專利名稱：散熱裝置及散熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從一待冷卻的目標(biāo)組件中散熱的散熱裝置，具體地說，涉及一種散熱裝置，其中將一種流體供給到一個(gè)散熱裝置內(nèi)的流體流動(dòng)通道中，并在通道的壁表面和供給到通道中的流體之間進(jìn)行熱交換，以便散去從待冷卻的目標(biāo)組件中放出的熱量。
背景技術(shù)：
利用一種熱交換器的散熱裝置在該技術(shù)中廣泛已知。近年來，許多裝置造得更薄和更小型。在這方面，增加了和待冷卻的目標(biāo)組件尺寸有關(guān)的發(fā)熱量，上述目標(biāo)組件包括在裝置中。在該技術(shù)中廣泛已知的是，為了改善裝置的冷卻效果，將一種流體供給到散熱裝置中。然而，這種類型的常規(guī)散熱裝置產(chǎn)生一個(gè)問題是，按照流體在通道內(nèi)從上游側(cè)朝下游側(cè)流動(dòng)，一個(gè)邊界層在流體中生長，因此削弱了在流體流動(dòng)通道的壁和流體之間所實(shí)施的熱交換功能。
在常規(guī)散熱裝置中，邊界層的影響通過在流體流動(dòng)通道內(nèi)的流體流動(dòng)中產(chǎn)生紊流進(jìn)行抑制，以便抑制在流體流動(dòng)通道內(nèi)流動(dòng)的流體中邊界層的生長。在例如日本專利申請(qǐng)(公開)No.63-17393所公開的散熱裝置中，在流體流動(dòng)通道的壁上形成一個(gè)伸出部分，以便抑制在通道內(nèi)流動(dòng)的流體中邊界層的生長。另外，在例如日本專利申請(qǐng)No.2001-127223所公開的散熱裝置中，在散熱層的其中一部分中設(shè)有一個(gè)肋條，以便抑制在流體流動(dòng)通道內(nèi)流動(dòng)的流體中邊界層的生長。還有，在例如打算改善散熱效率的日本專利公開No.11-338284所公開的散熱裝置中，安裝了一個(gè)肋條，所述肋條具有一個(gè)相對(duì)于流體流動(dòng)方向的迎角，以便抑制在流體流動(dòng)通道內(nèi)流動(dòng)的流體中邊界層的生長。
在上述每個(gè)先有技術(shù)中所公開的散熱裝置，其中形成一個(gè)伸出部分用于促進(jìn)傳熱，肯定能產(chǎn)生足夠的抑制邊界層生長的效果。然而，要求用于供給流體的供給部分具有一大的容量。通過例如擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)葉片的尺寸或增加旋轉(zhuǎn)葉片的轉(zhuǎn)速，肯定能使流體供給部分具有一大的容量。然而，特殊的措施造成散熱裝置的尺寸增加。另外，必需解決在散熱裝置中所產(chǎn)生的噪音問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種散熱裝置，它能使裝置小型化，能抑制噪音產(chǎn)生，并且還能改善冷卻效率。
按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于從待冷卻的目標(biāo)組件中散熱的散熱裝置，所述散熱裝置包括一個(gè)外殼，所述外殼具有一個(gè)傳熱表面和一個(gè)第一流動(dòng)通道，沿著上述傳熱表面?zhèn)魉蛠碜阅繕?biāo)組件的熱量，而一個(gè)流體在上述第一流動(dòng)通道中沿一第一方向流動(dòng)；和一個(gè)噴射流供給部分，所述噴射流供給部分加工成一定形狀，以便將一股噴射流沿一第二方向供給到在第一流動(dòng)通道內(nèi)流動(dòng)的流體中，上述第二方向與第一方向不同，因此在第一流動(dòng)通道內(nèi)的流體流動(dòng)中產(chǎn)生紊流，因而抑制在流體流動(dòng)通道內(nèi)流體中邊界層的生長。
另外，按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于從待冷卻的目標(biāo)組件中散熱的散熱裝置，所述散熱裝置包括一個(gè)供給單元，所述供給單元加工成一定形狀，以便供給一種流動(dòng)的流體；和一個(gè)外殼，所述外殼具有進(jìn)口和出口，外殼加工成一定形狀，以便將流動(dòng)的流體從進(jìn)口導(dǎo)向出口，上述外殼包括一個(gè)基底部分，所述基底部分熱耦合到目標(biāo)組件上，基底部分加工成一定形狀，以便傳導(dǎo)目標(biāo)組件中的熱量一個(gè)蓋部分，所述蓋部分加工成一定形狀，以便限定基底部分上進(jìn)口和出口之間的流動(dòng)空間；一個(gè)具有多個(gè)孔的隔板，所述隔板加工成一定形狀，以便將流動(dòng)空間隔開成第一和第二流動(dòng)通道，來將流動(dòng)的流體分開成第一和第二流體流，將其中一部分第一流體流通過各相應(yīng)的孔噴射到第一流體通道內(nèi)的第二流體流中；及多個(gè)散熱片部分，所述多個(gè)散熱片部分安裝在基底部分上的第二流動(dòng)通道中，并在基本上垂直于基底部分的方向上的進(jìn)口之間延伸。


圖1是示意示出按照本發(fā)明第一實(shí)施例的一種散熱裝置的斜視圖；圖2是示意示出圖1所示散熱裝置的構(gòu)造，并且還示意示出包括在散熱裝置中流體流動(dòng)通道構(gòu)造的剖視圖；圖3是示意示出按照本發(fā)明第二實(shí)施例的一種散熱裝置外觀的斜視圖；圖4是示意示出圖3中所示散熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平面圖；圖5是示意示出圖3中所示的散熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的垂直剖視圖；圖6是以放大的方式示意示出圖3中所示散熱裝置其中一部分的斜視圖；圖7是以放大的方式示意示出按照本發(fā)明第三實(shí)施例的一種散熱裝置其中一部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平面圖；圖8是以放大的方式示意示出按照?qǐng)D7中所示的本發(fā)明第三實(shí)施例的一種改型的散熱裝置其中一部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)平面圖；圖9是示意示出按照本發(fā)明第四實(shí)施例的一種散熱裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平面圖；圖10是示意示出按照?qǐng)D9中所示本發(fā)明第四實(shí)施例的散熱裝置構(gòu)造的垂直剖視圖；圖11A示出散熱裝置對(duì)照管道構(gòu)造，所述對(duì)照管道構(gòu)造未設(shè)置一個(gè)隔板；圖11B示出在圖11A中所示的管道構(gòu)造中的渦旋分布；圖11C示出在圖11A中所示的管道構(gòu)造中的溫度分布；
圖11D示出在圖11A中所示的管道構(gòu)造中的傳熱分布；圖12A示出按照本發(fā)明所述散熱裝置的管道構(gòu)造，所述散熱裝置的管道構(gòu)造在頂壁附近設(shè)置一個(gè)分隔壁；圖12B示出在圖12A中所示的管道構(gòu)造中的渦旋分布；圖12C示出在圖12A中所示的管道構(gòu)造中的溫度分布；及圖12D示出在圖12A中所示的管道構(gòu)造中的傳熱分布。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照

按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的散熱裝置。
圖1是示意示出按照本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)散熱裝置構(gòu)造的斜視圖，而圖2是示意示出圖1所示散熱裝置構(gòu)造，并且還示意示出在散熱裝置中所包括的流體流動(dòng)通道構(gòu)造的剖視圖。
一個(gè)矩形管道1具有一個(gè)矩形橫截面，上述矩形管道1包括一個(gè)具有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口的外殼，矩形管道1用一種具有比較大熱導(dǎo)率的金屬(如鋁或銅)制成。一個(gè)流體在其內(nèi)流動(dòng)的流體流動(dòng)空間在矩形管道1內(nèi)形成。相應(yīng)于矩形管道1底表面的傳熱表面2與待冷卻的目標(biāo)組件熱連接或與待冷卻的目標(biāo)組件熱接觸。待冷卻的目標(biāo)組件的熱量通過傳熱表面2傳送到矩形管道1中，以便與矩形管道1內(nèi)流動(dòng)的流體熱交換。一個(gè)隔板3安裝在矩形管道1內(nèi)，所述隔板3用來將流體流動(dòng)空間隔開成兩個(gè)流體流動(dòng)通道5、6。多個(gè)通孔4形成為用于在隔板3中產(chǎn)生一種噴射流的噴射流供給部分。
圖2是沿著圖1所示的線A-A所作的剖視圖。如圖1和2所示，流體流動(dòng)通道在矩形管道1內(nèi)形成，上述管道1被隔板3分隔成一個(gè)第一通道和一個(gè)第二通道，上述第一通道相當(dāng)于一個(gè)輔助流動(dòng)通道6，而上述第二通道相當(dāng)于一個(gè)主流動(dòng)通道5。導(dǎo)引入進(jìn)口的主流體流7B分成輔助和主流體流7A、7B，上述主流體流7B對(duì)應(yīng)于分別朝流動(dòng)方向D1、D2通過輔助和主流體通道5、6流動(dòng)的第一和第二流體流，并且在主流體通道5內(nèi)流動(dòng)的主流體流傳送從傳熱表面Z放出的熱量。
主流體流7B沿著主流動(dòng)通道5的壁平穩(wěn)地流動(dòng)。然而，因?yàn)橹髁黧w流7B具有粘度，所以主流體流7B的流動(dòng)速度在靠近主流動(dòng)通道5的壁的一個(gè)區(qū)域中是低的，并且朝主流動(dòng)通道5的壁方向進(jìn)一步逐漸降低，以致在主流動(dòng)通道5的壁上降到零。圖2中所示的箭頭8a代表主流體流7B的速度矢量。其中主流體流7B的流動(dòng)速度低的一個(gè)區(qū)域，也就是邊界層8b，在主流體流7B從上游側(cè)朝下游側(cè)流動(dòng)期間擴(kuò)大(或生長)。在邊界層8b中，抑制了主流體流7B與在方向D3上流動(dòng)的另一個(gè)流體流7C的混合，以便降低熱導(dǎo)率，上述方向D3與主流體流7B的流動(dòng)方向不同。換句話說，在主流體流7B從上游側(cè)流到下游側(cè)期間，熱導(dǎo)率逐漸降低。
輔助流體流7A也流入輔助流動(dòng)通道6中。在這方面應(yīng)該注意，通過閉合圖2中右側(cè)上輔助流動(dòng)通道6的出口，可以使輔助流動(dòng)通道6的內(nèi)壓變得比主流動(dòng)通道5的內(nèi)壓高。接著輔助流體流7A從輔助流動(dòng)通道6沿一個(gè)方向D3穿過通孔4流入主流動(dòng)通道5，上述方向D3與主流體流7B在主流動(dòng)通道5內(nèi)流動(dòng)的方向D2不同。換句話說，其中每個(gè)通孔4都起一個(gè)噴射流供給部分的作用，用于將輔助流體流7A的一個(gè)噴射流穿過通孔4從輔助流動(dòng)通道6供給到主流動(dòng)通道5中，以便產(chǎn)生主流體流7B的紊流9。在主流動(dòng)通道5內(nèi)流動(dòng)的主流體流7B被流體的紊流攪動(dòng)，因此抑制了邊界層8b的生長。另外，通過流體的紊流9促進(jìn)了主流體流7B的混合。
如上所述，本發(fā)明的第一實(shí)施例可提供一種散熱裝置，所述散熱裝置在不安排一個(gè)伸出的傳熱促進(jìn)部分的情況下，能抑制在流體流通道內(nèi)流動(dòng)的流體中邊界層的生長，上述一個(gè)伸出的傳熱促進(jìn)部分引起壓力損失，因此使散熱裝置能顯示高散熱效果。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D3-6說明按照本發(fā)明第二實(shí)施例所述的散熱裝置。
圖3是示意地示出按照本發(fā)明第二實(shí)施例的散熱裝置外觀的斜視圖。圖4示意示出圖3所示散熱裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。另外，圖5是沿著圖3所示的線B-B所作的剖視圖。順便說說，為了清楚地示出散熱裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一個(gè)本文以后稱之為蓋部分15從圖4中略去。
在按照本發(fā)明第二實(shí)施例的散熱裝置中，一個(gè)外殼10包括一個(gè)平板形的基底部分11，一個(gè)壁部分14，和一個(gè)蓋部分15，上述壁部分14在基本上垂直于基底部分11的方向上豎起，并以一種方式向上延伸，以便包圍基底部分11的外周邊表面，而上述蓋部分15閉合壁部分14。換句話說，通過基底部分11和壁部分14如此形成和限定一種盒形結(jié)構(gòu)，以便具有流體流7A、7B的一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口。盒形結(jié)構(gòu)還用可拆卸的蓋部分15閉合，以便形成外殼10。待冷卻的目標(biāo)組件(未示出)如一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)的中央處理單元(CPU)是與基底部分11的外部底表面熱連接。另外，多個(gè)相互平行的散熱片12這樣安裝在基底部分11的內(nèi)表面上，以使各散熱片12在一基本上垂直于基底部分11的方向上朝上延伸。一個(gè)風(fēng)扇13如一種離心式電扇安裝在基底部分11上，和一個(gè)流體進(jìn)口用一種面向風(fēng)扇13的方式設(shè)在蓋部分15中。按照風(fēng)扇13的旋轉(zhuǎn)，流體從進(jìn)口流入相鄰散熱片12之間所形成的流體流動(dòng)通道中，并且通過流動(dòng)通道流動(dòng)的流體通過外殼10的出口排放到外部。
現(xiàn)在將舉例說明制造外殼10的方法。
具體地說，除了要形成風(fēng)扇13的部分外，外殼10的基底部分11和多個(gè)散熱片12用例如具有高熱導(dǎo)率的金屬形成，這種金屬如鋁或銅。為形成基底部分11和各散熱片12，在用鋁的情況下一般應(yīng)用擠壓成形，而在用銅的情況下一般應(yīng)用切削法。可供選擇地，通過將多個(gè)平板組合，也能形成外殼10的基底部分11和各散熱片12。另一方面，要安裝風(fēng)扇13的部分或蓋部分15通過注射一種塑料如聚碳酸酯形成。另外，可以通過例如一種鑄造技術(shù)如壓鑄法整體式形成基底部分11、各散熱片12和風(fēng)扇13的殼體部分。
如圖5所示，隔板16安裝在基底部分11和蓋部分15之間，以便將基底部分11和蓋部分15之間的自由空間隔開成一個(gè)第一通道和一個(gè)第二通道，上述第一通道是一個(gè)主流動(dòng)通道17，而上述第二通道是一個(gè)輔助流動(dòng)通道。隔板16從主流體流7B的上游側(cè)，也就是從風(fēng)扇13一側(cè)的散熱片12的邊緣附近一個(gè)區(qū)域，流到主流體流7B的下游側(cè)，亦即流到出口側(cè)的散熱片12的邊緣。如圖所示，隔板16這樣彎曲，以使隔板16在主流體流7B的流動(dòng)方向D2上更靠近蓋部分15朝下游側(cè)延伸，以便最后到達(dá)蓋部分15。因此，輔助流動(dòng)通道18在垂直于主流體流7B流動(dòng)方向的方向上的截面積在主流體流7B流動(dòng)方向中朝下游側(cè)方向逐漸減少，以致在出口側(cè)上隔板16的邊緣部分與蓋部分15接觸，因此使輔助流動(dòng)通道18的出口側(cè)閉合。
在附圖所示的本發(fā)明第二實(shí)施例中，散熱片從基底部分11延伸通過隔板16，以便到達(dá)蓋部分15?；蛘?，外殼10可以構(gòu)造如下(1)各散熱片12能從基底部分11延伸通過隔板16，以便達(dá)到蓋部分15前方的一個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)。
(2)各散熱片12能延伸到隔板16，但不能延伸通過隔板16的結(jié)構(gòu)。
(3)其中某些散熱片12能延伸通過隔板16，以便到達(dá)輔助流動(dòng)通道18的內(nèi)部區(qū)域，而另一些散熱片12能延伸到達(dá)隔板16的結(jié)構(gòu)。
除了上面規(guī)定的改型之外，還能用各種方式修改外殼10的構(gòu)造。它足以用于待建造的外殼10，以使外殼10的內(nèi)部區(qū)域被隔板16隔開成主流動(dòng)通道的空間和輔助流動(dòng)通道的空間，及主流動(dòng)通道的空間被多個(gè)散熱片12隔開成多個(gè)主流動(dòng)通道，和把一個(gè)或多個(gè)輔助流動(dòng)通道限定在輔助流動(dòng)通道的空間中。
正如從圖4和6顯然看出的，在隔板16中形成大量通孔19，以致多個(gè)通孔19安排在位于相鄰散熱片12的區(qū)域中。每個(gè)通孔19都具有一個(gè)橢圓形橫截面形狀，同時(shí)橢圓的長軸線是設(shè)在主流體流7B的流動(dòng)方向上。如圖4所示，通孔19不是安排在主流動(dòng)通道17的進(jìn)口附近，而是安排在流體流動(dòng)方向上離主流動(dòng)通道17進(jìn)口一個(gè)規(guī)定距離的下游區(qū)域中。在這方面應(yīng)該注意，邊界層在主流動(dòng)通道17內(nèi)按照主流體流7B朝下游側(cè)方向的流動(dòng)生長。這種情形就是通孔19的特定安排對(duì)抑制邊界層的生長是有效的。
如圖6所示，在主流體流7B的流動(dòng)方向下游側(cè)上，通孔19的邊緣部分中，設(shè)有一個(gè)伸出部分(如一個(gè)導(dǎo)向葉片20)。導(dǎo)向葉片20設(shè)在位于隔板16上方的輔助流動(dòng)通道18一側(cè)。順便說說，隔板16在圖6中未示出，以便顯示導(dǎo)向葉片20的構(gòu)造，并且以后本文把所述導(dǎo)向葉片20叫做導(dǎo)向管20。導(dǎo)向葉片20安裝在下游側(cè)上橢圓形通孔19的邊緣部分中，沿著橢圓形通孔19基本上是邊緣部分一半或小于邊緣部分一半的區(qū)域彎曲，以便從橢圓形通孔19邊緣部分朝上游側(cè)方向傾斜。
另外，在隔板16中形成一種包括通孔19的管狀部分(如導(dǎo)向管21)，以便導(dǎo)向管21從隔板16向下朝主流動(dòng)通道17方向伸出(如圖6中所示)。導(dǎo)向管21安裝成使它的開口部分能這樣定位，以致一股噴射流從導(dǎo)向管12朝一個(gè)與主流體流7B流動(dòng)方向不同的方向噴出。在圖5所示的實(shí)施例中，導(dǎo)向管21的開口部分定位成使一股噴射流從導(dǎo)向管21朝一個(gè)基本上與主流體流7B流動(dòng)方向的方向噴出。
在上述構(gòu)造的散熱裝置中，以待冷卻的目標(biāo)組件放出的熱量傳送到基底部分11，而傳送到基底部分11的熱量從基底部分11的另一個(gè)表面?zhèn)魉偷街髁黧w流7B中，以便將熱量散發(fā)到主流體流7B中。更具體地說，傳送到基底部分11的熱量進(jìn)一步傳送到達(dá)散熱片12，和然后通過散熱片12傳送到主流體流7B中，以便散發(fā)到主流體流7B中。因此，散熱片12與基底部分11一起實(shí)施散熱表面的功能，以便擴(kuò)大包括在散熱裝置中的散熱表面積。
隔板16將流體流動(dòng)路線隔開成主流動(dòng)通道17和輔助流動(dòng)通道18，并將流體流分開成導(dǎo)入主流動(dòng)通道17和輔助流動(dòng)通道18中的兩個(gè)流體流7A、7B，流體流從風(fēng)扇13導(dǎo)入上述流體流動(dòng)路線中。如上所述，輔助流動(dòng)通道18的出口側(cè)閉合，其結(jié)果是使輔助流動(dòng)通道18的內(nèi)壓變得比主流動(dòng)通道17的內(nèi)壓高。因此，輔助流體流7A通過通孔19流動(dòng)，以便噴射到主流動(dòng)通道17中。應(yīng)該注意，在輔助流動(dòng)通道18內(nèi)流動(dòng)的主流體流7B通過安裝在輔助流體通道18內(nèi)的導(dǎo)向葉片20導(dǎo)向朝向通孔19，并且導(dǎo)向管21使穿過通孔19流動(dòng)的主流體流7B能從導(dǎo)向管21的開口部分噴出，以便形成一股噴射流。如上所述，噴射流朝與主流體流7B在主流動(dòng)通道17內(nèi)流動(dòng)方向不同的方向噴出。因此，通過噴入主流體流7B的噴射流在主流體通道17內(nèi)流動(dòng)的主流體流7B中形成一個(gè)紊流22。流體的紊流22使在主流體通道17內(nèi)流動(dòng)的主流體流7B攪動(dòng)，以便抑制邊界層的生長。另外，也促進(jìn)了主流體流7B的混合。
如上所述，在按照本發(fā)明第二實(shí)施例的散熱裝置中，各散熱片12精細(xì)地隔開主流動(dòng)通道17。另外，散熱片12的表面實(shí)施散熱表面的功能。因此，從通孔19噴出的噴射流不僅用來抑制基底表面11附近邊界層的生長，而且用來抑制散熱片12附近邊界層的生長，以便得到一個(gè)高散熱效果。
還應(yīng)該注意，輔助流動(dòng)通道18在一個(gè)垂直于主流體流7B流動(dòng)方向的方向上截面積朝主流體流7B下游側(cè)方向逐漸減少。結(jié)果，主流體流7B在輔助流動(dòng)通道18中平穩(wěn)流動(dòng)而不停滯，因此減少了輔助流動(dòng)通道內(nèi)的壓力損失。壓力損失的減少使它能降低風(fēng)扇13所需的能力，因此抑制從散熱裝置產(chǎn)生噪音并使散熱裝置小型化。
另外，導(dǎo)向葉片20和導(dǎo)向管21用來改變主流體流7B在輔助通道18內(nèi)流動(dòng)的方向，因此使主流體流7B平穩(wěn)地流動(dòng)，并且還用來使主流體流7B的流動(dòng)變平。因此，從通孔19噴出的主流體流7B的流動(dòng)速度增加，并且促進(jìn)了抑制邊界層生長的功能，因此得到較高的散熱效果。
還應(yīng)該注意，通孔19或?qū)蚬?1的開口部分成形為橢圓形，同時(shí)主流體流7B的流動(dòng)方向形成橢圓的長軸。結(jié)果，可以延長在主流動(dòng)通道17內(nèi)流動(dòng)的流體與通過通孔19或?qū)蚬?1從輔助流動(dòng)通道18中噴出的噴射流二者之間的混合時(shí)間。因此，促進(jìn)了抑制邊界層生長的功能，以便得到較高的散熱效果。
順便說說，上述構(gòu)造的散熱裝置具有圖4中規(guī)定的尺寸A、B和C及圖5中所規(guī)定的尺寸F和E。這些尺寸這樣限定，以使散熱片12的長度A為70mm(A＝70mm)，相鄰的散熱片12之間的距離B為3mm(B＝3mm)，散熱裝置開口部分的寬度C為50mm(C＝50mm)，主流動(dòng)通道的最小高度F為8mm(F＝8mm)，及輔助流動(dòng)通道的最大高度E為2mm(E＝2mm)。在具有上述規(guī)定尺寸的散熱裝置中，能達(dá)到一個(gè)具有小壓力損失的高熱導(dǎo)率，如按照通過解三維Navier-Stokes方程所得到的數(shù)值分析所得的表1中所示。
表1

現(xiàn)在將參照?qǐng)D7和8說明按照本發(fā)明第三實(shí)施例的散熱裝置。圖7是示意示出按照本發(fā)明第三實(shí)施例的散熱器構(gòu)造的平面圖。
如圖7所示，設(shè)置在相鄰散熱片12之間的多個(gè)通孔19安排在一個(gè)基本上垂直于主流體流7B流動(dòng)方向的方向上。各相鄰的導(dǎo)向葉片20通過一個(gè)連接部分33相互連接。另外，位于流體流7A上游側(cè)上的通孔19的開口面積大于位于流體流7A下游側(cè)上的通孔19的開口面積。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，在輔助流動(dòng)通道18內(nèi)流動(dòng)的主流體流7B在連接部分33處分開，以便使相同量的流體能流入每個(gè)相鄰的通孔19中。在這種情況下，流體從通孔19流入主流動(dòng)通道17不受例如距散熱片12的距離和通孔的安排的聯(lián)合影響，因此抑制了流體從通孔19流入主流動(dòng)通道17的量的不均勻性，并因此使流體的流動(dòng)穩(wěn)定。順便說說，如果連接部分33的形狀考慮到流體的流動(dòng)方向D1、D2來確定，例如，如果將連接部分33成形為拱弧形或流線型以便讓流體能平穩(wěn)流動(dòng)，則由連接部分33所產(chǎn)生的效果進(jìn)一步增加。
另外，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，各散熱片在輔助流動(dòng)通道18內(nèi)形成。然而，它可用于不在輔助流動(dòng)通道18中形成的散熱片，如圖8所示。在這種情況下，所有通孔19的導(dǎo)向葉片20都在連接部分33處相互連接。
另外，就流體流動(dòng)而論，上游側(cè)上輔助流動(dòng)通道的內(nèi)壓高于風(fēng)扇13一側(cè)上進(jìn)口處的內(nèi)壓。在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，各通孔19這樣安排，以使通口19的開口面積就流體的流動(dòng)而論朝下游側(cè)方向逐漸減小，以便防止在后側(cè)上穿過通孔19b流動(dòng)的流體量變得比在進(jìn)口側(cè)上穿過通孔19a流動(dòng)的流體量大的現(xiàn)象。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D9說明按照本發(fā)明第四實(shí)施例的散熱裝置。具體地說，圖9是示意示出按照本發(fā)明第四實(shí)施例的散熱裝置構(gòu)造的平面圖。
在圖9所示的散熱裝置中，將一個(gè)待冷卻的目標(biāo)組件41，如產(chǎn)生大量熱的一個(gè)中央處理單元(CPU)，和一個(gè)待冷卻的目標(biāo)組件42，如在中央處理單元中用的產(chǎn)生較少量熱的一種高速存儲(chǔ)器與外殼10的基底部分11熱連接。在這種散熱裝置中，將通孔19L設(shè)計(jì)成與另一種通孔19相比具有比較大的開口面積，上述通孔19L在基底部分11與產(chǎn)生大量熱的待冷卻的目標(biāo)組件41熱連接的那個(gè)區(qū)域中形成，或者是在特定區(qū)域的附近形成。
大量熱是在基底部分11中與待冷卻的目標(biāo)組件41熱連接的那個(gè)區(qū)域中和在特定區(qū)域的附近產(chǎn)生，因此使它必須采取有效的散熱措施。在圖9所示的散熱裝置中，讓在基底部分11與目標(biāo)組件41產(chǎn)生大量熱的待冷卻的目標(biāo)組件41熱接觸的那個(gè)區(qū)域中形成的或是在特定區(qū)域附近形成的通孔19具有一個(gè)大的開口面積，以便使它能局部增加穿過通孔19流入主流動(dòng)通道17的主流體流7B的量。如果大量主流體流7B流入主流動(dòng)通道17，則促進(jìn)流體的紊流22，其結(jié)果是邊界層不能生長。因此能夠保持高熱導(dǎo)率。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例?？梢栽诒景l(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)馗淖兩嵫b置的形狀、材料和構(gòu)造。例如，可以在外殼的外部安排一個(gè)輔助流動(dòng)通道50，和例如利用一個(gè)第二風(fēng)扇51作為用于將主流體流7B供給到輔助流動(dòng)通道50中的裝置，如圖10所示。另外，本發(fā)明的第四實(shí)施例針對(duì)其中一個(gè)中央處理單元或一個(gè)高速存儲(chǔ)器構(gòu)成待冷卻的目標(biāo)組件的散熱裝置。然而，很顯然，要用本發(fā)明的散熱裝置冷卻的目標(biāo)組件未特別加以限制。例如，通過本發(fā)明的散熱裝置，可用于一個(gè)熱管、一個(gè)電子槍、一個(gè)激光器振蕩部分的散熱部分或者一個(gè)冷凍器散熱部分的冷卻。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D11A-12D說明通過按照本發(fā)明實(shí)施例所述的散熱裝置所達(dá)到的傳熱和用于對(duì)照情況的散熱裝置所達(dá)到的傳熱。
如上所述，本發(fā)明的主要目的是提供一種方法，以便通過減少邊界層的生長和促進(jìn)下游區(qū)流動(dòng)中的紊流，來恢復(fù)下游區(qū)(厚邊界層)中的傳熱。這里，提供了關(guān)于流動(dòng)紊流如何在流動(dòng)中產(chǎn)生紊流的放大作用和隨后增加正常流動(dòng)方向上流體混合的某些計(jì)算結(jié)果。這些結(jié)果給出清楚的理解造成在散熱片和流體流之間動(dòng)量和熱傳送增加的現(xiàn)象。
圖11A示出傳熱裝置的對(duì)照管道構(gòu)造，所述對(duì)照管道未設(shè)置隔板16，而圖12A示出按照本發(fā)明所述散熱裝置的管道構(gòu)造，所述管道在頂壁附近設(shè)置一個(gè)隔板16。圖11A和12B所示的管道構(gòu)造二者具有相同的尺寸，但具有如上所述不同的構(gòu)造。圖11B和12B分別示出在圖11A和12A所示的管道構(gòu)造中的渦旋分布。在圖11A所示的對(duì)照管道構(gòu)造中，通道17中基本上沒有紊流產(chǎn)生，但在本發(fā)明的管道構(gòu)造中，如圖12A所示，由于噴射流而在通道17中產(chǎn)生紊流。圖11C和12C分別示出圖11A和12A所示的管道構(gòu)造中的溫度分布。在圖11A所示的對(duì)照管道構(gòu)造中，由于邊界層流動(dòng)，溫度隨著在通道中從通道的進(jìn)口側(cè)流動(dòng)到出口側(cè)而逐漸增加，但在按照本發(fā)明所述的管道構(gòu)造中，如圖12A中所示，由于在主流動(dòng)通道17中產(chǎn)生紊流，所以溫度隨著在通道中從通道17的進(jìn)口側(cè)流動(dòng)到出口側(cè)而逐漸降低。圖11D和12D分別示出在圖11A和12A所示的管道構(gòu)造中的傳熱分布。在圖11A所示的對(duì)照管道構(gòu)造中，傳熱主要是在通道內(nèi)的進(jìn)口流動(dòng)區(qū)中產(chǎn)生，并且由于邊界層流動(dòng)而從進(jìn)口流動(dòng)區(qū)開始逐漸降低。然而，在按照本發(fā)明所述的管道構(gòu)造中，如圖12A中所示，傳熱是在通道內(nèi)的進(jìn)口流動(dòng)區(qū)中產(chǎn)生，并且由于通道中所產(chǎn)生的紊流，傳熱在另一些流動(dòng)區(qū)中也產(chǎn)生。
從圖11B-11D可以看出，在管道式散熱片通道17中流動(dòng)的渦旋水平很低，這意味著在管道式散熱片通道17中流動(dòng)的紊流活動(dòng)性很低。結(jié)果，在下游通道中流體的混合很差，并且在熱的散熱片表面和流體流之間的熱傳送由于下游流動(dòng)和熱邊界層的產(chǎn)生而減少。另一方面，從圖12B-12D可以看出，流動(dòng)的渦旋水平很高，這意味著在流動(dòng)中的紊流活動(dòng)性由于正常流動(dòng)噴射與主流動(dòng)流相互作用而很強(qiáng)。這種現(xiàn)象造成熱的散熱片表面和流體流之間的動(dòng)量和熱傳送由于通道中邊界層生長的紊流而顯著增加。在按照本發(fā)明所述的實(shí)施例中，在散熱片表面上的平均傳熱可以比對(duì)照結(jié)構(gòu)增加近3倍。另外，從下面的方程可以看出，對(duì)一規(guī)定的流速，在散熱片表面上的平均傳熱系數(shù)與由分隔壁12所形成的第一管道面積與第二管道面積二者比值的平方成反比。
Hav=C(Ap/As)2]]>式中Hav是散熱片表面上的平均傳熱，C是常數(shù)，所述常數(shù)C相應(yīng)于第一管道的面積等于第二管道面積時(shí)的基本傳熱(對(duì)一規(guī)定的流速)，Ap是第一管道的面積，和As是第二管道的面積。
對(duì)本專業(yè)技術(shù)人員來說，額外的優(yōu)點(diǎn)和修改很容易發(fā)生。因此，本發(fā)明在它的更廣泛的方面不限于本文所示和所述的特殊細(xì)節(jié)和代表性的實(shí)施例。因此，在不脫離如所附權(quán)利要求書及其等效物所限定的本發(fā)明一般發(fā)明思想的精神或范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于從待冷卻的目標(biāo)組件散熱的散熱裝置，包括一個(gè)外殼，所述外殼具有一個(gè)傳熱表面和一個(gè)第一流動(dòng)通道，沿著上述傳熱表面?zhèn)魉蛠碜阅繕?biāo)組件的熱量，而一個(gè)流體在上述第一流動(dòng)通道中沿一第一方向流動(dòng)；及一個(gè)噴射流供給部分，所述噴射流供給部分加工成一定形狀，以便將一個(gè)噴射流沿一第二方向上供給到在第一流動(dòng)通道中流動(dòng)的流體中，上述第二方向與第一方向不同，因此在第一流動(dòng)通道內(nèi)的流體流動(dòng)中產(chǎn)生紊流，因而抑制第一流動(dòng)通道內(nèi)流體中邊界層的生長。
2.按照權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，還包括一個(gè)導(dǎo)向部分，所述導(dǎo)向部分加工成一定形狀，以便將噴射流導(dǎo)入第一流動(dòng)通道。
3.一種用于從待冷卻的目標(biāo)組件中散熱的散熱裝置，包括一個(gè)供給單元，所述供給單元加工成一定形狀，以便供給一種流動(dòng)的流體；和一個(gè)外殼，所述外殼具有進(jìn)口和出口，外殼加工成一定形狀，以便將流動(dòng)的流體從進(jìn)口導(dǎo)引到出口，上述外殼包括一個(gè)基底部分，所述基底部分與目標(biāo)組件熱連接，基底部分加工成一定形狀，以便傳導(dǎo)目標(biāo)組件中的熱量；一個(gè)蓋部分，所述蓋部分加工成一定形狀，以便在進(jìn)口和出口之間的基底部分上限定一個(gè)流動(dòng)空間；一個(gè)隔板，所述隔板具有多個(gè)孔，上述隔板加工成一定形狀，以便將流動(dòng)空間隔開成第一和第二流動(dòng)通道，將流動(dòng)的流體分成第一和第二流體流，將第一流體流的其中一部分通過相應(yīng)的孔噴射到第二流體流中，以便在第一流動(dòng)通道內(nèi)的第二流體流中產(chǎn)生紊流；及多個(gè)散熱片部分，所述多個(gè)散熱片部分安裝在基底部分上的第二流動(dòng)通道中，并在基本上垂直于基底部分的方向上和進(jìn)口與出口之間延伸。
4.按照權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其特征在于，散熱板包括一個(gè)導(dǎo)向件，所述導(dǎo)向件加工成一定形狀，以便將其中一部分第一流體流導(dǎo)入孔中。
5.按照權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其特征在于，導(dǎo)向件包括一個(gè)伸出部分，所述伸出部分設(shè)在孔的邊緣部分，上述孔設(shè)在隔板上第一流體流下游側(cè)上。
6.按照權(quán)利要求5所述的散熱裝置，其特征在于，導(dǎo)向件包括一個(gè)連接部分，所述連接部分用于使相鄰的伸出部分相互連接。
7.按照權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其特征在于，隔板包括一個(gè)管狀部分，所述管狀部分與孔連通，伸入第一流動(dòng)通道中，并通往第二流動(dòng)通道。
8.按照權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其特征在于，在隔板中所形成的多個(gè)孔安排在第一流體流的流動(dòng)方向上，并且每個(gè)孔都沿第一流體流的流動(dòng)方向上是細(xì)長的。
9.按照權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其特征在于，隔板中所形成的孔成形為橢圓形，橢圓形的長軸線沿第一流體流的流動(dòng)方向延伸。
10.按照權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其特征在于，隔板中所形成的孔這樣安排在第一流體流的流動(dòng)方向上，以便使流體上游側(cè)中所形成的孔具有一開口面積大于在第一流體流下游側(cè)上所形成的孔的開口面積。
11.按照權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其特征在于，在隔板設(shè)置成面對(duì)目標(biāo)組件的那個(gè)區(qū)域中所形成的孔具有一開口面積大于隔板第一個(gè)區(qū)中所形成的孔的開口面積。
12.按照權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其特征在于，供給單元包括一個(gè)風(fēng)扇，所述風(fēng)扇用于將流體導(dǎo)入第一和第二流動(dòng)通路。
13.一種從待冷卻的目標(biāo)組件中散熱的方法，包括使一主流體流流入一個(gè)外殼的主流動(dòng)通道，以便將從待冷卻的目標(biāo)組件放出的熱量傳送到主流體流；及將一個(gè)噴射流供給到在主流動(dòng)通道內(nèi)流動(dòng)的主流體流中，以便在主流體流中產(chǎn)生紊流，因而抑制了主流動(dòng)通道內(nèi)主流體流中邊界層的生長。
14.按照權(quán)利要求13所述從待冷卻的目標(biāo)組件中散熱的方法，其特征在于，噴射流沿一個(gè)與主流體流的流動(dòng)方向相交的方向供給。
全文摘要
將基底部分的一表面與待冷卻的目標(biāo)組件熱連接，上述基底部分具有形成流體進(jìn)口的開口部分。多個(gè)平行排列的散熱片沿基本上垂直于基底部分的方向安裝在基底部分的另一個(gè)表面上。一個(gè)風(fēng)扇安排成使流體穿過相鄰的散熱片之間的間隙流動(dòng)。一個(gè)通向流體進(jìn)口的壁部分安裝在基底部分上。壁部分的其中一部分構(gòu)成一個(gè)可拆卸的蓋部分。一個(gè)具有多個(gè)通孔的隔板安裝在基底部分和蓋部分之間，以便將基底部分和蓋部分之間的空間分成兩個(gè)流體流動(dòng)通道，上述多個(gè)通孔在隔板中形成，而上述兩個(gè)流體流動(dòng)通道包括一個(gè)主流動(dòng)通道和一個(gè)輔助流動(dòng)通道。
文檔編號(hào)G12B15/06GK1591699SQ20041005798
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者比斯瓦斯·德巴西斯, 高松伴直, 久野勝美, 巖崎秀夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝