TWI650520B - 相變化蒸發器及相變化散熱裝置 - Google Patents

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Abstract

一種相變化蒸發器及相變化散熱裝置，相變化蒸發器係於蒸發器本體中設一補強板，將具有導熱鰭片的蒸發室區隔成兩空間，該兩空間共同連通冷媒出口，蒸發器本體的側壁設有開口面積小於冷媒出口的冷媒入口，相變化散熱裝置係自相變化蒸發器之冷媒出口及冷媒入口分別接設冷媒輸出管、冷媒回流管連接冷凝器而組成一冷媒循環迴路，冷媒循環迴路中裝填冷媒。其中利用補強板強化相變化蒸發器的構造以及將蒸發室分隔成兩個空間之構造，在相變化蒸發器接觸熱源而使冷媒蒸發為氣態時，可使蒸發室中的內部氣壓提高，搭配開口大小不等的冷媒出口與冷媒入口產生之氣體壓力差異，使得氣態冷媒能夠加速朝冷媒出口方向通過，提升冷媒循環流動性能。

Description

相變化蒸發器及相變化散熱裝置
本發明係關於一種散熱裝置，尤指一種利用冷媒相變化產生吸熱與放熱作用之散熱裝置及其相變化蒸發器。
現有的電子產品在運作時，通常會連帶產生熱，為避免電子產品因溫度過高而不正常運作或損壞，一般而言，在電子產品的主要發熱源處，皆會裝設有散熱裝置，通過散熱裝置吸收發熱源所產生的熱，並快速地散發於外，使電子產品維持於適當的工作溫度。
目前常用於電子產品散熱用途的散熱裝置，是以相變化散熱裝置為主，習知的相變化散熱裝置組成構造，其主要係於一蒸發器與一冷凝器之間以複數冷媒導管串接組成一密閉的冷媒循環迴路，並於該密閉的冷媒循環迴路裝填冷媒，該相變化散熱裝置利用蒸發器的底板吸收熱源產生的熱，使蒸發器中之冷媒吸熱轉化為氣態之相變化，氣態冷媒通過冷媒導管流向冷凝器散熱後，冷媒降溫而轉化為液態，液態冷媒再通通另一冷媒導管回流至蒸發器中重新再吸熱，藉此具備循環散熱功能的相變化散熱裝置為電子產品之熱源提供冷卻功能。
前揭相變化散熱裝置雖能對電子產品之熱源提供散熱功能，但是，該蒸發器因係一內有蒸發室的中空體，其結構強度較差。而且當蒸發器之底板接觸熱源後，蒸發器中的吸熱轉為氣態的冷媒位於單一寬闊的蒸發室而難達到較高的氣壓壓力狀態，加以連接於蒸發器相異兩側之冷媒管為相同口徑的 冷媒導管，彼此之流體壓力相當，致氣態冷媒難以朝向冷媒出口方向流動，造成冷媒的循環流動性不佳。雖現有相變化散熱裝置進一步利用蒸發器連接二冷媒導管之位置呈一上一下之構造，以期利用冷媒對熱的相變化，氣態冷媒上升之原理，以期導引氣態冷媒流動方向，但是現有蒸發室的構造難以有效提升其內壓，故仍有冷媒的循環流動性不佳之問題。
本發明之主要目的在於提供一種相變化蒸發器，解決現有相變化蒸發器之蒸發器本體強度不佳，以及難以提供氣態冷媒良好的流動性等問題。
為了達成前揭目的，本發明所提出之相變化蒸發器係包含：一蒸發器本體，其包含一導熱底板、一外殼以及一導流端部，該外殼固設於該導熱底板上，在該外殼與該導熱底板之間形成一蒸發室，該外殼頂部具有一連通該蒸發室的通口，該外殼的側壁設有一冷媒入口，該導流端部設於該外殼的頂部，該導流端部中具有一導流室，該導流室通過該通口連通該蒸發室，該導流端部的側壁設有一連通該導流室的冷媒出口，該冷媒出口的位置高於該冷媒入口的位置，且該冷媒出口的開口面積大於該冷媒入口的開口面積；一補強板，係裝設於該蒸發器本體的蒸發室中，該補強板固接於該導熱底板與該外殼的頂部之間，且將該蒸發室區隔成兩空間以及將該蒸發室通往該通口之部位區隔為兩通道，該補強板中形成多個穿孔，使該蒸發室位於該補強板兩側的空間通過該多個穿孔而相互連通；以及多個導熱鰭片，係設置於該蒸發器本體的蒸發室中且分布於該補強板兩側的空間。
為了達成前揭目的，本發明另外提出之相變化散熱裝置係包含：一如上所述的相變化蒸發器；一冷凝器，其包含一第一冷凝基管、一第二冷凝基管、複數散熱導管以及複數散熱件，該第一冷凝基管與第二冷凝基管係直立設置且間隔排列，該複數散熱導管上下排列地連接於該第一冷凝基管與該第二冷凝基管之間，所述複數散熱件係分布排列且導熱性接觸該複數散熱導管之外表面；一冷媒輸出管，其連接該第一冷凝基管上段與該相變化蒸發器的冷媒出口之間；一冷媒回流管，其連接該第二冷凝基管下段與該相變化蒸發器旳冷媒入口之間，該冷媒回流管的徑向截面積小於該冷媒輸出管的徑向截面積，該相變化蒸發器、該冷媒輸出管、該冷凝器與該冷媒回流管組成一封閉的冷媒循環迴路；以及一冷媒，係裝填該冷媒循環迴路中。
藉由前揭相變化蒸發器與相變化散熱裝置創作，其主要係利用相變化蒸發器之蒸發室中設置複數自導熱底板頂面向上凸伸的導熱鰭片，增加導熱面積，提昇冷媒蒸發的性能；該相變化蒸發器於蒸發器本體的蒸發室中設一具有多穿孔的補強板，強化相變化蒸發器的構造，且該補強板利用將具有導熱鰭片的蒸發室區隔成兩空間，該兩空間共同連通冷媒出口，藉此，相變化蒸發器接觸熱源，使冷媒吸熱蒸發為氣態時，分隔成兩空間的蒸發室構造可使內部氣壓提高，再搭配開口大小不等的冷媒出口與冷媒入口產生之氣體壓力差異，使得氣態冷媒能夠加速朝冷媒出口方向通過，提升冷媒循環流動性能。
10‧‧‧相變化蒸發器
11‧‧‧蒸發器本體
111‧‧‧導熱底板
112‧‧‧外殼
1120‧‧‧頂板
1121‧‧‧環周壁
113‧‧‧導流端部
1130‧‧‧導流室
114‧‧‧蒸發室
114A、114B‧‧‧空間
115‧‧‧冷媒入口
116‧‧‧通口
117‧‧‧冷媒出口
12‧‧‧補強板
121‧‧‧穿孔
122‧‧‧板邊
13、13A‧‧‧導熱鰭片
20‧‧‧冷凝器
21‧‧‧第一冷凝基管
22‧‧‧第二冷凝基管
23‧‧‧散熱導管
24‧‧‧散熱件
30‧‧‧冷媒輸出管
40‧‧‧冷媒回流管
50‧‧‧發熱源
圖1係本發明相變化蒸發器的一較佳實施例的立體示意圖。
圖2係圖1所示相變化蒸發器較佳實施例的側視剖面示意圖。
圖3係圖1所示相變化蒸發器的另一側視剖面示意圖。
圖4係本發明相變化蒸發器的另一較佳實施例的側視剖面示意圖。
圖5係本發明相變化蒸發器的另一較佳實施例的俯視剖面示意圖。
圖6係本發明相變化散熱裝置的立體示意圖。
圖7係圖4以及圖1至圖3所示相變化蒸發器應用於發熱源上的使用狀態參考圖。
如圖1至圖4所示，揭示本發明相變化蒸發器的數種較佳實施例，該相變化蒸發器10包含一蒸發器本體11、一補強板12以及多個導熱鰭片13。
如圖1至圖3所示，所述蒸發器本體11包含一導熱底板111、一外殼112以及一導流端部113，該導熱底板111是導熱性材質製成的板體，該外殼112係一中空體並固設於該導熱底板111上，而在該外殼112與導熱底板111之間形成一蒸發室114，該外殼112包含一頂板1120以及一自該頂板1120外周緣向下延伸的環周壁1121，該環周壁1121底緣固接該導熱底板111，該環周壁1121設有一連通蒸發室114的冷媒入口115，該外殼112的頂板1120中具有一通口116，該導流端部113設於該外殼112的頂板1120上，且該導流端部113中具有一導流室1130，該導流室1130通過該通口116而連通該蒸發室114，該導流端部113的側壁設有一連通導流室1130的冷媒出口117，該冷媒出口117的位置高於該冷媒入口115的位置，且該冷媒出口117的開口面積大於冷媒入口115的開口面積。
如圖2、圖3、圖4所示，該補強板12裝設於該蒸發器本體11的蒸發室114中，該補強板12固接於該導熱底板111與該外殼112的頂板1120之間，藉由該補強板12對該蒸發器本體11提供補強作用而強化蒸發器本體11的構造，該補強板12將蒸發器本體11的蒸發室114區隔成兩個相互連通的空間114A、114B，且該補強板12頂端將蒸發室114通往該通口116之部位區隔為兩通道，該補強板12兩側的板邊122可接觸連接該外殼112的環周壁1121，或如圖3或圖4所示，該補強板12兩側的板邊122與該外殼112的環周壁1121之間具有間距，該補強板12中形成多個穿孔121，所述穿孔連通該蒸發室114位於補強板12兩側的空間114A、114B。
所述冷媒入口115可為兩個孔洞的組合(圖未示)，該二孔洞分別與蒸發室114的二所述空間114A、114B形成一對一連通。如圖1至圖4所示，所述冷媒入口115也可以是單一個孔洞，該單一個孔洞同時連通蒸發室114的二所述空間114A、114B。
如圖2至圖4所示，該多個導熱鰭片13係間隔排列地固設於該蒸發器本體11的蒸發室114中且分布於該補強板12的兩側的空間，該多個導熱鰭片13係固接於導熱底板111頂面向上延伸。於本較佳實施例中，該多個導熱鰭片13頂端與頂板1120底面之間具有間距。如圖2及圖3所示，所述導熱鰭片13可為導熱金屬板彎折形成波浪狀部件，如圖2、圖3所示，當導熱鰭片13為波浪狀部件時，其波峰與波谷交替排列的方向平行於補強板12的板面，或者，如圖4所示，其波峰與波谷交替排列的方向垂直於補強板12的板面；或者，所述導熱鰭片也可以是平直板狀部件，或如圖5所示，所述導熱鰭片13A為直條狀等。
如圖1至圖4以及圖6所示，前揭相變化蒸發器應用於相變化散熱裝置時，該相變化散熱裝置係包含一所述相變化蒸發器10、一冷凝器20、一冷媒輸出管30以及一冷媒回流管40，所述冷凝器20包含一第一冷凝基管21、一第 二冷凝基管22、複數散熱導管23以及複數散熱件24，該第一冷凝基管21與第二冷凝基管22係直立設置且間隔排列，該複數散熱導管23上下排列地連接於該第一冷凝基管21與第二冷凝基管22之間，所述複數散熱件24係分布排列且導熱性接觸該複數散熱導管23之外表面，該冷媒輸出管30連接第一冷凝基管21上段與該相變化蒸發器10的冷媒出口117之間，該冷媒回流管40連接第二冷凝基管22下段與該相變化蒸發器10旳冷媒入口115之間，所述冷媒輸出管30的徑向截面積大於所述冷媒回流管40的徑向截面積，使相變化蒸發器10、冷媒輸出管30、冷凝器20與冷媒回流管40組成一封閉的冷媒循環迴路，該冷媒循環迴路中裝填有冷媒作為工作流體。
如圖2至圖3及圖5所示，當所述冷媒入口115為單一個孔洞，該單一個孔洞同時連通該蒸發室114的二所述空間114A、114B，連接該冷媒入口115的該冷媒回流管40為單一管件。當所述冷媒入口為兩個孔洞的組合(圖未示)，該二孔洞分別與該蒸發室的二所述空間形成一對一連通，所述冷媒回流管為二管件所組成(圖未示)，該二管件分別連接該冷媒入口的該二孔洞。
該相變化散熱裝置於使用時，以應用於電子產品之散熱為例，如圖6及圖7所示，其係以相變化蒸發器10的導熱底板111接觸電子產品的發熱源50，發熱源50產生的熱通過導熱底板111傳導至蒸發器本體11內部的導熱鰭片13，擴大散熱面積，並使位於蒸發器本體11的蒸發室114兩側空間114A、114B的冷媒因吸熱轉化為氣態，進而通過蒸發器本體11頂板1120中的通口116進入導流端部113，再由通過冷媒出口117、冷媒輸出管30流向冷凝器20的第一冷凝基管21，接續分散通過冷凝器20的複數散熱導管23進入第二冷凝基管22，其間，藉由熱傳導至接觸該複數散熱導管23的散熱件24，而擴大散熱表面以快速散熱，並使通過該複數散熱導管23內的氣態冷媒降溫而冷凝為液態冷媒，之後，液態冷媒通過第二冷凝基管22、冷媒回流管40以及蒸發器本體11的冷媒入 口115回流至相變化蒸發器10的蒸發室114中重新再吸熱，藉此循環，使該相變化散熱裝置能達到高效能的散熱效果。
綜上所述，本發明除了利用相變化蒸發器與冷凝器利用冷媒輸出管、冷媒回流管串連組成一封閉的冷媒循環迴路，該冷媒循環迴路裝填冷媒，藉由相變化蒸發器吸收發熱源產生的熱，使相變化蒸發器內之冷媒吸熱轉化為氣態，氣態冷媒循序自相變化蒸發器進入冷凝器中散熱後，氣態冷媒降溫為液態冷媒回流至相變化蒸發器中，達到預定散熱功能之外。本發明還利用相變化蒸發器之蒸發室中設置複數自導熱底板頂面向上凸伸的導熱鰭片，增加導熱面積，提昇冷媒蒸發的性能；該相變化蒸發器於蒸發器本體的蒸發室中設一具有多穿孔的補強板，強化相變化蒸發器的構造，且該補強板利用將具有導熱鰭片的蒸發室區隔成兩空間，該兩空間共同連通冷媒入口，藉此，相變化蒸發器接觸熱源，使冷媒吸熱蒸發為氣態時，分隔成兩空間的蒸發室構造可使內部氣壓提高，再搭配開口大小不等的冷媒出口與冷媒入口產生之氣體壓力差異，使得氣態冷媒能夠加速朝冷媒出口方向通過，提升冷媒循環流動性能。

Claims (12)

  1. 一種相變化蒸發器，係包含：一蒸發器本體，其包含一導熱底板、一外殼以及一導流端部，該外殼固設於該導熱底板上，在該外殼與該導熱底板之間形成一蒸發室，該外殼頂部具有一連通該蒸發室的通口，該外殼的側壁設有一冷媒入口，該導流端部設於該外殼的頂部，該導流端部中具有一導流室，該導流室通過該通口連通該蒸發室，該導流端部的側壁設有一連通該導流室的冷媒出口，該冷媒出口的位置高於該冷媒入口的位置，且該冷媒出口的開口面積大於該冷媒入口的開口面積；一補強板，係裝設於該蒸發器本體的蒸發室中，該補強板固接於該導熱底板與該外殼的頂部之間，且將該蒸發室區隔成兩空間以及將該蒸發室通往該通口之部位區隔為兩通道，該蒸發室的兩所述空間共同連通所述冷媒入口，該補強板中形成多個穿孔，使該蒸發室位於該補強板兩側的空間通過該多個穿孔而相互連通；以及多個導熱鰭片，係設置於該蒸發器本體的蒸發室中且分布於該補強板兩側的空間。
  2. 如請求項1所述之相變化蒸發器，其中，該多個導熱鰭片固接於該導熱底板頂面向上延伸，且該多個導熱鰭片頂端與頂板底面之間具有間距。
  3. 如請求項2所述之相變化蒸發器，其中，所述導熱鰭片為導熱金屬板彎折形成波浪狀部件。
  4. 如請求項3所述之相變化蒸發器，其中，波浪狀的所述導熱鰭片的波峰與波谷交替排列的方向平行或垂直於補強板的板面。
  5. 如請求項2所述之相變化蒸發器，其中，該外殼包含一頂板以及一自該頂板外周緣向下延伸的環周壁，該環周壁底緣固接該導熱底板，該環周壁設有所述冷媒入口，該頂板中設有所述的通口，該導流端部設於該頂板上。
  6. 如請求項5所述之相變化蒸發器，其中，該補強板兩側的板邊與外殼體的環周緣壁之間具有間距。
  7. 如請求項4所述之相變化蒸發器，其中，該外殼包含一頂板以及一自該頂板外周緣向下延伸的環周壁，該環周壁底緣固接該導熱底板，該環周壁設有所述冷媒入口，該頂板中設有所述的通口，該導流端部設於該頂板上，該補強板兩側的板邊與外殼體的環周緣壁之間具有間距。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之相變化蒸發器，其中，所述冷媒入口為單一個孔洞，該單一個孔洞同時連通該蒸發室的二所述空間。
  9. 如請求項1至7中任一項所述之相變化蒸發器，其中，所述冷媒入口為兩個孔洞的組合，該二孔洞分別與該蒸發室的二所述空間形成一對一連通。
  10. 一種相變化散熱裝置，係包含：一如請求項1至7中任一項所述的相變化蒸發器；一冷凝器，其包含一第一冷凝基管、一第二冷凝基管、複數散熱導管以及複數散熱件，該第一冷凝基管與第二冷凝基管係直立設置且間隔排列，該複數散熱導管上下排列地連接於該第一冷凝基管與該第二冷凝基管之間，所述複數散熱件係分布排列且導熱性接觸該複數散熱導管之外表面；一冷媒輸出管，其連接該第一冷凝基管上段與該相變化蒸發器的冷媒出口之間；以及一冷媒回流管，其連接該第二冷凝基管下段與該相變化蒸發器旳冷媒入口之間，該冷媒回流管的徑向截面積小於該冷媒輸出管的徑向截面積，該相變化蒸發器、該冷媒輸出管、該冷凝器與該冷媒回流管組成一封閉的冷媒循環迴路，並該冷媒循環迴路中裝填有冷媒。
  11. 如請求項10所述之相變化散熱裝置，其中，所述冷媒入口單一個孔洞，該單一個孔洞同時連通該蒸發室的二所述空間，連接該冷媒入口的該冷媒回流管為單一管件。
  12. 如請求項10所述之相變化散熱裝置，其中，所述冷媒入口為兩個孔洞的組合，該二孔洞分別與該蒸發室的二所述空間形成一對一連通，所述冷媒回流管為二管件所組成，該二管件分別連接該冷媒入口的該二孔洞。
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