CN112272488B - 气液相流热交换单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气液相流热交换单元，包含一第一盖体，具有一第一侧、一第二侧、一蒸汽出口及一液体入口，该蒸汽出口及该液体入口连通该第一、二侧；一第二盖体，具有一第三侧、一第四侧，该第一、二盖体对应盖合并共同界定一热交换空间，该热交换空间内设有一工作流体及一分流单元，该分流单元系用以将该热交换空间区隔为一蒸发区及一回水区，该蒸发区对应该蒸汽出口，该回水区对应该液体入口；如此通过汽液循环原理取代传统马达作为工作流体的驱动源，进而缩小整体的体积，并减少设计及制造成本。

Description

气液相流热交换单元

技术领域

本发明涉及热交换单元及其热交换模块，特别指一种气液相流热交换单元。

背景技术

由于计算技术的演进，各种电子装置或电脑设备的内部的电子元件在运作时都会产生相当高的温度，而高温容易造成元件的损坏。因此，散热机制便是维持这些电子元件正常运作相当重要且必须的设计。一般的散热设计除了以风扇提供气流作对流冷却，或是以特殊材质的散热装置进行贴附而产生传导降温之外，水冷式机制也是一种有效而常见的散热设计。

水冷式散热系统的原理简单来说，一般是以液体(例如水或冷却剂)作为散热媒介，并利用一个持续运作的泵浦在水冷系统内形成不断的循环。液体在密闭的管道内流动，而这些管道则分布至系统内的各电子元件(例如中央处理单元)的表面上。当温度相对较低的液体流经这些温度相对较高的电子元件时，便会吸收其热量以减缓其温度的升高。接着，再随着管路对外界或其他散热机制进行热交换来释放热量以降低液体的温度，并再使液体重新回到系统内进行循环与散热。然而，水冷式散热系统必须设置泵浦，否则无法驱动液体循环流动，由于泵浦马达具有一定体积，一般电子装置或电脑设备的机体内部空间有限，难以设置水冷式散热系统。此外，泵浦马达在运转过程也会产生热量，故需另外设计泵浦马达的散热机制，一般是以水冷式散热系统内部的液体对泵浦马达进行散热，另外，水冷装置必须慎防漏水问题，一旦发生漏水将造成电子设备内部电子元件损毁。

因此，水冷式散热系统在内部空间越来越小的电子装置内的设计及制造成本越来越高，解决上述问题是本领域研究人员所要努力的方向。

发明内容

本发明的一目的是省略马达的设置，缩小热交换单元及散热装置的体积以便安装在电子装置内，同时降低设计及制造成本。

为达成上述的目的，本发明提供一种气液相流热交换单元，其特征在于，包含：

一第一盖体，具有一第一侧、一第二侧、一蒸汽出口及一液体入口，该蒸汽出口及该液体入口分隔设置并连通该第一侧、第二侧；

一第二盖体，具有一第三侧、一第四侧，该第一盖体、第二盖体对应盖合并共同界定一热交换空间设有一工作流体；及

一分流单元，设于前述热交换空间内并区隔该热交换空间为一蒸发区及一回水区，该蒸发区对应该蒸汽出口，该回水区对应该液体入口。

所述的气液相流热交换单元，其中：该分流单元是一毛细结构。

所述的气液相流热交换单元，其中：该毛细结构对应该蒸汽出口开设一蒸汽空间，该蒸汽空间连通该蒸汽出口及该蒸发区。

所述的气液相流热交换单元，其中：该分流单元是一鳍片组导流件并且具有一上侧面、一下侧面、复数通道、复数鳍片及至少一槽道，该复数鳍片具有两呈垂直的侧边，相邻的两鳍片通过相邻的两侧边相互搭接或扣接形成该上侧面、下侧面，两相邻鳍片之间界定所述通道，该上侧面对应该蒸汽出口开设一开口，该开口与该复数通道及该复数鳍片连通，该槽道开设于该下侧面并贯通该复数鳍片及该复数通道，令该回水区连通该蒸发区。

所述的气液相流热交换单元，其中：该复数鳍片对应该开口开设一蒸汽空间，该蒸汽空间连通该复数通道及该开口，该蒸汽空间连通该蒸汽出口及该蒸发区。

所述的气液相流热交换单元，其中：还包含一毛细结构层，其设于该第二盖体的第三侧及该分流单元的下侧面之间。

所述的气液相流热交换单元，其中：该分流单元是一鳍柱组导流件并且具有一上板、复数通道及复数鳍柱，该上板延伸设有所述鳍柱，该复数鳍柱之间界定所述通道，该上板开设一开口，该开口与该复数通道及该复数鳍柱连通，该复数通道令该回水区连通该蒸发区。

所述的气液相流热交换单元，其中：还包含一第一接头，其接合该第一盖体或与该第一盖体一体成形，该第一接头具有一第一出口、一第一入口及一出气腔室，该第一出口、第一入口分别连通该出气腔室，该第一入口对应连通该蒸汽出口。

所述的气液相流热交换单元，其中：还包含一第二接头，其接合该第一盖体或与该第一盖体一体成形，该第二接头具有一第二出口、一第二入口及一回水腔室，该第二出口、第二入口分别连通该回水腔室，该第二出口对应连通该液体入口。

所述的气液相流热交换单元，其中：该气液相流热交换单元还连接一散热装置，该散热装置具有一散热装置出口及一散热装置入口，通过一第一管体连通该蒸汽出口及该散热装置入口，通过一第二管体连通该液体入口及该散热装置出口。

凭借本发明此设计，不需设置马达，仍然能使工作流体驱动及循环，可以达到缩小热交换单元及热交换模块的体积，并减少设计及制造成本。

附图说明

图1是本发明气液相流热交换单元的第一实施例的立体分解图；

图2是本发明气液相流热交换单元的第一实施例的立体组合图；

图3是本发明气液相流热交换单元的图2A-A线剖视图；

图4是本发明气液相流热交换单元的第二实施例的立体分解图；

图5是本发明气液相流热交换单元的第三实施例的立体分解图；

图6是本发明气液相流热交换单元的第三实施例的立体分解图另一视角；

图7是本发明气液相流热交换单元的第三实施例的组合剖示图；

图8是本发明气液相流热交换单元的第三实施例的局部剖示图；

图9是本发明气液相流热交换单元的第三实施例的替代实施例示意图；

图10是本发明气液相流热交换单元的第三实施例的替代实施例示意图；

图11是本发明气液相流热交换单元的第四实施例的立体分解图；

图12是本发明气液相流热交换单元的第五实施例的散热装置立体分解图；

图13是本发明气液相流热交换单元的第五实施例的散热装置立体组合图；

图14是本发明气液相流热交换单元的第五实施例的立体组合图；

图15是本发明气液相流热交换单元的第五实施例的局部剖示图。

附图标记说明：气液相流热交换单元1；第一盖体11；第一侧111；第二侧112；蒸汽出口113；液体入口114；第二盖体12；第三侧121；第四侧122；毛细结构层123；分流单元13；上侧面31；下侧面132；第一通道133；第一鳍片134；槽道135；蒸汽空间136；开口137；鳍柱138；连接体1381；上板139；第一接头14；第一出口141；第一入口142；出气腔室143；第二接头15；第二出口151；第二入口152；回水腔室153；热交换空间16；蒸发区161；回水区162；工作流体17；散热装置2；散热装置出口201；散热装置入口202；冷凝器21；散热鳍片组211；管道212；上保护板213；下保护板214；子通道215；集气接头22；第一穿孔221；集气腔室222；集水接头23；第二穿孔231；集水腔室232；第一管体3；第二管体4。

具体实施方式

上述附图的目的在于使本发明能更容易被理解，于本文中会详加描述该些图式，并使其构成具体实施例的一部份。通过本文中的具体实施例并参考相对应的图式，以详细解说本发明的具体实施例，并用以阐述发明的作用原理。

本发明的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附图式的较佳实施例予以说明。

请参考图1、图2及图3，是本发明气液相流热交换单元的第一实施例的立体分解图及立体组合图及图2A-A线剖视图，如图所示，本发明所述气液相流热交换单元1包含一第一盖体11、一第二盖体12、一分流单元13、一第一接头14及一第二接头15，于具体实施中，所述气液相流热交换单元1系用于贴设于一发热元件(未绘示)上。

该第一盖体11具有一第一侧111、一第二侧112、一蒸汽出口113及一液体入口114，该第一、二侧111、112分设于该第一盖体11上、下两侧，该蒸汽出口113及该液体入口114分隔设置并连通该第一、二侧111、112。

该第二盖体12具有一第三侧121及一第四侧122，该第三、四侧121、122分设于该第二盖体12上、下两侧，将上述的该第一、二盖体11、12对应盖合可共同界定一设有一工作流体17的热交换空间16。

该分流单元13设于前述热交换空间16内并将该热交换空间16分(区)隔为一蒸发区161及一回水区162，该蒸发区161系对应该蒸汽出口113，该回水区162则对应该液体入口114，该工作流体17在该蒸发区161蒸发后从该蒸气出口113流出，该工作流体17于外界冷凝后从该液体入口114再流入该回水区162，并使该工作流体17从该回水区162回流到该蒸发区161。

本发明中该分流单元13可为一毛细结构，用以分隔该蒸汽出口113及该液体入口114，该毛细结构可加速冷凝后的工作流体回流至该蒸发区161，并令该第二盖体12的第四侧122贴设于发热元件时，可使该工作流体17受热蒸发，由于该蒸发区161及该回水区162被该分流单元13分隔，故可防止蒸发后的工作流体17堵塞该液体入口114或往该液体入口114倒流。

该第一接头14系接合该第一盖体11或与该第一盖体11一体成形，该第一接头14具有一第一出口141、一第一入口142及一出气腔室143，该第一出、入口141、142分别连通该出气腔室143，该第一入口142对应连通该蒸汽出口131。在一替代实施例中，该第一接头14还具有一除气填水口(未绘示)连通该出气腔室143，该除气填水口系用以填入可进行气液相变化的工作流体17，以及用以抽除该气液相流热交换单元1内部的非凝结气体，在除气填水结束后对该除气填水口进行密封，所述工作流体17系例如为纯水、甲醇等。

该第二接头15系接合该第一盖体11或与该第一盖体11一体成形，该第二接头15具有一第二出口151、一第二入口152及一回水腔室153，该第二出、入口151、152分别连通该回水腔室153，该第二出口151对应连通该液体入口114。

在一替代实施例中，所述的气液相流热交换单元1可省略不设置该第一、二接头14、15，而将管体直接接合在该第一盖体11的蒸汽出口113及该液体入口114。

凭借本发明此设计，该蒸发区161的工作流体17受热蒸发后(图3中的空心箭头)，该第一盖体11具有聚集蒸汽的效果，因为蒸发后的工作流体17会往压力较小的位置推动，故蒸发后的工作流体17会往该第一接头14的出气腔室143推动，并从该第一出口141流出，相反地，冷凝后的工作流体17受到蒸发后的工作流体17不断推动，便会从该第二接头15的第二入口152流入该集水腔室153，并流入该回水区162，故不需设置马达则仍然能驱动工作流体驱动及循环，可以达到缩小热交换单元的体积，并减少设计及制造成本。

请参阅图4，是本发明气液相流热交换单元的第二实施例的立体分解图，并辅以参阅图1、图2、图3，如图所示，本实施例部分结构及功能与上述第一实施例相同，故在此将不再赘述，惟本实施例与上述第一实施例的不同处是，该毛细结构对应该蒸汽出口113开设一蒸汽空间136，该蒸汽空间136连通该蒸汽出口113及该蒸发区161。

如此，令蒸发后的工作流体17可快速向该蒸汽出口113垂直方向导出，减少蒸发后的工作流体17堵塞在该液体入口114的机率。

请参阅图5、图6、图7，是本发明气液相流热交换单元的第三实施例的立体分解图及立体分解图另一视角及组合剖视图，并辅以参阅图1、图2、图3，如图所示，本实施例部分结构及功能与上述第一实施例相同，故在此将不再赘述，惟本实施例该分流单元13系选择一鳍片组导流件来做说明，该鳍片组导流件具有一上侧面131、一下侧面132、复数通道133、复数鳍片134及至少一槽道135。

该复数鳍片134具有两呈垂直的侧边，并相邻的两鳍片134通过相邻的两侧边相互搭接或扣接形成该上、下侧面131、132，两相邻鳍片134之间界定所述通道133，该上侧面131对应该蒸汽出口113开设一开口137与该复数通道133及该复数鳍片134之间界定所述连通，该槽道135开设于该下侧面132，并贯通该复数鳍片134及该复数通道133令该回水区162连通该蒸发区161。在本实施例中，该槽道135系表示为两个槽道135，但并不局限于此，在其他实施例中，该槽道135的数量也可以为一个或三个以上的槽道，凭借该槽道135冷凝后的工作流体17可快速且平均的流入该复数通道133，且该复数鳍片134可加快工作流体17的吸热速度。

凭借该上侧面131及该复数鳍片134限定了该开口137的方向，使蒸发后的工作流体17可快速向该蒸汽出口113垂直方向导出，减少蒸发后的工作流体17堵塞在该液体入口114的机率(图8中的箭头)。

在另一替代实施例，该第二盖体12的第三侧121设置有一毛细结构层123，该毛细结构层123设置于该分流单元13及该第二盖体12之间，该毛细结构层123可令冷凝后的工作流体17快速回流至该槽道135及该复数通道133(如图9所示)。

在另一替代实施例，该分流单元13也可以改设置为一鳍柱导流件(如图10所示)具有一上板139、复数通道133及复数鳍柱138，该上板139延伸设有所述鳍柱138，该复数鳍柱138之间界定所述通道133，该上板131开设一开口137与该复数通道133及该复数鳍柱138连通，并该复数鳍柱138系直接成型鱼上板139上，或通过复数连接体1381相互连接，该复数通道133令该回水区162连通该蒸发区161。

请参阅图11，是本发明气液相流热交换单元的第四实施例的立体分解图，并辅以参阅图5至图10，如图所示，本实施例部分结构及功能与上述第三实施例相同，故在此将不再赘述，惟本实施例与上述第三实施例的不同处是，该复数鳍片134对应该开口137开设一蒸汽空间136，该蒸汽空间136连通该复数通道133及该开口137，该蒸汽空间136连通该蒸汽出口113及该蒸发区161。

请参阅图12、图13、图14及图15，是本发明气液相流热交换装置的第五实施例的散热装置立体分解图、散热装置立体组合图、立体组合图及局部剖示图，并辅以参阅图1至图12，如图所示，本实施例气液相流热交换装置具有一气液相流热交换单元1，该气液相流热交换单元1连接一散热装置2，该气液相流热交换单元1部分结构及功能与上述第一、二实施例相同，故在此将不再赘述，惟本实施例与上述第一、二实施例的不同处是，该散热装置2具有一散热装置出口201及一散热装置入口202，通过一第一管体3连通该蒸汽出口113及该散热装置入口202，通过一第二管体4连通该液体入口114及该散热装置出口201。

在本实施例中，该散热装置2包含一冷凝器21、一集气接头22及一集水接头23。该冷凝器21具有复数散热鳍片组211，该复数散热鳍片组211分别呈堆迭间隔排列，并两相邻散热鳍片组211之间并排设有复数管道212。该冷凝器21上侧设有一上保护板213，该冷凝器21下侧设有一下保护板214。

该集气接头22具有复数第一穿孔221及一集气腔室222，该散热装置入口202及该复数第一穿孔221分别连通该集气腔室222，为便于理解，在图11中该集气接头22系以局部剖视表示。

该集水接头23具有复数第二穿孔231及一集水腔室232，该散热装置出口201及该复数第二穿孔231分别连通该集水腔室，为便于理解，在图9中该集水接头22系以局部剖视表示，该复数管道212一端插设该复数第一穿孔221并连通该集气腔室222，及该复数管道212另一端插设该复数第二穿孔231并连通该集水腔室232，该复数管道212内部分别设有复数子通道215连通该集气腔室222及该集水腔室232。

请参考图15表示工作流体的箭头方向，该热交换空间16内的工作流体吸收发热源的热量后蒸发，蒸发后的工作流体通过该第一盖体11的蒸汽出口113，并经过该第一接头14的液体入口142进入该出气腔室143，然后从该第一出口141通过该第一管体3传输到该散热装置2。

蒸发后的工作流体通过该散热装置2的散热装置入口202进入该集气接头22的集气腔室222，接着通过该复数管道212将工作流体17传输到该集水接头23。在工作流体17通过该复数管道212的过程中，工作流体17的热量被该复数散热鳍片211吸收并辐射到外界环境达到散热降温的效果，进而使工作流体17冷凝。冷凝后的工作流体17进入该集水接头23的集水腔室232，接着从该散热装置出口201通过该第二管体4传输到该气液相流热交换单元1。

冷凝后的工作流体17通过该气液相流热交换单元1的第二接头15的第二入口152进入该回水腔室153，接着通过该第二出口151及该第一盖体111的液体入口114进入该热交换空间16。如此，通过工作流体蒸发及冷凝产生的高低压差推动工作流体不断循环。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气液相流热交换单元，其特征在于，包含：

一第一盖体，具有一第一侧、一第二侧、一蒸汽出口及一液体入口，该蒸汽出口及该液体入口分隔设置并连通该第一侧、第二侧；

一第二盖体，具有一第三侧、一第四侧，该第一盖体、第二盖体对应盖合并共同界定一热交换空间设有一工作流体；

一分流单元，设于前述热交换空间内并区隔该热交换空间为一蒸发区及一回水区，该蒸发区对应该蒸汽出口，该回水区对应该液体入口；

一第一接头，其接合该第一盖体或与该第一盖体一体成形，该第一接头具有一第一出口、一第一入口及一出气腔室，该第一出口、第一入口分别连通该出气腔室，该第一入口对应连通该蒸汽出口；

一第二接头，其接合该第一盖体或与该第一盖体一体成形，该第二接头具有一第二出口、一第二入口及一回水腔室，该第二出口、第二入口分别连通该回水腔室，该第二出口对应连通该液体入口。

2.根据权利要求1所述的气液相流热交换单元，其特征在于：该分流单元是一毛细结构。

3.根据权利要求2所述的气液相流热交换单元，其特征在于：该毛细结构对应该蒸汽出口开设一蒸汽空间，该蒸汽空间连通该蒸汽出口及该蒸发区。

4.根据权利要求1所述的气液相流热交换单元，其特征在于：该分流单元是一鳍片组导流件并且具有一上侧面、一下侧面、复数通道、复数鳍片及至少一槽道，该复数鳍片具有两呈垂直的侧边，相邻的两鳍片通过相邻的两侧边相互搭接或扣接形成该上侧面、下侧面，两相邻鳍片之间界定所述通道，该上侧面对应该蒸汽出口开设一开口，该开口与该复数通道及该复数鳍片连通，该槽道开设于该下侧面并贯通该复数鳍片及该复数通道，令该回水区连通该蒸发区。

5.根据权利要求4所述的气液相流热交换单元，其特征在于：该复数鳍片对应该开口开设一蒸汽空间，该蒸汽空间连通该复数通道及该开口，该蒸汽空间连通该蒸汽出口及该蒸发区。

6.根据权利要求4所述的气液相流热交换单元，其特征在于：还包含一毛细结构层，其设于该第二盖体的第三侧及该分流单元的下侧面之间。

7.根据权利要求4所述的气液相流热交换单元，其特征在于：该分流单元是一鳍柱组导流件并且具有一上板、复数通道及复数鳍柱，该上板延伸设有所述鳍柱，该复数鳍柱之间界定所述通道，该上板开设一开口，该开口与该复数通道及该复数鳍柱连通，该复数通道令该回水区连通该蒸发区。

8.根据权利要求1所述的气液相流热交换单元，其特征在于：该气液相流热交换单元还连接一散热装置，该散热装置具有一散热装置出口及一散热装置入口，通过一第一管体连通该第一接头的第一出口及该散热装置入口，通过一第二管体连通该第二接头的第二入口及该散热装置出口。