TWI454334B - 熱交換器及其製造方法 - Google Patents

Description

熱交換器及其製造方法

本發明係關於一種熱交換器及其製造方法，特別是一種具有鰭片的熱交換器及其製造方法。

目前用於一機櫃式伺服器的一散熱模組，係多採用一氣冷式的散熱模式。氣冷式的散熱模式之運作原理係於機箱內多個熱源上設置散熱鰭片，以及於機箱內設置對應的散熱風扇模組。藉由散熱風扇模組運轉所產生的強制熱對流，以對熱源進行散熱。然而，這樣的散熱模式，機箱所在位置的環境溫度就相當重要，因為經由風散模組帶動的氣流流經熱源而移除此熱源所產生的熱能後，環境的溫度即被升高。因此習知氣冷散熱的機櫃式伺服器，需要將散熱的方向統一，以產生熱通道及冷通道，以使機房能夠作環境溫度的控制管理。若是機房的環境溫度管理不良，將會導致伺服器的溫度無法下降，但隨著機房面積的逐漸擴大，機房內部設置的伺服器密度也日益增加，機房的環境溫度、冷通道熱通道的設計與管理日益複雜。

相較之下，液冷式的散熱模組提供了另一種的散熱模式。由於液冷式的散熱模組並非以空氣進行冷卻降溫，因此不會出現上述氣冷式的散熱模式的缺點。液冷式的散熱模組係包含一冷卻裝置及連接於冷卻裝置的一冷卻管路，冷卻裝置及冷卻管路係設置於機櫃上，冷卻管路並連接設置於熱源上的一熱交換器。熱交換器係包含有一頂蓋與一基座，基座上具有多個並排的散熱鰭片，這些散熱鰭片之間構成多個流道。頂蓋組設於基座並罩覆住這些散熱鰭片，令這些散熱鰭片容設於頂蓋與基座所構成的一腔室內。冷卻裝置提供一冷卻流體，冷卻流體經由冷卻管路流至熱交換器，並流經熱交換器內的流道。冷卻流體於流道內與這些散熱鰭片進行熱交換，以將這些散熱鰭片所吸收的熱能移除。

然而，這些散熱鰭片的高度係存在有製程上的公差。若這些散熱鰭片的高度過高時，這些散熱鰭片將與頂蓋相干涉而增加基座與頂蓋間的縫隙，進而造成密封焊接基座與頂蓋時的不良品。若這些散熱鰭片的高度過低時，這些散熱鰭片與頂蓋之間將會存在一空隙。如此一來，冷卻流體將直接經由此空隙溢流而未與散熱鰭片接觸，進而影響了散熱效率。

本發明在於提供一種熱交換器及其製造方法，藉以解決習用散熱鰭片因高度公差所造成的不良問題。

本發明所揭露之熱交換器的製造方法，其步驟包含：提供一基材，基材包含有一基座部以及位於基座部上的一加工部，加工部具有一頂面，基座部具有一底面，頂面及底面位於該基材的相對兩側，且頂面至底面的距離係沿著一第一方向而實質上逐漸縮小，且該頂面上具有至少一溝槽，該溝槽係沿著相交於該第一方向的一第二方向而延伸。接著，將加工部以鏟削彎折的方式形成多個並排且豎立於基座部上的鰭片，這些鰭片係沿著第一方向延伸，且溝槽係貫通每一鰭片，每一鰭片係具有遠離基座部的一頂緣，且每一頂緣至底面的距離係沿著第一方向而實質上逐漸縮小。接著，沿著第一方向切削這些鰭片，令這些鰭片的這些頂緣至底面的最大距離小於或等於一預設值。

本發明所揭露之熱交換器，其包含一基座部及多個鰭片。基座部具有一底面。多個鰭片並排設置於基座部上，每一鰭片係具有遠離基座部的一頂緣，且每一頂緣至底面的距離係沿著一第一方向而實質上逐漸縮小，這些頂緣係向下凹陷而共同形成至少一溝槽，且溝槽沿著相交於第一方向的一第二方向延伸。

根據上述本發明所揭露之熱交換器及其製造方法，其中鰭片的頂緣至底面的距離沿著第一方向而實質上逐漸縮小，且溝槽係沿著第二方向延伸而形成於每一鰭片的頂緣上。如此一來，當以刀具沿著第一方向切削鰭片時，切削廢料將可較為順利的脫離鰭片而避免卡在鰭片與鰭片之間的流道，以提升熱交換器之散熱效率。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

請參照「第1圖」，「第1圖」係為根據本發明一實施例之熱交換器的製作流程圖。本實施例之熱交換器係可適用於伺服機櫃內的液冷式散熱模組，以對伺服機櫃內的熱源進行散熱。其中，熱交換器的製作流程如下：

首先，提供一基材，基材包含有一基座部以及位於基座部上的一加工部，加工部具有一頂面，基座部具有一底面，頂面及底面位於基材的相對兩側，且頂面至底面的距離係沿著一第一方向而實質上逐漸縮小(步驟S1)。

接著，沿著相交於第一方向的一第二方向而於頂面上形成至少一溝槽(步驟S2)。

接著，將加工部以鏟削彎折的方式形成多個並排且豎立於基座部上的鰭片，這些鰭片係沿著第一方向延伸，且溝槽係貫通每一鰭片，每一鰭片係具有遠離基座部的一頂緣，且每一頂緣至底面的距離係沿著第一方向而實質上逐漸縮小(步驟S3)。

接著，沿著第一方向切削這些鰭片，令這些鰭片的這些頂緣至底面的最大距離小於或等於一預設值(步驟S4)。

接著，提供一上殼體，具有一容置空間以及連通容置空間的一進液口及一出液口(步驟S5)。

接著，將上殼體組設於基座部，令這些鰭片位於容置空間，且進液口及出液口位於這些鰭片的相對兩端(步驟S6)。

請接著參照「第2A圖」至「第7B圖」，「第2A圖」至「第7B圖」係為根據本發明一實施例之熱交換器的製作過程示意圖。接著，將針對熱交換器的製作過程進行詳細介紹：

首先，提供一基材100，如「第2A圖」所示。基材100之材質可以是但不侷限於一金屬，譬如鋁合金，且基材100可由鋁擠手段來製作形成，但不以此為限。基材100包含有一基座部110以及位於基座部110上的一加工部120。加工部120具有一頂面121，基座部110具有一底面111，頂面121及底面111位於基材100的相對兩側，如「第2B圖」所示。並且，頂面121至底面111的距離係沿著一第一方向d1而實質上逐漸縮小。舉例來說，頂面121係為一斜面，且頂面121的右側端緣至底面111的距離H11係大於頂面121的左側端緣至底面111的距離H12。需注意的是，上述頂面121至底面111的距離沿著第一方向d1實質上逐漸縮小之敘述，其中實質上逐漸縮小泛指有逐漸縮小的趨勢即可。更進一步來說，只要頂面121至底面111的距離沿著第一方向d1而有逐漸縮小的趨勢，即使頂面121的其中一小段落有不規則的高低起伏，也依舊為本發明的範疇。

接著，沿著相交於第一方向d1的一第二方向d2而於頂面121上以譬如銑削的製程形成至少一溝槽122(如「第3A圖」及「第3B圖」所示)。其中，本實施「第3A圖」及「第3B圖」所繪示之溝槽122係以兩個為例，但不以此為限。此外，本實施例之第一方向d1更可實質上係垂直於第二方向d2。所謂的實質上垂直意指設計值雖為直角，但只要是在合理的加工誤差範圍內，都可視為垂直。並且，在其他實施例當中，基材100與溝槽122也可以是透過一鋁擠手段而同時型成。

接著，將加工部120以鏟削彎折的方式形成多個並排且豎立於基座部110上的鰭片130。更進一步來說，以「第4A圖」至「第4C圖」為例，所謂的鏟削彎折方式係以一刀具30沿著一與頂面121夾一銳角θ的切削方向d3鏟削加工部120(如「第4B圖」所示)，以形成一單位的鰭片130。接著，彎折此一鰭片130，以令此鰭片130豎立於基座部110(如「第4C圖」所示)。接著，再重複上述步驟，以形成所有的鰭片130。經彎折後而豎立於基座部110的鰭片130，其頂緣至底面111的距離h2係大於頂面121至底面111的距離h1。並且，若切削方向d3與頂面121所夾的銳角θ之角度越小，則鰭片130經彎折後之頂緣至底面111的距離h2將會越大(意即鰭片130高度越高)。因此，熟悉此項技藝者可根據實際需求來調整銳角θ之角度，以得到期望的鰭片130高度。

並且，這些鰭片130係沿著第一方向d1而延伸，且溝槽122係沿著第二方向d2延伸而貫通每一鰭片130(如「第5A圖」所示)。此外，相鄰的兩鰭片130之間形成有一流道132，而每一鰭片130係具有遠離基座部110的一頂緣131(如「第5B圖」所示)。每一頂緣131係為原本加工部120的頂面121之局部，因此頂緣131也保有了頂面121的部分結構特徵，使得每一頂緣131至底面111的距離也同樣地沿著第一方向d1而實質上逐漸縮小。舉例來說，如「第5C圖」所示，右側頂緣131至底面111的距離H21係大於左側頂緣131至底面111的距離H22。其中，由於頂面121於未加工前係為一斜面，因此於鏟削彎折方式形成鰭片130後，每一鰭片130的頂緣131係概略為一斜線，如「第5C圖」所示。需注意的是，上述頂緣131的外型非用以限定本發明。舉例來說，若頂面121於未加工前係為一階梯面，則於鏟削彎折後所形成的鰭片130之頂緣131則概略為一階梯狀之折線，如「第8圖」所示。

接著，以刀具32(如銑刀)沿著第一方向d1切削這些鰭片130(如「第6A圖」所示)，以令這些鰭片130的頂緣131至底面111的最大距離小於或等於一預設值h3(如「第6B圖」所示)。預設值h3係可根據實際需求而自行定義，其目的在於使鰭片130的高度控制在一範圍內，以避免後續組裝製程時，鰭片130因高度過高而與其他元件(譬如「第7A圖」的上殼體200)產生干涉。

由於本實施例之鰭片130的頂緣131至底面111的距離係沿著第一方向d1而實質上逐漸縮小，且溝槽122係沿著第二方向d2延伸而形成於每一鰭片130的頂緣131上。如此一來，當刀具32沿著第一方向d1切削鰭片130時，切削廢料將可較為順利的脫離鰭片130而避免卡在兩鰭片130之間的流道132中。

接著，提供一上殼體200，如「第7A圖」所示。上殼體200具有一容置空間201以及連通容置空間201的一進液口210及一出液口220。

接著，將上殼體200組設於基座部110，以令這些鰭片130位於容置空間201，且進液口210及出液口220位於這些鰭片130的相對兩端如(「第7B圖」所示)。其中，「第7B圖」繪示之上殼體200係組設於基座部110的邊緣，然此特徵非有限定本發明。舉例來說，在其他實施例中，上殼體200也可以是組設於基座部110之上，如「第7C圖」所示。

此外，本實施例之上殼體200係可以焊接的方式設置於基座部110，但不以此為限。並且，當上殼體200組設於基座部110時，頂緣131鄰近進液口210的一端至底面111的距離H23係大於頂緣131鄰近出液口220的一端至底面111的距離H22。更進一步來說，頂緣131鄰近進液口210的一端實質上係貼合於上殼體200。

請繼續參照「第7A圖」及「第7B圖」，本實施例之熱交換器10係可經由上述的製作過程來完成。其中，熱交換器10包含上述的基座部110及多個鰭片130。基座部110具有底面111。多個鰭片130並排設置於基座部110遠離底面111的一側，每一鰭片130係具有遠離基座部110的頂緣131，且每一頂緣131至底面111的距離係沿著第一方向而實質上逐漸縮小。並且，這些頂緣131係向下凹陷而共同形成至少一溝槽122，且每一溝槽122係沿著相交於第一方向d1的第二方向d2延伸。其中，第一方向d1實質上垂直第二方向d2。其中，頂緣131可概略為一斜線或是一階梯狀之折線，但不以此為限。

此外，本實施例之熱交換器10還包含一上殼體200。上殼體200具有一容置空間201以及連通容置空間201的一進液口210及一出液口220。上殼體200設置於基座部110，且這些鰭片130位於容置空間201，且進液口210及出液口220位於這些鰭片130的相對兩端。其中，頂緣131鄰近進液口210的一端至底面111的距離H23係大於頂緣131鄰近出液口220的一端至底面111的距離H22。並且，頂緣131鄰近進液口210的一端實質上係貼合於上殼體200。如此一來，冷卻流體由進液口210流進容置空間201內時，將可避免冷卻流體由這些鰭片130之頂緣131與上殼體200之間的空隙溢流而未與鰭片130接觸，進而影響了散熱效率。

根據上述實施例之熱交換器及其製造方法，係藉由鰭片的頂緣至底面的距離沿著第一方向而實質上逐漸縮小，且溝槽係沿著第二方向延伸而形成於每一鰭片的頂緣上，使得當刀具沿著第一方向切削鰭片時，切削廢料將可較為順利的脫離鰭片而避免卡在鰭片與鰭片之間的流道。是以這樣的熱交換器之結構與製造方法^， 除了可精確地控制鰭片高度外，也可避免切削廢料卡在流道中而造成堵塞。如此一來，本實施例之熱交換器之結構與製造方法可以改善冷卻流體所產生的小氣泡不易脫逸之問題，進而提升熱交換器之散熱效率。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．熱交換器

30．．．刀具

32．．．刀具

100．．．基材

110．．．基座部

111．．．底面

120．．．加工部

121．．．頂面

122‧‧‧溝槽

130‧‧‧鰭片

131‧‧‧頂緣

132‧‧‧流道

200‧‧‧上殼體

201‧‧‧容置空間

210‧‧‧進液口

220‧‧‧出液口

第1圖係為根據本發明一實施例之熱交換器的製作流程圖。

第2A圖至第7B圖係為根據本發明一實施例之熱交換器的製作過程示意圖。

第7C圖係為根據本發明另一實施例之熱交換器的結構剖示圖。

第8圖係為根據本發明另一實施例之熱交換器的結構示意圖。

Claims (9)

1. 一種熱交換器的製造方法，其步驟包含：提供一基材，該基材包含有一基座部以及位於該基座部上的一加工部，該加工部具有一頂面，該基座部具有一底面，該頂面及該底面位於該基材的相對兩側，且該頂面至該底面的距離係沿著一第一方向而實質上逐漸縮小，且該頂面上具有至少一溝槽，該溝槽係沿著相交於該第一方向的一第二方向而延伸；將該加工部以鏟削彎折的方式形成多個並排且豎立於該基座部上的鰭片，該些鰭片係沿著該第一方向延伸，且該溝槽係貫通每一該鰭片，每一該鰭片係具有遠離該基座部的一頂緣，且每一該頂緣至該底面的距離係沿著該第一方向而實質上逐漸縮小；以及沿著該第一方向切削該些鰭片，令該些鰭片的該些頂緣至該底面的最大距離小於或等於一預設值。
2. 如請求項第1項所述之熱交換器的製造方法，其中將該加工部以鏟削彎折的方式形成多個並排且豎立於該基座部上的鰭片之步驟，更包含：以一與該頂面夾一銳角的切削方向鏟削該加工部，以形成一單位的該鰭片；以及彎折該鰭片，令該鰭片豎立於該基座部。
3. 如請求項第1項所述之熱交換器的製造方法，其中該些頂緣概略為一階梯狀之折線。
4. 如請求項第1項所述之熱交換器的製造方法，其中該些頂緣概略為一斜線。
5. 如請求項第1項所述之熱交換器的製造方法，更包含以鋁擠方式製作該基材。
6. 一種熱交換器，其包含：一基座部，具有一底面；多個鰭片，並排設置於該基座部遠離該底面的一側，每一該鰭片係具有遠離該基座部的一頂緣，且每一該頂緣至該底面的距離係沿著一第一方向而實質上逐漸縮小，該些頂緣係向下凹陷而共同形成至少一溝槽，且該溝槽沿著相交於該第一方向的一第二方向延伸；以及一上殼體，具有一容置空間以及連通該容置空間的一進液口及一出液口，該上殼體設置於該基座部，且該些鰭片位於該容置空間，且該進液口及該出液口位於該些鰭片的相對兩端。
7. 如請求項第6項所述之熱交換器，其中該些頂緣鄰近該進液口的一端至該底面的距離係大於該些頂緣鄰近該出液口的一端至該底面的距離，且該些頂緣鄰近該進液口的一端實質上係貼合於該上殼體。
8. 如請求項第6項所述之熱交換器，其中該些頂緣概略為一階梯狀之折線。
9. 如請求項第6項所述之熱交換器，其中該些頂緣概略為一斜線。