CN103853297B - 流体热交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流体热交换装置。该装置包括壳体及散热元件。壳体具有腔室、入口管路及出口管路。腔室包括具有第一入口及第一出口的第一流道，以及具有第二入口及第二出口的第二流道。第一流道的截面积从第一入口朝第一出口渐减，第二流道的截面积从第二入口朝第二出口渐减。散热元件位在第一出口与出口管路之间。第一流体由入口管路经第一流道、散热元件而流至出口管路。部分流经散热元件的第一流体吸热形成多个气泡移入第二流道，且形成第二流体并从第二出口流出后汇流入第一流道。

Description

流体热交换装置

技术领域

本发明是有关于一种热交换装置，且特别是有关于一种流体热交换装置。

背景技术

服务器为网路系统中服务各电脑的核心电脑，可提供网路使用者需要的磁盘与打印服务等功能，同时也可供各用户端彼此分享网路环境内的各项资源。服务器的基本架构和一般的个人电脑大致相同，是由中央处理器(CPU)、存储器(Memory)及输入/输出(I/O)设备等部件所组成，并由总线(Bus)在内部将其连接起来，通过北桥芯片连接中央处理器和存储器，而通过南桥芯片连接输入/输出设备等。

像服务器这种大型的电脑设备在运行时会产生大量的热能，所以如何有效率的解决散热问题是设计时值得探讨的要点。以服务器的散热方式为例，目前是采用流体热交换装置的方式。一般现有的流体热交换装置是利用冷却流体流入冷却装置并藉此将服务器的热量带走以降低系统热量。但当冷却流体流入冷却装置而吸收热量之后，会汽化产生气泡，这些气泡会堵塞在流体热交换装置的内部腔室，并阻碍冷却流体的流动。此外，流体热交换装置是利用泵提供压力差来使冷却流体流动。然而，服务器中通常需要大量的冷却装置才能帮助热能有效散逸，因此需要大量的能源提供至泵，才能使冷却流体顺利流动，但这样的运作十分耗费能源。因此，必须要寻求一个可以减轻泵负担并有效解决气泡堵塞的流体热交换装置。

发明内容

本发明提供一种流体热交换装置，可解决气泡堵塞的问题并提升流体在其内流动的效率。

本发明提出一种流体热交换装置，其包括壳体及散热元件。壳体具有腔室、入口管路及出口管路。腔室连通于入口管路及出口管路之间，其中入口管路用以提供第一流体流入腔室，出口管路用以提供第一流体流出腔室。腔室包括第一流道及第二流道，第一流道具有第一入口及第一出口，第二流道具有第二入口及第二出口。第一入口及第二出口连接入口管路，其中第一流道的截面积从第一入口朝第一出口渐减，第二流道的截面积从第二入口朝第二出口渐减。散热元件设置在腔室内且位在第一出口与出口管路之间。

基于上述，本发明的流体热交换装置利用第一流道的截面积由第一入口往第一出口渐减来使流经第一流道的第一流体的流速随之增加而压力随之减少，藉以使第一流体可自然流动，并减轻流体热交换装置运行时泵的负担。再者，由于第一流体流经散热元件后形成的气泡会流入第二流道，再通过吸热元件而凝结为液体，所以腔室内不会因为气泡堵塞而影响第一流体的流动。此外，因为第二流道的截面积由第二入口往第二出口渐减，所以气泡凝结而成的第二流体在第二流道流动的过程中会加速，如此当第二流体流出第二流道而与第一流体汇集时，可利用高速而带动第一流体加速。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一实施例的一种流体热交换装置的剖面示意图；

图2是图1的流体热交换装置的局部放大剖面示意图；

图3是隔板的另一种实施方式。

附图标记说明

100、200：流体热交换装置；

100A：第一流体；

100B：气泡；

100C：第二流体；

102：底部；

120：壳体；

122：腔室；

122A：第一腔室；

122B：第二腔室；

1221、2221：第一流道；

1222、2222：第二流道；

1221a、2221a：第一入口；

1221b、2221b：第一出口；

1221c、1221d、1222c、1222d：侧壁；

1211e：颈缩部；

1222a、2222a：第二入口；

1222b、2222b：第二出口；

124：入口管路；

126：出口管路；

140：散热元件；

160：吸热元件；

180、280：隔板；

182、284：斜面。

具体实施方式

图1是本发明的一实施例的一种流体热交换装置的剖面示意图。请参考图1，流体热交换装置100包括壳体120、散热元件140及吸热元件160。壳体120具有腔室122、入口管路124及出口管路126。入口管路124及出口管路126分别位在腔室122的两侧，且腔室122连通于入口管路124及出口管路126之间。在本实施例中，腔室122可分为连通的第一腔室122A与第二腔室122B，其中入口管路124与第一腔室122A相连，而出口管路126与第二腔室122B相连。在本实施例中，流体热交换装置100可用于例如服务器，而流体热交换装置100的底部102可以与服务器中的发热源接触(未示出)，例如中央处理单元或是芯片模块。散热元件140的位置可对应于服务器中的发热源。在本实施例中，散热元件140可包括多个散热鳍片，来提升流体热交换装置100的散热效率。

在此，图1中示出具有不同图案的箭头，以代表不同状态的流体。入口管路124用以提供第一流体100A流入腔室122，出口管路126则用以提供第一流体100A流出腔室122。在图1中，以实线的箭头示意出第一流体100A的流动方向。在本实施例中，流体热交换装置100可利用泵(未示出)加压使第一流体100A由入口管路124流入腔室122再由出口管路126流出腔室122。

请参考图1，腔室122包括位在第一腔室122A的第一流道1221及第二流道1222。第一流道1221具有第一入口1221a及第一出口1221b，第二流道1222具有第二入口1222a及第二出口1222b，其中第一入口1221a及第二出口1222b位在第一腔室122A的同一侧，而第二入口1222a及第一出口1221b位在第一腔室122A的另一侧。如图1所示，第一流道1221的截面积从第一入口1221a朝第一出口1221b渐减，第二流道1222的截面积从第二入口1222a朝第二出口1222b渐减。散热元件140设置在第二腔室122B内且位在第一出口1221b与出口管路126之间，吸热元件160设置在第二流道1222中。

当第一流体100A由入口管路124流入腔室122后，会由第一入口1221a流入第一流道1221，并由第一出口1221b流出第一流道1221。接着，第一流体100A流经在第一出口1221b外的散热元件140，并因为吸收散热元件140的热量而部分汽化为气泡100B，另一部分则继续流往出口管路126。

为了与第一流体100A的流动方向做区别，在图1中以两种不同的箭头示意出这两部分流体的流动方向，具有剖面线的箭头示意出气泡100B在第二流道1222的流动方向。这些气泡100B会由第二入口1222a流入第二流道1222内，并流经在第二流道1222内的吸热元件160。

当气泡100B流经吸热元件160会冷却并凝结为一第二流体100C，接着再由第二出口1222b流出第二流道1222，并与第一流体100A汇集而重新流入第一流道1221中。在图1中，虚线箭头示意出第二流体100C的流动方向。在本实施例中，第一液体100A流入腔室122后，先流经第一流道1221，接着流经散热元件140形成气泡100B，之后这些气泡100B流入第二流道1222而通过吸热元件160凝结为第二流体100C，第二流体100C再与第一液体100A汇集而流入第一流道1221。

在本实施例中，吸热元件160可包括多个鳍片来提升气泡100B冷却为第二流体100C的效率。如图1中所示出，第二流道1222位在第一流道1221的上方，所以前述的流动途径在腔室122中形成回流路径，因此第一流体100A因为吸收散热元件140的热量汽化为气泡100B后会回流而非堆积，所以可避免影响第一流体100A在腔室122内往出口管路126的流动。

在本实施例中，第一流道1221的截面积从第一入口1221a朝第一出口1221b渐减，而第二流道1222的截面积从第二入口1222a朝第二出口1222b渐减。在第一流体100A由第一入口1221a流入第一流道1221而由第一出口1221b流出第一流道1221的过程中，渐减的截面积会使第一流体100A的流速随之增加，而压力随之渐减，如此可帮助第一流体100A的能量尽可能的用于流动时所需要的动能，使第一流体100A在第一流道1221内能自然地由第一入口1221a往第一出口1221b流动，藉此减轻泵的负担。

此外，第一流体100A吸收热能而汽化产生的气泡100B在由第二入口1222a流入第二流道1222时，会流经吸热元件160而冷却为第二流体100C，由于第二流道1222的截面积从第二入口1222a朝第二出口1222b渐减，所以在第二流道1222内的第二流体100C的流速会越来越快。在本实施例中可将第二出口1222b的截面积设计为极小，使第二入口1222a的截面积与第二出口1222b的截面积比值极大。如此，第二流体100C流出第二出口1222b时会被加速，并以高速离开第二出口1222b再重新与第一流体100A汇集。高速的第二流体100C与第一流体100A汇集时可带动第一流体100A加速使流速更快。承上所述，在本实施例中，通过流道的截面积由入口往出口的方向渐缩的设计，提升第一液体100A及第二流体100C在流体热交换装置100中流动的效率。

图2是图1的流体热交换装置的局部放大剖面示意图。请参考图2，流体热交换装置100还包括隔板180，设置在腔室122且介于入口管路124及散热元件140之间，隔板180分出第一流道1221及第二流道1222。隔板180具有位在第一出口1221b处的一斜面182，斜面182与散热元件140形成一颈缩部1221e。此外，如图1中所示出，在本实施例中，通过隔板180划分出第一流道1221及第二流道1222，因此如图1中所示，第一入口1221a及第二出口1222b位在同一个截面上，而第一出口1221b及第二入口1222a位在另一个截面上。在本实施例中，第二入口1222a及第一出口1221b及隔板180的厚度的比例设计为7∶2∶1。

隔板180的设计并不以图2中所示出为限。图3是隔板的另一种实施方式，请参考图3。在图3的实施例中，隔板280同样划分出第一流道2221及第二流道2222，且在本实施例中，第二入口2222a处具有一斜面284，用以降低第一流体100A从第一出口2221b流出时产生紊流的可能性。

由于斜面284削减了隔板280在第二入口2222a处的厚度，在本实施例中，第一入口2221a及第二出口2222b的截面积的比例为9∶1，而第二入口2222a及第一出口2221b的截面积的比例为7∶2。

请再参考图2，在本实施例中第一流道1221与第二流道1222的侧壁呈平滑曲面。详细而言，第一流道1221具有上下两侧壁1221c、1221d，下部的侧壁1221d为平坦，上部的侧壁1221c由第一入口1221a往第一出口1221b以一平滑曲线渐变，且曲线的斜率由第一入口1221a往第一出口1221b越来越小，而下侧壁1221d则呈现平坦，如此使第一流道1221的截面积由第一入口1221a往第一出口1221b渐减。在本实施例中，是以上侧壁1221c为具有不同斜率的平滑曲线渐变为例做说明，但在其他实施例中，可以是下侧壁1221d为具有不同斜率的平滑曲线。此外，第二流道1222具有上下两侧壁1222c、1222d，上下两侧壁1222c、1222d由第二入口1222a往第二出口1222b逐渐靠近，使第二流道1222的截面积由第二入口1222a往第二出口1222b渐减。

综上所述，本发明的流体热交换装置中，腔室的第一流道的截面积由第一入口往第一出口渐减，如此流经第一流道的第一流体的流速会由第一入口往第一出口渐增，且压力会由第一入口往第一出口渐减，藉以使第一流体可自然地由第一入口往第一出口流动，并减轻流体热交换装置运行时泵的负担。再者，当第一流体流出第一出口时，会流经散热元件而吸热汽化形成气泡，这些气泡会流入第二流道，再通过吸热元件而凝结为液体，所以腔室内不会因为气泡堵塞而影响第一流体的流动。

此外，当气泡进入第二流道时，因为第二流道的截面积由第二入口往第二出口渐减，所以气泡凝结而成的第二流体在第二流道流动的过程中会加速，如此当第二流体流出第二流道而与第一流体汇集时，可利用高速而带动第一流体加速。据此，本发明的流体热交换装置可解决气泡堵塞的问题并提升流体在其内流动的效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种流体热交换装置，其特征在于，包括：

一壳体，具有一腔室、一入口管路及一出口管路，该腔室连通于该入口管路及该出口管路之间，该入口管路用以提供一第一流体流入该腔室，该出口管路用以提供该第一流体流出该腔室，该腔室包括一第一流道及一第二流道，该第一流道具有一第一入口及一第一出口，该第二流道具有一第二入口及一第二出口，该第一入口及该第二出口连接该入口管路，其中该第一流道的截面积从该第一入口朝该第一出口渐减，该第二流道的截面积从该第二入口朝该第二出口渐减；

一散热元件，设置在该腔室内且位在该第一出口与该出口管路之间，其中部分流经该散热元件的该第一流体吸热汽化而形成多个气泡，从该第二入口移入该第二流道的该些气泡从该第二出口流出该第二流道后汇流入该第一流道。

2.根据权利要求1所述的流体热交换装置，其特征在于，该壳体包括一隔板，设置在该腔室以分出该第一流道及该第二流道，该隔板具有位在该第一出口处的一斜面，且该斜面与该散热元件形成一颈缩部。

3.根据权利要求2所述的流体热交换装置，其特征在于，该第二入口与该第一出口与该隔板的厚度的比例为7:2:1。

4.根据权利要求1所述的流体热交换装置，其特征在于，该壳体包括一隔板，设置在该腔室以分出该第一流道及该第二流道，该隔板具有位在该第二入口处的一斜面。

5.根据权利要求1所述的流体热交换装置，其特征在于，该第一入口与该第二出口的截面积的比例为9:1，且该第二入口与该第一出口的比例为7:2。

6.根据权利要求1所述的流体热交换装置，其特征在于，该第一流道与该第二流道的侧壁呈平滑曲面。

7.根据权利要求1所述的流体热交换装置，其特征在于，该第二流道位在该第一流道的上方。

8.根据权利要求1所述的流体热交换装置，其特征在于，还包含：

一吸热元件，设置在该第二流道，移入该第二流道的该些气泡流经该吸热元件时散热形成一第二流体，该第二流体从该第二出口流出该第二流道后汇流入该第一流道。