного на поверхность основного корпуса.
Материал, из которого выполнен основной корпус, можно соответствующим образом выбрать из металлических материалов и их сплавов, которые обычно широко известны как материалы теплоизлучающих радиаторов. Такими материалами являются, например, простые металлы, как то железо, алюминий, медь, никель, платина, серебро, золото, вольфрам или цинк, и сплавы, как то нержавеющая сталь, латунь, бронза, хромоникелевый сплав, алюминиево-кремниевый сплав, алюминиево-марганцевый сплав, медно-никелевый сплав, железо-титановый сплав или алюминиево-титановый сплав и т.п. Материал можно дополнительно покрыть защитной пленкой посредством осаждения покрытия из паровой (газовой) фазы или аналогичным методом или подвергнуть поверхностной обработке, например, оксидированию. Из перечисленных материалов предпочтительными являются алюминий, медь и т.п. ввиду их стоимости, малого веса, технологичности и т.п.
Форма основного корпуса конкретно не ограничена и может быть выбрана из множества различных форм, таких как форма пластины и форма стержня, в зависимости от назначения. Кроме того, размер и толщину основного корпуса конкретно не ограничена. Например, в случае, когда основной корпус выполняют в форме металлической пластины, толщину металлической пластины можно увеличить, если ее используют для изделия с большими размерами, например, большого по размеру аппарата, или можно уменьшить, если ее используют для небольшого аппарата. Однако, предпочтительно назначать толщину в пределах от 0,01 до 10 мм, а еще более предпочтительно - в пределах от 0,1 до 8,0 мм.
Хотя на фиг.1 и 2 представлены примеры формы такого основного корпуса теплоизлучающего радиатора, форма не ограничивается этими примерами. Например, основному корпусу можно придать произвольную форму, а именно плоскую, квадратную, круглую, трубчатую, полусферическую или сферическую форму, а поверхность основного корпуса можно обработать таким образом, чтобы сделать ее гофрированной, неровной, имеющей выступы и т.п.
(2) Слой металлического покрытия
В соответствии с настоящим изобретением с целью создания покрытия на основном корпусе теплоизлучающего радиатора на поверхность упомянутого основного корпуса теплоизлучающего радиатора наносят тонкий слой (слой металлического покрытия), содержащий металл с более высокой тенденцией к ионизации, чем тенденция к ионизации серебра, при этом теплоемкость тонкого слоя должна быть предпочтительно небольшой по сравнению с теплоемкостью основного корпуса теплоизлучающего радиатора.
Под упомянутой в тексте тенденцией к ионизации понимают результат измерения разности потенциалов между двумя полюсами, а измеренное значение, полученное проведением измерения с использованием обычного окислительно-восстановительного потенциометра (электронного вольтметра) при комнатной температуре, используют как значение тенденции к ионизации. Кроме того, если измерение разности потенциалов между двумя полюсами затруднительно, то используют численное значение, рассчитанное по термодинамическим данным.
В качестве металлического материала, который можно использовать для создания слоя металлического покрытия в соответствии с настоящим изобретением, следует выбирать материал с измеренной вышеупомянутым методом тенденцией к ионизации, которая превосходит тенденцию к ионизации серебра. Более того, предпочтительно выбирать материал с теплоемкостью, меньшей, чем теплоемкость основного корпуса теплоизлучающего радиатора.
В частности, такими металлическими материалами являются, например, медь, никель, кобальт, хром, железо, цинк, марганец, алюминий и магний, оксиды этих металлов, сплавы этих металлов и т.п. Среди этих материалов существуют такие, у которых тенденция к ионизации имеет слишком большое значение, и скорость окисления в воздухе слишком высока и быстро превращает металл покрытия в оксид, в результате чего также быстро снижается тенденция к ионизации, что приводит к ослаблению теплоизлучающего действия. Поэтому предпочтительнее использовать материал, выбранный из группы, содержащей медь, никель, кобальт, хром, цинк и марганец, а также сплавы, содержащие эти металлы. Следует отметить, что к таким сплавам относятся, например, ферроникелевый, хромоникелевый, медно-никелевый, никель-цинковый, медно-никель-цинковый, бороникелевый и т.п. сплавы.
Из упомянутых материалов, с учетом высокого теплоизлучающего действия, сравнительно низкой скорости окисления в воздухе, стоимости, технологичности и долговечности (износоустойчивости), наиболее предпочтительными материалами являются, например, цинк, хром, никель или сплавы, содержащие эти металлы. Более того, в число примеров наиболее предпочтительных материалов из них входит никель, который обладает наименьшей тенденцией к ионизации, низкой скоростью окисления и очень большой долговечностью.
В соответствии с настоящим изобретением металлический материал, из которого выполняют основной корпус теплоизлучающего радиатора, и металлический материал, составляющий слой металлического покрытия теплоизлучающего радиатора, не всегда должны быть разными материалами. Однако, поскольку теплоизлучающее действие дополнительно усиливается, если слой металлического покрытия создают таким образом, чтобы его теплоемкость была меньше по сравнению с теплоемкостью основного корпуса теплоизлучающего радиатора, то, с учетом сочетания с металлическим материалом основного корпуса теплоизлучающего радиатора, в качестве металлического материала, составляющего слой металлического покрытия, можно выбрать материал, отличающийся от металлического материала, из которого выполняют основной корпус теплоизлучающего радиатора.
Слой металлического покрытия можно наносить на всю поверхность основного корпуса теплоизлучающего радиатора или только на часть поверхности основного корпуса. При необходимости, можно соответствующим образом выбрать место для нанесения покрытия и нанести металлический слой. Например, в случае с теплоизлучающим радиатором такой формы, которая показана на фиг.1 или 2, не всегда обязательно наносить слой металлического покрытия на нижнюю поверхность.
Что касается толщины слоя металлического покрытия (толщины слоя), желательно назначать такую толщину слоя, которая обеспечивает увеличение разности между теплоемкостями слоя металлического покрытия и воздуха с целью облегчения химической адсорбции содержащихся в воздухе молекул. В частности, желательно назначать толщину слоя в пределах от 0,03 до 10 мкм, предпочтительно - в пределах от 0,037 до 7,5 мкм, еще предпочтительнее - в пределах от 0,1 до 5 мкм, и предпочтительнее всего - в пределах от 0,5 до 5 мкм. Если толщина слоя слишком велика, это может затруднить тепловое излучение от основного корпуса теплоизлучающего радиатора. С другой стороны, если толщина слоя слишком мала, то, поскольку количество металла в слое металлического покрытия невелико, слой металлического покрытия, который химически адсорбирует кислород с целью усиления теплоизлучающего действия, быстро превращается в оксид. Поэтому возможен недостаток, заключающийся в том, что метал слоя металлического покрытия почти полностью израсходуется, а теплоизлучающее действие снизится.
Следует отметить, что, например, в предположении, что слои металлического покрытия создают в верхней, средней и нижней частях радиатора, под толщиной слоя здесь понимается среднее значение толщин слоев в этих трех частях, измеренных с использованием толщиномера. Толщину слоя можно измерить произвольным способом, например флуоресцентным рентгеновским аппаратом и т.п.
Способ нанесения (способ покрытия) слоя металлического покрытия в соответствии с настоящим изобретением специально не ограничен, и его можно свободно выбирать из набора способов, обычно применяемых для создания тонкого слоя; например, это может быть такой жидкофазный способ, как электролитическое покрытие, осаждение методом химического восстановления или покрытие погружением в расплавленный металл, конденсация из газовой фазы (physical vapor deposition, PVD) типа вакуумного осаждения из газовой фазы, ионного осаждения или металлизации напылением, парофазный способ типа термохимического осаждения из паровой (газовой) фазы (chemical vapor deposition, CVD), плазменного химического осаждения из паровой фазы или оптического химического осаждения из паровой фазы. Кроме того, слой металлического покрытия можно наносить с использованием произвольной комбинации этих методов.
Кроме того, также не ограничено время создания слоя металлического покрытия. Например, слой металлического покрытия можно создать после придания любой формы основному корпусу теплоизлучающего радиатора путем обработки металлического материала, либо слою металлического покрытия можно придать любую форму после нанесения на металлический материал плоской формы или в форме стержня, или аналогичной формы перед обработкой. Таким образом, покрытие можно создавать тогда, когда это необходимо.
Далее, на фиг.1 и 2 представлен пример выполнения основного корпуса теплоизлучающего радиатора и слоя металлического покрытия, соответственно в виде единого целого. Однако, в соответствии с настоящим изобретением, основной корпус теплоизлучающего радиатора или слой металлического покрытия, или оба указанных объекта могут быть выполнены в виде комплекса, содержащего два или более видов материалов. Например, основной корпус теплоизлучающего радиатора может быть выполнен в виде многослойной структуры, а также слой металлического покрытия может быть выполнен в виде многослойной структуры с разделением на поверхностный слой и внутренний слой, каждый из которых выполнен из различных материалов. В таком случае в слое, который находится в контакте со слоем воздуха, желательно использовать вышеупомянутый металлический материал с более высокой тенденцией к ионизации, чем тенденция к ионизации серебра, а толщину этого слоя желательно назначать в пределах от 0,03 до 10 мкм, предпочтительно - в пределах от 0,037 до 7,5 мкм, а еще предпочтительнее - в пределах от 0,1 до 5 мкм.
(3) Способ теплоизлучения
Способ теплоизлучения в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что тепло излучается, когда подводимый воздух, выполняющий функцию охлаждающей текучей среды, находится в контакте с поверхностью теплоизлучающего радиатора в соответствии с настоящим изобретением. Поскольку теплоизлучающий радиатор в соответствии с настоящим изобретением содержит слой металлического покрытия небольшой толщины, который наносят на поверхность теплоизлучающего радиатора так, чтобы теплоемкость этого слоя была меньше теплоемкости основного корпуса теплоизлучающего радиатора, то теплоемкость воздуха относительно возрастает, и "уширяется" (увеличивается) разность между теплоемкостью воздуха и теплоемкостью теплоизлучающего радиатора. Тем самым можно существенно усилить теплоизлучающее действие при использовании воздуха в качестве охлаждающей текучей среды.
Следует отметить, что в данном случае способ теплоизлучения можно использовать в сочетании с такими средствами, которые традиционно применяют для облегчения теплоизлучения, как то способ формирования неровной поверхности, способ увеличения площади теплоизлучающей поверхности, например пескоструйной или дробеструйной обработкой, способ увеличения числа ребер, способ искривления контура теплоизлучающего радиатора для повышения скорости и расхода охлаждающей воздушной струи, проходящей сквозь теплоизлучающий радиатор, способ снижения теплоемкости теплоизлучающего радиатора и т.п. Далее, можно увеличить площадь поверхности слоя металлического покрытия посредством физической обработкой или химической обработки, например дробеструйной обработки слоя металлического покрытия с целью дополнительного усиления теплоизлучающего действия этого слоя. Кроме того, на поверхность слоя металлического покрытия можно также дополнительно нанести катализатор или аналогичный материал с целью облегчения химической адсорбции.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведено перспективное изображение, представляющее пример конструкции теплоизлучающего радиатора в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 приведено перспективное изображение, представляющее пример конструкции теплоизлучающего радиатора в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.3 изображен вид в разрезе теплоизлучающих радиаторов, приведенных на фиг.1 и 2, причем на фиг.3(a) изображен вид в разрезе теплоизлучающего радиатора, приведенного на фиг.1, а на фиг.3(b) изображен вид в разрезе теплоизлучающего радиатора, приведенного на фиг.2.
На фиг.4 представлена схема опытного устройства по первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.5 представлена схема опытного устройства по второму-шестому вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.6 представлен вид сбоку устройства охлаждения, в котором применяется опытное устройство по седьмому и восьмому вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.7 представлена схема опытного устройства по седьмому и восьмому вариантам осуществления настоящего изобретения.
На этих фигурах позиции обозначают: 1 - теплоизлучающий радиатор, 2 - основной корпус теплоизлучающего радиатора, 3 - слой металлического покрытия, 4 - бакелитовую пластину, 5 - нагреватель, 6 - алюминиевую пластину для измерения температуры, 7 - отверстие для измерения температуры, 8 - пенопластовую (полистирольную) пластину, 9 - вентилятор, 10 - термоэлектрический элемент (элемент Пельтье), 11 - поверхность охлаждения и 12 - входную клемму, а символы обозначают: "a" - вертикальный размер, "b" - горизонтальный размер, "c" - высоту, "d" - высоту ребра, "e" - толщину верхней части ребра и "f" - толщину нижней части ребра.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Ниже настоящее изобретение описано на конкретных вариантах его осуществления. Однако настоящее изобретение не ограничивается только этими описанными вариантами. Следует отметить, что под толщиной слоя в этих примерах понимается среднее значение, полученное измерением толщины слоя в трех частях, а именно в верхней части, центральной части и нижней части радиатора с использованием флуоресцентного рентгеновского устройства.
Первый вариант осуществления
Изготовили теплоизлучающие радиаторы из алюминия (далее по тексту именуемые просто "радиаторами") такой формы, как показано на фиг.1, с покрытиями из Zn, Cr, Ni или Cu, соответственно, нанесенными на алюминиевый основной корпус теплоизлучающего радиатора длиной 100 мм, шириной 100 мм и высотой 40 мм, с высотой ребра 30 мм, толщиной ребра 2 мм в верхней части и 5 мм в нижней части и массой 480 г (на фиг.1 a=100 мм, b=100 мм, c=40 мм, d=30 мм, e=2 мм и f=5 мм), идентичный теплоизлучающий радиатор с нанесенным на него метилметакрилатэтил-акрилатстирольным сополимерным покрытием, и идентичный теплоизлучающий радиатор без какой-либо обработки. Толщины соответствующих слоев покрытия указаны в таблице 1.
Как показано на фиг.4, элементы, как то бакелитовую пластину (обозначенную позицией 4 на фиг.4, других фигурах и далее по тексту), нагреватель 5, алюминиевую пластину 6 для измерения температуры толщиной 10 мм, длиной 50 мм и шириной 50 мм с отверстием 7 для измерения температуры на боковой стороне пластины и радиатор 1, сложили один поверх другого, и радиатор 1 и бакелитовую пластину 4 стянули болтами и плотно сжали между собой с целью создания опытного устройства. Затем опытное устройство установили на полистирольную пластину 8 бакелитовой пластиной 4 снизу. Между алюминиевой пластиной 6 и теплоизлучающим радиатором 1, а также между алюминиевой пластиной 6 и нагревателем 5, соответственно, нанесли теплопроводящую консистентную смазку.
В качестве нагревателя 5 использовали нагреватель на 100 В/150 Вт; на нагреватель 5 подавали электрическую мощность 9,5 Вт (25 В/0,38 А) через выпрямитель фирмы Kikusui Kabushiki Kaisha, чтобы нагреватель вырабатывал тепло, и сравнивали температуру в момент начала теплоизлучения с температурой через девяносто минут. Результаты представлены в таблице 1. Следует отметить, что тенденция к ионизации в данном случае изменялась по величине в порядке Zn>Cr>Ni>необработанный алюминиевый радиатор>Cu.
Из вышеприведенных результатов очевидно, что значения температуры через девяносто минут составляли в порядке величины последовательность Zn<Cr<Ni<Cu<MM<необработанный алюминиевый радиатор, и, при нанесении материала с меньшей теплоемкостью, чем теплоемкость необработанного алюминиевого радиатора, температура снижается на 1,4-3,1°C, а теплоизлучающее действие усиливается. Затем, очевидно, что температура Cu, Ni, Cr или Zn, которые характеризуются большей тенденцией к ионизации, чем химически неактивный метилметакрилатэтил-акрилатстирольный сополимер, меньше на 0,6-2,3°C, и с увеличением тенденции к ионизации усиливается теплоизлучающее действие.
Второй вариант осуществления
Аналогично первому варианту осуществления изобретения, изготовили идентичные теплоизлучающие радиаторы из алюминия с покрытиями из Zn, Cr, Ni или Cu, соответственно, нанесенными на алюминиевый основной корпус теплоизлучающего радиатора длиной 100 мм, шириной 100 мм и высотой 40 мм, с высотой ребра 30 мм, толщиной ребра 2 мм в верхней части и 5 мм в нижней части и массой 480 г, с метилметакрилатэтил-акрилатстирольным сополимерным покрытием, нанесенным на алюминиевый основной корпус теплоизлучающего радиатора, и теплоизлучающий радиатор без какой-либо обработки. Толщины соответствующих слоев покрытия указаны в таблице 2.
Как показано на фиг.5, элементы, как то бакелитовую пластину 4, нагреватель 5, алюминиевую пластину 6 для измерения температуры толщиной 10 мм, длиной 50 мм и шириной 50 мм с отверстием 7 для измерения температуры на боковой стороне пластины и радиатор 1, сложили один поверх другого, и радиатор 1 и бакелитовую пластину 4 стянули болтами и плотно сжали между собой с целью создания опытного устройства. Затем опытное устройство установили на полистирольную пластину 8 бакелитовой пластиной 4 снизу. Затем непосредственно к верхней части радиатора сверху прикрепили охлаждающий вентилятор 9 (длиной 80 мм, шириной 80 мм, фирмы Sanyo Denki Co., Ltd., с числом оборотов 2900 об/мин, 12 В/0,13 А, расходом воздушной струи =1,03 м3/мин), чтобы обеспечить охлаждение. Между алюминиевой пластиной 6 и радиатором 1, а также между алюминиевой пластиной 6 и нагревателем 5, соответственно, нанесли теплопроводящую консистентную смазку.
В качестве нагревателя 5 использовали нагреватель на 100 В/150 Вт; на нагреватель 5 подавали электрическую мощность 84,75 Вт (75 В/1,13 А) через выпрямитель фирмы Kikusui Kabushiki Kaisha, чтобы нагреватель вырабатывал тепло, и сравнивали температуру в момент начала теплоизлучения с температурой через девяносто минут. Результаты представлены в таблице 2. Следует отметить, что тенденция к ионизации в данном случае изменялась по величине в порядке Zn>Cr>Ni>необработанный алюминиевый радиатор>Cu.
| Таблица 2 | ||
| Материал слоя покрытия (толщина слоя) | Начальная температура (°C) | Температура через 90 минут (°C) |
| Zn (1,455 мкм) | 18,1 | 53,8 |
| Cr (1,467 мкм) | 18,1 | 54,3 |
| Ni (1,513 мкм) | 18,1 | 54,4 |
| Cu (1,499 мкм) | 18,1 | 54,7 |
| MM (1,552 мкм) | 18,1 | 56,9 |
| Без обработки | 18,1 | 57,5 |
| Комнатная температура | 18,1 | 18,4 |
| Примечание) MM: Метилметакрилатэтил-акрилатстирольный сополимер |
Из вышеприведенных результатов очевидно, что значения температуры через девяносто минут составляли в порядке величины последовательность Zn<Cr<Ni<Cu<MM<необработанный алюминиевый радиатор даже при охлаждении вентилятором, и при нанесении материала с меньшей теплоемкостью, чем теплоемкость необработанного алюминиевого радиатора, температура снижается на 0,6-3,7°C, а теплоизлучающее действие усиливается. Затем, очевидно, что температура Cu, Ni, Cr или Zn, которые характеризуются большей тенденцией к ионизации, чем химически неактивный метилметакрилатэтил-акрилатстирольный сополимер, меньше на 2,2-3,1°C, а вентиляция с помощью вентилятора усиливает теплоизлучающее действие теплоизлучающего радиатора с покрытием из материала, который обладает большей тенденцией к ионизации.
Третий вариант осуществления
Изготовили идентичные теплоизлучающие радиаторы из алюминия, которые аналогичны радиаторам по второму варианту, с покрытиями из Zn, Cr, Ni, Cu и MM (метилметакрилатэтил-акрилатстирольный сополимер), нанесенными на алюминиевый основной корпус теплоизлучающего радиатора, а также без какой-либо обработки. Толщины соответствующих слоев покрытия указаны в таблице 3.
Элементы, как то бакелитовую пластину 4, нагреватель 5, алюминиевую пластину 6 для измерения температуры и радиатор 1, сложили один поверх другого с целью создания опытного устройства, аналогичного устройству по второму варианту осуществления изобретения. Затем радиатор 1 и бакелитовую пластину 4 стянули болтами и плотно сжали между собой, и установили опытное устройство на полистирольную пластину 8 бакелитовой пластиной 4 снизу. Затем к верхней части радиатора прикрепили охлаждающий вентилятор 9, аналогичный вентилятору, использованному во втором варианте осуществления изобретения (длиной 80 мм, шириной 80 мм, фирмы Sanyo Denki Co., Ltd.).
В качестве нагревателя 5 использовали нагреватель на 100 В/150 Вт, и без изменения подаваемой электрической мощности 84,75 Вт (75 В/1,13 А) сравнивали температуру центральной части алюминиевого корпуса в момент начала теплоизлучения с температурой через девяносто минут в условиях, когда число оборотов вентилятора 9 соответственно переключали на 1800 об/мин (расход воздушной струи 0,92 м3/м), 2900 об/мин (расход воздушной струи 1,03 м3/м) и 3400 об/мин (расход воздушной струи 1,20 м3/м). Результаты представлены в таблице 3. Следует отметить, что тенденция к ионизации в данном случае изменялась по величине в порядке Zn>Cr>Ni>необработанный алюминиевый радиатор>Cu.
Из вышеприведенных результатов очевидно, что значения температуры через девяносто минут составляли в порядке величины последовательность Zn<Cr<Ni<Cu<MM<необработанный алюминиевый радиатор даже при переключении числа оборотов вентилятора, и при нанесении материала с меньшей теплоемкостью, чем теплоемкость необработанного алюминиевого радиатора, температура снижается на 0,2-2,6°C в случае 1800 об/мин, на 0,6-3,7°C в случае 2900 об/мин и на 0,1-4,1°C в случае 3400 об/мин, а теплоизлучающее действие усиливается. Затем, очевидно, что температура Cu, Ni, Cr или Zn, которые характеризуются большей тенденцией к ионизации, чем химически неактивный метилметакрилатэтил-акрилатстирольный сополимер, меньше на 1,7-2,4°C в случае 1800 об/мин, на 2,2-3,1°C в случае 2900 об/мин и на 2,8-4,0°C в случае 3400 об/мин, а увеличение числа оборотов вентилятора усиливает теплоизлучающее действие теплоизлучающего радиатора с покрытием из материала, который обладает большей тенденцией к ионизации.
Четвертый вариант осуществления
Изготовили идентичные теплоизлучающие радиаторы из алюминия, которые аналогичны радиаторам по третьему варианту, с покрытиями из Zn, Cr, Ni, Cu и MM (метилметакрилатэтил-акрилатстирольный сополимер), нанесенными на алюминиевый основной корпус теплоизлучающего радиатора, а также без какой-либо обработки. Толщины соответствующих слоев покрытия указаны в таблице 4.
Элементы, как то бакелитовую пластину 4, нагреватель 5, алюминиевую пластину 6 для измерения температуры и радиатор 1, сложили один поверх другого с целью создания опытного устройства, аналогичного устройству по третьему варианту осуществления изобретения. Затем радиатор 1 и бакелитовую пластину 4 стянули болтами и плотно сжали между собой и установили опытное устройство на полистирольную пластину 8 бакелитовой пластиной 4 снизу. Затем к верхней части радиатора прикрепили охлаждающий вентилятор 9, аналогичный вентилятору, использованному в третьем варианте осуществления изобретения (длиной 80 мм, шириной 80 мм, фирмы Sanyo Denki Co., Ltd.).
Применили нагреватель на 100 В/150 Вт, и при выдерживании числа оборотов вентилятора 9 на уровне 2900 об/мин (расход воздушной струи 1,03 м3/м) сравнивали температуру в момент начала теплоизлучения с температурой через девяносто минут в условиях, когда подаваемую электрическую мощность соответственно переключали на 37,5 Вт, 84,7 Вт и 150 Вт. Результаты представлены в таблице 4. Следует отметить, что тенденция к ионизации в данном случае изменялась по величине в порядке Zn>Cr>Ni>необработанный алюминиевый радиатор>Cu.
Из вышеприведенных результатов очевидно, что значения температуры через девяносто минут составляли в порядке величины последовательность Zn<Cr<Ni<Cu<MM<необработанный алюминиевый радиатор даже при переключении подаваемой электрической мощности, и при нанесении материала с меньшей теплоемкостью, чем теплоемкость необработанного алюминиевого радиатора, температура снижается на 0,3-1,2°C в случае 37,5 Вт, на 0,6-3,7°C в случае 84,75 Вт и на 0,5-4,2°C в случае 150 Вт, а теплоизлучающее действие усиливается. Затем, очевидно, что температура Cu, Ni, Cr или Zn, которые характеризуются большей тенденцией к ионизации, чем химически неактивный метилметакрилатэтил-акрилатстирольный сополимер, меньше на 1,6-1,9°C в случае 37,5 Вт, на 2,2-3,1°C в случае 84,75 Вт и на 2,8-3,7°C в случае 150 Вт, а увеличение подводимой мощности усиливает теплоизлучающее действие теплоизлучающего радиатора с покрытием из материала, который обладает большей тенденцией к ионизации.
Пятый вариант осуществления
Алюминиевые радиаторы, аналогичные радиаторам по первому варианту осуществления изобретения, с нанесенными на алюминиевые радиаторы покрытиями из Zn с толщинами 0,037 мкм, 0,106 мкм, 0,503 мкм, 1,455 мкм, 2,883 мкм, 3,787 мкм, 4,993 мкм, 6,112 мкм, 7,568 мкм и 10,231 мкм, соответственно, применили для сравнения соответствующих температур радиаторов через 90 минут с использованием способа, аналогичного способу по второму варианту осуществления изобретения. Результаты приведены в таблице 5.
| Таблица 5 | ||
| Толщина слоя цинка | Начальная температура (°C) | Температура через 90 минут (°C) |
| 0,037 мкм | 19,5 | 57,3 |
| 0,106 мкм | 19,5 | 56,3 |
| 0,503 мкм | 19,5 | 53,8 |
| 1,455 мкм | 19,5 | 53,1 |
| 2,883 мкм | 19,5 | 54,3 |
| 3,787 мкм | 19,5 | 54,8 |
| 4,993 мкм | 19,5 | 55,3 |
| 6,112 мкм | 19,5 | 56,9 |
| 7,568 мкм | 19,5 | 57,4 |
| 10,231 мкм | 19,5 | 57,8 |
| Без обработки | 19,5 | 58,1 |
| Комнатная температура | 19,5 | 19,9 |
Из вышеприведенных результатов очевидно, что теплоизлучающее действие заметно усиливается при толщине цинкового покрытия в пределах от 0,037 мкм до 10 мкм, еще больше усиливается при толщине в пределах от 0,1 мкм до 7,5 мкм и особенно значительно усиливается при толщине в пределах от 0,5 мкм до 5 мкм.
Шестой вариант осуществления
Алюминиевые радиаторы, аналогичные радиаторам по первому варианту осуществления изобретения, с нанесенными на алюминиевые радиаторы покрытиями из Ni с толщинами 0,031 мкм, 0,587 мкм, 0,998 мкм, 1,486 мкм, 2,999 мкм, 3,893 мкм, 4,875 мкм, 5,669 мкм, 7,665 мкм и 10,026 мкм, соответственно, применили для сравнения соответствующих температур радиаторов через девяносто минут с использованием способа, аналогичного способу по второму варианту осуществления изобретения. Результаты приведены в таблице 6.
| Таблица 6 | ||
| Начальная температура (°C) | Температура через 90 минут (°C) | |
| 0,031 мкм | 19,8 | 57,1 |
| 0,587 мкм | 19,8 | 56,6 |
| 0,998 мкм | 19,8 | 54,8 |
| 1,486 мкм | 19,8 | 53,5 |
| 2,999 мкм | 19,8 | 54,1 |
| 3,893 мкм | 19,8 | 54,9 |
| 4,875 мкм | 19,8 | 56,2 |
| 5,669 мкм | 19,8 | 56,8 |
| 7,665 мкм | 19,8 | 57,3 |
| 10,026 мкм | 19,8 | 58,1 |
| Без обработки | 19,8 | 58,2 |
| Комнатная температура | 19,8 | 20,1 |
Из вышеприведенных результатов очевидно, что теплоизлучающее действие заметно усиливается при толщине никелевого покрытия в пределах от 0,03 мкм до 10 мкм, еще больше усиливается при толщине в пределах от 0,5 мкм до 7,5 мкм и особенно значительно усиливается при толщине в пределах от 0,5 мкм до 6 мкм.
Седьмой вариант осуществления
Использовали теплоизлучающие радиаторы, форма которых показана на фиг.2, с покрытиями Zn с толщинами 0,034 мкм, 0,098 мкм, 0,532 мкм, 1,612 мкм, 3,661 мкм, 5,053 мкм, 6,022 мкм, 7,889 мкм и 10,088 мкм, соответственно, нанесенными на основной алюминиевый корпус теплоизлучающего радиатора длиной 100 мм, шириной 100 мм и высотой 40 мм, с числом ребер 625, при высоте ребра 34 мм и толщине ребра 2 мм ×2 мм.
Применили устройство охлаждения (изготовленное компанией Frigester Kabushiki Kaisha, F44-HS), в котором в последовательности, указанной на фиг.6, собраны теплоизлучающий радиатор 1, подвергнутый вышеописанной обработке, термоэлектрический элемент 10 и прикрепленный к ним вентилятор охлаждения 9 (длиной 100 мм, шириной 100 мм, с числом оборотов 3600 об/мин, на 12 В/0,175 А).
Между теплоизлучающим радиатором и термоэлектрическим элементом обеспечили плотный контакт с помощью теплопроводящей консистентной смазки. Затем, как показано на фиг.7, устройство охлаждения разместили так, что поверхность охлаждения 11 (термоэлектрического элемента; точка измерения температуры) находится сверху, а теплоизлучающий радиатор находится снизу, где вращается вентилятор, на термоэлектрический элемент 10 подали напряжение 12 В и сравнили температуры на поверхности охлаждения через девяносто минут. Результаты приведены в таблице 7.
| Таблица 7 | ||
| Толщина слоя цинка | Начальная температура (°C) | Температура через 90 минут (°C) |
| 0,034 мкм | 22,8 | - 14,3 |
| 0,098 мкм | 22,8 | - 16,8 |
| 0,532 мкм | 22,8 | - 17,5 |
| 1,612 мкм | 22,8 | - 18,2 |
| 3,661 мкм | 22,8 | - 16,9 |
| 5,053 мкм | 22,8 | - 16,0 |
| 6,022 мкм | 22,8 | - 15,2 |
| 7,889 мкм | 22,8 | - 14,7 |
| 9,975 мкм | 22,8 | - 14,4 |
| Без обработки | 22,8 | - 14,1 |
| Комнатная температура | 22,8 | 22,4 |
Из вышеприведенных результатов очевидно, что снижение температур на охлаждающей поверхности и усиление теплоизлучающего действия значительны при толщине цинкового покрытия в пределах от 0,03 мкм до 10 мкм, еще больше при толщине в пределах от 0,03 мкм до 8 мкм и особенно заметны при толщине в пределах от 0,1 мкм до 5 мкм.
Восьмой вариант осуществления
Изготовили опытное устройство с использованием термоэлектрического элемента таким же образом, как по седьмому варианту осуществления, за исключение того, что применили алюминиевые теплоизлучающие радиаторы (один со слоем металлического покрытия, а другой без обработки), аналогичные радиаторам, использованным в первом варианте осуществления изобретения. Выполнили сравнение температур в центре алюминиевой пластины, установленной на стороне охлаждения, при подаче напряжений 7,5 В и 10 В и числе оборотов вентилятора 1800 об/мин, 2900 об/мин и 3400 об/мин. Результаты представлены в таблице 8.
| Таблица 8 | ||||||
| Число оборотов | 1800 об/мин | 2900 об/мин | 3400 об/мин | |||
| Тип/напряжение | 7,5 В | 10 В | 7,5 В | 10 В | 7,5 В | 10 В |
| Zn (1,455 мкм) | 1,4 | 0,5 | 0,5 | - 0,5 | 0,1 | - 1,1 |
| Cr (1,467 мкм) | 2,1 | 1,3 | 1,5 | 0,6 | 0,6 | - 0,3 |
| Ni (1,513 мкм) | 2,2 | 1,5 | 1,7 | 0,8 | 0,7 | - 0,1 |
| Cu (1,499 мкм) | 2,5 | 1,7 | 1,9 | 0,9 | 1,3 | 0,6 |
| MM (1,552 мкм) | 4,1 | 3,2 | 3,3 | 2,8 | 2,7 | 2,3 |
| Без обработки | 5,8 | 5,4 | 3,5 | 3,1 | 3,6 | 6,0 |
| Комнатная температура | 20,1 | 20,0 | 20,2 | 20,3 | 20,0 | 20,2 |
| Примечание) MM: Метилметакрилатэтил-акрилатстирольный сополимер |
Из вышеприведенных результатов очевидно, что даже при изменении подаваемого напряжения и числа оборотов вентилятора охлаждения покрытие из материала с высокой тенденцией к ионизации усиливает теплоизлучающее действие и обеспечивает снижение температуры на охлаждающей поверхности.
Промышленная применимость
Поскольку на теплоизлучающий радиатор в соответствии с настоящим изобретением нанесен слой металлического покрытия, содержащего металлический материал со значительной тенденцией к ионизации, то это способствует химической адсорбции кислорода воздуха на поверхности теплоизлучающего радиатора, при этом молекулы, физически адсорбированные на поверхности, десорбируются, и в результате этого существенно усиливается теплоизлучающее действие. Кроме того, поскольку на теплоизлучающий радиатор нанесен слой металлического покрытия небольшой толщины таким образом, чтобы его теплоемкость была меньше теплоемкости основного корпуса радиатора, то возрастает относительная теплоемкость воздуха, увеличивается разность между теплоемкостью воздуха и теплоемкостью теплоизлучающего радиатора, и дополнительно усиливается теплоизлучающее действие при использовании воздуха в качестве охлаждающей текучей среды.
В соответствии со способом теплоизлучения, использующим теплоизлучающий радиатор в соответствии с настоящим изобретением, поскольку в качестве охлаждающей текучей среды применяется воздух, то можно обеспечить сильное теплоизлучающее действие без установки системы циркуляции и такой аппаратуры, как насос, которые применяются в составе системы водяного охлаждения, использующей воду в качестве охлаждающей текучей среды, и поэтому можно создать компактное, легкое и недорогое устройство охлаждения. Кроме того, поскольку эффективность теплоизлучения выше, чем у традиционной системы с воздушным охлаждением, то можно устранить такие проблемы, как увеличение размеров аппаратуры и повышение уровня шума, обусловленного вентиляцией.
Теплоизлучающий радиатор в соответствии с настоящим изобретением можно эффективно использовать не только в составе отображающей аппаратуры типа телевизора, компьютера и плазменного дисплея, электротехнических изделий и электронной аппаратуры типа холодильников и электродвигателей и различной механической аппаратуры типа двигателей или радиаторов автомобилей, теплообменников, ядерных реакторов и генераторов, но также в составе переключателей, нагревающихся элементов небольших интегральных схем типа интегральных микросхем или электронных устройств и т.п.
1. Теплоизлучающий радиатор, содержащий основной корпус и слой металлического покрытия, нанесенного на поверхность упомянутого основного корпуса, отличающийся тем, что металлический материал, составляющий упомянутый слой металлического покрытия, выбран из группы, состоящей из меди, никеля, кобальта, хрома, цинка, марганца и сплавов, содержащих эти металлы, толщина упомянутого слоя металлического покрытия не превышает 5 мкм, а теплоемкость упомянутого слоя металлического покрытия меньше теплоемкости упомянутого основного корпуса.
2. Теплоизлучающий радиатор по п.1, отличающийся тем, что металлический материал, составляющий упомянутый слой металлического покрытия, выбран из группы, состоящей из никеля, хрома, цинка и сплавов, содержащих эти металлы.
3. Теплоизлучающий радиатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутый основной корпус выполнен из алюминия.
4. Способ теплоизлучения с использованием теплоизлучающего радиатора по любому из пп.1-3, согласно которому к поверхности упомянутого теплоизлучающего радиатора подводят воздушную охлаждающую текучую среду с помощью установленного на нем вентилятора.
