CN100395684C - 环路式散热模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种环路式散热模组，其包括一环路式之热交换装置、一导风罩及一装设于导风罩一端之风扇，该热交换装置包括一蒸发部、至少一具有蒸发端、冷凝端之导管、至少一位于蒸发部上方的冷凝部，该蒸发部内形成有一密封腔体，毛细结构部分填满该腔体从而将其区隔为液相通道区及汽相通道区，该冷凝部包括若干散热鳍片，该导管穿过这些散热鳍片，其蒸发端与蒸发部的汽相通道区相连，其冷凝端与蒸发部的液相通道区相连，该热交换装置装设于导风罩内，冷凝端位于靠近风扇一端，而蒸发端位于远离风扇一端。

Description

环路式散热模组

【技术领域】

本发明为提供电子元件使用之散热模组改良，尤指利用相变潜热为主体结构之环路式散热模组。

【背景技术】

随着电子信息产业的快速发展，电子产品释出的热量亦愈来愈高，为使电子元件能够正常的运作，避免昂贵的电子元件损毁，必需对主要发热元件本身及产品系统进行有效且快速的散热。

回顾整个散热机制及制程，导热管因体积小、利用相变潜热作用快速输送大量热能、温度分布均匀、构造简单、重量轻、无需外加作用力、寿命长、低热阻、远距传输等特性，符合目前计算机散热模组的需求，因此被广泛用来解决散热问题。

初期大多数低瓦数的计算机散热模组，主要系利用一导热管、一散热器，并搭配一散热风扇的组合以进行散热。然而，随着计算机瓦数不断地提高，发热量越来越多，散热要求越来越高，传统的设计已不能满足要求，因此相关业者汲汲于努力研究解决之道，如增加导热管数量、加大导热管的直径、增加散热风扇数量及尺寸或增加散热鳍片数量及面积等等。然而，上述种种方式并不能完全解决高瓦数计算机之散热问题，主要原因在于：在导热管内之蒸汽流与液体流在同一管路内部逆向流动，其液-汽接口曲率随着吸、放热效率差异而显著变化，两者表面张力之差即成为输送液体的毛细力，所以差异越大时其毛细力越弱，无法提供足够的液态介质至蒸发部，以供汽化之用。因此将发生夹带限制(entrainment limit)，造成剪切力而导致整体热传输量的降低，当运用在高瓦数计算机上时其相互抵消的现象更加明显，因此其散热效率远比预期来得低。虽然经由改善散热鳍片数量尺寸、风扇之风压与风量、散热器本体基座与导热管焊接方式等，仍无法达到理想的散热效率。

因此，业界有使用回路热管或环形热管来解决高瓦数计算机的散热问题。然而，回路热管或环形热管在实际使用时仍有下列问题产生或需要考虑事项：(1)导热管操作角度效应；(2)激活问题；(3)低瓦数时产生塞流(Choke)及烧干(Dry Out)问题；(4)操作一段时间造成塞流及烧干问题。虽然由学理上推知其散热效果将远比导热管好，但目前这些致命的缺点导致回路热管无法取代现行之导热管。

因此，如何有效改善目前回路式热管之上述缺点，及导入高性能环路式散热模组，是相关同业、学者所汲汲努力的目标。

【发明内容】

为解决回路式热管之上述缺点，本发明之实施例提供一种环路式散热模组，其包括一环路式之热交换装置、一导风罩及一装设于导风罩一端之风扇，该热交换装置包括一蒸发部、至少一具有蒸发端及冷凝端之导管、及位于蒸发部上方且套设于导管之冷凝部，该蒸发部内形成有一密封腔体，毛细结构部分填满该腔体从而将其区隔为液相通道区与导管之冷凝端相连，及汽相通道区与导管之蒸发端相连，该热交换装置装设于导风罩内，导管之冷凝端位于靠近风扇一端而导管之蒸发端位于远离风扇之一侧。

在本发明之实施例中，为有效将液态介质导入蒸发部，可在导管之冷凝端设置毛细结构。

在本发明之实施例中，为更有效防止蒸发部加热后产生的汽化工作介质逆流至导管之冷凝端，可于蒸发部上方对应液相通道区之位置设置一散热器，用以急速冷却逆流之汽化工作介质，如此可保证低流阻之汽相通道区与液相通道区趋动工作介质流动之压差，避免塞流现象的产生。

在本发明之实施例中，冷凝部上、下可各加装一导风结构，有效导引散热风扇产生的气流导引至冷凝部及蒸发部上之散热器，从而提高环路式散热模组之散热性能。

【附图说明】

图1为依本实施例之环路式散热模组之组合图。

图2为图1之立体分解图。

图3为图1环路式散热模组中之热交换装置之立体分解图。

图4为图2之部分组合图。

图5为图1之另一角度视图。

图6为图1之再一角度视图且导风挡板与导风罩相分离性。

图7为依另一实施例之环路式散热模组之散热器与蒸发器之贴合视图。

图8为依再一实施例之环路式散热模组之散热器与蒸发器之贴合视图。

图9为依本实施例之环路式散热模组之固定销之立体图。

【具体实施方式】

下面参照附图，结合实施例对本发明作进一步说明。

图1为环路式散热模组1之组合图，图2为图1之立体分解图。该环路式散热模组1主要包括一环路式之热交换装置10、一导风罩60、一装设于导风罩60一端之散热风扇70(图中仅示该散热风扇70之扇框)、一导风挡板80、上、下导风结构90a、90b及一底座100。

请参图3，该热交换装置10包括一蒸发部20、二具有一蒸发端31及一冷凝端33之导管30、及一冷凝部50。蒸发部20由上、下盖板20a、20b组成一密封腔体，内含将腔体空间区隔为液相通道区与低流阻之汽相通道区之毛细结构20c；导管30之蒸发端31及冷凝端33分别接于蒸发部20之出、入口。在本实施例中，导管30系一体成型，且冷凝端33内设有毛细结构，而蒸发端31内可设或不设毛细结构。冷凝部50由套设于导管30之若干散热鳍片组成。在本实施例中，为防止蒸气过早在导管30之蒸发端31冷却，导管30之蒸发端31也可以不穿过冷凝部50。

蒸发部20之下盖板20b用于与发热元件(图未示)贴合接触，工作介质蕴藏于毛细结构20c内。工作时，下盖板20b从发热元件吸收热量加热工作介质，当达到产生饱和蒸汽的热量时，工作介质将迅速汽化产生蒸汽，并往低流阻之汽相通道区流动；蒸汽流沿蒸发端31急速前进，同时将大量热能带至冷凝部50，由冷凝部50之散热鳍片组及散热风扇70将热能逸散至大气。因放热作用而冷凝之液态工作介质，经由冷凝端33内之毛细结构快速回流至液相通道区，以提供下一波汽化过程所需之液态工作介质，依此循环不已。此外，为更有效防止下盖板20b加热后产生的汽化工作介质逆流至冷凝端33，于上盖板20a上方对应液相通道区之位置设置一散热器22，用以急速冷却逆流之汽化工作介质，如此可保证低流阻之汽相通道区与液相通道区趋动工作介质流动之压差，避免塞流现象的产生。

请一并参阅图4及图5，散热器22位于蒸发部20的上盖板20a与冷凝部50之间。冷凝部50上、下皆设有导引气流用之上、下导风结构90a、90b，每一导风结构90a、90b朝向散热风扇70之一端形成有至少一斜面，用以将散热风扇70产生的气流导引至冷凝部50及贴设于蒸发部20之上盖板20a的散热器22，从而提高热交换装置10之散热效率。上、下导风结构90a、90b可藉由卡扣结构(图未示)锁固于冷凝部50上，亦可藉由卡扣结构锁固于导风罩60内。

蒸发部20固设于底座100上，该底座100装设于导风罩60上从而将热交换装置10安装至导风罩60并与风扇70相对，导管之冷凝端33靠近风扇70而导管30之蒸发端31远离风扇70，该种设计有利于大部份之蒸汽在导管之冷凝端40内迅速冷却。底座100上设有若干固持孔102(请参图2)。

导风罩60大致呈U型，其包括一顶板60a及一对侧板60b。请一并参阅图6，每一侧板60b之底边向外翻折形成折边62，折边62上设有若干与底座100之固持孔102相对应之卡筒64，卡筒64中央形成有一从折边62延伸之定位柱66，卡筒64上开设有一对缺口64a。藉由若干固定销110可将底座100固定于导风罩60上。固定销110之一端形成有倒钩112，中央设有一通孔114(请参阅图2所示)。固定时，固定销110穿过底座100上对应之固持孔102并进入导风罩60对应之卡筒64内，卡筒64内之定位柱66对应插入至固定销110之通孔114内，同时，固定销110上之倒钩112对应卡入卡筒64之缺口64a，从而将底座100固定至导风罩60上。

导风档板80装设于导风罩60上。导风罩60之侧板60b的折边62之适当位置各设一小凹槽63，此凹槽63外型尺寸与导风挡板80之结合构造82相配合。在本实施例中，导风挡板80之结合构造82，系利用一似ㄈ型构造，利用弹性变形直接卡扣于导风罩60。导风挡板80上设有若干具有分流作用的孔洞84，亦设有纵向及横向加强肋86、88用以强化导风挡板80纵向及横向结构，此等加强肋86、88可避免因散热风扇70产生之过大风压而造成导风挡板80脱落。

在本实施例中，环路式散热模组1于使用时，只需利用螺丝(图未示)将导风罩60锁固于设有发热元件之电路板上即可。

在本实施例中，散热器22与底座100可以是铝挤成型、锻造成型、机加成型或铸造成型等任一方式成型，辅以机械加工后再与蒸发部20之上盖20a相配合，如图2所示；亦可为单独加工成型散热器22’后，再以TIM(Thermal InterfaceMaterial)固着于底座100上，之后再将底座100贴设于蒸发部20之上盖20a，如图7所示，还可为在底座100上开设一开孔，再将散热器22”穿过底座100之开孔而与蒸发部20之上盖20a相贴合，如图8所示。

如图9所示，为保有导风罩60上的定位柱66与固定销110之间的弹性变形裕度，及避免因间隙过大而造成松动，可缩小固定销110之通孔114于头端之内径并与定位柱66外径相配合，以增加其稳固性。固定销110底端之倒钩112亦可增加适当开槽116，以增加倒钩112之弹性变形裕度。

在上述实施例中，蒸发部20内之毛细结构20c，可以是粉末烧结毛细结构、金属网格毛细结构及纤维材料。

在上述实施例中，导管30之冷凝端33内的毛细结构，可以是粉末烧结毛细结构、金属网格毛细结构、微细沟槽及纤维材料。

在上述实施例中，导管30的截面形状可以是圆形、椭圆形、方形及长方形。

在上述实施例中，导管30的金属外壳材质可以是高热传导系数材料，例如：铜、铝、银及其合金。

在上述实施例中，热交换装置10内的工作介质可以是冷媒、水、乙醇、甲醇、丙酮、庚烷、氨水及其混合物。

在上述实施例中，热交换装置10内的循环回路可以是一组或一组以上的管路。

在上述实施例中，导风挡板80的材质可以是金属或非金属材料。

经由上述作用及实施，本环路式散热模组1具有以下优点：

(一)环路式散热模组1具有循环作用，同时由于液-汽分流的设计，其散热效能比传统导热管散热模组高。

(二)蒸发部20提供充足的待汽化之液态介质，可提高其最大热传量。

(三)导管30之冷凝端33中的毛细结构，可有效将液态介质导入蒸发部20，避免角度效应的产生。

(四)散热风扇70及热交换装置装设于导风罩60上从而形成一模块结构，经由螺丝将导风罩60锁固于电路板即可完成环路式散热模组1之安装，安装便利。

冷凝部50上、下各加装导风结构90a、90b，有效导引散热风扇70产生的气流导引至冷凝部50及蒸发部20上之散热器22，提高本环路式散热模组1的散热性能。

Claims (12)

1.一种环路式散热模组，包括一热交换装置、一导风罩及一位于导风罩一端之风扇，该热交换装置包括一蒸发部、至少一导管及一位于蒸发部上方的冷凝部，蒸发部内形成有一密封腔体，毛细结构部分填满该密封腔体从而将该密封腔体区隔为液相通道区及汽相通道区，该冷凝部包括若干散热鳍片，该导管穿过这些散热鳍片并具有与蒸发部的汽相通道区相连的蒸发端及与蒸发部的液相通道区相连的冷凝端，该热交换装置收容于导风罩内，冷凝端位于靠近风扇一端，而蒸发端位于远离风扇之一端。

2.如权利要求1所述的环路式散热模组，其特征在于：其中该蒸发部包括两盖板，两盖板其中之一者用来从发热元件吸热，两盖板其中之另一者上设有一散热器，该散热器位于蒸发部与冷凝部之间。

3.如权利要求2所述的环路式散热模组，其特征在于：其中一导风结构位于风扇与散热器之间，该导风结构朝向散热风扇的一端形成有至少一斜面用于将风扇产生的气流导引至散热器。

4.如权利要求3所述的环路式散热模组，其特征在于：其中该热交换装置装设于一底座上，该底座装设于导风罩上。

5.如权利要求4所述的环路式散热模组，其特征在于：其中该导风罩之横截面为ㄇ字形，其包括一顶板及一对侧板，每一侧板的底边向外翻折形成一折边，上述底座通过若干固定销装设于该风罩之侧板的折边。

6.如权利要求5所述的环路式散热模组，其特征在于：其中若干卡筒形成于折边上，每一卡筒上开设有至少一缺口，该固定销之一端形成有倒钩可与上述缺口相卡扣。

7.如权利要求5所述的环路式散热模组，其特征在于：其中一导风挡板装设于导风罩的侧板，其中该导风挡板的两端形成有ㄈ型构造，侧板之折边设有凹槽，ㄈ型构造对应卡扣于凹槽内。

8.如权利要求1所述的环路式散热模组，其特征在于：其中一导风结构位于风扇与冷凝部之间，该导风结构朝向散热风扇的一端形成有至少一斜面用于将风扇产生之气流导引至冷凝部。

9.一种环路式散热模组，包括一环路式之热交换装置、一导风罩及一向导风罩提供气流之风扇，该热交换装置包括一蒸发部、至少一具有冷凝端及蒸发端之导管、一冷凝部，该蒸发部与导管构成循环回路可供工作介质于其内循单一方向运动，该热交换装置装设于导风罩内，一导风结构位于导风罩与冷凝部之间，该导风结构朝向散热风扇的一端形成有至少一斜面用于将风扇产生之气流导引至冷凝部，一散热器设于蒸发部上与液相通道区相对应的位置且夹设于蒸发部与冷凝部之间。

10.如权利要求9所述的环路式散热模组，其特征在于：其中该蒸发部装设于一底座上，该底座装设于导风罩上。

11.如权利要求10所述的环路式散热模组，其中蒸发部内形成有一密封腔体，毛细结构部分填满该腔体从而将其区隔为液相通道区与导管之冷凝端相连，及汽相通道区与导管之蒸发端相连。

12.如权利要求9至11任一项所述的环路式散热模组，其中另一导风结构位于导风罩与散热器之间，该另一导风结构朝向散热风扇的一端形成有至少一斜面用于将风扇产生之气流导引至散热器。

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