TWI663371B - Evaporator structure - Google Patents

Abstract

一種蒸發器結構，係包含有一熱交換元件、一導熱外殼及一上蓋，其中該熱交換元件設置於該導熱外殼中，該上蓋係覆蓋於導熱外殼上，以將熱交換元件封閉，該熱交換元件上具有複數條的橫向通道，並於下方兩側分別開設一第一縱向冷卻流體通道，接近中央區設置有複數條長度較短的一第二縱向冷卻流體通道，當導熱外殼接受熱源時，該冷卻流體會經由橫向通道朝二側的第一縱向冷卻流體通道流動，經由該縱向第一冷卻流體通道及橫向通道導引，使冷卻流體可朝第二縱向冷卻流體通道流動，將冷卻流體均勻帶入熱源區，達到全面積散熱之目的。

Description

蒸發器結構

本發明是有關一種蒸發器結構，係得讓冷卻流體於內部進行液、氣轉換，並經由特殊水通道設計，達到全面性散熱之目的。

近年來熱源產生裝置的發熱量隨著半導體製程的精進而不斷的快速升高；如何提升熱源產生裝置的散熱能力，維護元件之正常運作，遂成為一項非常重要的工程課題。目前大量使用的直接空氣冷卻技術已經無法滿足許多具有高熱通量熱源產生裝置散熱的需求，而必須尋求其他的解決方案。

現有之技術中，除了透過空氣冷卻技術之外，具有利用冷卻流體的液、氣轉換達到散熱效果，此一技術係提供兩組均熱器及兩組連通之管體，一組均熱器用以蒸發來帶走所吸收之熱量，另一組均熱器用以冷凝以降溫來返回輸出冷卻冷卻流體進行散熱循環之迴路，而兩組均熱器內的壓力不同，故可讓冷卻流體自動進行往返輸送，但所述均熱器其內部大多只是簡單的鰭片或通道設計以供冷卻流體於其中流通，容易造成熱源集中於特定位置，故在特定位置則會產生因過盛的蒸發水位過低、局部位置高溫的狀態，不僅致使散熱效果不穩定、不均勻，更快速減少使用壽命。

一種蒸發器結構，係至少包含：一熱交換元件，該熱交換元件可區分成一蒸氣區及一進水區，且該蒸氣區及該進水區之間處具有一阻隔牆，該 熱交換元件內部形成有複數條相互平行且上下貫穿的橫向通道，並於該進水區上方接近中央處開設有一縱向進水上通道，該蒸氣區上方接近中央處開設複數個縱向蒸氣通道，藉由該阻隔牆的設置，使該縱向進水上通道及該縱向蒸氣通道之間彼此互不相通，且該縱向進水上通道及該縱向蒸氣通道係與該橫向通道相互垂直設置，該熱交換元件下方接近兩側邊緣分別開設一第一縱向冷卻流體通道，該第一縱向冷卻流體通道係貫穿該蒸氣區、該進水區及該阻隔牆下方，使該第一縱向冷卻流體通道貫穿該熱交換元件的二端緣，而該蒸氣區下方接近中央處設置有複數條第二縱向冷卻流體通道，該第二縱向冷卻流體通道的長度由一側至阻隔牆，使第二縱向冷卻流體通道的長度與該縱向蒸氣通道相同，與該縱向進水上通道也經由阻隔牆的阻擋，而與該進水區彼此不相連通，該第二縱向冷卻流體通道長度短於第一縱向冷卻流體通道，且該第二縱向冷卻流體通道與該縱向蒸氣通道的設置位置錯開；一導熱外殼，該導熱外殼內部用於置放該熱交換元件；一上蓋，係用於遮蓋在該導熱外殼上方，該上蓋上分別開設有一蒸氣出口與一入水口，且該蒸氣出口係對應於該蒸氣通道位置上方，該入水口則係對應於其中一個該縱向進水上通道位置上方。

於一較佳實施例中，其中該熱交換元件為一體成型。

於一較佳實施例中，該蒸氣區的面積大於進水區，該縱向進水上通道長度由一側至該阻隔牆，該縱向蒸氣通道的長度由一側至該阻隔牆，使該縱向蒸氣通道長度大於該縱向進水上通道

如於一較佳實施例中，其中該熱交換元件的該縱向蒸氣通道與該第二縱向冷卻流體通道的長度相同。

於一較佳實施例中，其中該縱向蒸氣通道位於該蒸氣區接近中央 處，且長度由一側邊緣至阻隔牆，且該縱向進水上通道長度由一側邊緣至阻隔牆，使該熱交換元件的該縱向蒸氣通道與第二縱向冷卻流體通道藉由阻隔牆的阻擋，彼此不相連通。

於一較佳實施例中，其中該第二縱向冷卻流體通道位於該蒸氣區接近中央處，且長度由一側邊緣至阻隔牆，且該縱向進水上通道長度由一側邊緣至阻隔牆，使該熱交換元件的蒸氣通道與第二縱向冷卻流體通道藉由阻隔牆的阻擋，彼此不相連通。

1‧‧‧熱交換元件

11‧‧‧蒸氣區

12‧‧‧進水區

13‧‧‧阻擋牆

14‧‧‧橫向通道

15‧‧‧縱向進水上通道

16‧‧‧縱向蒸氣通道

17‧‧‧第一縱向冷卻流體通道

18‧‧‧第二縱向冷卻流體通道

2‧‧‧導熱外殼

3‧‧‧上蓋

31‧‧‧蒸氣出口

32‧‧‧入水口

4‧‧‧熱源產生裝置

5‧‧‧散熱鰭片

6‧‧‧蒸氣通管

7‧‧‧冷卻流體通管

8‧‧‧冷凝器

A‧‧‧冷卻流體

B‧‧‧蒸氣體

[第1圖]係本發明蒸發器結構之分解結構立體示意圖。

[第2圖]係本發明蒸發器結構之熱交換元件另一視角立體示意圖。

[第3圖]係本發明蒸發器結構之結構剖面示意圖

[第4圖]係本發明蒸發器結構之實施冷卻流體氣態流動剖面示意圖。

[第5圖]係本發明蒸發器結構結合冷凝器使用之立體外觀示意圖。

[第6圖]係本發明蒸發器結構之實施冷卻流體液態流動剖面示意圖。

[第7圖]係本發明蒸發器結構之實施冷卻流體液態流動平面示意圖。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱第1~3圖，為本發明蒸發器結構之分解結構示意圖及另一視角的立體示意圖，其中該蒸發器結構係包含一熱交換元件1、一導熱外殼2、一上蓋3； 其中該熱交換元件1可為一體成型或組裝而成，該熱交換元件1可區分成一蒸氣區11及一進水區12，該蒸氣區11的面積大於進水區12，且該蒸氣區11及該進水區12之間處具有一阻隔牆13，該熱交換元件1內部形成有複數條相互平行且上下貫穿的橫向通道14，並於該進水區12上方接近中央處開設有一縱向進水上通道15，該縱向進水上通道15長度由一側至該阻隔牆13，該蒸氣區11上方接近中央處開設複數個縱向蒸氣通道16(在本實施例中該縱向進水上通道15設有一道、該縱向蒸氣通道16設有三道)，該縱向蒸氣通道16的長度由一側至該阻隔牆13，使該縱向蒸氣通道16長度大於該縱向進水上通道15，藉由該阻隔牆13的設置，使該縱向進水上通道15及該縱向蒸氣通道16之間彼此互不相通，且該縱向進水上通道15及該縱向蒸氣通道16係與該橫向通道14相互垂直設置；該熱交換元件1下方接近兩側邊緣分別開設一第一縱向冷卻流體通道17，該第一縱向冷卻流體通道17係貫穿該蒸氣區11、該進水區12及該阻隔牆13下方，使該第一縱向冷卻流體通道17貫穿該熱交換元件1的二端緣，而該蒸氣區11下方接近中央處設置有複數條第二縱向冷卻流體通道18，該第二縱向冷卻流體通道18的長度由一側至阻隔牆13，使第二縱向冷卻流體通道18的長度與該縱向蒸氣通道16相同，與該縱向進水上通道15也經由阻隔牆13的阻擋，而與該進水區12彼此不相連通(在本實施例中該第二縱向冷卻流體通道18設有四道、該第一縱向冷卻流體通道17設有二道)，且該第二縱向冷卻流體通道18與該縱向蒸氣通道16的設置位置錯開；其中該導熱外殼2內部用於置放該熱交換元件1；其中該上蓋3係用於遮蓋在該導熱外殼2上方，該上蓋3上分別開設 有一蒸氣出口31與一入水口32，且該蒸氣出口31係對應於其中一個該縱向蒸氣通道16位置上方，該入水口32則係對應於其中該縱向進水上通道15位置上方。

在一般情況下，各該導熱外殼2中具有一預定量的冷卻流體A以及蒸氣體B，如第4、5圖所示，而實施使用時，該導熱外殼2底面係固定於一熱源產生裝置4上，該熱源產生裝置4會與該熱交換元件1的蒸氣區相對應，並可於該上蓋3上一併裝設有一散熱鰭片5、一蒸氣通管6及一冷卻流體通管7，該蒸氣通管6及一冷卻流體通管又連結一冷凝器8，當該熱源產生裝置4產生熱源時，該熱源產生裝置4所產生的熱能能夠導入該導熱外殼2內部產生熱源區至該熱交換元件1之蒸氣區11，當該導熱外殼2接收到的熱源達到一預定的蒸發溫度時，該位於熱交換元件1之橫向通道14及第二縱向冷卻流體通道18內的冷卻流體A即會因高溫而蒸發成蒸氣體B，該蒸氣體B會經由該橫向通道14導引並上升匯流至該數條縱向蒸氣通道16，經由數條縱向蒸氣通道16洩壓，避免該導熱外殼2內部壓力過於集中，而該蒸氣體B會經由該蒸氣出口31及該蒸氣通管6傳送至該冷凝器8，經由該冷凝器8降溫後會將該蒸氣體B轉換成該冷卻流體A，而由於該冷卻流體A蒸發成氣態進入該冷凝器8後，該熱交換元件1內壓力變小，使得進入該冷凝器8變成的冷卻流體A，得再經由該冷卻流體通管7回流回蒸發器的該熱交換元件1；之後，如第4、6、7圖所示，該冷卻流體A回流會依序通過入水口32、縱向進水上通道15而進入各橫向通道14，由於該第二縱向冷卻流體通道18未與該縱向進水上通道15相連通，因此，當冷卻流體A經由縱向進水上通道15流入時，該冷卻流體A會經由橫向通道14分別往兩側方向流動，再經由該第一縱向冷卻流體通道17導引而做縱向流動，然後，在藉由該橫向通道14往第二縱向冷卻流體通道18流動，藉由第二縱向冷卻流體通道18的設置，使冷卻流體A可朝 該熱源產生裝置4所產生的熱源區的橫向位置及縱向位置流動，以將大量冷卻流體A傳送熱源區，避免冷卻流體A因入量太少，而發生冷卻不及，造成溫度及壓力大幅提升，因此，藉由該第一縱向冷卻流體通道17及該第二縱向冷卻流體通道18的設置，可將冷卻流體A由最外側帶入中央的熱源區，使熱交換元件的每個位置都會與該冷卻流體A接觸，達到散熱的目的，而冷卻流體A進入熱源區時，會再次受熱蒸發成蒸氣體B，並得向上通過蒸氣通道13以及蒸氣出口31依序進入通管6至冷凝器8，以此不斷循環，以達到循環散熱之目的；經此，可知冷卻流體A於該熱交換元件1的蒸氣區11受熱蒸發成蒸氣體B，進而將熱帶離傳送至該冷凝器8，經由冷凝結成冷卻流體A則又回流至該熱交換元件1的進水區12，由於該進水區12與該蒸氣區11之間具有一阻隔牆13，因此可讓冷卻流體A與蒸氣體B於該熱交換元件1中各別作用，達到氣液分離、冷熱交替與自動循環的功效。

另外，如第5圖所示，由於該第二縱向冷卻流體通道18與該蒸氣通道13的設置位置錯開，因此，可增加冷卻流體A在各該橫向通道14內流竄的面積，進而提升散熱的效益。

本發明所提供之蒸發器結構，係特別改良了熱交換元件內冷卻流體通道的配置進而改善冷卻流體於內部流通的路徑，以提升整體散熱效益，其優點如下：

1.本發明提供的熱交換元件，係特別分設進水區及蒸氣區，並只有第一縱向冷卻流體通道可連通進水區及蒸氣區，因此，在冷卻流體進入縱向進水上通道後必須強制的被導往兩側方向流動，再經由橫向通道將冷卻流體導引至第二縱向冷卻流體通道回流至該熱交換元件的蒸氣區，使冷卻 流體會均勻的流遍整個熱交換元件的進水區及蒸氣區，讓冷卻流體以最大的接觸面積於熱交換元件內流動循環，因此具有提升整體散熱效益的全面積散熱。

2.本發明提供的熱交換元件，係特別將該蒸氣區下方位置處設置有複數條的第二縱向冷卻流體通道，各通道之間因為數量增多而減短間距，因此，可均衡冷卻流體在各第二縱向冷卻流體通道之間的水位，避免有特定位置水位過低而造成局部位置高溫的狀態，此外，亦可平均熱交換元件內的壓力。

本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，不可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

Claims (6)

1. 一種蒸發器結構，係至少包含：一熱交換元件，該熱交換元件可區分成一蒸氣區及一進水區，且該蒸氣區及該進水區之間處具有一阻隔牆，該熱交換元件內部形成有複數條相互平行且上下貫穿的橫向通道，並於該進水區上方接近中央處開設有一縱向進水上通道，該蒸氣區上方接近中央處開設複數個縱向蒸氣通道，藉由該阻隔牆的設置，使該縱向進水上通道及該縱向蒸氣通道之間彼此互不相通，且該縱向進水上通道及該縱向蒸氣通道係與該橫向通道相互垂直設置，該熱交換元件下方接近兩側邊緣分別開設一第一縱向冷卻流體通道，該第一縱向冷卻流體通道係貫穿該蒸氣區、該進水區及該阻隔牆下方，而該蒸氣區下方接近中央處設置有複數條第二縱向冷卻流體通道，該第二縱向冷卻流體通道長度短於第一縱向冷卻流體通道，且該第二縱向冷卻流體通道與該縱向蒸氣通道的設置位置錯開；一導熱外殼，該導熱外殼內部用於置放該熱交換元件；一上蓋，係用於遮蓋在該導熱外殼上方，該上蓋上分別開設有一蒸氣出口與一入水口，且該蒸氣出口係對應於該蒸氣通道位置上方，該入水口則係對應於其中一個該縱向進水上通道位置上方。
2. 如請求項1所述之蒸發器結構，其中該熱交換元件為一體成型。
3. 如請求項1所述之蒸發器結構，其中該熱交換元件的該縱向蒸氣通道與該第二冷縱向卻流體通道的長度相同。
4. 如請求項1所述之蒸發器結構，其中該蒸氣區的面積大於進水區。
5. 如請求項1所述之蒸發器結構，其中該縱向蒸氣通道位於該蒸氣區接近中央處，且長度由一側邊緣至該阻隔牆，且該縱向進水上通道長度由一側邊緣至該阻隔牆，使該熱交換元件的該縱向蒸氣通道與該第二縱向冷卻流體通道藉由阻隔牆的阻擋，彼此不相連通。
6. 如請求項1所述之蒸發器結構，其中該第二縱向冷卻流體通道位於該蒸氣區接近中央處，且長度由一側邊緣至該阻隔牆，且該縱向進水上通道長度由一側邊緣至該阻隔牆，使該熱交換元件的該縱向蒸氣通道與該第二縱向冷卻流體通道藉由該阻隔牆的阻擋，彼此不相連通。