TWI222344B - Cooler for electronic devices - Google Patents

Description

1222344 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明範圍 本說明書所包含的本發明，係有關於準備用於冷卻電子 裝置的裝置，藉由氣體的流動，特別是空氣流，來移除熱 量；該流動係由一鼓風機所產生。 發明背景 最為普及的一種裝置，是一種包括由散熱器所代表的熱 交換器，在其一表面上安裝一電子裝置（例如，半導體裝置 或電腦）、而另一表面上作成一熱消散面的形式。空氣流係 由鼓風機產生（軸向風扇可作為一鼓風機使用）。 已知有幾個這一類型的裝置一例如，美國專利第 5867365號”中央處理單元散熱組合（CPU heat sink assembly)n1999年2月2曰公佈（優先權授與曰期一 1997年6 月10曰），國際專利申請（Int.Cl·) H05K 7/20 ;及美國專利第 5661638號·’高性能螺旋散熱器（High performance spiral heat sink)”，1997年8月26日公佈（優先權授與日期一1995年11 月3曰），國際專利申請H05K7/20。 在美國專利第5867365號中所記述的裝置設計，包括一軸 向風扇，其產生一流動，經由該散熱器的熱交換通道流過 。大部分通到該熱交換通道的入口，係設置在適與該軸向 風扇的動葉輪相對立，同時有一定數目的該通道係相對於 風扇軸成輕射狀設置。 美國專利第5661638還包括一軸向風扇的申請。在該專利 中，要求專利裝置的特定具體實例中，包含散熱器的熱交 換通道的安置方式，係使該等熱交換通道對於該風扇輪軸 -4 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 1222344 A7 B7 五、發明説明（2 ) 成中心對稱形式設置。為了增加熱交換面積，該熱交換通 道係製作成螺旋形狀，並在鼓風機旋轉的方向上彎曲折回 。在這個情況下，該風扇是安裝在製作在散熱器體内的凹 部中。 在上述的兩個設計中，該軸向風扇可產生足夠高的空氣 壓力。然而，由於鄰接風扇輪軸區域的弱空氣流，散熱器 在風扇下面的中央部分的冷卻條件，是不理想的。在這種 況下，該散熱器和電子裝置（在目前的案例是處理器）的不均 勻的冷卻將會發生。另外，從動葉輪在軸向上向外流出的 空氣流的能量，消耗在減速上並在此空氣流進入熱交換通 道之前轉變為運動。這個事實降低了通過該熱交換通道的 空氣流速度，而對該熱交換通道來說，就不可能獲得有利 於熱交換過程的各種條件。 為產生空氣流的目的，而在冷卻裝置設計中採用離心式 鼓風機，是非常少見的。 確切地說，美國專利第5838066號π半導體裝置的小型化 冷卻風扇式散熱器（Miniaturized cooling fan type heat sink for semiconductor device)’’，1998年 11 月 17 曰公佈（優先權授 與曰期一1996年12月16日），國際權利申請H05K 7/20，提 出一種設計，是用一離心式鼓風機安裝在散熱器的旁側。 在這個發明的一特別具體實例中，該冷卻空氣流係通過該 散熱器的直進的熱交換通道。 可是，將離心式鼓風機設置在散熱器的旁側會增加裝置 的體積。之所以如此是因為離心式鼓風機這樣的設置，會 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂

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引起通道的入口方向和從鼓風機供應的空氣流方向之間不 充分的協調。空氣流能量的損耗導致在熱交換通道中的空 氣流的運動速度減低及熱交換效率的低落。也有一部分的 能量是消耗在與包裝該鼓風機的殼體的摩擦上。 本發明的最接近的類似物是一發明，記述於日本專利第 195456號，標題為"電子裝置冷卻器（c〇〇ler electrQnie apparatus)"(優先權授與曰期—^”年” 17曰；專利申請 公佈於1996年6月30日；國際專利H01l〇23/467：)。 裝置設計包括一離心式風扇，包裝在殼體中並安裝在成 發散式的熱交換通道的上方。另製作一散熱表面，使備有 與一電子裝置成熱接觸的可能性。該離心式風扇的入口面 對著该散熱器。風扇產生一空氣流，空氣流經由熱交換通 道通過，然後被吸進離心式風扇的入口。 因為離心式風扇係以抽吸操作，在散熱器的中央部分有 一區域，空氣流吹送不良（此可從該專利刊出的圖式中見到） 。所以，散熱器最熱的中央部分的冷卻，執行得不很有效 。這項缺失是導因於散熱器的不均勻冷卻。為避免散熱器 的不均勻冷卻，必須提高風扇的功率。此外，該裝置的古 度會顯得相當可觀，因為離心式風扇係設在散熱器的上面。 發明搞要 要藉助此處罝佈的本發明來解決的工程問題，是發展一 種電子裝置用的冷卻器，其可確使電子裝置有更為均勻的 冷卻，由於其關於熱交換元件的中央部分有更為有效的冷 卻’並確使冷卻裝置體積的縮小。 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X297公釐) -6- 1222344 A7 B7 五、發明説明（4 ) 兩種專攻這個問題的可選擇方案在此宣佈。 本發明和第一選案一致的精髓在於以下所述。 電子裝置用冷卻器，包括-熱交換元件（即散熱器），有發 散的熱交換通道在其一側，而在另一側則製作成備有盥二 電子裝置成熱接觸的可能性，並且在該熱交換元件上安裝 -離心式鼓風機，使其可提供冷卻流經由熱交換通道通過。 離心式電子裝置係安裝在熱交換通道的對稱中心上。它 供應冷卻流（譬如，空氣流）到熱交換通道的中央部分。因為 鼓風機的動葉輪係正好設在該熱交換通道入口的對面，於 疋將该冷卻流供應到通道入口 移動時，將該熱交換元件冷卻下來。 而當冷卻流經過該通道而 因為孩離心式鼓風機係與該熱交換通道安裝在同—水平 上，該裝置的體積在高度上就可以降低，而冷卻流係受導 向到該熱交換通道中去而無能量消耗在轉向（從軸向到^向） 上。後者可以這樣解釋：流動的轉向係由於離心式鼓風機 設計的特質所使然。

裝 η 上述關於此處宣佈的裝置特別的特色，提供一特別的冷 部型樣，其具有特徵》：該纟交換元件的最熱部分（亦即其 中央部分）最先獲得冷卻，而當與上述的原型比較時，整個 的冷卻過程進行得較為均勻而無損耗；這損耗在該原型中 ，係在該冷卻流（從葉輪流出的）進入該熱交換通道中時，由 流動轉向以及摩擦所引起。所以結果是，t使用本發明時 ’需要一種功率和體積都是較小的鼓風機。 離心式鼓風機配備鼓型的動葉輪，也是很適當的。就這 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) -----— 1222344 A7 _________ B7 五、發明説明（5—) ' '—~ -~—- 種情況來說，動葉輪要有足夠寬闊的吸入洞孔，以便其可 產生夠強力的流動，來充分冷卻職交換元件❼中央部分 。此外，料-給^的容量來說，_個鼓型動葉輪離心式 鼓風機，在和其它型式的動葉輪的離心式鼓風機比較起來 ，具有最小的體積和旋轉速度。 為了提昇熱交換的面積起見，該熱交換通道可以製作成 成排的具特別輪廓元件的形式。尤其，這些元件可製作成 針枝形式。 在本發明一特別的具體實例中，熱交換通道可製作成似 螺旋狀並在離心式鼓風機旋轉方向彎曲，這可供給空氣流 和熱交換件之間接觸的延長。 還有，該熱交換通道可以製作成定常寬度。這使得要確 保2氣流以定常的速度吹送過熱交換通道，成為可能。除 此足外，將熱交換通道製作成定常寬度，將使在熱交換元 件表面上能夠達致最大「密度」的熱交換通道，可以獲得 較大的熱交換面積。 在製作螺旋形或定常寬度的熱交換通道的時候，將其等 的入口朝向離心式鼓風機動葉輪所產生的輸出流的傳送方 向’是比較適當的。在這種情況下，可以達致在通道和進 入空氣流之間的最佳的匹配，而這最佳匹配就可維持該空 氣流的速度在其最大的可能程度。 為要獲得在該熱交換元件中央部分的熱交換的改進，在 離心式鼓風機吸入洞孔下面的表面可以製作成多針枝狀。 熱叉換7L件的這一部分，本質上，是設置在離心式鼓風機 -8 - 本紙張尺度適财g @家標準(CNS)久4規格(21()><挪公愛) 1222344 A7 B7 的内裏一主空氣流的區域内。以這種熱交換元件的安排， 對於經過針枝的流動來說，實際上，是不會有額外的損耗 ，而熱交換卻可獲得改善。 將在鼓風機下面的熱交換元件屈折，將會提高熱交換的 效率。因為離心式鼓風機係與該熱交換通道設置在同一水 平上，冷备P流被導向纟交換it道而沒有任何能量消耗在流 動的（從軸向到徑向）轉向上。這個流動的轉向是由於離心式 鼓風機設計的特色和在鼓風機下面的熱交換元件的形狀所 促成。將位於鼓風機動葉輪中央部分的熱交換元件部分彎 屈起來，和平直製作的熱交換元件比較起來，會有較大的 熱交換表面。沿該熱交換元件的彎屈部分側邊的錐形表面 通過的S氣流動’除技向速度分量以外，具有額外的切線 速度分量。因此，由於吹過熱交換表面的速度有所增加的 事實’也獲得了在熱交換效率方面額外的增加。另外，彎 屈表面和鼓風機入占之間的距離在此情況下獲得縮小，這 又給予在該熱交換元件和鼓風機動葉輪的間隙中的空氣流 的速度增加的便利，於是可以給與冷卻效率額外的增益。 本申請專利裝置的小高度，代表另一項重要工程成就。 半導體裝置或處理機係設置在由熱交換元件凹窪部分所製 成的凹部中。此熱交換元件的凹窪部分係向鼓風機動葉輪 的中央部分凹進，這也降低了體積。 上述裝置設計的特定特色，導致的結果是，冷卻流係最 先供應給熱交換元件的中央部分，該處是最熱的部分。這 部分的冷卻進行得較為均勻，而在該冷卻流（出自動葉輪）進 -9- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱)

裝 訂

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^熟叉換通道時，沒有損失消耗在流動的轉向和摩捭上 7吉果是，當使用本發明設計的熱交換元件中央部二 屈的熱又換元件時，就只需要一 ：： 風機。 卞π杈小姐積的鼓 為：善熱交換起見，熱交換元件彎曲部分的表面( ，^、7玄^ 囬作成具有特別的輪廓 其可以產生一擴大的熱交換表面(例如，針枝形表面)成為 ’排的輪靡元件的形式1交換元件的這個部分，實質上 ’：、設在離心式鼓風機内裏—主空氣流的範圍内。以這種 ，交換元件的安排，對於經過針枝的流動來說，實際上， 疋不會有額外的損耗，而熱交換卻可獲得改善。 為避免在減換通道a 口因冷卻流的壓力脈動所引起的 額外兔音，很適宜在安裝―離^式鼓風機動葉輪時，與該 熱交換通道的入口，保持一不小於0 03〇1的徑向間隙（其中 為該離心式風鼓機動葉輪的直徑）。 該熱交換通道可從上面用一平板覆蓋。這種情況下，冷 卻空氣流將只順著通道傳送。 根據第二個選擇的電子裝置的冷卻器係按下述製作。 該裝置包括一熱交換元件（亦即散熱器）具有發散的熱交換 通道I作在其一側’然而在其另一側則製作成與一電子裝 置具有熱接觸的可能性，並且在該熱交換元件上安裝一離 心式鼓風機，使其提供冷卻流經由該熱交換通道通過。 在此設計中使用一具有至少一個圓盤的盤型離心式鼓風 機。該圓盤設置的方式，係使面對該熱交換元件的圓盤表 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Μ規格(210X 297公釐) 1222344 A7 B7 五、發明説明（8 ) 面的邊緣，係位於該熱交換通道的入口的對面。 該離心式鼓風機供應冷卻流（例如，空氣流）予該熱交換元 件的中央部分，這給與該熱交換元件有效的冷卻最熱部分 很大的便利。從鼓風機圓盤傳遞能量到空氣流的進行係由 於摩擦力。 空氣流不只在輻射方向而且還在切線方向吹過熱交換元 件的中央部分，由於這一項事實，使得在該裝置的中央部 分的空氣流速度發生額外的增加，並且獲得冷卻效率額外 的增益。 因為面對該熱交換元件的鼓風機圓盤表面的邊緣，係位 於該熱交換通道的入口的對面，將該冷卻流係供應到該入 口，而當該空氣流經由該通道通過時，將該熱交換元件冷 卻下來。圓盤型離心式鼓風機產生冷卻流的徑向分量，而 該徑向分量則與該熱換通道的入口配合得很好。 圓盤型離心式鼓風機特徵為小體積（就高度論）但是足夠有 效。此外，其還有特徵為，當與其它型式的離心式鼓風機 比較，在所有其它因素都相同時，有最小的噪音位準。 本申請專利裝置的前述表明的特色，是在於提供一種特 別的冷卻型樣，具有特徵為：該熱交換元件的最熱部分（亦 即其中央部分）最先獲得冷卻，而當與前述原型比較時，整 個的冷卻過程進行得較為均勾而無損耗；這損耗在該原型 中係當該冷卻流（從動葉輪流出的）進入該熱交換通道中時， 由流動轉向以及摩擦所引起。其結果是，當使用本發明時 ，需要有一種功率和體積都要較小的鼓風機。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 玎

線 1222344 A7 B7 五、發明説明（9 ) 另外，該盤型離心式鼓風機的圓盤至少有一個的表面（面 對該熱交換元件的）可以裝備徑向的·鳍狀物，其可提昇空氣 流的徑向分量。 此外，軸向鼓風機葉片可安裝在該離心式鼓風機的至少 一個圓盤上接近其中央開口，該葉片係附著在該圓盤上。 該葉片可設置在一個或幾個圓盤上。在圓盤中央開口附近 安裝軸向鼓風機葉片’提昇芝氣流在該熱交換元件中央部 分冷卻流的壓力而該鼓風機的能量仍然一樣。盤型離心式 鼓風機這樣的一種設計配合上軸向鼓風機葉片的安裝，使 其要達到以較低的轉速達致相同的鼓風機的容量，成為可 能。這種事實也導致由鼓風機所產生噪音位準得以降低。 根據设計選擇之一，該軸向鼓風機葉片可由將圓盤固定 在離心式鼓風機輪軸上的狹長條帶來製成。 在鼓風機下面的熱交換元件，可製作成朝向鼓風機的方 向曲屈，以使熱交換元件的曲屈部分，係位於盤型鼓風機 入口的下面。在這種情況下，該裝置總體積可予降低（因為 電子裝置可以配合裝進凹部）而冷卻過程可予改善（因為最熱 的中央部分係由在較高速度的流動部分所吹過）。 為了增加熱交換的面積起見，該熱交換通道可以製作成 成排的特別輪廓元件的形式。尤其，這些元件可製作成針 枝形式。 在本發明一特別的具體實例中，熱交換通道可製作成似

“、疋狀並在離心式豉風機旋轉方向彎曲，這可供給空氣流 和熱交換件之間接觸的延長。 IU -12-

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五、發明説明（10 在後者情況裏，該熱交換通道可製作成定常的寬度。這 使得要確保空氣流吹過熱交換表面的速度定常不變，成為 可能。除此之外，將熱交換通道製作成定常寬度，將使在 熱交換元件表面上能夠達致最大Γ密度」的熱交換通道， 可以獲得較大的熱交換面積。 當熱交換通道製作成螺旋形（包括當其製作成定常寬度的 情況），使其等入口的方向是在離心式鼓風機所產生的輸出 流傳运的方向，是很適宜的做法。在這樣的情況下，通道 和進入的空氣流之間的最佳匹配可以達致，如是，此最佳 匹配就可以維持空氣流的速度在其最大的可能程度。 為獲得熱交換的改進，熱交換元件的表面面對離心式鼓 風機入口的部分，可以製作成有特別的輪廓，以使產生一 擴大的熱X換面積（例如，可以是製成針枝形狀）。這部分的 熱交換元件係設在主空氣流的區域中。所以，它可以獲得 有效的冷卻。用這樣的熱交換元件的安排，實際上，不會 有泥過針枝的額外的損失，而熱交換卻可獲得相當的改善。 此外’從内側，熱交換通道可用一平板從上面覆蓋，固 足到熱父換元件的表面。在這樣的情況下，全部的冷卻空 氣流將只能沿著通道傳送，這也有利於熱交換的改進。 對圖式的簡略說明 圖1 —本專利申請裝置的第一設計選擇全面視圖（熱交換 通道係作輕射設置）； 圖2 一赛射發散的熱交換通道之樣本設計； 圖3 一赛射發散的螺旋狀熱交換通道之樣本設計； -13- 本纸張尺度適用巾國國家標準(CNS) ^規格(別X挪公爱) 1222344 A7 —____ _B7 五、發明説明（11 ) 圖4一一定常寬度螺旋狀熱交換通道之樣本設計； 圖5 —疋常寬度螺旋狀熱交換通道外形計算所需幾何關 係之舉例說明； 圖6 由成排針枝形輪廓元件所構成的熱交換通道的 樣本設計； 圖7—有離心式鼓風機固定在輪軸並有平板從上面覆蓋 到熱交換通道的裝置的樣本設計； 圖8—圖7中所示申請專利裝置之一剖視圖（根據第一設 計選擇），有一鼓型離心鼓風機的動葉輪和一熱交換元件曲 屈在鼓風機的下面； 圖9一一輻射熱交換通道的樣本設計，有一熱交換元件 在鼓風機的下面曲屈（根據第一設計選擇）； 圖10 —本申請專利裝置的樣本設計（根據第二設計選擇） ’附有具有數個圓盤的離心式鼓風機； 圖11 一熱交換元件（根據第二設計選擇）的輻射的熱交換 通道的一樣本設計； 圖12 —本申請專利裝置的樣本設計（根據第二設計選擇） 附有具有一個圓盤的離心式鼓風機； 圖13—一離心式鼓風機圓盤； 圖14 一本申請專利裝置的樣本設計（根據第二設計選擇） 附有具有一個圓盤的離心式鼓風機，圓盤上安裝有鰭形片； 圖15—一離心式鼓風機圓盤連同輻射狀鰭形片（底視圖）； 圖16-本申請專利裝置的樣本設計（根據第二設計選擇） 附有具有個圓盤的離心式鼓風機’在其中央開口區中& 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) ^22344 五、發明説明（12 置軸向鼓風機槳片； 圖π— 一帶有軸向鼓風機槳片的離心式鼓風機圓盤； 圖18— K17中所示離心式鼓風機圓盤的剖視圖(在軸向 破風機槳片區内）。 101 熱交換元件 102 表面 103 熱交換通道 104 表面 105 離心式鼓風機 106 入口 107 動葉輪 108 入口 109 散熱片 110 熱交換元件 111 徑向間隙 112 輪廓元件 113 輪軸 114 轴承 115 .平板 116 條帶 117 中央部分 118 彎曲部分 201 熱交換元件 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1222344 A7 B7 五、發明説明（13 ) 202 表面 203 熱交換通道 204 表面 205 電子裝置 206 離心式鼓風機 207 圓盤 208 邊緣 209 入口 210 散熱片 211 鼓風機葉片 212 輕射狀條帶 215 入口 216 熱交換元件 217 平板 219 軸承 AB 弧線 CD 弧線 0 對稱中心 Γ 距離 G 點 a(r) 距離 對較佳具體實例的詳細說明 裝 玎

以下先就本申請書所申請專利的裝置的第一設計選擇加 以說明。 電子裝置用的冷卻器（圖1和圖2)包括一熱交換元件101含 有一發散的熱交換通道103製作在其一表面102上，而其另 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 1222344 A7 __B7 五、發明説明（14 ) 一表面104則製作成可提供與一電子裝置（圖1中未顯示）有熱 接觸的可能性。該裝置還包括一離心式鼓風機1 〇 5，安裝在 熱交換元件101上關於熱交換通道103的對稱中心106上。 圖1和圖2呈現輻射發散的熱交換通道1〇3。離心式鼓風機 105的動葉輪1〇7係設在熱交換通道1〇3的入口 108對面。具 有鼓型動葉輪107的離心式鼓風機1 〇5的樣本設計，顯示於 圖6和圖9中。這種鼓型離心式鼓風機具有的特徵是：動葉 輪内直徑對其外直徑的比值是不小於0.75。 在本申請專利的裝置中（圖3)熱交換通道1〇3可以製作成螺 旋形並順著離心式鼓風機105的旋轉方向彎曲。 還有一個裝置設計的具體實例（見圖4)具有特徵是熱交換 通道103的寬度是定常的。 在圖3和圖4所顯示的裝置設計的具體實例中，熱交換通 道103的入口 1〇8是以離心式鼓風機1〇5的動葉輪107所產生 的輸出流的播送來定其朝向。最好把熱交換通道入口的方 向，是定在熱交換通道入口的軸線和動葉輪所產生的空氣 流進入的方向之間所成的交角是在土 5。範圍之内（見圖$)。 圖5顯示由兩個散熱片1〇9(弧線AB和CD)所構成的熱交換 通道103及計算定常寬度熱交換通道的外形所需的相應的幾 何結構。對於弧線AB上的任意一點E，其位置距離對稱中 心Ο為r，及弧線CD上的一點F(對應於該點該兩點之間的 距離t(r)代表熱交換通道的寬度]，弧線cd的點g也距離對稱 中心Ο為r的位置可以算定。點E和點G之間的距離a(r)，對 於眾多的熱交換通道Z來說，是幾乎等於弧線£〇的長度一 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 1222344 A7 --------- B7 五、發明説明（15 ) 即a(r) 1 2 7Γ r/Z。在相同的條件下t(r)的值可定為t(r)与a(r) · sm[b(r)]。用數值方法可以計算出卟户丁（式中丁為常數），角 的值’如是決定出一熱交換通道的外形。圖4特地提出 一有多數個Z=22的熱交換通道樣本設計的例子及最小距離 r - r〇 (點A)和最大距離r=rk (點B)之間的關係：r〇=〇4rk。對 於这一給定例子，角b(r)的值要加以算定，該值係在 b(r0)=34.22〇到 b(rk)=l3.0。。 為改善熱文換過程，設在離心式鼓風機1 〇5吸入口的下面 的熱交換元件1(Π的表面製作成針枝狀（如圖1中所示），其 中110為多根針枝。 相對於熱父換通道1 〇3的入口 1 〇8，離心式鼓風機1 〇5的動 葉輪107的設置留有徑向間隙111，該間隙的值須不小於 〇.33d ’式中d為離心式鼓風機ι〇5的動葉輪1〇7的直徑。 熱父換通道1 〇3可以由成排的圓形的、矩形的、和其它截 面的輪廓元件來構成。上述輪廓元件可製作成彼此直接互 相鄰接（如圖6中所示），其中諸輪廓元件係製作成針枝112的 形狀。此外，這些輪廓元件可藉在形成通道1〇3的連續散熱 片（例如’散熱片1〇9—見圖4)上施行鋸割而製成。 就上述所有具體實例而言，熱交換元件101可用不同方法 製作（例如鑄造或銑製）。 離心式鼓風機105可藉軸承114固定到輪軸113 (見圖7)。 為確保全部受迫的空氣流能經由熱交換通道103通過起見， 後者用平板從上面加蓋。在這種情形下，平板115藉助狹長 條帶116將輪軸ι13鎖定。 -18- 本纸張尺度適用中國國家標準((：1^3)人4規格(21〇 x 297公釐） 1222344 A7 _B7 I、發明説明（16 ) '： 在本發明之一具體例中（見圖8和圖9)，位在該熱交換元件 101中央部分117，位於離心式鼓機1〇5下方，係製作成凹入 彎屈。熱交換元件101的彎曲部分11 8，位於該熱交換鼓風 機入口 106的對面一在動葉輪108的中央部分117。 該根據第一設計選擇的申請專利的裝置以下列的方式操 作。 當離心式鼓風機105的動葉輪107旋轉時（見圖1)，空氣流 首先吹在熱交換元件101的中央部分上，包括針枝110内。 強烈的熱交換在熱交換元件1 01的此一地區進行，這是該熱 交換元件的最熱地區。離心式鼓風機1 〇5的動葉輪1 〇7供應 空氣流到熱交換通道103的入口 1 〇8。在熱交換通道1 〇3係製 作成螺旋狀並順著鼓風機105旋轉方向彎曲（見圖3和圖4)的 情況下，空氣流被導向通道103而沒有減速，這表示空氣流 在進入通道103時沒有速度損失。在定常寬度熱交換通道 103 (見圖4)内的空氣流速度，維持不變。熱交換元件1〇1和 空氣流之間，在空氣流通過熱交換通道1〇3之際，發生熱交 換。由這熱交換過程所得到的結果，是一與熱交換元件1〇1 成熱接觸的電子裝置得以冷卻下來。 有彎曲中央部分的118的熱交換元件101 (圖8和圖9)，沿 著熱交換元件邊側錐形表面通過的空氣流，除徑向速度分 量以外，還有額外的切線速度分量。因此，由於吹拂過熱 父換表面的速度總是會增加的緣故，在熱交換元件1 〇 1和鼓 風機105的動葉輪107間的間隙中的空氣流速度獲得增長， 其結果是在熱交換效率上獲得額外的提昇。 -19- 1222344 A7 _ B7 五、發明説明（17 ) ： 以下要對本申請專利裝置的第二設計選擇加以說明。 電子裝置用冷卻器（圖10和圖11)包括一熱交換元件201， 有發散的熱交換通道203製作在其一表面202上，而其另一 表面204係製作成可提供一電子裝置205成熱接觸的可能性 。該裝置還包括一離心式鼓風機206，安裝在該熱交換元件 201上使其可供給冷卻流經由熱交換通道2〇3通過。 一含有至少一個圓盤207的盤型離心式鼓風機206，係用 在該設計中。圖10提出一含有四個圓盤2〇7的離心式鼓風機 206的樣本設計。圓盤207係安裝成各圓盤面對熱交換元件 201的邊緣208，係設在通到熱交換通道2〇3的入口 2〇9的對 面。一具有輻射的熱交換通道203的裝置顯示於圖^中。 一含有一個圓盤207的離心式鼓風機206的設計選擇顯示 於圖12中。在這情況下，熱交換元件2〇1可以製作成很小的 高度。 一有輻射狀條帶212的圓盤207的設計選擇示於圖13中， 藉該輻射狀條帶之助，圓盤207才能固定到鼓風機2〇6的輪 轴2 13上。 面對熱交換元件2〇1的圓盤207的^，可配備輕射績形 片210(見圖14和圖15)。 在鼓風機下面的熱交換元件201可屈折製作—如在圖 中所示-則吏熱交換元件的曲折部分係位在“式鼓風機 206的圓盤207的開口 205的對面。 固足到圓盤2G7i^軸向鼓風機葉片211 (見圖邮圖⑺可 以安裝在圓盤207的中央開口215的地區。圖16提出一裝置 -20-

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的例子，其有葉片211安裝在_圓盤2()7上。在這個情形下 葉片211也可作為輕射狀條帶212使用，將圓盤固定到鼓 風機206的輪軸213上。 如同本發明裝置的第-設計選擇—樣，發散的熱交換通 運可製作成螺旋形樣（見圖3)。此外，熱交換通道可製作成 定常寬度(見圖4)。熱交換通道可由多排輪廓元件—例如 ，針枝製成（見圖6)。 位於盤型鼓風機206入口 215底下的熱交換元件2〇1的部分 表面，可以作成具有特別的輪廓（例如，針枝形__如在 圖10-12、圖14和16中所示，其中216—針枝）。 為要製造一空氣流導向沿通道203,用一平板217從外側 覆蓋住熱交換通203 (見圖10、圖12、圖14、和圖16)，是很 適當的。 就上述所有具體實例而言，熱交換元件1〇1或2〇1可用不 同方法製作一例如鑄造或銑製。 離心式鼓風機206可藉軸承219固定到輪軸213 (見圖1〇、 圖12、圖14、和圖16)。在這情況下’平板217具有—開口 (準備讓空氣經由通過）。此外，平板217將輪軸213固定到熱 交換元件201。 根據本案裝置之第二設計選擇茲以下述方式操作。 當離心式鼓風機206的圓盤207旋轉時（見圖1〇)，空氣流最 初吹拂過熱交換元件2〇1，包括針枝216在内。強烈的2交 換在熱父換7C件201的此一地區進行，這是該熱交換元件的 最熱地區。離心式鼓風機206的圓盤2〇7供給空氣流到熱交 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 1222344 A7 B7 五、發明説明（19 ) 換通道203的入口 209。在熱交換通道203係製作成螺旋狀並 順著鼓風機206的旋轉方向彎曲（見圖3和圖4)的情況下，空 氣流被導向通道203而沒有減速，這表示空氣流在進入通道 203時沒有速度損失。在定常寬度熱交換通道203 (見圖4)内 的空氣流速度，維持不變。

熱交換元件201和空氣流之間，在空氣流通過熱交換通道 203之際，發生熱交換。由這熱交換過程所產生的結果，就 是與熱交換元件205成熱接觸的電子裝置，得以冷卻下來。 裝 圓盤207所產生的空氣流不只在徑向上播送而且在切線方 向上傳送。安裝在圓盤207上的散熱片210 (圖14和圖15)補 強了空氣流的徑向分量。 在軸向風扇的葉片211係安裝在圓盤207的中央開口 215的 區面中時（圖16和圖18)，該葉片額外的空氣流的壓力，如此 有利於改進中央部分的冷卻，並因而是全部熱交換元件201 的冷卻。 本發明可用在冷卻電子裝置（主要是半導體裝置）、微型電 路和微處理器等為目的之用途。 以冷卻電子裝置為目的，裝置連帶一離心式鼓風機一起 應用時，鼓風機的動葉輪係設在通到熱交換通道的入口的 對面，使得要製造一有效而體積小的冷卻電子裝置的裝置 ，成為可能。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)人4規格(210 X297公釐）

Claims (1)

1222344 A B c D 六、申請專利範圍 1. 一種電子裝置之冷卻器，包含一熱交換元件及一離心式 鼓風機，該熱交換元件具有一第一熱交換表面及一第二 熱交換表面，該第一熱交換表面具有許多熱交換通道， 且該第二熱交換表面適於提供與一電子裝置之熱接觸； 該離心式鼓風機被定位於該第一熱交換表面上，使該鼓 風機之周邊受到該等許多熱交換通道之包圍，因而該離心 式鼓風機之一出口被設置相對面於該等許多熱交換通道之 各入口； 該離心式鼓風機包括一位於該鼓風機中央部分之一吸入 通路以及一被吸入通路圍繞之一動葉輪； 該第一熱交換表面在接近該吸入通路處包括許多突伸入 吸入通路之熱交換元件； 該動葉輪可被操作來抽取冷氣體進入該吸入通路内，以 便將該第一熱交換表面之接近於吸入通路之至少一部分加 以冷卻，包括該等突伸入吸入通路之許多熱交換元件，且 隨後流通過該動輪葉，藉該動葉輪引導冷卻氣體進入該等 許多熱交換通道内。 2. 根據申請專利範圍第1項之冷卻器，其中該等離心式鼓風 機具有一鼓型動葉輪。 3. 根據申請專利範圍第2項之冷卻器，其中該等許多熱交換 元件係朝上突伸之各桿。’ 4. 根據申請專利範圍第1項之冷卻器，其中該等熱交換通道 係形成為成排之圓形或長方形之輪廓元件。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）

申請專利範圍

根據中μ專利範圍第3項之冷部器，其中該等桿係圓柱 ^ ° … 6. 根據申請專利範圍第2項之冷卻器，其中該等熱交換通道 係螺旋狀並朝鼓風機轉動方向彎曲。 7. 根據申請專利範圍第6項之冷卻器，其中進入各熱交換通 迢<入口係朝向葉輪之氣體流出方向。 •根據申凊專利範圍第6項之冷卻器，其中該等熱交換通道 之寬度係保持怪常。 9.根據申請專利範圍第8項之冷卻器，其中進入各熱交換通 道之入口係朝向葉輪之氣體流出方向。 Μ·根據申請專利範圍第1項之冷卻器，纟中該第-熱交換表 面接近該吸入通路之部分係位於與該吸入通路之入口相 距一段距離，而該段距離短於動葉輪頂部至動葉輪底部 之距離。 11 ·根據申請專利範圍第10項之冷卻器，其中該第二熱交換 表面實質上配合著該第一熱交換表面之表面形狀。 12·根據申請專利範圍第10項之冷卻器’其中該第一熱交換 表面接近該吸入通路之部分係包括許多突出伸入該吸入 通路之熱交換元件。 13·根據申請專利範圍第12項之冷卻器，其中該等許多熱交 換元件係向上突出之桿。 14 ·根據申請專利範圍第1項之冷卻器’其中該離心式鼓風機 動葉輪係以相對於熱交換通道入口少於〇·〇3d徑向間隙之 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

1222344 A B c D 六、申請專利範圍 方式安裝者（其中d係離心式鼓風機動葉輪之直徑）。 15.根據申請專利範圍第1項之冷卻器，其中該等熱交換通道 係被一板自熱交換通道上方予以覆蓋者。 16 ·根據申請專利範圍第1項之冷卻器，其中該離心式鼓風機 係為至少具有一圓盤之盤式鼓風機，且該至少一圓盤之 足位方式係使圓盤之面對熱交換元件之邊緣，係相對面 於熱交換通道之入口而設置。 17·根據申请專利範圍第16項之冷卻器，其中該等許多熱交 換元件係向上突出之桿。 1 8 ·根據申请專利範圍第丨6項之冷卻器，其中該至少一圓盤 之面對熱交換元件之表面具有數個呈輻射地突出部。 19 ·根據申凊專利範圍第丨6項之冷卻器，其中該至少一圓盤 係由數個連接件固定至該吸入通路區域内之離心式鼓風 機轉轴。 20. 根據申請專利範圍第19項之冷卻器，其中該等連接件係 軸向鼓風機葉片。 21. 根據申請專利範圍第16項之冷卻器，其中該第一熱交換 表面接近該吸入通路之部分係位於與該吸入通路之入口 相距一段距離，而該段距離短於動葉輪頂部至動葉輪底 部之距離。 22. 根據申請專利範圍第21項之冷卻器，纟中該第二孰交換 表面實質上配合著該第一熱交換表面之表面形狀。 23. 根據申請專利範圍第21項之冷卻器，纟中該等熱交換通 -25- 本紙張尺度適用巾g g家鮮(CNS) A4規格(210X 297公釐y 1222344 A B c D 六、申請專利範圍 道係由成排之圓形或長方形輪廓元件所構成。 24. 根據申請專利範圍第16項之冷卻器，其中該等熱交換通 道係螺旋狀並朝鼓風機轉動方向彎曲。 25. 根據申請專利範圍第24項之冷卻器，其中進入各熱交換 通道之入口係朝向盤式動葉輪之氣體流出方向。 26. 根據申請專利範圍第24項之冷卻器，其中該等熱交換通 道之寬度係保持恆常。 27. 根據申請專利範圍第26項之冷卻器，其中進入各熱交換 通道之入口係朝向盤式動葉輪之氣體流出方向。 28. 根據申請專利範圍第16項之冷卻器，其中該等熱交換通 道係由一板自熱交換通道上方予以覆蓋者。 29. 根據申請專利範圍第1項之冷卻器，其中該離心式鼓風機 具有一位於該吸入通路内之軸，而該動葉輪係由數個連 接件固定於該離心式鼓風機軸上。 30. 根據申請專利範圍第29項之冷卻器，其中該等連接件係 轴向鼓風機葉片。 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)