CN103179837A - 应用于可携式电子装置的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却系统，应用于可携式电子装置，该可携式电子装置具有第一壳体及第二壳体，冷却系统至少包括：流体导管，其内部具有流体，且设置于第一壳体及第二壳体的内侧；液冷散热模块，设置于第一壳体的内侧并与流体导管连通，且架构于接收发热组件的热能；以及泵，设置于第一壳体的内侧并与流体导管连通，且架构于驱动流体流动；其中，流体为硅油，且流体导管、液冷散热模块以及泵相互连通形成封闭式冷却循环回路，经由流体于封闭式冷却循环回路内流动以进行散热。

Description

应用于可携式电子装置的冷却系统

技术领域

本发明关于一种冷却系统，尤指一种应用于可携式电子装置的冷却系统。

背景技术

随着信息科技的高度发展以及计算机产业的应用普及，可携式电子装置，例如笔记型计算机等精密电子仪器产品已被广泛地使用。由于电子产品日新月异的进步，在提高轻便性与实用性的考虑下，目前市面上的可携式电子装置的体积都朝向符合轻、薄、短、小的设计需求与方向发展。

然而，随着集成电路(Integrated Circuits；以下简称IC)工艺的改进，以及对于集成电路的功能及规格的要求日益增加，已使IC组件的积集度不断提升。以中央处理器(Central Processing Unit；以下简称CPU)为例，由于CPU内的IC芯片的电路布局十分精致及复杂，故需要消耗较大的电能，进而造成IC芯片温度的上升产生积热。若这些积热无法实时排出，则会造成笔记型计算机内部的电子组件无法正常工作，甚至使整个计算机系统当机。因此，为了提高笔记型计算机的散热效率，必须使用高瓦数的散热风扇以产生更大的出风量来散热。然而，该高瓦数的散热风扇其虽可产生更大的出风量，但为了降低该瓦数的散热风扇运转的温度，又必须增大其所需的散热片面积，反而衍生出噪音的问题。除此之外，散热风扇的电磁极数、转速与叶片数等因素相互影响，亦会造成散热风扇产生噪音的问题。

图1是显示习用笔记型计算机的散热装置进行散热运作时的气流流动示意图。如图所示，习用散热装置1包含集热装置110、导热管(Heat Pipe)120、风扇130以及散热片140，其中导热管120的两端分别与集热装置110及散热片140连接，且导热管120贯穿于散热片140设置，风扇130则是设置于散热片140的一侧，且介于集热装置110及散热片140之间。当习用散热装置1运作时，由集热装置110收集CPU(未图示)所产生的热能，且经由导热管120将热能传导并集中至散热片140，再经由风扇130将集中于散热片140的热能吹离散热片140，意即将热能带离笔记型计算机的内部。

请再参阅图1，当风扇130运作时，风扇130内的气流会因风扇叶片130a的驱动而顺着风扇叶片130a与轴承联机的垂直方向流动(亦即朝y方向流动)，且当气流离开风扇130的出风口而接触到散热片140时，气流会沿着数个散热片140间所形成的气流通道流动(如箭头150所示)。因此，习用散热装置1内部的空气流动方向会随着散热片140及风扇130的风扇叶片130a的相对位置不同而有所改变，以图1为例，当风扇130内气流流动的方向与散热片140的夹角越大时(例如夹角A、B及C，且该角度由小到大排列为夹角A、B、C)，即会导致该气流离开风扇130的出风口时易撞击到散热片140，而容易于散热片140之间形成涡流现象，造成使用该散热片140所产生的噪音会更加严重，同时造成沿着散热片140所能排出的气流流量会越小(其中箭头150的长度代表气流流量的大小)，使得散热效能无法提升。因此习用散热装置1于运作时存在散热效能无法提升以及容易产生噪音的缺失。

因此，如何发展一种可改善上述习用技术缺失的可携式电子装置的冷却系统，实为目前迫切需要研发的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可携式电子装置的冷却系统，主要经由流体导管、泵以及液冷散热模块相互连通以形成一封闭式冷却循环回路，使得流体得以于封闭式冷却循环回路内流动以进行散热，以达到提升散热效能，并解决使用风扇会产生噪音等缺失。

为达上述目的，本发明的一较广义实施方面为提供一种冷却系统，应用于可携式电子装置，该可携式电子装置具有第一壳体及第二壳体，该冷却系统至少包括：流体导管，其内部具有流体，且设置于第一壳体及第二壳体的内侧；液冷散热模块，设置于第一壳体的内侧并与流体导管连通，且架构于接收发热组件的热能；以及泵，设置于第一壳体的内侧并与流体导管连通，且架构于驱动流体流动；其中，该流体为硅油，且流体导管、液冷散热模块以及泵相互连通形成封闭式冷却循环回路，经由流体于封闭式冷却循环回路内流动以进行散热。

附图说明

图1是显示习用笔记型计算机的散热装置进行散热运作时的气流流动示意图。

图2是本发明较佳实施例的冷却系统的结构示意图。

图3是图2所示的液冷散热模块的分解结构示意图。

图4A是图3所示的导热装置的俯视结构示意图。

图4B是图3所示的另一实施方面的导热装置的俯视结构示意图。

【主要组件符号说明】

散热装置：1

集热装置：110

导热管：120

风扇：130

风扇叶片：130a

散热片：140

箭头：150

夹角：A、B、C

方向：y

可携式电子装置：2

第一壳体：21

第二壳体：22

发热组件：23

冷却系统：3

流体导管：31

液冷散热模块：32

盖体：320

框槽体：321

导热装置：322

板体：3221

导热部件：3222

第一表面：3223

第二表面：3224

流道：3225

容置空间：323

入口：324

出口：325

泵：33

封闭式冷却循环回路：34

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面上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

图2是本发明较佳实施例的冷却系统的结构示意图。如图所示，本发明的冷却系统3适用于一可携式电子装置2，例如但不限于笔记型计算机，且可携式电子装置2包括第一壳体21、第二壳体22、发热组件23及冷却系统3，其中第一壳体21及第二壳体22为上下对合的壳体且分别包括一金属外壳。在本实施例中，冷却系统3包括流体导管31、液冷散热模块32以及泵33，其中该流体导管31其内部具有一流体(未图示)于流体导管31内流动，且设置于第一壳体21及第二壳体22的内侧。又该流体导管31为一金属导管，例如但不限于铜管，且流体导管31与第一壳体21及第二壳体22的金属外壳为相接触或一体成型。液冷散热模块32及泵33设置于第一壳体21的内侧，或者该液冷散热模块32设置于第一壳体21的内侧，而泵33设置于第二壳体22的内侧，其中液冷散热模块32用以接收发热组件23，例如中央处理器的热能，且液冷散热模块32可与发热组件23直接接触设置。泵33用以驱动流体导管31内的流体流动。在本实施例中，流体导管31、液冷散热模块32及泵33相互连通并连接以形成封闭式冷却循环回路34，经由泵33驱动流体于封闭式冷却循环回路34内流动，可使发热组件23所产生的热能经由热交换方式进行散热。

在本实施例中，泵33为一动力源，可驱动流体导管31内的流体，使得流体于封闭式冷却循环回路34内流动，其中泵33可为但不限为压电式泵。在一些实施例中，泵33的外部结构，例如阀体座或阀体盖体(未图示)，可为金属材质制成，但不以此为限，藉此当流体经过泵33的过程中，即可同时进行热交换，更可直接对流体进行散热。

图3是图2所示的液冷散热模块的分解结构示意图。如图所示，液冷散热模块32主要包括盖体320、框槽体321以及导热装置322，且由上至下依序由盖体320、框槽体321以及导热装置322组装成液冷散热模块32。当组装完成后，框槽体321的内部于盖体320与导热装置322之间定义形成容置空间323，用以容置流体。此外，框槽体321还具有一入口324及一出口325，并分别与流体导管31连通，且入口324相对于出口325设置。导热装置322包括一板体3221以及数个导热部件3222，其中板体3221具有第一表面3223及第二表面3224，且第一表面3223与第二表面3224为相对设置，第二表面3224与发热组件23相接触(如图2所示)，即第二表面3224设置于发热组件23上方，使其相接触。在本实施例中，经由泵33将流体经由入口324导入液冷散热模块32的容置空间323内时，流体会通过导热装置322，再经由出口325流出液冷散热模块32，由于液冷散热模块32的第二表面3224可与发热组件23，例如中央处理器，直接接触设置并进行散热，因此能提升发热组件23的散热效能，并解决使用风扇散热会产生噪音的缺失。

图4A是图3所示的导热装置的俯视结构示意图。如图所示，导热装置322的板体3221的第一表面3223上设有数个导热部件3222，用以导热。于本实施例中，导热部件3222可为但不限于微型圆柱体的结构，且该数个导热部件3222彼此交错设置，以定义形成数个流道3225，藉此以使流体可于数个流道3225进行流动，且于流动的过程中与数个相邻的导热部件3222相接触。于一些实施例中，导热部件3222由金属材质所制成，但不以此为限，以使流体于接触导热部件3222的过程中，可将传递至导热部件3222上的热能带走，以进行液冷散热。

当然，液冷散热模块32的导热装置322的导热部件3222并不限于微型圆柱体结构，还可为直立式鳍片结构。请参阅图4B，其是图3所示的另一实施方面的导热装置的俯视结构示意图。如图4B所示，在本实施例中，导热装置322的数个导热部件3222可为直立式鳍片结构，且该数个导热部件3222彼此平行排列设置，以定义形成数个流道3225，由于导热装置322的作动方式与原理与前述实施例相仿，于此不再赘述。

请再参阅图2及图3，当冷却系统3作动时，泵33会驱动流体导管31内的流体往液冷散热模块32的方向流动，使得流体可由泵33流出并经由入口324进入液冷散热模块32，此时流体会流进框体槽321内的容置空间323并通过且直接接触导热装置322的导热部件3222，而发热组件23所产生的热能可经由导热装置322的第二表面3224传导至第一表面3223，并再由第一表面3223传导至数个导热部件3222，可使该数个导热部件3222接收发热组件23的热能，如此一来，当流体通过数个流道3225并接触数个导热部件3222时，可将导热部件3222上所接收的发热组件23热能带走，而达到对发热组件23散热的效果，后续流体再由出口325流出并进入第二壳体22的流体导管31后，可再经由第一壳体21的流体导管31再度进入泵33以完成冷却散热循环。

此外，针对流体导管31内的流体，通常在选择时会考虑下列因素：(1)高表面张力(High Surface Tension)：以减少流体泄漏；(2)化学稳定性(ChemicalStability)：以防止长时间使用时，各液冷组件或管路发生腐蚀现象；(3)无毒性(Nontoxic)：以确保在添加流体时不会对人体产生危害；(4)低黏滞度(LowViscosity)：以减少冷却系统管路的压降，延长泵寿命；(5)化学活性低(ChemicalInertness)：以确保冷却系统循环时，不会和其它相关物质产生化学变化，导致燃烧等现象；以及(6)低冰点(Low Freezing Point)：在一些特定区域温度可能较低，低冰点的流体才能发挥防冻功能。

而目前在市面上，常用的冷却流体为纯水或纯水与乙二醇的混合液。但是，纯水与乙二醇各半的混合液，虽可以在约-20℃至65℃区间操作，但纯水与乙二醇混合的混合液黏度比纯水高许多，因而会增加泵负担。此外，亦可使用热传导专用流体，例如全氟碳化合物(perfluorocarbons，PFCs)或是全氟聚醚(perfluoropolyethers，PFPEs)，此类热传导专用流体有极高的介电强度及优良的绝缘特性，使其纵使外泄亦不会造成电路短路。这些流体沸点大致在50℃-90℃，依种类而异，当芯片温度高于冷却液沸点时，热传导机制以流动沸腾方式进行，可传送较多的热量；然而，全氟碳化合物及全氟聚醚的价格较为高昂，将使得冷却系统的成本大幅提升。

因此，本发明的较佳实施例采用成本较低廉的硅油(Silicone oil)作为本发明冷却用的流体。硅油又称二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane)，是一种具有不同聚合度链状结构的有机硅氧烷混合物，一般为无色、无味、无毒、不易挥发的液体。随着链接数的增加，摩擦质量增大，黏度也随之增加，因此，硅油可以有各种不同的黏度，从0.65mm²/s到数百万，再加上拥有良好的耐寒及耐热性、电气绝缘性、润滑性、疏水性、压缩特性、低表面张力、非黏附性等众多优异特性，故为冷却用途中相当理想的冷却流体。

再者，硅油的介电系数低，纵使外漏也不会使电子零件损坏，故就安全性考虑，硅油优于水。此外，由于硅油可以有各种不同的黏度，因此可以通过实验数据，比较硅油的各种黏度、密度与水的散热效果，找出硅油的最佳黏度，即可得到最适当的硅油冷却流体。如下表一所示，当硅油具有与水接近的黏度时，发热芯片的温升亦接近，显示硅油与水有相当程度的散热效果。又当硅油的黏度远大于水的黏度时，使用硅油其发热芯片的温升远大于使用水其发热芯片的温升，但硅油在热交换效率足够下，可具有升温快同时降温快的特性，即硅油经热交换后可快速回复到低温状态，因此，硅油确实可取代水作为冷却流体，同时又具有外漏的安全性。

表一

综上所述，本发明的可携式电子装置的冷却系统，经由流体导管、液冷散热模块以及泵相互连通，以形成一封闭式冷却循环回路，并经由泵作为驱动流体的动力源，让流体得以于封闭式冷却循环回路中流动，其中该流体导管分布设置于可携式电子装置的第一壳体及第二壳体的内侧，得以提升流体导管的散热效能，而液冷散热模块则是直接与发热组件接触，当流体经过液冷散热模块的过程中，能够将发热组件所产生的热能以热交换的方式进行散热。再者，本发明采用硅油作为冷却用的流体，不但散热效果佳，且具有外漏的安全性，纵使外漏也不会使电子零件损坏。又，本发明的可携式电子装置的冷却系统经由一封闭冷却循环回路来提升散热效能，且无须如习用散热装置般使用风扇即可达到散热的目的，更能解决习用散热装置的风扇容易产生噪音的缺失。

本发明可由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱离如所附的权利要求书所限定的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷却系统，应用于一可携式电子装置，该可携式电子装置具有一第一壳体与一第二壳体及发热组件，该冷却系统至少包括：

一流体导管，其内部具有一流体，且设置于该第一壳体及该第二壳体的内侧；

一液冷散热模块，设置于该第一壳体的内侧并与该流体导管连通，且架构于接收一发热组件的热能；以及

一泵，设置于该第一壳体的内侧并与该流体导管连通，且架构于驱动该流体流动；

其中，该流体为硅油，且该流体导管、该液冷散热模块以及该泵相互连通形成一封闭式冷却循环回路，经由该流体于该封闭式冷却循环回路内流动以进行散热。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其中该流体导管为一金属导管。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其中该硅油为二甲基硅氧烷。

4.如权利要求1所述的冷却系统，其中该泵为一压电式泵。

5.如权利要求1所述的冷却系统，其中该液冷散热模块包括：

一盖体；

一导热装置；以及

一框槽体，具有一入口及一出口，且设置于该盖体及该导热装置之间，其内部定义形成一容置空间，用以容置该流体。

6.如权利要求5所述的冷却系统，其中该导热装置包括：

一板体，具有一第一表面与一第二表面；以及

数个导热部件，设置于该板体的该第一表面，用以导热，其中该数个导热部件定义形成数个流道，以使该流体于该数个流道内流动，以进行热交换。

7.如权利要求6所述的冷却系统，其中该数个导热部件为数个微型圆柱体，且该数个导热部件彼此交错设置，以定义形成该数个流道。

8.如权利要求6所述的冷却系统，其中该数个导热部件为数个直立式鳍片，且该数个导热部件彼此平行排列设置，以定义形成该数个流道。

9.如权利要求6所述的冷却系统，其中该数个导热部件由金属材质制成。

10.如权利要求6所述的冷却系统，其中该板体的该第二表面与该可携式电子装置的该发热组件相接触。

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