CN100574591C - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种热交换器，适用于密闭式机柜，该热交换器包含：一底座，其包含具有过个第一穿孔的底板；一热交换模块，其固定于该底座上，并且与该底板的第一侧共同定义出第一气流通道，且与该底板的第二侧共同定义出第二气流通道；一第一风扇，其位于该底板的第一侧；一第二风扇，其位于该底板的第二侧；一第一挡板及一第二挡板，该第一挡板设置于该热交换模块的上表面且位于靠近该第一风扇的一侧，该第二挡板则设置于该热交换模块的上表面且位于相对于该第一挡板的另一侧；及一外盖，用以覆盖该第一风扇、该热交换模块及该底板的该第一侧，该外盖还包括多个第一通风孔及多个第二通风孔。本发明的热交换器可提高热交换效率，同时减少热交换器的整体体积。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，尤其涉及一种应用于密闭式机柜的内部散热的热交换器。

背景技术

请看图1，其为一密闭式机柜(sealed equipment cabinet)的示意图。密闭式机柜1的主要功能是为了保护放置于其中的电子装置(图未示)，以防止水气、灰尘、异物侵入，进而提高电子装置的使用寿命。由于操作中电子装置会产生大量的热，若无法及时移除热量，则不仅电子装置可能损坏，甚至机柜也可能故障。为了使机柜1保持于正常的工作温度，机柜1的背面通常设有一热交换器10，用以带走机柜1内部的热量。

热交换器10主要包含一顶部风扇11、一底部风扇12、多个间隔排列的散热片13、一挡板14、一外部进风口15、一外部出风口15’、一内部进风口16、一内部出风口16’以及一蜿蜒的导热管17。其中，顶部风扇11和底部风扇12分别与外界及机柜1内部相通。挡板14突出于热交换器10的中央，用以支持热交换器10，并且将其分为上容置空间101和下容置空间102。散热片13上贯穿有多个通孔(图未示)。内部装有冷却介质的蜿蜒的导热管17则穿过散热片13上的通孔，以套置于散热片13上。

以下将说明热交换器10的热传递机制：首先，来自机柜1内部的热气H1通过底部风扇12抽送而经内部进风口16吸入，进入下容置空间102；接着，热气与散热片13和导热管17接触，将一部分热量传递至上容置空间101；经冷却后的气体C1则通过内部出风口16’进入机柜1内部。其次，通过顶部风扇11的抽送，将外界的冷空气C2泵入上容置空间101中，冷空气与散热片13和导热管17接触，进一步带走一部分热量，随即通过外部出风口15’将热空气H2排出外界。

虽然图1所示的热交换器10可带走机柜1内部的部分热量，但由于导热管17呈蜿蜒状且数目仅有一个，一旦因长期使用而破裂时，则内部冷却介质将会泄漏，导致整体散热效果几乎失效。此时，必须大规模地更换散热片13和导热管17才可恢复散热效果。

请再看图1，由于底部风扇12与内部进风口16之间的距离太短，因此，热气H1通过底部风扇12的抽送而由内部进风口16进入下容置空间102之后，很迅速地便由内部出风口16’排出冷却气体C1。此时，部分冷却气体C1’可能回流至散热片13下方，与热气H1相互混合，此种冷、热气流相互干扰的情形易造成热交换效率降低。同理，由于顶部风扇11与外部进风口15之间的距离也太短，很迅速地便将热空气H2由顶部风扇11排出，此时，部分热空气H2’可能回流至散热片13上方，与冷空气C2相互混合，此种冷、热气流相互干扰的情形易造成热交换效率降低。

请看图2，其为应用于密闭式机柜的另一种热交换器的示意图。图2所示的热交换器20主要设在机柜2的上方，并且主要包含一顶部风扇21、一底部风扇22、多个间隔排列的散热片23、一顶部通风口25、一底部通风口26以及多个间隔排列的导热管27。其中，顶部风扇21和底部风扇22分别与外界及机柜2内部相通。机柜2的外壳将热交换器20分为上容置空间201和下容置空间202。散热片23上贯穿有多个通孔(图未示)。内部装有冷却介质的多个导热管27则穿过散热片23上的通孔，以套置于散热片23上。相较于图1的热交换器10，图2所示的热交换器20中的导热管27与散热片23相互垂直，此为两者主要差异处。由于导热管27的数目较多，因此，若其中仅少数导热管27破裂时，热交换器20仍可继续运作。至于热交换器20的热传递机制大体上与热交换器10相同，在此不予赘述。

请再看图2，由于底部风扇22与底部通风口26之间的距离太短，因此，热气H1经底部风扇22吸入且进入下容置空间202之后，很迅速地便由底部通风口26排出冷却气体C1。此时，部分冷却气体C1’可能回流至散热片23下方，与热气H1相互混合，此种冷、热气流相互干扰的情形易造成热交换效率降低。同理，由于顶部风扇21与顶部通风口25之间的距离也太短，很迅速地便将热空气H2由顶部风扇21排出，此时，部分热空气H2’可能回流至散热片23上方，与冷空气C2相互混合，此种冷、热气流相互干扰的情形易造成热交换效率降低。为了提高散热效率，必须依赖大面积的散热片23和导热管27，因此，热交换器20的整体体积相当大，安装需要较大空间。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种适用于密闭式机柜的热交换器，通过降低冷、热气流相互干扰的情形，进而提高热交换效率，同时减少热交换器的整体体积。

为达上述目的，本发明的一较广义实施方案是提供一种热交换器，适用于密闭式机柜，该热交换器包含：一底座，其包含具有多个第一穿孔的底板；一热交换模块，其固定于该底座上，并且与该底板的第一侧共同定义出第一气流通道，且与该底板的第二侧共同定义出第二气流通道；一第一风扇，其位于该底板的该第一侧；以及一第二风扇，其位于该底板的该第二侧；一第一挡板及一第二档板，该第一挡板设置于该热交换模块的上表面且位于靠近该第一风扇的一侧，该第二挡板则设置于该热交换模块的上表面且位于相对于该第一挡板的另一侧；以及一外盖，用以覆盖该第一风扇、该热交换模块及该底板的该第一侧，该外盖还包括多个第一通风孔及多个第二通风孔，而该第一挡板和该第二挡板大体上与该外盖内侧接触，来自外界的冷空气通过该第一风扇的运作而通过该外盖的所述第一通风孔及该第一风扇，并且进入该第一气流通道与该热交换模块进行热交换，再通过所述第二通风孔排出，并且来自该密闭式机柜的热气通过该第二风扇的运作而进入该第二气流通道与该热交换模块进行热交换后排出。

根据本发明的技术方案，该热交换模块包含：第一散热片组件，其位于该底板的该第一侧上，并且包含多个间隔排列的散热片，以定义出该第一气流通道，其中每一散热片具有多个对应于该底座的所述第一穿孔排列的第二穿孔；第二散热片组件，其位于该底板的该第二侧上，并且包含多个间隔排列的散热片，以定义出该第二气流通道，其中每一散热片具有多个对应于该底座的所述第一穿孔排列的第三穿孔；以及多个导热管，其依序穿过该第一散热片组件的所述第二穿孔、该底座上的所述第一穿孔以及该第二散热片组件的所述第三穿孔，由此将该第一散热片组件固定于该底板的该第一侧上以及将该第二散热片组件固定于该底板的该第二侧上。

根据本发明的技术方案，所述多个导热管以紧配合压入方式(press fitoperation)穿过该第一散热片组件的所述第二穿孔、该底座上的所述第一穿孔以及该第二散热片组件的所述第三穿孔。

根据本发明的技术方案，该底座还包含四个大体上与该底板垂直的侧板，以使该底座大体上呈开放的盒状。

根据本发明的技术方案，该底座的所述四个侧板与该底板共同形成一容置空间。

根据本发明的技术方案，该第二风扇与该第二散热片组件容置于该容置空间中。

根据本发明的技术方案，该第一风扇的出风口边缘突出一第一固定片及该第一挡板，该第二挡板位于该第一散热片组件上且相对于该第一风扇的出风口边缘突出的该第一挡板处。

根据本发明的技术方案，该第二风扇的出风口边缘突出一第二固定片及一第三挡板，且该热交换器还具有一第四挡板，该第四挡板位于该第二散热片组件上且相对于该第二风扇的出风口边缘突出的该第三挡板处。

根据本发明的技术方案，该第一固定片和该第二固定片分别具有多个固定孔套置于相邻的导热管上，且该外盖，覆盖该第一散热片组件。

根据本发明的技术方案，该第三挡板和该第四挡板大体上与该机柜的外壳接触。

附图说明

图1是示出根据现有技术应用于密闭式机柜的热交换器的示意图。

图2是示出根据现有技术应用于密闭式机柜的另一种热交换器的示意图。

图3是示出根据本发明适用于密闭式机柜的热交换器的组装示意图。

图4(A)至图4(D)是示出根据本发明的热交换器的组装流程图。

图5是示出根据本发明的热交换器的剖面图。

图6是示出根据本发明的热交换器的并联扩充示意图。

其中，附图标记说明如下：

1机柜             10热交换器

11顶部风扇        12底部风扇

15外部进风口     15’外部出风口

16内部进风口     16’内部出风口

17导热管         101上容置空间

102下容置空间    2机柜

20热交换器       21顶部风扇

22底部风扇       23散热片

25通风口         26通风口

27导热管         201上容置空间

202下容置空间

3热交换器                 30外盖

301通风孔                 302通风孔

31底座                    311底板

312容置空间               3110穿孔

32热交换模块              321第一散热片组件

322第二散热片组件         323导热管

3110穿孔                  3210穿孔

3220穿孔                  33第一风扇

331入风口                 332出风口

333固定片                 3330固定孔

34第二风扇                341入风口

342出风口                 343固定片

3430固定孔                4机柜

41通风口                  42通风口

351挡板                   352挡板

353挡板                   354挡板

C1换热后的冷空气          C2冷空气

H1热气                    H2换热后的热空气

C1’部分换热后的冷空气    H2’部分换热后的热空气

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方案上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图标记在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图3，其是根据本发明适用于密闭式机柜的热交换器的组装示意图。热交换器3主要包含一外盖30、一底座(chassis)31、一热交换模块32、一第一风扇33、一第二风扇34以及多个挡板351～354。外盖30表面的左右两侧分别有多个通风孔301及302。底座31大体上呈开放的盒状，其一底板311上有多个穿孔3110，另一侧则形成一容置空间312。热交换模块32主要包含第一散热片组件321、第二散热片组件322及多个导热管(heat pipe)323。第一散热片组件321和第二散热片组件322皆为多个散热片间隔排列而成，并且对应于底座31上的穿孔3110，第一散热片组件321及第二散热片组件322分别有多个穿孔3210和3220。导热管323内部则装有冷却介质，例如水。

请参阅图4(A)至图4(D)及配合图3，兹说明热交换器3的组装过程如下：

首先，如图4(A)所示，利用紧配合压入程序(press fit operation)，使导热管323依序穿过第一散热片组件321的穿孔3210、底座31上的穿孔3110以及第二散热片组件322的穿孔3220，由此将第一散热片组件321固定于底座31的底板311上以及将第二散热片组件322固定于底座31的容置空间312中。

接着，如图4(B)所示，将第一风扇33置于底座31的底板311表面上，其中入风口331向上，出风口332则面向第一散热片组件321中由多个散热片所定义的气流通道。第一风扇33的出风口332边缘则突出一固定片333及挡板351，其中固定片333上有多个固定孔3330则套置于相邻的导热管323上。接着，将挡板352固定于另一侧的导热管323上。同理，将第二风扇34置于底座31的容置空间312中，其中入风口341向下，出风口342则面向第二散热片组件322中由多个散热片所定义的气流通道。第二风扇34出风口边缘则突出一固定片343及挡板353，其中固定片343上有多个固定孔3430且套置于相邻的导热管323上。接着，将挡板354固定于另一侧的导热管323上。

接着，将外盖30覆盖于上述结构之上，随即完成本发明热交换器3的组装。如图4(C)和图4(D)所示，其为组装后的热交换器3的正面及背面立体示意图。

请配合看图5，兹说明热交换器3的热传递机制如下：

首先，通过第二风扇34的运作，使来自机柜4内部的热气H1通过机柜4壳体上的通风口41，由第二风扇34的入风口341吸入，再由出风口342送入第二散热片组件322中由多个散热片所定义的气流通道，热气与第二散热片组件322和导热管323接触，将一部分热量传递至第一散热片组件321，经冷却后的气体C1则由通过机柜4壳体上的通风口42循环进入机柜4内部。同时，通过第一风扇33的抽送，外界的冷空气C2则通过外盖30表面的通风孔301及第一风扇33的入风口331吸入，再由出风口332送入第一散热片组件321中由多个散热片所定义的气流通道，冷空气与第一散热片组件321和导热管323接触，进一步带走一部分热量，再将热空气H2经由外盖30表面的通风孔302排出外界。再者，挡板351和352大体上与外盖30的内壁接触，且挡板353和354则大体上与机柜4的壳体接触，因而可避免经热交换的气流相互干扰，因而提升热交换效率。

请看图6，本发明的热交换器的另一特征在于可扩充并联两组以上的热交换器3以增加散热能力，仅需将相邻的热交换器3的相关电路并联即可，本领域技术人员自然明白。因此，在所有运作中的热交换器3，一旦有任一热交换器3故障，则其它热交换器3仍然能继续运作，以避免散热功能全部失效。此外，若选用有可变转速的风扇33、34来让散热能力由0％～100％运作，则本发明的并联技术可在正常运作时，设计让每个热交换器3为部分散热能力输出，一旦有任一热交换器3故障时，则其它热交换器3为全部散热能力输出而达到备援的目的。

在以上实施例中，外盖30和底座31由高导热性材料，例如铝合金制成。第一散热片组件321的散热片和导热管323也由高导热性材料，例如铜或铝材料制成。第一风扇33及第二风扇34优选为鼓风机(blower)。另外，由于导热管323彼此独立设置，因此，若其中仅少数导热管323破裂时，热交换器3仍可继续运作。本发明所述的热交换器可安装于例如机柜内部、外部、顶面、侧边、背面或门上，故可满足不同安装需求。

综上所述，由于气流相互干扰的情形大幅改善，因而本发明的热交换器的热交换效率大幅地提高，故整体体积可缩小。再者，由于采薄型设计，故即使安装于机柜内部，仍不会占去太多内部空间。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域技术人员进行诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims (8)

1.一种热交换器，适用于密闭式机柜，该热交换器包含：

一底座，其包含具有多个第一穿孔的底板；

一热交换模块，其固定于该底座上，并且与该底板的第一侧共同定义出第一气流通道，且与该底板的第二侧共同定义出第二气流通道；

一第一风扇，其位于该底板的该第一侧；以及

一第二风扇，其位于该底板的该第二侧；

一第一挡板及一第二档板，该第一挡板设置于该热交换模块的上表面且位于靠近该第一风扇的一侧，该第二挡板则设置于该热交换模块的上表面且位于相对于该第一挡板的另一侧；以及

一外盖，用以覆盖该第一风扇、该热交换模块及该底板的该第一侧，该外盖还包括多个第一通风孔及多个第二通风孔，而该第一挡板和该第二挡板大体上与该外盖内侧接触，来自外界的冷空气通过该第一风扇的运作而通过该外盖的所述第一通风孔及该第一风扇，并且进入该第一气流通道与该热交换模块进行热交换，再通过所述第二通风孔排出，并且来自该密闭式机柜的热气通过该第二风扇的运作而进入该第二气流通道与该热交换模块进行热交换后排出。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，该热交换模块包含：

第一散热片组件，其位于该底板的该第一侧上，并且包含多个间隔排列的散热片，以定义出该第一气流通道，其中每一散热片具有多个对应于该底座的所述第一穿孔排列的第二穿孔；

第二散热片组件，其位于该底板的该第二侧上，并且包含多个间隔排列的散热片，以定义出该第二气流通道，其中每一散热片具有多个对应于该底座的所述第一穿孔排列的第三穿孔；以及

多个导热管，其依序穿过该第一散热片组件的所述第二穿孔、该底座上的所述第一穿孔以及该第二散热片组件的所述第三穿孔，由此将该第一散热片组件固定于该底板的该第一侧上以及将该第二散热片组件固定于该底板的该第二侧上。

3.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述多个导热管以紧配合压入方式穿过该第一散热片组件的所述第二穿孔、该底座上的所述第一穿孔以及该第二散热片组件的所述第三穿孔。

4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，该底座还包含四个大体上与该底板垂直的侧板，以使该底座大体上呈开放的盒状，且该底座的所述四个侧板与该底板共同形成一容置空间，其中该第二风扇与该第二散热片组件容置于该容置空间中。

5.如权利要求4所述的热交换器，其特征在于，该第一风扇的出风口边缘突出一第一固定片及该第一挡板，该第二挡板位于该第一散热片组件上且相对于该第一风扇的出风口边缘突出的该第一挡板处。

6.如权利要求5所述的热交换器，其特征在于，该第二风扇的出风口边缘突出一第二固定片及一第三挡板，且该热交换器还具有一第四挡板，该第四挡板位于该第二散热片组件上且相对于该第二风扇的出风口边缘突出的该第三挡板处。

7.如权利要求6所述的热交换器，其特征在于，该第一固定片和该第二固定片分别具有多个固定孔套置于相邻的导热管上，且该外盖覆盖该第一散热片组件。

8.如权利要求7所述的热交换器，其特征在于，该第三挡板和该第四挡板大体上与该机柜的外壳接触。

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