TWI808404B - 熱交換器鰭片與其之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種包含多個熱交換器鰭片與基板的熱交換器。熱交換器鰭片各包含其內具有通道的交換增強部與輔助增強部。通道由第一金屬板材與第二金屬板材所形成。通道為真空且具有工作流體流通其中。通道能透過充滿真空空間之工作流體的蒸發來增加與環境之間的熱對流傳導效率。蒸氣流最終在較冷的表面處冷凝，以將熱從熱源分配至更大的冷凝表面。致少一個輔助增強部能增加熱交換器熱接觸熱源的表面積，因而能在不增加分配給熱交換器的方形區域的同時進一步地提升對流換熱的效率。

Description

熱交換器鰭片與其之製造方法
示例實施例總體上涉及熱傳領域，更具體地是涉及熱交換器鰭片及製造其之方法。
在電氣/電子元件、設備和系統運轉時所產生的熱需要快速且有效地排除，以維持運轉溫度於製造商所建議的範圍內，但這有時是非常具有挑戰性的。隨著這些元件、裝置與系統在功能與應用等方面的增加，其功率也隨之增加，從而增加了散熱的需求。
為此，已開發了許多可排除電氣/電子元件、裝置及系統的熱的手段。其中一種方法是氣冷系統，其利用熱交換器熱接觸這些元件、裝置與系統，從而將熱帶走並利用氣流流過熱交換器的方式將熱從熱交換器帶走。其中一種熱交換器由多個自底板延伸的鰭片所構成。熱能從熱源傳遞給底板後再從底板傳遞給鰭片及周圍環境，而這些鰭片能增加熱交換器的熱接觸區域以提高熱傳效率。
熱對流可借助風扇或自然對流的方式來實現。就自然對流來說，高溫空氣的密度較周圍溫度低，因而會自然地從熱交換器與鰭片往相反重力的方向向上，因此熱交換器的貼合位置與其鰭片的方位會在不阻擋氣流移動的方向。在運作時，若水平擺放則這些鰭片朝上，若垂直擺放則這些鰭片可使高溫氣流更輕易地上升。
熱交換器的鰭片的散熱效能仰賴於熱傳效率。因此，形狀、厚度、材質及增強結構等都可對這些鰭片的散熱效能有所貢獻。其中一種熱交換器鰭片的形狀為長方形片狀，而其尺寸受制於熱交換器用於電氣及/ 或電子元件、裝置及系統的方形區域。因此，如何讓熱交換器經由這些鰭片增加與熱源熱接觸的表面面積的方式來增加熱交換器與環境之間的對流熱傳將會是一個挑戰。
有鑒於此，本發明提供一種熱交換器鰭片與其之製造方法，以使所應用之熱交換器能增加與熱源的熱接觸表面積，從而增加對流熱傳的效率。
根據本發明之一實施例提出一種熱交換器鰭片，包含一輔助增強部以及一交換增強部。輔助增強部具有相連通的至少一冷凝通道與至少一輔助通道。交換增強部具有相連通的至少一連接通道與至少一蒸發通道，蒸發通道經由連接通道連通於輔助通道。冷凝通道、輔助通道、連接通道以及蒸發通道為抽真空且具有一工作流體流通其中，且輔助增強部相對於交換增強部呈一角度彎折。
根據本發明之一實施例提出一種製造熱交換器鰭片的方法，包含以下步驟：提供一第一金屬板材與一第二金屬板材；印刷至少一冷凝通道、至少一輔助通道、至少一連接通道與至少一蒸發通道於該第一金屬板材之一第一內表面與該第二金屬板材之一第二內表面，其中該至少一冷凝通道與該至少一輔助通道相連通，該至少一連接通道與該至少一蒸發通道相連通，且該至少一蒸發通道經由該至少一連接通道連通於該至少一輔助通道；將該第一金屬板材之該第一內表面與該第二金屬板材之該第二內表面非用於印刷該至少一冷凝通道、該至少一輔助通道、該至少一連接通道與該至少一蒸發通道的區域相接合；以及彎曲相接合的該第一金屬板材與該第二金屬板材以形成具有該至少一連接通道與該至少一蒸發通道之一交換增強部以及具有該至少一冷凝通道與該至少一輔助通道且相對於該交換增強部呈一角度彎折的一輔助增強部
根據本發明前述實施例所揭露的熱交換器鰭片與其之製造方 法，藉由輔助增強部相對於交換增強部呈一角度彎折且在真空下具有工作流體流通於冷凝通道、輔助通道、連接通道及蒸發通道的配置，本發明之熱交換器鰭片相較於實心的熱交換器鰭片具有更高的散熱性與散熱效能。並且，對於垂直擺放工作的電氣及/或電子元件、裝置及系統來說，輔助增強部能在不增加熱交換器的方形面積的情況下增加熱交換器熱接觸熱源的表面積。因此，能在進一步提高流熱傳效率的同時防止熱源壁周圍形成絕熱層而限制熱傳。
以上之關於本發明揭露內容之說明及以下之實施方式之說明，係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
100、600:熱交換器鰭片
111:鰭片尖端部
112:鰭片中間部
113、113a、113b、613:輔助增強部
115、115a、115b:交換增強部
119:鰭片基部
137、137a、137b、637:冷凝通道
147、147a、147b、647:輔助通道
127、127a、127b:連接通道
153、153a、153b:蒸發通道
182:第一熱源
183:第一金屬板材
187:第二金屬板材
188:第二熱源
190:基板
191:組裝面
192:組裝槽
199:接觸面
400:製造方法、方法
410:提供步驟、步驟
415:圖案印刷步驟、步驟
420:滾壓接合步驟、步驟
425:形成步驟、步驟
440:充氣步驟、步驟
450:注入並抽真空步驟、步驟
460:密封並切斷步驟、步驟
500:熱交換器
521:工作區段
657:輔助通孔
917:工作管
1000:熱交換器鰭片組
圖1A係根據一示例性實施例之熱交換器的立體圖。
圖1B係根據一示例性實施例之熱交換器於另一視角的立體圖。
圖2A係根據一示例性實施例之圖1A與圖1B的熱交換器的熱交換器鰭片的立體圖。
圖2B係根據一示例性實施例之圖2A之熱交換器鰭片的立體圖。
圖2C係根據一示例性實施例之圖2A之熱交換器鰭片於另一視角的立體圖。
圖2D係根據一示例性實施例之圖2A之熱交換器鰭片於又另一視角的立體圖。
圖3A係根據一示例性實施例之圖1A與圖1B的熱交換器鰭片的第一金屬板材的立體圖。
圖3B係根據一示例性實施例之圖1A與圖1B的熱交換器鰭片的第二金屬板材的立體圖。
圖4係根據一示例性實施例之圖1A與圖1B的熱交換器鰭片的製造方法的流程圖。
圖5A係根據一示例性實施例之圖1A與圖1B的熱交換器鰭片依循圖4之製造方法之步驟440的立體圖。
圖5B係根據一示例性實施例之圖5A的熱交換器鰭片依循圖4之製造方法之步驟460的立體圖。
圖6係根據一示例性實施例之另一熱交換器的立體圖。
以下將以實施方式詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
以下將藉由參閱熱交換系統與方法的示例來描述關於熱交換器系統與方法的各種原理，包含特殊之配置及能實現此概念之金屬板材與通道的示例。更具體但非絕對地，本發明的概念將藉由所選之熱交換器系統與方法的示例來進行說明，但為了簡潔與清楚描述之目的，一些公知的功能與結構並未詳細描述。儘管如此，為了實現各種特性及/或特性等需求，本文所揭示的一或多個原理可應用於其他不同實施例之熱交換系統與方法。
因此，與本文所描述之示例性熱交換器系統與方法不同的其他實施例也可用於實現本文所述之概念，且也可用於未於本文詳述之應用中。也就是說，本領域具有通常知識者閱讀本文所揭露內容後，自可理解到，即使未於本文詳述之熱交換器系統與方法的其他實施例也應落於本發明之範疇。
於本文所揭示的實施例係關於在真空下且具有工作流體流通其中的熱交換器與熱交換器鰭片及熱交換器鰭片的製造方法。本發明之 一實施例提出了包含多個熱交換器鰭片與基板的熱交換器。熱交換器鰭片各包含具有通道(channels)於其中的交換增強部(exchanger enhancement)與輔助增強部(auxiliary enhancement)。這些通道藉由第一金屬板材與第二金屬板材所形成。這些通道為抽真空且具有工作流體流通其中。每個鰭片的通道的封閉式循環系統能藉由蒸發於真空環境下的工作流體的方式增強熱交換器與其環境之間的熱對流效率。蒸氣流最終可在較冷的表面處冷凝，以使熱能從熱源蒸發介面分配到更大的冷凝冷卻表面面積。輔助增強部能透過這些鰭片增加與熱交換器熱接觸的熱源的表面積，從而能在不增加熱交換器用於與電氣及/或電子元件、裝置與系統的方形區域的同時進一步地提高熱交換器與其環境之間的熱對流效率。
圖1A係根據一示例性實施例之熱交換器的立體圖。圖1B係根據一示例性實施例之熱交換器於另一視角的立體圖。熱交換器500可用於冷卻電氣及/或電子元件、裝置及/或系統至少其中一者。參閱圖1A與1B，熱交換器500包含熱交換器鰭片組1000與一基板190。熱交換器鰭片組1000包含多個熱交換器鰭片(也可簡稱為「鰭片」)100，其各包含一鰭片基部119、一鰭片中間部112、與相對於鰭片基部119的一鰭片尖端部111、一交換增強部115以及一輔助增強部113。輔助增強部113銜接於交換增強部115且相對於交換增強部115呈一角度彎折。基板190包含一組裝面191與相對於組裝面191的一接觸面199。組裝面191具有多個組裝槽192，實質上彼此相平行且保持相同間隔。
組裝槽192的尺寸、深度與數量應對應於熱交換器鰭片100的鰭片基部119的尺寸、高度與數量。可透過如焊接等本領域常見的固定手段將熱交換器鰭片100的鰭片基部119熱接觸且地永久性地接附於組裝槽192，但，只要能達到有效地將熱從基板190傳至熱交換器鰭片組1000的目的，其他合適的固定手段也可應用於本發明。於一些實施例中，鰭片基部119可各具有摺邊(hemmed)以強化其結構強度並增加用於將熱從基 板190傳至熱交換器鰭片組1000的表面積。
熱交換器鰭片組1000在組裝面191上所佔的區域可依據實際應用與設計進行調整，例如於一例中，該區域可較小以使組裝面191的一或多個表面上未被占用，或該區域可較大以在組裝面191的一或多個側緣上向外延伸，但本發明並非以此為限。
電氣及/或電子元件、裝置及/或系統及/或其之任意組合的一或多個熱源可例如透過任何本領域常用之手段接附於接觸面199，只要熱可有效地傳導至基板190。
於一些實施例中，第一熱源182與第二熱源188可接附於基板190的接觸面199。第一熱源182的功率要求和最大工作溫度容許值可小於第二熱源188的功率要求和最大工作溫度容許值，且於工作時，第一熱源182較第二熱源188接近接地(ground)，但本發明並非以此實施例為限。於其他實施例也可採用其他具有不同功率需求與最大工作溫度容許值的多個熱源。
圖2A係根據一示例性實施例之圖1A與圖1B的熱交換器的熱交換器鰭片的立體圖。圖2B係根據一示例性實施例之圖2A之熱交換器鰭片的立體圖。圖2C係根據一示例性實施例之圖2A之熱交換器鰭片於另一視角的立體圖。圖2D係根據一示例性實施例之圖2A之熱交換器鰭片於又另一視角的立體圖。圖3A係根據一示例性實施例之圖1A與圖1B的熱交換器鰭片的第一金屬板材的立體圖。圖3B係根據一示例性實施例之圖1A與圖1B的熱交換器鰭片的第二金屬板材的立體圖。參閱圖2A至3B以及參閱圖1A與1B，熱交換器鰭片100可各包含第一金屬板材183與第二金屬板材187，其具有第一內表面組裝於第二內表面的配置。第一金屬板材183與第二金屬板材187形成鰭片基部119、鰭片中間部112、鰭片尖端部111、包含至少一冷凝通道137a、137b與至少一輔助通道147a、147b之輔助增強部113a、113b以及包含至少一連接通道127a、127b與 至少一蒸發通道153a、153b之交換增強部115a、115b。
從圖示可知，輔助增強部113a以及交換增強部115a位於或形成於第一金屬板材183上，輔助增強部113b以及交換增強部115b位於或形成於第二金屬板材187上，由此可知，輔助增強部113a之冷凝通道137a與輔助通道147a以及交換增強部115a之連接通道127a與蒸發通道153a位於或形成於第一金屬板材183上，而輔助增強部113b之冷凝通道137b與輔助通道147b以及交換增強部115b之連接通道127b與蒸發通道153b位於或形成於第二金屬板材187上，其中，輔助增強部113a與輔助增強部113b共同構成輔助增強部113，而其冷凝通道137a與冷凝通道137b共同構成冷凝通道137，輔助通道147a與輔助通道147b共同構成輔助通道147，交換增強部115a與交換增強部115b共同構成交換增強部115，而其連接通道127a與連接通道127b共同構成連接通道127，而蒸發通道153a與蒸發通道153b共同構成蒸發通道153，由此可知，於本文也可以輔助增強部113指稱輔助增強部113a、113b的集合、以輔助增強部113指稱輔助增強部113a、113b的集合、以冷凝通道137指稱冷凝通道137a、137b的集合、以輔助通道147指稱輔助通道147a、147b的集合、以交換增強部115指稱交換增強部115a、115b的集合、以連接通道127指稱連接通道127a、127b的集合、以蒸發通道153指稱蒸發通道153a、153b的集合。
於一些實施例中，輔助增強部113之冷凝通道137a、137b沿著並鄰近於其外緣長度或鰭片尖端部111配置且分別連通於輔助通道147a、147b。交換增強部115之蒸發通道153a、153b沿著並鄰近於其外緣長度或鰭片基部119配置且分別連通於連接通道127a、127b。輔助通道147a、147b分別連通連接通道127a、127b。冷凝通道137a、137b分別連通於輔助通道147a、147b，蒸發通道153a、153b分別連通於連接通道127a、127b。輔助通道147a、147b與連接通道127a、127b平均地平行配 置，且相對於蒸發通道153a、153b與冷凝通道137a、137b呈一角度傾斜，但本發明並非以此角度為限，只要能產生向下流動的工作流體。
於一些實施例中，冷凝通道137與蒸發通道153的數量可分別為一個，但本發明並非以此為限。在替代的實施例中，也可有多個冷凝通道與多個蒸發通道，只要輔助增強部113內之冷凝通道連通於輔助通道147a、147b以及交換增強部115內之蒸發通道連通於連接通道127a、127b。
於一些實施例中，也可以僅單個輔助通道147a、單個輔助通道147b、單個連接通道127a及單個連接通道127b，但本發明並非以此為限。在替代的實施例中，也可為兩個以上的輔助通道147a、兩個以上的輔助通道147b、兩個以上的連接通道127a及/或兩個以上的連接通道127b以及所述通道之任意數量的組合。於一些非限制性用途的實施例中，輔助通道147a與連接通道127a的數量可為24個，輔助通道147b與連接通道127b的數量可為23個，只要這些輔助通道147a及/或輔助通道147b設置於輔助增強部113中、這些連接通道127a及/或連接通道127b設置於交換增強部115中，且這些輔助通道147a、輔助通道147b、連接通道127a及/或連接通道127b平均地平行配置且與蒸發通道153及冷凝通道137分別呈一角度配置。
於一些實施例中，冷凝通道137與蒸發通道153的流量為均勻的且分別為輔助通道147a、147b與連接通道127a、127b的兩倍，但本發明並非以此為限。本領域具有通常知識者自可根據應用與設計需求的不同調整垂直與水平方向的尺寸，只要冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b以及蒸發通道153a、153b能增加熱交換器鰭片組1000的散熱性與散熱效能及輔助增強部113能於垂直操作時在不增加熱交換器500面積的情況下增加熱源熱接觸熱交換器500的表面積並防止熱源壁周圍形成絕熱層而限制熱傳。
於一些實施例中，各該熱交換器鰭片100在真空狀態下且具有工作流體流通其中。工作流體以液體蒸氣柱與氣柱自然地分佈於輔助增強部113的輔助通道147a、147b及交換增強部115的連接通道127a、127b與蒸發通道153a、153b。熱交換器鰭片100各包含一蒸發器區域(蒸發通道153)、一冷凝器區域(冷凝通道137)、分別自蒸發器與冷凝器區域延伸的蒸氣流動區(輔助通道147a、147b以及連接通道127a、127b)。當第一熱源182與第二熱源188的熱傳到基板190的接觸面199，熱將工作流體轉換成蒸氣而使得蒸氣流動區的蒸氣柱變大。同時，熱在冷凝器區域被移除而減少氣泡。這種因蒸發的體積膨脹以及因冷凝而收縮的現象在通道(冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b以及蒸發通道153a、153b)內產生了震盪運動(oscillating motion)。冷凝器區域的體積至少等於或大於蒸發器區域的體積，以利於形成震盪運動。蒸發器區域與冷凝器區域之間的溫度梯度以及在冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b及蒸發通道153a、153b內產生的張力造成了一種壓力不平衡的狀態。工作流體向下流通輔助通道147a、147b及部分之連接通道127a、127b所增加的壓力能增強流通蒸發通道153a、153b、另一部分之連接通道127a、127b以及輔助增強部113a、113b的向上流動震盪力，從而能提升電氣及/或電子元件、裝置及系統的熱傳效率。藉由自我持續的震盪驅動力能在熱交換器鰭片100進行熱流體傳輸，以達到完全以熱驅動的壓力脈衝。
本領域具有通常知識者可理解的是，輔助增強部113之冷凝通道137a、137b與輔助通道147a、147b以及交換增強部115之連接通道127a、127b與蒸發通道153a、153b的形狀、寬度與長度等可依據應用與設計的需求而調整，例如可具有波浪狀、更大或更小的寬度、更長或更短的長度、及/或其任意組合，本發明並非以這些實施例為限，只要冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b以及蒸發通道 153a、153b能增加熱交換器鰭片組1000的散熱性與散熱效能及輔助增強部113能於垂直操作時在不增加熱交換器500面積的情況下增加熱源熱接觸熱交換器500的表面積並防止熱源壁周圍形成絕熱層而限制熱傳。
熱交換器鰭片組1000在真空下具有工作流體流通於冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b及蒸發通道153a、153b，從而相較於實心的熱交換器鰭片具有更高的散熱性與散熱效能。並且，對於垂直擺放工作的電氣及/或電子元件、裝置及系統來說，輔助增強部113a、113b能在不增加熱交換器的方形面積的情況下增加熱交換器熱接觸熱源的表面積。因此，能在進一步提高流熱傳效率的同時防止熱源壁周圍形成絕熱層而限制熱傳。
於一些實施例中，第一金屬板材183與第二金屬板材187的第一與第二內表面上除了用於輔助增強部113之冷凝通道137a、137b與輔助通道147a、147b及交換增強部115之連接通道127a、127b與蒸發通道153a、153b以外的部分可相接合，但本發明並非以此為限。
於一些實施例中，熱交換器鰭片100可由鋁或鋁合金等材質透過滾壓(roll-bonding)的方式所製成。圖4係根據一示例性實施例之圖2A的熱交換器鰭片100的製造方法400(或簡稱「方法400」)的流程圖。參閱圖4並參閱圖1A至3B，方法400所製成的熱交換器鰭片100在真空下具有工作流體流通其中，方法400大致上包含一提供步驟410(或簡稱「步驟410」)、一圖案印刷步驟415(或簡稱「步驟415」)、一滾壓接合步驟420(或簡稱「步驟420」)、一形成步驟425(或簡稱「步驟425」)、一充氣或吹脹步驟440(或簡稱「步驟440」)、一注入並抽真空步驟450(或簡稱「步驟450」)與一密封並切斷步驟460(或簡稱「步驟460」)。步驟410包含提供第一金屬板材183與提供第二金屬板材187。於一些實施例中，第一金屬板材183與提供第二金屬板材187可為金屬捲繞透過攤平的機械展開後再透過合適的輥架對齊。接著，於步驟415，冷凝通道137a、輔助通道 147a、連接通道127a及蒸發通道153a的圖案印刷於第一金屬板材183，而冷凝通道137b、輔助通道147b、連接通道127b及蒸發通道153b的圖案印刷於第二金屬板材187。於一些實施例中，這些板材先經過清潔後再透過冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b及蒸發通道153a、153b的石墨圖案進行網印(screen printing)的方式進行印刷。於一些實施例中，熱交換器鰭片100更包含一工作通道121，自工作區段521的一端延伸到熱交換器鰭片100的外邊緣。於一些實施例中，使用石墨圖案的網印程序也可用於印刷此工作通道。接著，於步驟420，第一金屬板材的第一內表面與第二金屬板材的第二內表面上非用於印刷通道的區域一體地相接合。因此，於步驟425，輔助增強部113透過彎曲相接合的第一金屬板材與第二金屬板材而成形。於一些實施例中，輔助增強部113的彎折長度可取決於或等於熱交換器鰭片100之間的間隙，但本發明並非以此為限。所述的彎折長度當然也可小於熱交換器鰭片100之間的間隙，只要輔助增強部113包含至少一冷凝通道137a、137b、至少一輔助通道147a、147b以連通交換增強部115之連接通道127a、127b與蒸發通道153a、153b。
本領域具有通常知識者可理解的是，石墨的使用是作為一種脫模劑(release agent)，以防止第一金屬板材與第二金屬板材在所圖案化的區域相接合，但本發明並非以此為限。對於本領域具有通常知識者來說，只要能防止第一金屬板材與第二金屬板材所圖案化的區域在滾壓接合步驟後相接合，所習知的任何一種方法或材料都可用於作為脫模劑。
於一些實施例中，第一金屬板材與第二金屬板材的厚度可介於0.250mm與3.00之間且可具有40%至60%的變化量，但本發明並非以此為限。本領域具有通常知識者可理解到，第一金屬板材與第二金屬板材的厚度與變化量可依據所使用之材質、起始厚度、板材數量、製程及為了熱傳有效性等設計需求等不同而有所調整。
於一些實施例中，熱交換器鰭片100的形狀可為四邊形，但本發明並非以此為限。本領域具有通常知識者可理解的是，根據應用與設計等方向的需求，熱交換器鰭片也可為其他形狀且也可具有不只一種形狀，只要冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b以及蒸發通道153a、153b能增加熱交換器鰭片組1000的散熱性與散熱效能及輔助增強部113能於垂直操作時在不增加熱交換器500面積的情況下增加熱源熱接觸熱交換器500的表面積並防止熱源壁周圍形成絕熱層而限制熱傳。
圖5A係根據一示例性實施例之圖1A與圖1B的熱交換器鰭片依循圖4之製造方法之步驟440的立體圖。參閱圖5A以及參閱圖1A至4，於步驟430，工作管917被插入並固定於一工作通道121，該工作通道121自工作區段521之一端延伸至熱交換器鰭片100的外邊緣。工作管可讓冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b及蒸發通道153a、153b連通於外。接著，於步驟440，可透過具有壓力氣體均勻地充氣於熱交換器鰭片100的方式充氣或吹脹通道。於一些實施例中，用於充氣或吹脹的氣體可為具有適當壓力的外界空氣，但本發明並非以此為限。在替代的實施例中，用於充氣或吹脹的氣體也可為氮氣、氧氣、氬氣、二氧化碳或任何常用的市售氣體或其混合物。於一些實施例中，第一金屬板材183與第二金屬板材187在均勻地充氣或吹脹熱交換器鰭片100前放入模具中。
於一些實施例中，冷凝通道137與蒸發通道153的截面的高度或半徑介於0.125mm與1.50mm，而輔助通道147a、147b與連接通道127a、127b的截面的高度或半徑介於0.0625mm與0.75mm，但本發明並非以此為限。本領域具有通常知識者可理解的是，冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b及蒸發通道153a、153b的高度或半徑可依據所使用之材質、起始厚度、板材數量、製程及為 了熱傳有效性等設計需求等不同而有所調整為更大、更小及/或其他變化。
接著，於步驟450，工作流體被注入工作流體且空氣被抽出。圖5B係根據一示例性實施例之圖5A的熱交換器鰭片依循圖4之製造方法之步驟460的立體圖。參閱圖5B及參閱圖1A至5A，於步驟460，工作管917藉由壓平的手段而被密封及接合，冷卻後，工作區段521的工作通道被切除，從而形成了包含有具有至少一冷凝通道137與至少一輔助通道147a、147b之輔助增強部113及具有至少一連接通道127a、127b與至少一蒸發通道153之交換增強部115的熱交換器鰭片100。
於一些實施例中，輔助增強部113包含冷凝通道137a、137b與輔助通道147a、147b，但本發明並非以此為限。在替代的實施例中，輔助增強部還可更包含額外的輔助增強特徵。如圖6，係根據一示例性實施例之另一熱交換器的立體圖。參閱圖6以及參閱圖1A至5B，輔助增強部613更包含至少一輔助通孔657，輔助通孔657配置於輔助增強部613，但不干擾冷凝通道637與輔助通道647。輔助通孔657可使空氣流通輔助增強部613，從而有利於熱交換器鰭片600的散熱性與散熱效能；特別地是，當平擺使這些鰭片朝上時，可使高溫熱空氣更輕易地往上流。於一些實施例中，輔助通孔657的數量可為一個，但本發明並非以此為限。在替代的實施例中，輔助通孔657的數量也可為兩個以上。於又一實施例中，輔助通孔657的數量可為24個，且可配置於輔助通道647旁及/或之間。於一些實施例中，輔助通孔657的形狀可為圓形，但本發明並非以此為限。在替代的實施例中，只要能使空氣流空於輔助增強部613的部分以利於熱交換器鰭片600的散熱性與散熱效能，輔助通孔的形狀也可為四邊形、六邊形或其他合適的形狀。
於一些實施例中，更包含輔助通孔657之熱交換器鰭片600也可應用於圖1A至1B所述之熱交換器500。熱交換器500也可包含多個熱交換器鰭片600以及基板190以用於冷卻電氣及/或電子元件、裝置及/ 或系統。熱交換器500以描述於前述實施例，因此為達簡潔之目的，於後將不再贅述。
於一些實施例中，更包含輔助通孔657之熱交換器鰭片600上具有類似於前述圖2A至3B實施例所述之熱交換器鰭片100的特徵，因此為達簡潔之目的，於後將不再贅述。
於一些實施例中，前述圖4至5B之用於製造在真空下具有工作流體流通其中之熱交換器鰭片100的方法400也可用於製造更包含輔助通孔657的熱交換器鰭片600。用於製造熱交換器鰭片600的方法400已描述於前述實施例，因此為達簡潔之目的，於後將不再贅述。
於一些實施例中，第一金屬板材183與第二金屬板材187可由鋁或鋁合金等材質透過滾壓的方式所製成，但本發明並非以此為限。本領域具有通常知識者可理解的是，端視材料與製成需求，也可用如沖壓(stamping)等其他製造程序來形成第一金屬板材183與第二金屬板材187。本領域具有通常知識者可理解的是，取決於應用與設計等方面的需求，只要熱交換器鰭片100可藉由滾壓或沖壓等製程所製成，第一金屬板材183與第二金屬板材187的材質也可選用銅、銅合金或其他具有相對高導熱特性的可延展金屬導熱材料。
於一些實施例中，基板190由鋁或鋁合金等所製成，且適於利用焊接技術將熱交換器鰭片100的每個鰭片基部119永久性地焊接於組裝槽192，但本發明並非以此為限。取決於應用與設計等方面的需求，只要鰭片基部119可永久性地熱接觸及接合於組裝槽192，基板190的材質也可選用銅、銅合金或其他具有相對高導熱特性的可延展金屬導熱材料。
於一些實施例中，基板190可由具有較高導熱係數的可鍛造金屬導熱材料所製成，但本發明並非以此為限。在替代的實施例中，基板190為抽真空且具有工作流體流通其中。在另一替代的實施例中，基板190具有入口與出口以讓工作流體流通。
於一些實施例中，若熱交換器鰭片100以沖壓製程等方式所製成，只要可達到真空密封，第一與第二內表面上除了用於形成冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b與蒸發通道153a、153b之外的區域可採用如超聲波焊接、擴散焊接、雷射焊接等本領域通常知識者所習知的任何接合方法來相接合或形成為一體。
於一些實施例中，若採用沖壓製程，則可依據尺寸與應用等方面在冷凝通道137a、137b、輔助通道147a、147b、連接通道127a、127b及蒸發通道153a、153b的內表面上形成具有三角形、矩形、梯形、折角形等截面幾何形狀的軸向或圓周的毛細結構，以透過毛細作用力以使冷凝液流回到蒸發表面，從而使蒸發表面保持濕潤以獲得較大的熱通量。
本領域具有通常知識者可理解的是，在替代的實施例中，熱交換器鰭片100的製造方法可進一步採用熱處理程序且本發明並非以此為限。此外，本領域具有通常知識者可理解的是，當然也可在製程中添加其他步驟以增加最終產品的功能。並且，前述的步驟都可依據需求進行調整。例如也可採用合金化(alloying)、鑄造(casting)、刮修(scalping)及預熱等準備步驟、如中間退火(intermediate annealing)的中間步驟、溶液熱處理(solution heat treatment)或最終退火(final annealing)、拉伸(stretching)、校平(leveling)、切開(slitting)、修邊(edge trimming)及熟化(aging)等完成步驟。
於一些實施例中，熱交換器鰭片100各包含兩個單側充氣且捲曲彎折接合的板材，其具有輔助增強部113之至少一冷凝通道137a、137b與至少一輔助通道147a、147b以及交換增強部115之至少一連接通道127a、127b與至少一蒸發通道153a、153b，但本發明並非以此為限。在替代的實施例中，熱交換器鰭片也可藉由單側充氣且捲曲彎折接合的板材而各包含至少一冷凝通道、至少一輔助通道、至少一連接通道及至少一蒸發通道。在另一替代的實施例中，具有輔助增強部113之至少一冷凝通 道137a、137b與至少一輔助通道147a、147b以及交換增強部115之至少一連接通道127a、127b與至少一蒸發通道153a、153b的熱交換器鰭片也可作為獨立的熱交換器，但本發明並非以此為限。
於一些實施例中，工作流體為丙酮(acetone)，但本發明並非以此為限。使用其他合適的工作流體對於本領域具有通常知識來說也是常見的選擇。於一非限制性的示例中，只要工作流體能受到熱源蒸發且其蒸氣能冷凝回工作流體而流回熱源，工作流體也可包含環戊烷(cyclopentane)或正己烷(n-hexane)。
熱交換器500包含熱交換器鰭片組1000與一基板190。熱交換器鰭片組1000之熱交換器鰭片100各包含至少一輔助增強部113與一交換增強部115，輔助增強部113具有至少一冷凝通道137a、137b與至少一輔助通道147a、147b，交換增強部115具有至少一蒸發通道153a、153b與分別連通輔助通道147a、147b之至少一連接通道127a、127b。輔助增強部113與交換增強部115由第一金屬板材183與第二金屬板材187所形成。至少一冷凝通道137a、137b、至少一輔助通道147a、147b、至少一連接通道127a、127b以及至少一蒸發通道153a、153b為抽真空且可讓工作流體流通。至少一冷凝通道137a、137b、至少一輔助通道147a、147b、至少一連接通道127a、127b以及至少一蒸發通道153a、153b能增加每個熱交換器鰭片100的散熱性與散熱效能。當於垂直操作時，輔助增強部113能在不增加熱交換器500面積的情況下增加熱源熱接觸熱交換器500的表面積。因此，能在防止熱源壁周圍形成絕熱層而限制熱傳的同時進一步提高流傳熱速度。
於實施例中，多個熱交換器鰭片在真空下具有工作流體流通其中，且各包含至少一第一金屬板材與至少一第二金屬板材。第一金屬板材與第二金屬板材形成鰭片基部、鰭片中間部與鰭片尖端部以及交換增強部與輔助增強部。輔助增強部包含至少一冷凝通道以及至少一輔助通道。 交換增強部包含至少一蒸發通道以及至少一連接通道。熱交換器鰭片在真空下具有工作流體流通於冷凝通道、輔助通道、連接通道以及蒸發通道，以相較於實心的熱交換器鰭片具有更高的散熱性與散熱效能。並且，對於垂直擺放運作的電氣及/或電子元件、裝置及系統來說，輔助增強部能在不增加熱交換器的方形區域的情況下增加熱交換器與熱源熱接觸的表面積。因此，能在進一步提高流熱傳效率的同時防止熱源壁周圍形成絕熱層而限制熱傳。
於本文所揭示之概念並非用於限制於此所揭露的實施例。於本文所使用之方向性用語，如「上」、「下」、「之上」、「之下」、「水平」、「垂直」、「左」、「右」等，並非指絕對的相對位置關係、位置及/或方位。於本文所用之詞語，如「第一」、「第二」等僅是用於區別之用。此外，於本文所用之詞語，如「包含」或「包括」可涵蓋「具有」的意涵且可用於表示元件、操作及/或群組及其組合等存在，但不表示排除了其他元件、操作及/或群組及其組合的存在。另外，除非特別說明，否則步驟的順序並非為絕對。再者，除非另有說明，否則以單數形式(如一個或一種)來描述元件時並不意味著指有一個或一種元件，而是可涵蓋有一或多個/種元件的意涵。此外，於本文所使用之「及/或」包含了所列元件的任一者或每一者等多種情況。如本文所用之範圍用語，如「至少」、「大於」、「小於」、「不大於」等可用於描述整體範圍、其次要範圍、平均值及/或上限或下限值。本領域具有通常知識者可理解地是，本文所揭示的各個實施例的所有結構和功能等內容及其同等物可被所請求保護之申請專利範圍所涵蓋。此外，無論是否記載於申請專利範圍，本文所有的公開內容都非用於貢獻給公眾使用為目的。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範 圍。
100:熱交換器鰭片
111:鰭片尖端部
112:鰭片中間部
113:輔助增強部
115:交換增強部
119:鰭片基部
121:工作通道
127:連接通道
137:冷凝通道
147:輔助通道
153:蒸發通道
183:第一金屬板材
187:第二金屬板材

Claims (15)

  1. 一種熱交換器鰭片，包含：一輔助增強部，具有相連通的多個冷凝通道與一輔助通道；以及一交換增強部，具有相連通的多個連接通道與一蒸發通道，該蒸發通道經由該些連接通道連通於該輔助通道，該輔助增強部係以一彎折線連接於該交換增強部之一冷凝側，且該彎折線平行於該交換增強部之一蒸發側；其中該些冷凝通道、該輔助通道、該些連接通道以及該蒸發通道為抽真空且具有一工作流體流通其中，且該輔助增強部相對於該交換增強部呈一角度彎折，其中單一的該蒸發通道經由該些連接通道連通於單一的該輔助通道。
  2. 如請求項1所述之熱交換器鰭片，其中該輔助通道與該些冷凝通道呈一角度配置。
  3. 如請求項1所述之熱交換器鰭片，其中該些連接通道與該蒸發通道呈一角度配置。
  4. 如請求項1所述之熱交換器鰭片，其中該些冷凝通道沿著並鄰近於該輔助增強部之一外緣配置。
  5. 如請求項1所述之熱交換器鰭片，其中該蒸發通道沿著並鄰近於該交換增強部之一外緣配置。
  6. 如請求項1所述之熱交換器鰭片，其中該至少一輔助增強部具有至少一輔助通孔。
  7. 如請求項1所述之熱交換器鰭片，更包含彼此相接合的一第一金屬板材與一第二金屬板材，以形成一鰭片基部、一鰭片尖端部、銜 接於該鰭片基部與該鰭片尖端部的一鰭片中間部、介於該鰭片尖端部與該鰭片中間部的該輔助增強部以及介於該鰭片中間部以及該鰭片基部的該交換增強部。
  8. 如請求項7所述之熱交換器鰭片，其中該些冷凝通道沿著並鄰近於該鰭片尖端部之一外緣配置。
  9. 如請求項7所述之熱交換器鰭片，其中該蒸發通道沿著並鄰近於該鰭片基部之一外緣配置。
  10. 如請求項1所述之熱交換器鰭片，其中該輔助通道的數量為多個，該些輔助通道彼此平行配置而連通接該些冷凝通道，該些連接通道彼此平行配置而連通接該蒸發通道，該些輔助通道分別連通該些連接通道。
  11. 一種用於製造熱交換器鰭片的方法，包含：提供一第一金屬板材與一第二金屬板材；印刷多個冷凝通道、至少一輔助通道、多個連接通道與至少一蒸發通道於該第一金屬板材之一第一內表面與該第二金屬板材之一第二內表面，其中該些冷凝通道與該輔助通道相連通，該些連接通道與該蒸發通道相連通，且該蒸發通道經由該些連接通道連通於該輔助通道；將該第一金屬板材之該第一內表面與該第二金屬板材之該第二內表面非用於印刷該些冷凝通道、該輔助通道、該些連接通道與該蒸發通道的區域相接合；以及彎曲相接合的該第一金屬板材與該第二金屬板材以形成具有該些連接通道與該蒸發通道之一交換增強部以及具有該些冷凝通道與該輔助通道且相對於該交換增強部呈一角度彎折的一輔助增強部，且單一的該 蒸發通道經由該些連接通道連通於單一的該輔助通道，該輔助增強部係以一彎折線連接於該交換增強部之一冷凝側，且該彎折線平行於該交換增強部之一蒸發側。
  12. 如請求項11所述之方法，於印刷該些冷凝通道、該輔助通道、該些連接通道與該蒸發通道的步驟還包含：形成一工作通道，以使該些冷凝通道、該輔助通道、該些連接通道與該蒸發通道連通於外。
  13. 如請求項12所述之方法，於彎曲相接合的該第一金屬板材與該第二金屬板材的步驟之後還包含：插入一工作管於該工作通道；以及經由該工作管與該工作通道將氣體充入該些冷凝通道、該輔助通道、該些連接通道與該蒸發通道。
  14. 如請求項13所述之方法，於將氣體充入該些冷凝通道、該輔助通道、該些連接通道與該蒸發通道的步驟之後還包含：將工作流體注入該些冷凝通道、該輔助通道、該些連接通道與該蒸發通道並抽真空。
  15. 如請求項14所述之方法，於將工作流體注入該些冷凝通道、該輔助通道、該些連接通道與該蒸發通道並抽真空的步驟之後還包含：壓平該工作管以密封該工作通道；以及切斷該工作管。
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