CN102984916A - 循环式散热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种循环式散热器，其包括一腔体、一输送管、一汲水管以及一流体。腔体包含一储水槽及一蒸发室，输送管及汲水管依序连接于蒸发室及储水槽之间，并且储水槽和汲水管内分别填充有毛细结构，流体分布于腔体、输送管和汲水管内，并且吸附于毛细结构中。当流体受热后产生蒸气，此蒸气经由蒸发室流通至输送管，并且于输送管内冷凝为液体。液体再通过毛细结构的吸附，回流至储水槽内而完成散热循环。同时，可确保储水槽内始终维持适量的液体，从而避免腔体内因液体回流量不足而产生干烧现象。

Description

循环式散热器

【技术领域】

本发明关于一种散热器，特别是有关一种循环式散热器。

【背景技术】

近年来随着电子产业的高度发展，使中央处理器(central processing unit，CPU)及图形处理器(graphic processing unit，GPU)等电子组件的指令周期日益提升。在这种情况下，造成上述电子组件承载的运算量越来越大，相对地导致其功耗的增加。以三维(three-dimension，3D)显卡为例，目前3D显卡的功耗已经突破200W(瓦)，并且逐步向300W甚至更高功耗迈进。

鉴于中央处理器及图形处理器等电子组件在单位面积上所承载的功耗大幅提升，依靠传统铜铝底板作为导热介质的散热方式，在中高阶电子产品中已经出现逐步被淘汰的现象，更多取而代之的是使用热管或均热板(vapor chamber)为代表的高级相变传导介质的散热器。

然而，由于热管及均热板皆为利用流体于气态及液态之间的相变化来进行热量传递，因此若流体所产生的蒸气由受热端流通至冷凝端时，蒸气与冷凝后的液体将处于同一密闭空间内，并且是呈相互逆向流动的状态，进而在彼此的流速上产生干扰，而降低热管及均温板的散热效能。并且，容易造成回流的液体量不足，而导致热管及均温板内部产生干烧的现象，使电子组件存在有急速升温的风险。

此外，热管及均热板等相变传导介质，因本身构成的特性各有限制，如热管单根带载功耗在20～40W之间，当其应用于图形处理器时，由于图形处理器的单位面积的容纳极限在6根左右，造成单独热管对芯片模块传热的解热功耗超过300W时出现瓶颈。均热板虽然单块可以做到300W的解热功耗，但是在将热传导至散热鳍片的效率还亟待加强。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供一种循环式散热器，从而解决习知使用热管或均热板的散热器，其流体所产生的蒸气及液体于流动时容易产生相互干扰，容易造成热管或均热板内回流的液体量不足，而产生干烧现象，并导致热管式散热器的解热功耗低以及使用均热板的散热器的传热效率差等问题。

本发明所揭露的循环式散热器，其包括一腔体、一输送管、一汲水管以及一流体。腔体包含一储水槽及一蒸发室，储水槽形成有一入水口，并且储水槽内填充有一第一毛细结构。蒸发室连通于储水槽，并且形成有一出水口。输送管连接于出水口，汲水管连接于输送管与入水口之间，并且汲水管内填充有一第二毛细结构。流体常态的分布于腔体、输送管及/或汲水管内。其中，当流体受热形成一蒸气，此蒸气经由蒸发室流通至输送管内，并且于输送管内冷凝为一液体，液体通过第二毛细结构吸附，而流通于汲水管内，并且液体于入水口接触第一毛细结构，并通过第一毛细结构吸附于储水槽内。

本发明所揭露的循环式散热器，其中蒸发室包含一导流面，导流面自出水口朝向入水口倾斜设置，蒸气是通过导流面导引至输送管内。

本发明所揭露的循环式散热器，其中出水口及入水口分别设置于腔体的相对二侧面。

本发明所揭露的循环式散热器，其中第一毛细结构填满储水槽。

本发明所揭露的循环式散热器，其中第一毛细结构在入水口常态地接触液体。

本发明所揭露的循环式散热器，其中第二毛细结构填满汲水管。

本发明所揭露的循环式散热器，其中汲水管包括一管体以及一结合件，管体连接于入水口，结合件连接于管体及输送管之间，第二毛细结构的一端填充于管体内，第二毛细结构的另一端伸入结合件内。

本发明所揭露的循环式散热器，其中第二毛细结构的一端填满管体。

本发明所揭露的循环式散热器，其中蒸发室设置于储水槽上方，并且覆盖住部分第一毛细结构。

本发明所揭露的循环式散热器，其中输送管包含一导热段及一冷却段，冷却段连接于导热段及汲水管之间，蒸气是从出水口流通至导热段，并且于冷却段凝结为液体，液体经由汲水管流通至储水槽。

本发明所揭露的循环式散热器，其中冷却段是从冷却段连接导热段的一端朝向冷却段连接汲水管的另一端倾斜设置。

本发明所揭露的循环式散热器，其中第一毛细结构及第二毛细结构为金属粉末烧结结构、金属编织网或陶瓷粉末烧结结构。

本发明所揭露的循环式散热器，其中流体的材料选自冷媒、水、乙醇、甲醇、丙酮、氨水及其混合物其中之一。

本发明所揭露的循环式散热器，其中第一毛细结构及/或第二毛细结构内的液体呈饱和状态。

本发明所揭露的循环式散热器，通过将汲水管连接于输送管与储水槽的入水口之间，并且于腔体内填充第一毛细结构以及汲水管内填充第二毛细结构的技术手段，让蒸气在输送管内冷凝后所形成的液体可受到第二毛细结构的吸附，而从输送管与汲水管相连接的一端，被导引至汲水管与储水槽相连接的一端。之后，再通过储水槽内的第一毛细结构的毛细作用，使液体再次的回填于储水槽内，如此可确保储水槽内始终维持适量的液体。因此，可避免腔体内因液体回流量不足而产生干烧现象。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作最佳实施例详细说明如下。

【附图说明】

图1A为本发明第一实施例的分解示意图。

图1B为本发明第一实施例的剖面示意图。

图1C为本发明第一实施例的组合示意图。

图1D为本发明第一实施例的使用状态示图。

图2A为本发明第二实施例的分解示意图。

图2B为本发明第二实施例的组合示意图。

主要组件符号说明：

10     循环式散热器      1311    第一管路

110    腔体              1312    第二管路

111    储水槽            1313    第三管路

1111   入水口            132     管体

112    蒸发室            133     第二毛细结构

1121   出水口            140     流体

1122   导流面            20      电子组件

113    第一毛细结构

120    输送管

121    导热段

122    冷却段

130    汲水管

131    结合件

【具体实施方式】

如图1A至图1C所示，本发明第一实施例所揭露的循环式散热器10，其包括一腔体110、一输送管120、一汲水管130以及一流体140，腔体110可以是但并不局限于以金属材料所制成的中空盒体，腔体110内具有相连通的一储水槽111及一蒸发室112，储水槽111设置于蒸发室112下方，并且储水槽111的体积大于蒸发室112的体积。储水槽111的一侧面形成有一入水口1111，并且于储水槽111内填充有一第一毛细结构113，第一毛细结构113可以是金属粉末烧结结构、金属编织网或陶瓷粉末烧结结构等具有多孔隙的结构体。此外，第一毛细结构113可以是但并不局限于完全填满储水槽111，其中第一毛细结构113的一端包覆于储水槽111内，并且遮蔽住入水口1111，第一毛细结构113的另一端则曝露于蒸发室112下方，也就是说，蒸发室112覆盖住部分第一毛细结构113。

蒸发室112的一侧面上形成有一出水口1121，出水口1121与储水槽111的入水口1111分别设置于腔体110的相对二侧面。由于蒸发室112位于储水槽111上方，因此使出水口1121及入水口1111以错位方式设置于腔体110上。此外，蒸发室112相对出水口1121的另一侧可选择性的设置一导流面1122，且导流面1122是从出水口1121朝向入水口1111的方向倾斜设置。

输送管120和汲水管130为具有高热传导率的金属材料所组成的中空输送管，其较佳材质为铜或铜合金，但并不以此为限。输送管120具有弯折连接的一导热段121及一冷却段122，且导热段121连接于蒸发室112的出水口1121与冷却段122之间。汲水管130连接于输送管120的冷却段122与储水槽111的入水口1111之间，使输送管120与汲水管130环绕设置于腔体110上而形成一回路式结构。此外，汲水管130包含一结合件131以及一管体132，结合件131可以是但并不限于以三通管的形式连接于管体132与输送管120的冷却段122之间。当结合件131为三通管时，其包含一第一管路1311、一第二管路1312以及一第三管路1313，第一管路1311连接于输送管120的冷却段122，第二管路1312连接于管体132，使汲水管130与输送管120相互连通，而第三管路1313则连通于外界环境。

管体132连接于结合件131与储水槽111的入水口1111之间，管体131内并填充有一第二毛细结构133，第二毛细结构133可以是金属粉末烧结结构、金属编织网或陶瓷粉末烧结结构等具有多孔隙的结构体。此外，第二毛细结构133可以是但并不局限于填满于管体132内。在本实施例中，是以第二毛细结构113的一端完全填满管体132，另一端伸入结合件131中，并且对应于输送管120的冷却段122的管口做为举例说明，但并不以此为限。

流体140可以是但并不局限于冷媒、水、乙醇、甲醇、丙酮、氨水及其混合物等具有低沸点、高汽化热、高流动性、化学性质稳定，并且可在液态及气态之间进行可逆相变化的液体，使流体140在不同温度状况下可能包含液态或是液态与气态组合。流体140的体积可以是但并不局限于大于或等于腔体110的储水槽111的体积，使流体140常态地填充于腔体110的储水槽111、输送管120的冷凝段122及/或汲水管130内，并且流体140以液态形式接触并吸附在汲水管130的第二毛细结构133内，以及在储水槽111的入水口1111常态的接触于第一毛细结构113，而吸附于第一毛细结构113中，使第一毛细结构113及/或第二毛细结构133内的流体140含量呈饱和状态。

此外，在不同的温度状态下，随着流体140于液态及气态之间的转换程度，腔体110的储水槽111内可包含部份或全部流体140。流体140常态地分布于储水槽111内，并且部分或全部吸附于第一毛细结构113内。同样地，汲水管130内可包含部分或全部流体140，使流体140常态地分布于结合件131以及管体132内，而部分或全部吸附于第二毛细结构133中。在本实施例中，是以流体140于常态下，以液体形式完全填充于储水槽111和汲水管130内，并且吸附于第一毛细结构113以及第二毛细结构133内的流体140含量呈饱和状态，以及以液体形式部分填充于输送管120的冷却段122做为举例说明，但并不以此为限。

其中，流体140可经由汲水管130的结合件131的第三管路1313填充至腔体110的储水槽111、输送管120的冷却段122及/或汲水管130的管体132内，接着再通过结合件131的第三管路1313对腔体110、输送管120和汲水管130内部进行抽真空作业。之后，封闭结合件131的第三管路1313，使腔体110、输送管120和汲水管130三者之间形成相互连通的真空环境。

请参阅图1A至图1D，在使用上，本实施例所揭露的循环式散热器10通过腔体110的储水槽111的外表面贴覆于电子组件20表面，例如贴覆于电子产品内的中央处理器(CPU)或图形处理器(GPU)等电子组件20表面。并且，当电子组件20开始运作并产生热能时，此热能通过电子组件20传导至腔体110上，使腔体110的储水槽111内所填充的流体140受热而产生高温蒸气。此时，由于第一毛细结构113的一端包覆于储水槽111内并遮蔽入水口1111，使流体140在储水槽111相邻于入水口1111的一侧不易形成蒸气，并且具有较大的气体流动阻力，因此使蒸气定向的从第一毛细结构113曝露于蒸发室112的一端形成，并且逸散至蒸发室112内。

当蒸气逸散至蒸发室112，其上升气流将持续的从出水口1121进入输送管120的导热段121中，同时，部分朝侧向扩散的蒸气(即朝向蒸发室112的内壁面移动的蒸气)，会受到蒸发室112的导流面1122的阻碍，而被集中导引至出水口1121并进入输送管120内。如此，可避免朝侧向扩散的蒸气累积在蒸发室112角落，而在尚未冷却的情形下立即回复为高温液体，或者是避免蒸气在蒸发室112角落形成乱流而干扰上升气流的流动。另外，随着逸散至蒸发室112的蒸气量增加，一并使蒸发室112相对输送管120处于高温状态，因此使蒸发室112的内部压力产生变化，而大于输送管120的内部压力，进而使蒸气定向的冲入输送管120。

当蒸气冲入输送管120后，蒸气沿着输送管120的导热段121流通至冷却段122，并且将蒸气的热量传导至输送管120上，使蒸气所携带的热量可于输送管120表面与外界环境进行热交换，以达到降低输送管120内蒸气温度的目的。

因此，当流体140所产生的蒸气于输送管120内持续的从导热段121流通至冷却段122时，蒸气所携带的热量将随着递减，并且于冷却段122冷凝为液体。接着，液体再受到后方蒸气的推动以及腔体110及输送管120内的压力差作用，而从冷却段122流通至汲水管130。此时，液体在汲水管130的结合件131内接触第二毛细结构133，使液体经由第二毛细结构133的吸附而分布于汲水管130的管体132内，并且被导引至储水槽111的入水口1111。接着，液体在储水槽111的入水口1111接触并吸附于第一毛细结构113内，使液体再次的填充于腔体110的储水槽111内。之后，所回收的流体140再度的完成上述的相变化历程，使流体140可周而复始的在高温蒸气与冷凝液体之间不断的循环，进而达到使电子组件20降温的功效。

如图2A和图2B所示，为本发明第二实施例所揭露的循环式散热器10。本发明所揭露的第二实施例与第一实施例在结构上大致相同，以下仅就两者间的差异加以说明。

在本发明第二实施例所揭露的循环式散热器10中，汲水管130是一单一管件的形式连接于输送管120的冷却段122与储水槽111的入水口1111之间，使第二毛细结构133的相对二端分别对应于冷却段122的管口以及储水槽111的入水口1111。因此，当流体140在输送管120的冷却段122凝结为液体时，液体可常态的接触于第二毛细结构133，并且被第二毛细结构133吸附，而分布于汲水管130内。同时，液体可经由第二毛细结构133传送至储水槽111的入水口1111，使液体接触于第一毛细结构113，而被吸附于腔体110的储水槽111内。因此，让储水槽111内部时常的保持适量的流体140。

此外，为了避免在输送管120的冷却段122冷凝的液体从导热段121逆向流回蒸发室112内，可选择性的将输送管120的冷却段122连接导热段121的一端，设置为自冷却段122连接导热段121的一端朝向冷却段122连接汲水管130的一端，相对水平面向下倾斜设置，使部分冷却段122倾斜连接于导热段121，如此可确保蒸气在冷却段122凝结为液体后，只能朝向汲水管130的方向流动，并依序吸附于第二毛细结构133以及第一毛细结构113中，以避免流体140未能即时回填至腔体110内而产生干烧现象。

本发明所揭露的循环式散热器，并不以上述实施例所揭露的型态为限，熟悉此项技术者，可根据实际设计需求或是使用需求而对应改变本发明中输送管的设置方式及数量。

上述本发明所揭露的循环式散热器，其第一毛细结构的一端包覆于储水槽内并遮蔽入水口，使流体所产生的蒸气定向的流通至输送管内，并且在输送管内冷凝为液体。所产生的液体再经由第二毛细结构的吸附，而自输送管回传至储水槽内，使液体再次受到第一毛细结构的吸附，让流体可以液体形态常态地填充于储水槽内，如此可避免腔体受热后产生干烧的情形发生。此外，在蒸发室中逸散的蒸气可经由导流面的导引而朝向出水口的方向流通，使蒸气可持续的进入输送管内，而不会在出水口附近累积以及产生乱流，因此可加快循环式散热装置对于电子组件的散热速度，并提升循环式散热装置的散热效能。

虽然本发明的实施例揭露如上所述，然并非用以限定本发明，任何熟习相关技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，举凡依本发明申请范围所述的形状、构造、特征及数量当可做些许的变更，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (14)

1.一种循环式散热器，其特征在于，所述循环式散热器包括：

一腔体，其包含：

一储水槽，形成有一入水口，并且所述储水槽内填充有一第一毛细结构；以及

一蒸发室，连通于所述储水槽，并且形成有一出水口；

一输送管，连接于所述出水口；

一汲水管，连接于所述输送管与所述入水口之间，并且所述汲水管内填充有一第二毛细结构；以及

一流体，常态的分布于所述腔体、所述输送管及/或所述汲水管内；

其中，当所述流体受热形成一蒸气，所述蒸气经由所述蒸发室流通至所述输送管内，并且在所述输送管内冷凝为一液体，所述液体通过所述第二毛细结构吸附，而流通于所述汲水管内，从而在所述入水口接触所述第一毛细结构，并且通过所述第一毛细结构吸附于所述储水槽内。

2.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述蒸发室包含一导流面，所述导流面自所述出水口朝向所述入水口倾斜设置，所述蒸气是通过所述导流面导引至所述输送管内。

3.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述出水口及所述入水口分别设置于所述腔体的相对二侧面。

4.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述第一毛细结构填满所述储水槽。

5.根据权利要求4所述的循环式散热器，其特征在于：所述第一毛细结构在所述入水口常态地接触所述液体。

6.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述第二毛细结构填满所述汲水管。

7.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述汲水管包括一管体以及一结合件，所述管体连接于所述入水口，所述结合件连接于所述管体及所述输送管之间，所述第二毛细结构的一端填充于所述管体内，所述第二毛细结构的另一端伸入所述结合件内。

8.根据权利要求7所述的循环式散热器，其特征在于：所述第二毛细结构的一端填满所述管体。

9.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述蒸发室设置于所述储水槽上方，并且覆盖住部分所述第一毛细结构。

10.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述输送管包含一导热段及一冷却段，所述冷却段连接于所述导热段及所述汲水管之间，所述蒸气是从所述出水口流通至所述导热段，并且于所述冷却段凝结为所述液体，所述液体经由所述汲水管流通至所述储水槽。

11.根据权利要求10所述的循环式散热器，其特征在于：所述冷却段是从所述冷却段连接所述导热段的一端朝向所述冷却段连接所述汲水管的另一端倾斜设置。

12.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述第一毛细结构及所述第二毛细结构为金属粉末烧结结构、金属编织网或陶瓷粉末烧结结构。

13.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述流体的材料选自冷媒、水、乙醇、甲醇、丙酮、氨水及其混合物其中之一。

14.根据权利要求1所述的循环式散热器，其特征在于：所述第一毛细结构及/或所述第二毛细结构内的所述液体呈饱和状态。

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