TWI635248B

TWI635248B - 蒸發器及其製作方法

Info

Publication number: TWI635248B
Application number: TW105128432A
Authority: TW
Inventors: 王勇智; 謝錚玟; 廖文能; 柯召漢
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-09-11
Also published as: US20180066894A1; EP3290850B1; EP3290850A1; TW201809577A; US11402157B2; US20200124351A1; US10563926B2

Abstract

一種蒸發器，適用於散熱模組。散熱模組包括管件以及流體。蒸發器包括殼體與第一散熱結構。殼體具有用於與管件相連通的腔室，流體配置用以在管件與腔室中流動。第一散熱結構設置腔室中，其中第一散熱結構具有多個第一流道，且流體在腔室中流動時流經這些第一流道。本發明另提出一種蒸發器的製作方法。

Description

蒸發器及其製作方法

本發明是有關於一種蒸發器及其製作方法，且特別是有關於一種適用於散熱模組的蒸發器及其製作方法。

近年來，隨著科技產業日益發達，電子裝置例如筆記型電腦、平板電腦與智慧型手機等產品已頻繁地出現在日常生活中。這些電子裝置內部所搭載的部分電子元件在運作過程中通常會產生熱能，一旦熱能積累於電子裝置內部而無法即時地逸散至外界，便會對電子裝置的效能造成影響。因此，電子裝置內部通常會設置散熱模組或散熱元件，例如是散熱風扇、散熱貼材、散熱管或兩相流虹吸式散熱系統(two-phase thermosyphon cooling system)，以協助將電子元件運作時所產生的熱能逸散至外界。

在上述的散熱模組或散熱元件中，散熱貼材與散熱管的散熱效果有限，因此又以散熱風扇的使用最為廣泛。然而，散熱風扇的運作需仰賴電子裝置的電池所提供的電力，勢必會加速電力的消耗。目前，亦有部分電子裝置採用兩相流虹吸式散熱系統，以透過流體在相變化時所需的潛熱，來達到散熱之目的。然而，兩相流虹吸式散熱系統需藉由位能差以及流體分子間的引力來作為流體在管路中循環的動力，一旦電子裝置與重力方向之間的相對狀態改變，便可能對流體的循環效果造成影響。

本發明提供一種蒸發器，其能提高散熱模組中的流體的循環效果。

本發明提供一種蒸發器的製作方法，其能提高產品良率並降低製作成本。

本發明的蒸發器，適用於散熱模組，其中散熱模組包括管件以及流體。蒸發器包括殼體與第一散熱結構。殼體具有用於與管件相連通的腔室，流體配置用以在管件與腔室中流動。第一散熱結構設置於腔室中，其中第一散熱結構具有多個第一流道，且可供流體在腔室中流動時流經這些第一流道。

本發明的蒸發器的製作方法包括以下步驟。形成第一散熱結構，其中第一散熱結構具有多個第一流道。形成殼體，其中殼體具有腔室、第一開口與第二開口。將第一散熱結構設置於腔室中，使得腔室可供流體經由這些第一流道在第一開口與第二開口之間流動。

基於上述，本發明的蒸發器係在殼體的腔室內設置有第一散熱結構，且第一散熱結構具有多個第一流道，以供流體通過。如此設置下，有助於提高流體與殼體之間的接觸面積，以提高流體接收自電子元件或熱管傳導至殼體的熱量後的汽化速率以及流體於管件與腔室所構成的迴路內的循環效果。另一方面，第一散熱結構係在製作完成後才組裝至殼體內，相較於現有的蒸發器的製作方式而言，例如採用蝕刻或以電腦數值控制工具進行加工以形成位於蒸發器內的散熱結構，本發明的蒸發器的製作方法不僅能提高產品良率，亦能降低製作成本。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是本發明一實施例的蒸發器的爆炸示意圖。圖2是圖1的蒸發器與散熱模組的結構示意圖。圖3是圖2的蒸發器與散熱模組的俯視示意圖。圖4是圖3沿剖線I-I的剖面示意圖。為求清楚表示與便於說明，圖2與圖3的蓋體140係以虛線繪示。請參考圖1至圖4，在本實施例中，蒸發器100可整合於散熱模組10，且設置於電子裝置(圖未示)中。電子裝置(圖未示)可以是智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、擴充基座或其他電子產品，且其內部設置有電子元件(圖未示)例如是中央處理器或顯示晶片。散熱模組10可透過蒸發器100熱耦接於電子元件(圖未示)，例如蒸發器100直接接觸電子元件(圖未示)而吸收電子元件(圖未示)所產生的熱量，或者是使蒸發器100透過熱管20吸收電子元件(圖未示)所產生的熱量。藉此，電子元件(圖未示)運行時所產生的熱量可透過蒸發器100與散熱模組10逸散至外界。

蒸發器100與散熱模組10可構成虹吸式散熱組件，其中散熱模組10包括第一管件11、第二管件12與流體13（在圖式中以箭號代表其流向），第一管件11與第二管件12分別連通於蒸發器100，且流體13配置用以在第一管件11、第二管件12以及蒸發器100中流動。蒸發器100可包括殼體110、第一散熱結構120、第二散熱結構130以及蓋體140，其中殼體110具有腔室111、第一開口112以及相對於第一開口112的第二開口113，且第一開口112與第二開口113分別連通於腔室111。另一方面，第一管件11穿設於第一開口112，而與腔室111相連通。第二管件12穿設於第二開口113，而與腔室111相連通。詳細而言，流體13可經由第一管件11流入腔室111，再經由第二管件12自腔室111流出。第二管件12的末端可直接連接第一管件11，即第二管件12與第一管件11為同一管件的兩端末端部分，或者第二管件12的末端可透過冷凝器(圖未示)間接地連接第一管件11，使流體自第二管件12流出腔室111後能繼續流動至第一管件11，再進一步流入腔室111。也就是說，第一管件11、第二管件12以及腔室111可構成供流體13循環流動的迴路。

在本實施例中，腔室111可概分為第一蒸發區111a與第二蒸發區111b，由第一開口112向第二開口113觀之，第一蒸發區111a與第二蒸發區111b大致上分列於腔室的左右兩側，電子元件(圖未示)可透過熱管20熱耦接於殼體110，且熱管20位於第一蒸發區111a的正下方。熱管20的熱量可經由殼體110傳導至腔室111內，在流體13經由第一管件11流入腔室111後，其會分別流經第一蒸發區111a與第二蒸發區111b，並吸收熱量而產生相變化，例如使液態的流體13轉變為氣態的流體13，並隨著氣態的流體13經由第二管件12流出腔室111而使熱量隨之被帶離。氣態的流體13可隨著第二管件12與第一管件11通過電子裝置(圖未示)的其他溫度較低的部位，而再次進行相變化冷凝(由氣態轉變回液態)，將前述熱量散逸至外界。之後，由氣態轉變回液態的流體13可再經由第一管件11回流到腔室111中。

第一散熱結構120與第二散熱結構130並列於腔室111中，由第一開口112向第二開口113觀之，第二散熱結構130排列於第一散熱結構120的後方。第一散熱結構120與第二散熱結構130可透過焊接的方式固定於殼體110，舉例來說，可先在第一、二散熱結構120、130與殼體110之間設置錫膏或其他焊料，並在第一、二散熱結構120、130設置於殼體110後加熱，使第一散熱結構120以及第二散熱結構130分別與殼體110焊接，藉以提高第一、二散熱結構120、130與殼體110之間的熱傳導效率。然而，在其他實施例中，在第一、二散熱結構與殼體之間可使用如導熱膏之導熱介質，或將第一、二散熱結構單純地接觸於殼體，而未進行焊接，亦為可選擇的作法。蓋體140設置於殼體110上，且覆蓋腔室111以及位於腔室111中的第一散熱結構120與第二散熱結構130，使得腔室111密閉於外界。準確來說，蓋體140覆蓋腔室111後，腔室111與第一管件11以及第二管件12構成密閉空間。

舉例來說，蓋體140與殼體110的銜接處可設有防洩漏結構，以防止流體13自蓋體140與殼體110的銜接處洩漏至電子裝置(圖未示)的內部，而造成電子元件(圖未示)故障或損壞，較佳者，蓋體140周圍均焊接於殼體110而能將腔室111密封。特別說明的是，殼體110還具有承載面114，其中腔室111開設於承載面114，承載面114實質上係與第一散熱結構120的第一上表面123以及第二散熱結構130的第二上表面133相齊平，且蓋體140抵接承載面114、第一上表面123以及第二上表面133，如此可利用第一散熱結構120與第二散熱結構130支撐蓋體140，減少或避免在焊接蓋體140於殼體110時蓋體140受熱軟化而向腔室111內塌陷的情形發生。

另一方面，第一散熱結構120位於第一開口112與第二散熱結構130之間，且第二散熱結構130位於第一散熱結構120與第二開口113之間。第一散熱結構120橫跨第一蒸發區111a與第二蒸發區111b，且具有多個第一流道121與122，相似地，第二散熱結構130橫跨第一蒸發區111a與第二蒸發區111b，且具有多個第二流道131與132。因此，自第一開口112流入腔室111內的流體13係先通過第一流道121與122，再通過第二流道131與132，最後自第二開口113流出腔室111。

詳細而言，第一散熱結構120可由多個第一結構件120a與120b所構成，並由這些相互卡合的第一結構件120a定義出第一流道121以及由這些相互卡合的第一結構件120b定義出第一流道122。在本實施例中，第一蒸發區111a的深度D1小於第二蒸發區111b的深度D2，其中第一結構件120a設置於第一蒸發區111a內，且第一結構件120a的高度實質上等於深度D1。第一結構件120b設置於第二蒸發區111b內，且第一結構件120b的高度實質上等於深度D2。另一方面，第一結構件120b的數量例如是大於第一結構件120a的數量，因此第一結構件120a與120b分別具有兩不同尺寸，其中位於第一蒸發區111a內的第一流道121的截面形狀(或截面積)不同於位於第二蒸發區111b內的第一流道122的截面形狀(或截面積)，且第一流道121的數量小於第一流道122的數量。

第二散熱結構130可由多個第二結構件130a與130b所構成，並由這些相互卡合的第二結構件130a定義出第二流道131以及由這些相互卡合的第二結構件130b定義出第二流道132。在本實施例中，第二結構件130a設置於第一蒸發區111a內，且第二結構件130a的高度實質上等於深度D1。第二結構件130b設置於第二蒸發區111b內，且第二結構件130b的高度實質上等於深度D2。另一方面，第二結構件130b的數量例如是大於第二結構件130a的數量，因此第二結構件130a與130b分別具有兩不同尺寸，其中位於第一蒸發區111a內的第二流道131的截面形狀(或截面積)不同於位於第二蒸發區111b內的第二流道132的截面形狀(或截面積)，且第二流道131的數量小於第二流道132的數量。

在本實施例中，第一結構件120a、120b與第二結構件130a、130b均為截面呈C形的長條板，並可成排地相互卡合，從而在相鄰的結構件之間形成第一流道與第二流道。然而，基於成本或組裝的其他考量之下，在其他實施例中，第一結構件與第二結構件可具有L形、倒T形或Z形等截面形狀，且兩相卡合的結構件之間仍可形成流道。

請繼續參考圖1至圖4，第二結構件130a的數量等於第一結構件120a的數量，且第二結構件130b的數量小於第一結構件120b的數量。換句話說，第一流道121的數量及截面積例如是等於第二流道131的數量及截面積，第一流道122的截面積例如是小於第二流道132的截面積，且第一流道122的數量例如是大於第二流道132的數量。詳細而言，第一散熱結構120與第二散熱結構130的設計，主要係用以增加流體13與殼體110之間的接觸面積。

在本實施例中，由於第一流道122的數量例如是大於第二流道132的數量，因此第一散熱結構120與流體13的接觸面積可大於第二散熱結構130與流體13的接觸面積。如此一來，流經第一散熱結構120的流體13的汽化速率可大於流經第二散熱結構130的流體13的汽化速率，進而於腔室111內產生壓力差，以增加動壓(dynamic pressure)來驅動汽化後的流體13流向第二開口113。藉此，流體13於第一管件11、第二管件12以及腔室111所構成的迴路內的循環效果便能獲得顯著地提升。

其次，在局部的第二蒸發區111b中或是整個第二蒸發區111b中，第一流道122的平均截面積小於第二流道132的平均截面積，因此在第一流道122內汽化後的流體13所產生的氣泡較為致密，相較於此，在第二流道132內汽化後的流體13所產生的氣泡的體積較大。基於在第一流道122內汽化後的流體13所產生的氣泡的尺寸小於在第二流道132內汽化後的流體13所產生的氣泡的尺寸，第一流道122所在處的壓力可較第二流道132所在處的壓力為大。換言之，第一流道122所在處與第二流道132所在處之間存在一壓力差，透過此壓力差可驅動氣態的流體13依序經由第一流道122與第二流道132而自第二開口113順暢地流出腔室111，進而提高流體13(包含液態與氣態)於第一管件11、第二管件12以及腔室111所構成的迴路內的流動速率。

另一方面，由於在第一流道122內汽化後的流體13所產生的氣泡較為致密，且第二流道132的截面積例如是大於第一流道122的截面積，因此在第一流道122內汽化後的流體13所產生的氣泡可順利地通過第二流道132，而不會阻塞於其中。在本實施例中，殼體110還具有第一定位部115、第二定位部116以及第三定位部117，其中第一定位部115、第二定位部116以及第三定位部117各別自從殼體110凸出於腔室111中，且並排於腔室111中。相對於流體13的流動方向，第一定位部115、第二定位部116以及第三定位部117呈現橫向的肋條狀，橫跨第一蒸發區111a與第二蒸發區111b。

此外，在本實施例中，第一散熱結構120所具有的第一結構件120a、120b較第二散熱結構130所具有的第二結構件130a、130b多，使得第一流道121與122的總截面積小於第二流道131與132的總截面積，第一散熱結構120具有的流阻大於第二散熱結構130具有的流阻，當腔室111內的流體13汽化後會傾向於沿流阻較低的方向流動，而有助於使流體13向第二結構件130a、130b及第二開口113的方向流動。

如圖2與圖3所示，第一定位部115位於第二定位部116與第一開口112之間，第二定位部116位於第一定位部115與第三定位部117之間，且第三定位部117位於第二定位部116與第二開口113之間。第一散熱結構120設置於兩相鄰的第一定位部115與第二定位部116之間，藉由第一定位部115與第二定位部116的定位可提高組裝第一散熱結構120至殼體110的便利性。第二散熱結構130設置於兩相鄰的第二定位部116與第三定位部160之間，藉由第二定位部116與第三定位部160的定位可提高組裝第二散熱結構130至殼體110的便利性。另一方面，位於第一散熱結構120與第二散熱結構130之間的第二定位部116可將兩者分隔開來，藉以提高流體13自第一流道121或122流動至第二流道131或132的流動性，使得在第一流道121與122內汽化後的流體13所產生的氣泡可依最短路徑流入第二流道131或132。

請參考圖1與圖2，在本實施例中，蒸發器100的製作方法包括以下步驟：首先，分別製作殼體110、蓋體140以及第一結構件120與第二結構件130。殼體110例如是利用鍛造、鑄造或切削加工方式製作而成。第一結構件120a、120b與第二結構件130a、130b例如是透過鍛造的方式製作出多個第一結構件120a、120b以及第二結構件130a、130b。接著，使任兩相鄰的第一結構件120a彼此卡合、任兩相鄰的第一結構件120b彼此卡合以及其中一個第一結構件120a卡合於其中一個第一結構件120b以構成具有多個第一流道121與122的第一散熱結構120。相似地，使任兩相鄰的第二結構件130a彼此卡合、任兩相鄰的第二結構件130b彼此卡合以及其中一個第二結構件130a卡合於其中一個第二結構件130b以構成具有多個第二流道131與132的第二散熱結構130。

接著，組裝第一散熱結構120與第二散熱結構130於腔室111中，並可透過焊接的方式使第一散熱結構120與第二散熱結構130固定於殼體110。詳細而言，第一散熱結構120與第二散熱結構130皆橫跨第一蒸發區111a與第二蒸發區112a。之後，設置蓋體140於殼體110上，並使蓋體140覆蓋腔室111以及位於腔室111內的第一散熱結構120與第二散熱結構130。值得一提的是，在利用錫膏焊接的情形下，在第一散熱結構120與殼體110之間、第二散熱結130構與殼體110之間以及蓋體140與殼體110之間的焊接，可以在組裝完成後經由單一次加熱焊接完成，或者是在蓋體140與殼體110之間進行焊接時，因殼體110受熱而使第一散熱結構120與殼體110之間以及第二散熱結構130與殼體110之間的錫膏一同完成焊接，在加工程序具有優勢。相較於現有的蒸發器的製作方式而言，例如採用蝕刻或以電腦數值控制工具進行加工以形成一體成型於殼體的散熱結構，本實施例的蒸發器100的製作方法不僅能提高產品良率，亦能降低製作成本。

在其他實施例中，第一散熱結構的第一結構件與第二散熱結構的第二結構件也可以在鍛造加工製作成型後，不經過彼此卡合的步驟而直接排列組裝於殼體中，以製作完成蒸發器。

綜上所述，本發明的蒸發器係在殼體的腔室內設置有第一散熱結構與第二散熱結構，且第一散熱結構與第二散熱結構分別具有多個第一流道與第二流道，以供流體通過。如此設置下，有助於提高流體與殼體之間的接觸面積，以提高流體的汽化速率。詳細而言，由於位於第二蒸發區內的第一流道的數量大於位於第二蒸發區內的第二流道的數量，且位於第二蒸發區內的第一流道的截面積小於位於第二蒸發區內的第二流道的的截面積，因此在流體汽化後，位於第二蒸發區內的第一流道所在處與位於第二蒸發區內的第二流道所在處之間存在一壓力差，透過此壓力差可驅動氣態的流體依序經由第一流道與第二流道而自第二開口順暢地流出腔室，進而提高流體於管件與腔室所構成的迴路內的流動速率。

另一方面，本發明的第一散熱結構與第二散熱結構可經由鍛造與卡合等步驟製作而得，接著組裝至殼體內，相較於蝕刻或以電腦數值控制工具進行切削加工以形成一體成型於殼體的散熱結構，本發明的蒸發器的製作方法不僅能提高產品良率及生產效率，亦能降低製作成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧散熱模組

11‧‧‧第一管件

12‧‧‧第二管件

13‧‧‧流體

20‧‧‧熱管

100‧‧‧蒸發器

110‧‧‧殼體

111‧‧‧腔室

111a‧‧‧第一蒸發區

111b‧‧‧第二蒸發區

112‧‧‧第一開口

113‧‧‧第二開口

114‧‧‧承載面

115‧‧‧第一定位部

116‧‧‧第二定位部

117‧‧‧第三定位部

120‧‧‧第一散熱結構

120a、120b‧‧‧第一結構件

121、122‧‧‧第一流道

123‧‧‧第一上表面

130‧‧‧第二散熱結構

130a、130b‧‧‧第二結構件

131、132‧‧‧第二流道

133‧‧‧第二上表面

140‧‧‧蓋體

D1、D2‧‧‧深度

圖1是本發明一實施例的蒸發器的爆炸示意圖。圖2是圖1的蒸發器與散熱模組的結構示意圖。圖3是圖2的蒸發器與散熱模組的俯視示意圖。圖4是圖3沿剖線I-I的剖面示意圖。

Claims

一種蒸發器，適用於一散熱模組，其中該散熱模組包括一管件與一流體，該蒸發器包括：一殼體，具有用於與該管件相連通的一腔室，可供該流體配置用以在該管件與該腔室中流動；一第一散熱結構，設置於該腔室中，其中該第一散熱結構具有多個第一流道，且可供該流體在該腔室中流動時流經該些第一流道，該些第一流道具有兩不同截面積。
如申請專利範圍第1項所述的蒸發器，其中該殼體還具一第一開口與相對於該第一開口的一第二開口，該管件透過該第一開口與該第二開口連通於該腔室，該腔室具有一第一蒸發區與一第二蒸發區，由該第一開口向該第二開口觀之，該第一蒸發區與該第二蒸發區分列於該腔室的左右兩側，該第一散熱結構橫跨該第一蒸發區與該第二蒸發區。
如申請專利範圍第2項所述的蒸發器，更包括：一第二散熱結構，設置於該腔室中，且具有多個第二流道，其中該第一散熱結構位於該第一開口與該第二散熱結構之間，且該第二散熱結構位於該第一散熱結構與該第二開口之間，使得該流體能自該第一開口流入該腔室，並依序通過該些第一流道與該些第二流道而自該第二開口流出腔室。
如申請專利範圍第2項所述的蒸發器，其中該第一蒸發區的深度小於該第二蒸發區的深度。
如申請專利範圍第3項所述的蒸發器，其中位於該第一蒸發區內的該些第一流道的數量等於位於該第一蒸發區內的該些第二流道的數量。
如申請專利範圍第3項所述的蒸發器，其中位於該第二蒸發區內的各該第一流道的截面積小於位於該第二蒸發區內的各該第二流道的截面積。
如申請專利範圍第1項所述的蒸發器，其中該第一散熱結構包括多個C形之結構件，且任兩相鄰的該些C形之結構件彼此卡合。
如申請專利範圍第3項所述的蒸發器，其中該第二散熱結構包括多個C形之結構件，且任兩相鄰的該些C形之結構件彼此卡合。
如申請專利範圍第1項所述的蒸發器，更包括：一蓋體，設置於該殼體上且覆蓋該腔室，該殼體還具有一承載面，該腔室開設於該承載面，該承載面與該第一散熱結構的一第一上表面相齊平，且該蓋體抵接該承載面與該第一上表面。
如申請專利範圍第3項所述的蒸發器，其中該殼體還具有一第一定位部、一第二定位部以及一第三定位部，該第一定位部、該第二定位部以及該第三定位部並列於該腔室中，且該第一定位部、該第二定位部以及該第三定位部橫跨該第一蒸發區與該第二蒸發區，該第一散熱結構設置於兩相鄰的該第一定位部與該第二定位部之間，該第二散熱結構設置於兩相鄰的該第二定位部與該第三定位部之間。
如申請專利範圍第1項所述的蒸發器，其中該第一散熱結構與該殼體焊接結合。
一種蒸發器的製作方法，包括：形成一第一散熱結構，該第一散熱結構具有多個第一流道；形成一殼體，該殼體具有一腔室、一第一開口與一第二開口；將該第一散熱結構設置於該腔室中，使得該腔室可供一流體經由該些第一流道在該第一開口與該第二開口之間流動，該些第一流道具有兩不同截面積。
如申請專利範圍第12項所述的蒸發器的製作方法，其中該腔室具有一第一蒸發區與一第二蒸發區，由該第一開口向該第二開口觀之，該第一蒸發區與該第二蒸發區分列於該腔室的左右兩側，該第一散熱結構橫跨該第一蒸發區與該第二蒸發區。
如申請專利範圍第12項所述的蒸發器的製作方法，更包括：形成一第二散熱結構，該第二散熱結構具有多個第二流道；以及將該第二散熱結構設置於該腔室中，使得該腔室可供流體依序流經該些第一流道與該些第二流道。
如申請專利範圍第14項所述的蒸發器的製作方法，其中該些第一流道的平均截面積小於該些第二流道的平均截面積。
如申請專利範圍第12項所述的蒸發器的製作方法，其中該形成該第一散熱結構的步驟包括：鍛造形成多個C形之結構件；以及將該些結構件彼此併排排列，使得兩相鄰的該些C形之結構件之間形成一第一流道。
如申請專利範圍第12項所述的蒸發器的製作方法，其中在將該第一散熱結構設置於該腔室中後，將一蓋體設置於該殼體上。
如申請專利範圍第12項所述的蒸發器的製作方法，其中將該第一散熱結構設置於該腔室中的方法包括使該第一散熱結構與該殼體焊接結合。