CN2727829Y - 重力型高效率两相流蒸发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种重力型高效率两相流蒸发器，该蒸发器的座体内具有密闭式容置空间，其底面设置有导热部，其上方设有散热装置，该导热部的表面具有加热面和凹槽，使电子元件所产生的热源，经由导热部向上传导，而让工作流体快速蒸发，且蒸汽会流向上方并释放出热源而重新凝结成液体，其液体利用重力返回到导热部，使得热源可以源源不断地传导开来，以防止热源积存于电子元件，该蒸发器使电子元件整体的稳定性增高以及延长寿命。

Description

重力型高效率两相流蒸发器

技术领域

本实用新型涉及一种应用于计算机的散热装置，尤其涉及一种利用液体的流动，以重力方式返回的液汽间的相变化，以加速散热效果的重力型高效率两相流蒸发器。

背景技术

如何快速有效的解决计算机散热问题，是近年来相关业界倾全力投入研究开发的重要问题。因此，随着CPU发热瓦特数的增加其散热方式包含：有全铝制散热器(焊接件及一体成型)、铜底铝制鳍片散热器、全铜制散热器(焊接件及一体成型)、方向性石墨散热板、水冷式散热器、热管(heat pipe)、热管+鳍片散热器(单管热管及多管热管)、真空热板蒸发器(Vapor chamber)至高效率两相流蒸发器(two-phase flow evaporator)等阶段性的产品开发，都是用来解决散热的问题。其利用原理由最初的基本热传导、热对流而发展至利用工作流体的相变潜热技术，可大量且快速的带走热量，以解决高速计算机的散热问题。

已知的金属散热鳍片已经很难有效解决未来3.6GHz以上高速计算机的散热问题。因此，相关业者遂发展出利用工作流体的相变潜热技术来解决此问题。一般的两相流蒸发器，设置有一个中空金属制的容器以及容器上表面的金属鳍片所组合而成，当金属容器的底板，与电子元件表面接触在一起之后，由于热传导作用，使电子元件的热源会通过金属容器底板向上传导到金属容器内，且由于金属容器由表面金属以及内部毛细结构(wick structure)所组成，并事先将容器内空气抽走成为近似真空状态，所以当电子元件的热源由金属容器下底板往上传导时，一部份的热源将会被传导到整个金属容器，而剩余的热源才会经由与电子元件所接触区域，向上传到金属容器内，并因金属容器内部为接近真空状态，所以当毛细结构受热而温度升高时，将会引起毛细结构内的工作流体发生相变化，从液相直接汽化产生气泡，由于此气泡的内压力较大，气泡将穿越毛细结构往上进入金属容器毛细结构上方的空间内，接着蒸汽会碰到金属容器上表面的冷却端面，于是工作流体又再度发生相变，从汽体冷凝变成液体，将热源传导给金属容器上表面，然后再透过金属容器上表面的鳍片，将热源导至外界环境，且同时蒸汽冷凝变成液体的工作流体，会经由毛细结构的毛细力作用，将冷凝后的工作流体输送到受热的区域，以源源不断的补充汽化所需的液体，而因物质发生可逆液-汽相变化时会吸收或释放大量的热源，所以此种两相流蒸发器，具有快速、几乎定温以及大量传热的特性。

以往此种两相流蒸发器，其金属容器通常是通过上下两个开口金属盒对焊，或由上下金属板与中间柱状金属等焊接而成，传统技术在焊接与抽真空之前，会先使用金属粉末或筛网，通过粉末冶金的固相烧结或利用叠层金属筛网形成毛细结构，通常此种全金属的两相流蒸发器，重量较为笨重，毛细结构均匀性制作不易，且其工作流体含量有限，而且制造成本高，同时在与电子元件组合时，易因组装扣具的弯曲作用产生变形而使得毛细结构受损成为非连续结构，以致降低传热效率，严重时将使得工作流体无法由毛细作用(wicking)回流到受热端，因而引起烧干(dry out)现象，更重要的是部份电子元件的热源会被传导到整个金属容器，使得真正利用相变传递的热源减少，液体返回量逐降，而使两相流蒸发器的效率大幅降低。

由此，要如何解决上述现有技术的问题与缺陷，即为从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种重力型高效率两相流蒸发器，该蒸发器可以增加工作流体的接触面积，进而加快受热产生相变，同时可增加工作流体容量，亦可减轻蒸发器重量。

为达成上述目的及功效，本实用新型所采用的技术手段为：一种重力型高效率两相流蒸发器，该蒸发器设置有座体，而座体内具有容置工作流体的密闭式容置空间，且于容置空间的底面设置有高热传导材质(κ＞80W/m·K)所制成的导热部，并于容置空间的上方设有金属材质所制成的散热装置，其特征是，

该导热部的底面具有可接触预设电子元件的接触面；

且导热部的表面具有可接触工作流体的加热面；

该加热面上设置有可增加加热面积的凹槽。

本实用新型的另一目的是提供的重力型高效率两相流蒸发器，以增加热交换时所接触的散热面积，而提高液汽间的相变化的进行速度。

为达成上述目的，本实用新型的重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，在散热装置上盖板的底面设置有一个或一个以上的沟槽。

综上所述，本实用新型其利用座体底面所设置的高热传导材质(κ＞80W/m·K)所制成的导热部，而使电子元件所产生的热源，几乎都能有效、集中传导至两相流蒸发器的导热部，使工作流体快速蒸发并流向金属材质所制成的散热装置而释放出热源，且汽体分子相变后释放潜热，冷凝成液体沿着容器边缘因重力作用而聚集于导热部，如此持续液-汽间的相变化使热源可以源源不断地传导开来，且因蒸发快速而可得到更佳的散热效果，以防止热源积存于电子元件，可增加电子元件整体的稳定性及使用寿命。

本实用新型重力型高效率两相流蒸发器与现有技术相比，其有益的效果是：

(一)本实用新型利用金属冲压或塑料射出成型座体1，并于座体1底面设置由高热传导材质(κ＞80W/m·K)所制成的导热部，同时于导热部的加热面上设置有复数个凹槽，以增加工作流体的接触表面积，同时可增加工作流体的容量，避免发生烧干(Dry out)现象。

(二)本实用新型为利用上盖底面所设置的沟槽，来增加热交换时所接触的散热面积，而提高液-汽间的相变化的进行速度。

(三)本实用新型利用容置空间内所填充金属球(颗粒)或陶瓷球(颗粒)，而有效提升工作流体液面高度及应用于侧装方式，以促进散热效果。

本实用新型的其它技术特征与功能将结合以下附图与本实用新型的较佳实施例详加说明。

附图说明

图1为本实用新型的外观图。

图2为本实用新型的结构分解示意图。

图3为本实用新型较佳实施例于使用时的侧视剖面图。

图4为本实用新型较佳实施例于使用时的另一侧视剖面图。

图5为本实用新型再一较佳实施例的侧视剖面图。

图6为本实用新型又一较佳实施例的侧视剖面图。

图中符号说明

1座体

11容置空间             1221凹槽

111导流部              13散热装置

12导热部               131上盖

121接触面              1311沟槽

122加热面              132鳍片

2工作流体              3电子元件

4风扇                  14毛细结构

15金属球、金属粒、陶瓷球或陶瓷粒。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本实用新型组合后的外观示意图，由图中可清楚看出，本实用新型设置有座体1，散热装置13设置在座体1内，散热装置13包括有复数个间隔排列的散热鳍片132，座体1的下方是电子元件3。

如图2所示，该座体1为金属一体冲压成型或塑料注塑成型，座体1内具有可容置工作流体2的密闭式容置空间11，且容置空间11内的气体压力低于外界气体压力，为接近真空状态，而该容置空间11的底面设置有高热传导材质(κ＞80W/m·K)所制成的导热部12，该导热部12的底面设置有可接触电子元件3的接触面121，该导热部12的表面设置有可接触工作流体2的加热面122，并于加热面122上设置有复数个凹槽1221，该容置空间11的上方具有金属材质所制成的散热装置13，且散热装置13设置有上盖131，并于上盖131的表面设置有复数个间隔排列的鳍片132。

如图3所示，该工作流体2设置于座体1的容置空间11内，且工作流体2可以是纯水、含氧溶剂(如醇类、丙酮)、碳氢化合物或其相互混合成的液体。

如图3所示，为本实用新型较佳实施例于使用时的侧视剖面图，由图中可清楚看出，当电子元件3于发热时，该导热部12会将热源快速吸收并传导至工作流体2，且因加热面122上设置有复数个凹槽1221，使工作流体2与加热面122的接触表面积增加，而可加快加热速度，且同时可添加较多的工作流体2(一般两相流蒸发器皆只利用毛细结构的作用原理，进而导致可容置工作流体2的空间减少)，进而避免发生烧干(Dry out)现象，再通过控制容置空间11内的压力，使其接近真空状态，而让工作流体2的沸点降低，而因工作流体2受到加热面122的加热产生蒸发情形，且蒸汽在微小的压力差下流向散热装置13(如图3的中空箭号向上)，并且释放出热源，而释放出的热源会被散热装置13所设置的上盖131所吸收，并传导至鳍片132并与空气接触，而将热源散去。

如图4所示，该蒸气的热源被散热装置13吸收后会重新凝结成工作流体2，而凝结后的工作流体2便因重力作用而返回至容置空间11的底面(如图4的中空箭号向下)，且工作流体2再次吸收加热面122的热源并产生蒸发情形，如此持续形成液汽间的相变，而使得热源可以源源不断地传导开来。

再请参阅图5所示，为本实用新型再一较佳实施例的侧视剖面图，由图中可清楚看出，该散热装置13所设置的上盖131底面设置有沟槽1311，以增加热交换时所接触的散热面积，而提高液汽间的相变化的进行速度，且复数个鳍片132上方所设置的风扇4，可以更加快速的使鳍片132上的热源经由强制对流散去，进而加快蒸发后的工作流体2凝结的速度，且容置空间11内可设置蒸气导流部111来引导蒸汽顺利的流向上盖。

再者，该导热部12所设置的复数个凹槽1221与上盖131底面所设置的沟槽1311，可一体成形、切削或焊接所制成。

请参阅图6所示，为本实用新型又一较佳实施例的侧视剖面图，由图中可清楚看出，该上盖131底面可设置有毛细结构14，而使热交换时所接触的散热面积更为加大，以提高液汽间相变化的进行速度。

故，本实用新型针对导热部的加热面上设置有可增加加热面积的凹槽，以增加工作流体的接触面积为其保护重点，并利用散热装置13所设置的上盖131底面的沟槽1311，以增加工作流体的接触面积，进而加快受热产生相变，同时可增加工作流体容量，亦可减轻蒸发器重量。

再者，该容置空间11内为可添加金属或非金属等密度比工作流体2高的球或粉末、以及陶瓷粉末、陶瓷球等物品，以增加传热速率，或使用在非水平方向时，有助于提升流体2的水位，让导热部12可整个被工作流体2所润湿，而不会影响散热器的效率。

另外，该凹槽1221可为独立孔穴、连通复合孔穴或条状孔穴，上盖131底面所设置的沟槽1311为可排列成各种形状大小的开孔，而该座体1的可为矩形体、锥形体、倒钟形体、曲线形体或多面形体，而该蒸汽导流部111可为金属、非金属。

上述详细说明为针对本实用新型一种较佳的可行实施例说明而已，惟该实施例并非用以限定本实用新型的申请专利范围，凡其它未脱离本实用新型所揭示的技艺精神下所完成的均等变化与修饰变更，均应包含于本实用新型所涵盖的专利范围中。

综上所述，本实用新型的重力型高效率两相流蒸发器于使用时具有显著的功效增进，诚符合新颖性、实用新型性及进步性的专利要件，依法提出申请。

Claims (12)

1、一种重力型高效率两相流蒸发器，该蒸发器设置有座体，而座体内具有容置工作流体的密闭式容置空间，且于容置空间的底面设置有高热传导材质(κ＞80W/m·K)所制成的导热部，并于容置空间的上方设有金属材质所制成的散热装置，其特征是，

该导热部的底面具有接触预设电子元件的接触面；

且导热部的表面具有接触工作流体的加热面；

该加热面上设置有增加加热面积的凹槽。

2、如权利要求1所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该凹槽为一个或一个以上。

3、如权利要求1所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该座体的材质为金属或非金属。

4、如权利要求3所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该金属材质为纯金属或金属合金。

5、如权利要求1所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该工作流体可以是纯水、含氧溶剂、碳氢化合物或其相互混合成的液体。

6、如权利要求5所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该含氧溶剂为醇类或丙酮。

7、如权利要求1所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该导热部为电子元件所设置的外壳。

8、如权利要求1所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该电子元件为中央处理器。

9、如权利要求1所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该散热装置设置有上盖，且上盖表面延设有复数个间隔排列状的鳍片。

10、如权利要求9所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该上盖板底面设置有一个或一个以上的沟槽，

11、如权利要求1所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该容置空间内进一步填充有金属球、金属粒、陶瓷球或陶瓷粒。

12、如权利要求1所述重力型高效率两相流蒸发器，其特征是，该容置空间内进一步设置有金属或非金属所制成的蒸汽导流部。

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