CN102131367B - 热交换器结构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种热交换器结构，包括一个本体，该本体具有一个中心，及一个从该中心朝相对该中心的外侧径向环绕延伸的螺旋导引槽，且该螺旋导引槽的径向回转半径从该中心往外侧逐渐增加，及一个第一通口与一个第二通口分别联通该螺旋导引槽，所以通过本发明的螺旋导引槽与本体结合的设计，使所述螺旋导引槽内流动的流体混合效果得到有效大幅度增强，进而有效的达到绝佳的传热效果。

Description

热交换器结构

技术领域

本发明涉及一种热交换器，尤其涉及一种提高热传效率的热交换器结构。

背景技术

随着电子资讯科技的日益进步，使得电子设备(如电脑、笔记本电脑、通讯机箱等)的使用日趋普及引用更为广泛；然而，电子设备在高速运作时其内部的电子元件会产生发热，如果无法及时将该废热排出电子设备外，极容易使这些废热囤积在电子设备内，使电子设备内部及其内部的电子元件的温度不断地攀升，进而导致电子元件因过热而发生故障、损坏或运作效率降低等情况。

为了改善上述散热问题，一般比较常见的方法都是在电子设备内装设一个散热风扇来强制散热，但因其散热风扇的气流量受限，使其散热效果难以提升，且降温幅度也受限的情况，所以技术人员寻求了另一种解决方式，即使用一个水冷式散热装置直接贴附在散热元件上，如(中央处理器(CPU)、MPU、南、北桥晶片等)，并由一个泵浦自储水槽内将冷却液体导入到冷水式散热装置中，使冷却液体与该水冷式散热装置从散热元件吸收的热量做热交换后，冷却液体再由水冷式散热装置的一个出水口流出至一个散热模组，再经由冷却后再送回该储水槽，所以通过冷却液体循环来帮助散热，降低发热元件温度，使其发热元件能顺利运作。

然而，虽然所述水冷式散热装置能改善利用气流散热的问题，但却延伸出另一个问题，即水冷式散热装置紧贴靠该发热元件的端面(即为吸热面)仅集中在同一处的关系，使得在水冷式装置内的冷却液体仅有一个最下层之流体部分仍与吸热面产生热交换作用，且所述冷却液体滞留在水冷式散热装置的时间过短，以导致冷却液体尚未吸收足够的热量，便立即快速的由前述水出口导出，所以导致水冷功能大打折扣致使其传热效果不佳，进而令散热效果极不明显。

如图1所示，为一种水冷式散热结构，是包含一个底座10及一个盖体11，其中该盖体11具有一个容置空间111、一个进水管112及一个出水管113，前述进水管112及出水管113分别形成在该盖体11的两个相对侧上，且与容置空间111彼此相连通，而该底座10是与盖体11相盖合一起，且底座10上配设有复数散热鳍片(鳍柱)13，该等散热鳍片13包覆在该盖体11的容置空间111内，且其彼此间形成复数单向流道131，并分别与所述进水管112及出水管113相对应，所以当冷却液体由该进水管112导入至该容置空间111内后，透过复数单向流道131引导冷却液体通过，使冷却液体与该等散热鳍片13做热交换，以有效提升散热的效果。

然而，虽上述之散热结构中，可利用该等散热鳍片13的设立，通过增加散热面积，使冷却液体流过复数单向流道131时，可增加冷却液体在该流道的停滞时间以便带走较多的热源用作热交换，但由于因单向流道131是以多数鳍片的间隔形成，致使流体的摩擦阻力增加，在定泵功率的条件下，冷却流体流速低，对热流系数低且伴随高压损系数，进而影响冷却液体自散热鳍片13的对流热传量，因此，导致整体的热交换效率及热传效果明显不佳，相对的其散热结果也不理想。

综上所述，现有技术具有以下缺点：

1.冷却液体依靠底座过近，致使热传效果不佳；

2.冷却液体仅下层与传到的热源接触，致使热传导效果不佳；

3.热交换效率不佳；

4.散热效果不佳；

鉴于现有技术的各项缺点，本发明的发明人以从事该行业多年的经验，潜心研究加以创新改良，终于成功研发完成本发明(热交换器结构)，实为一个功效增进的创作。

发明内容

为解决现有技术中的缺点，本发明的主要目的，是提供一种具有螺旋导引槽涉及的热交换器结构，令该螺旋导引槽提高热传导能力以及热性能系数。

为达上述目的，本发明提供一种热交换器结构，包括：一个本体，所述本体具有一个中心，及一个从所述中心朝相对所述中心的外侧径向环绕延伸的螺旋导引槽，且所述螺旋导引槽的径向回转半径从所述中心往外侧逐渐增加，及一个第一通口和一个第二通口分别连通所述螺旋导引槽，因此可以通过本发明的螺旋导引槽的设计，能够增强在所述螺旋导引槽的内流动的一个流体混合效果，进而有效的达到绝佳的热传效果。

本发明另提供一种热交换器结构，包括：一个本体，具有一个中心，及一个螺旋导引槽从所述中心朝相对所述中心的外侧径向环绕延伸，且所述螺旋导引槽的径向回转半径从本体中心往外侧逐渐增加，及一个第一通口与一个第二通口分别所述通该螺旋导引槽；及至少一个第一扰流单元，是设在螺旋导引槽的壁面。

根据本发明上述实施所述的螺旋导引槽在所述本体的一侧形成一个开放侧，另一侧为封闭侧，且包括至少一个第一盖体相对所述开放侧，并盖合所述本体以封闭所述开放侧，且所述第一盖体具有至少一个第二扰流单元对应所述螺旋导引槽的开放侧，且所述第一盖体具有一个轴管连通所述第一通口。

根据本发明上述实施所述的螺旋导引槽在所述本体的两侧分别形成一个开放侧，且包括一个第一盖体及一个第二盖体，分别相对两个开放侧，并盖合本体用来封闭所述开放侧，且所述第一盖体及一个第二盖体分别具有至少一个第二扰流单元及至少一个第三扰流单元对应所述螺旋导引槽的开放侧。

根据本发明上述实施所述的螺旋导引槽具有一个第一通道，所述第一通道连通所述第二通口，且所述第一通道经由所述第二通口相通所述螺旋导引槽与第一通口。

本发明的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附图以及实施例予以说明。

附图说明

图1是现有技术中水冷式散热结构分解示意图；

图2是本发明实施例一的分解示意图；

图3是本发明实施例一的组合示意图；

图4是本发明实施例一的螺旋导引槽局部立体透视图；

图5是图4的截面流体产生Dean涡流的示意图；

图6是本发明实施例二的分解示意图；

图7是本发明实施例三的立体分解示意图；

图8是本发明实施例三的立体组合示意图；

图9是本发明实施例三的立体剖视示意图；

图10是本发明实施例三的实施示意图；

图11是本发明实施例四的立体分解示意图；

图12是本发明实施例四的立体剖视示意图；

图13是本发明实施例五的立体分解示意图；

图14是本发明实施例五的立体剖视示意图。

主要元件符号说明

热交换器1

本体2

中心21

螺旋导引槽22

第一通口221

第二通口222

开放侧223

封闭侧224

第一通道225

壁面226

外侧227

内侧228

第一盖体3

轴管31

第一扰流单元4

第二扰流单元5

螺旋导引槽61

开放侧611、612

第二盖体7

第三扰流单元8

具体实施方式

本发明提供一种热交换器结构，附图是本发明实施例，请参阅第2、3、4、5图，本发明是一种热交换器结构，在发明实施例一中，该热交换器1结构包括一个本体2，该本体2具有一个中心21(如图中虚线轴表示)，从该中心21朝相对该中心21的外侧径向环绕延伸有一螺旋导引槽22，且该螺旋导引槽22的径向回转半径从该中心21外侧逐渐增加，就是说所述螺旋导引槽22从该中心21朝相对该本体2内侧方向径向环绕延伸，以使其形成螺旋弯道(为所述螺旋导引槽22)；图2所示为该螺旋导引槽22整体形成涡旋的形态。

另外，该本体更具有一个第一通口221及一个第二通口222，该第一通口221是设在中心21处，该第二通口222设在中心21的外侧，并且上述第一通口221与第二通口222分别连通该螺旋导引槽22。

所述螺旋导引槽22具有一个第一通道225，该第一通道225设在该螺旋导引槽22与该第二通口222之间，且连通该第二通口222，可使一个流体(如冷却液体、水)可从该螺旋导引槽22的第二通口222流入，并透过该螺旋导引槽22的径向回转半径的离心力，以增强该流体混合，并经该第一通口221将上述流体导引出至一个轴管31外。

在上述流体由该第二通口222流过该第一通道225之后，并随着该螺旋弯道(即上述螺旋导引槽22)朝该第一通口221方向流动，此时的流体会因螺旋弯道的回转半径朝该中心21方向逐渐减小，另流体因为离心力以及惯力在螺旋导引槽22的内壁双重作用下产生三维的二次流作用(Secondary Flow)，也就是Dean涡流(Dean Vortics)的发生，即螺旋导引槽22中的流场同时发生两对称但绕转方向相反的涡流(如图4、5所示)，这个涡流(第5图中箭头所示)在螺旋导引槽22的内壁外侧227(远离中心21的一侧)与内壁内侧228(靠中心21的一侧)之间流动。

在上述流体流经该第一通口221后，会由该轴管31导到对接的一个泵浦(图中未示)，再由该泵浦将流体输送回到该第二通口222，因此，使得上述流体在螺旋导引槽22内与泵浦之间一直持续循环，进而提高热传导的效果。

此外，本发明主要是通过该螺旋导引槽22使其内流动的流体3，该第一盖体3相对盖合该本体2，且上述第一盖体3具有上述轴管31，该轴管31连通该第一通口221，且该轴管31与第一桶口221及该螺旋导引槽22及该第二通口222形成一个贯通状态；并且，该螺旋导引槽22在该本体2的一侧形成一个开放侧223，且该开放侧223相对一个封闭侧224，即上述螺旋导引槽22贯通在本体2的一侧，并在贯通侧形成所述开放侧223，且本体2的另一侧不被螺旋导引槽贯通，因此形成封闭侧224相对开放侧223.

而上述第一盖体3封闭该开放侧223，就是所述第一盖体3朝对应上述开放侧223方向移动，以使该第一盖体3盖合在该本体2上并封闭该开放侧223，以构成所述热交换器1结构。

并且，本发明是应用在对一个发热源散热，这个发热源尤指电子设备(如电脑、笔记型电脑、通讯机箱或其他工业电子设备)内的电子元件因为运作所产生的电能物理转化为热能的作用，将本体2的一侧(即与该本体2相反的该开放侧223的端面)相对该发热源，利用该螺旋导引槽22其内部的流体对发热源产生的热做热交换后，透过该螺旋导引槽22中靠近发热源一侧的流体(这一侧的流体温度较高)与离发热源一侧的流体(这一侧的流体温度相对较低)快速混合一起，以有效增加流体的混合效果，更进而有效达到绝佳热交换的热传效果(或提升流体的热传递效率)。

如图6所示，为本发明的实施例二，该实施例大致与本发明实施例一相同，在此不再赘述；两者的不同处为：上述热交换结构更包括一个第二盖体7，该第二盖体7与上述第一盖体3相对盖合该本体2的两侧，并且该螺旋导引槽22在该本体2的两侧分别形成一个开放侧223，并通过上述第一、二盖体3、7分别封闭对应该开放侧223。

如图7、8、9所示，为本发明的实施例三，该实施例大致与本发明实施例一相同，其不同的地方在于：包括至少一个第一扰流单元4，该第一扰流单元4是设置于该螺旋导引槽22的壁面226，在实施例三中，第一扰流单元4是设置于螺旋导引槽22的封闭侧224，并且该第一盖体3相对于螺旋导引槽22的开放侧223位置处具有至少一个第二扰流单元5，因此在本实施例中，第一扰流单元4与第二扰流单元5分别设置于螺旋导引槽22的封闭侧224与开放侧223，并且第一扰流单元3与第二扰流单元5为凸体设置于螺旋导引槽22的封闭侧224与开放侧223。

如图5、9、10所示，热交换器1内的流体可选择从第二通口222进入朝第一通口221流出，或者从第一通口221进入朝第二通口222流出，本实施例表示流体从第二通口222进入并朝第一通口221经过轴管31流出(如图10箭头所示)，也就是说，其流体是从第二通口222进入并流入至螺旋导引槽22的第一通道225，当流体通过第一通道225后即进入径向回转的螺旋导引槽22，并沿着螺旋导引槽22往本体2的中心21流动，由于其在绕曲的螺旋导引槽22中流动，使得流体因为惯力及离心力的双重作用下产生三维的二次流现象(secondflow)，也就是Dean涡流(Dean Vortices)的发生，即螺旋导引槽22中的流场同时发生两个对称但绕转方向相反的涡流，此涡流(如图5中箭头所示)在螺旋导引槽外22的外侧227(远离中心21的一侧)与内侧228(靠近中心的一侧)之间流动。

同时在螺旋导引槽22内的流体沿着该壁面226与第一盖体3上的第一扰流单元4与第二扰流单元5在螺旋导引槽22内的螺旋流道流动，用以在螺旋导引槽22中产生涡流(Swirling flow)，提高螺旋导引槽22内部对于流场的热对流系数，而第一扰流单元4与第二扰流单元5在螺旋导引槽22中也会使流体产生两个对称但绕转方向相反的涡流，此涡流(如图5中箭头所示)在螺旋导引槽22的外侧227(远离中心21的一侧)与内侧228(靠近中心21的一侧)之间流动，用以产生具有提高紊流强度的热传强化效果，又因为该第一扰流单元4与第二扰流单元5所导引出的涡流与Dean vortices同向，因此其流体可通过第一扰流单元4与第二扰流单元5所导出二次流，也可以增强螺旋弯道的涡流强度，进一步提高此热交换器1的热传效果。

如图11、12所示，为本发明的实施例四，其大部分元件、连结关系和功用与实施例三相同，在此不再赘述，不同处为一个螺旋导引槽61在本体2的两侧分别形成一个开放侧611、612，一个第一盖体3(与实施例三相同)及一个第二盖体7分别相对两个开放侧611、612，并对应盖合该本体2，进而封闭两个开放侧611、612，一个第一盖体3具有一轴管31连通第一通口221，且其第一盖体3与第二盖体7分别具有第二扰流单元5与第三扰流单元8，亦可增强螺旋弯道之涡流强度，进一步提高此热交换器1的传热效果。

如图13、14所示，为本发明的实施例五，其大部分元件、连结关系和功用与实施例三相同，在此不再赘述，其不同处为该第一扰流单元4与第二扰流单元5是以凹槽形式设置于螺旋导引槽22的封闭侧224与开放侧223，因此其流体可通过第一扰流单元4与第二扰流单元5所导出二次流，也可以增强螺旋弯道的涡流强度，进而提高此热交换器1的热传效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种热交换器结构，其设置在发热元件的外侧，包括：

一个本体，具有一个中心，及一个从所述中心朝相对所述中心的外径向环绕延伸的螺旋导引槽，且所述螺旋导引槽的径向回转半径从本体中心往外侧逐渐增加，及一个第一通口和一个第二通口分别连通该螺旋导引槽，其中，所述第一通口设在中心处，所述第二通口设在中心的外侧，可使流体从所述第二通口流入，流经所述螺旋导引槽，并经所述第一通口流出；所述本体的两侧均是封闭的，所述螺旋导引槽的底部与发热元件的吸热面相对，以与所述发热元件进行热交换。

2.如权利要求1所述热交换结构，其中所述螺旋导引槽具有一个第一通道，其设在所述螺旋导引槽与所述第二通口之间，并且连通该第二通口。

3.如权利要求1所述的热交换器结构，更包括至少一个第一盖体相对盖合所述本体，且所述第一盖体具有一个轴管连通该第一通口。

4.如权利要求3所述的热交换器结构，其中所述螺旋导引槽在所述本体一例形成一个开放侧，所述第一盖体封闭所述开放侧。

5.如权利要求1所述的热交换器结构，包括一个第一盖体及一个第二盖体相对盖合所述本体的两侧，所述螺旋导引槽在所述本体的两侧分别形成一个开放侧，并通过所述第一、第二盖体分别封闭对应所述开放侧。

6.一种热交换器结构，其设置在发热元件的外侧，包括：

一个本体，具有一个中心，及一个螺旋导引槽从所述中心朝相对所述中心的外侧径向环绕延伸，且所述螺旋导引槽的径向回转半径从本体中心往外侧逐渐增加，所述螺旋导引槽的底部与发热元件的吸热面相对，以与所述发热元件进行热交换，及一个第一通口与一个第二通口分别连通所述螺旋导引槽，其中，所述第一通口设在中心处，所述第二通口设在中心的外侧，可使流体从所述第二通口流入，流经所述螺旋导引槽，并经所述第一通口流出；所述本体的两侧均是封闭的；及至少一个第一扰流单元，是设在螺旋导引槽的壁面。

7.如权利要求6所述的热交换器结构，其中所述第一扰流单元为凸体。

8.如权利要求6所述的热交换器结构，其中所述第一扰流单元为凹槽。

9.如权利要求6所述的热交换器结构，其中所述螺旋导引槽在所述本体的一例形成一个开放侧，另一侧为封闭侧。

10.如权利要求6所述的热交换器结构，其中所述螺旋导引槽具有一个第一通道连通所述第二通口。

11.如权利要求6所述的热交换器结构，更至少包括一个第一盖体相对所述开放侧，并盖合所述本体以封闭所述开放侧，且所述第一盖体具有一个轴管连通所述第一通口。

12.如权利要求11所述的热交换器结构，其中所述第一盖体具有至少一个第二扰流单元对应所述螺旋导引槽的开放侧。

13.如权利要求12所述的热交换器结构，其中所述第二扰流单元为凸体。

14.如权利要求12所述的热交换器结构，其中所述第二扰流单元为凹槽。

15.如权利要求6所述的热交换器结构，其中所述螺旋导引槽在所述本体的两侧分别形成一个开放侧。

16.如权利要求15所述的热交换器结构，更包括一个第一盖体和一个第二盖体，分别相对两个开放侧，并盖合本体以封闭所述开放侧。

17.如权利要求16所述的热交换器结构，其中所述第一盖体和第二盖体分别具有至少一个第二扰流单元和至少一个第三扰流单元对应所述螺旋导引槽的开放侧。

18.如权利要求17所述的热交换器结构，其中所述第二扰流单元和第三扰流单元为凸体。

19.如权利要求17所述的热交换器结构，其中所述第二扰流单元及第三扰流单元为凹槽。

20.如权利要求17所述的热交换器结构，其中所述第一扰流单元为凸体，而所述第三扰流单元为凹槽。

21.如权利要求17所述的热交换器结构，其中所述第一扰流单元为凹槽，而所述第三扰流单元为凸体。