CN107041098B - 散热装置与电子系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于一发热源的散热装置。散热装置包括一导热单元以及一发电单元。导热单元内部具有一流体腔和一转子腔，流体腔与转子腔彼此流通，一工作流体设置于流体腔。发电单元具有一转子和一发电模块，转子连接发电模块，且转子配置于转子腔，转子能通过该工作流体而被驱动，并使该发电单元输出电能。本发明亦公开一种具有该散热装置的电子系统。
Description
技术领域
本发明关于一种散热装置，特别关于一种具有发电功能的散热装置及具有该散热装置的电子系统。
背景技术
为了维持电子装置能够正常运作，电子装置中对于容易过热的电子元件会再安装散热装置。现有散热装置虽然可达到将电子装置的热源所产生的热能散逸的效果，但是被散热装置所散逸的热能却无法有效地被利用而被浪费。
因此，如何提供一种能够有效利用电子装置所产生热能的散热装置，以达到能源再利用，已成为重要课题之一。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种散热装置及具有该散热装置的电子系统。相较于现有的散热装置而言，本发明的散热装置除了具有散热功能之外，更能够再利用电子装置所产生的热能。
为达上述目的，本发明提出一种适用于一发热源的散热装置，包括一导热单元以及一发电单元。导热单元内部具有一流体腔和转子腔，且流体腔与转子腔彼此流通，而一工作流体设置于流体腔。发电单元具有一转子和一发电模块，转子连接发电模块，且转子配置于转子腔，转子能通过工作流体而被驱动，并使发电单元输出电能。
在一实施例中，导热单元具有一管壁，其管壁围设出流体腔，且导热单元更具有一热源端及一冷却端。
在一实施例中，导热单元为一热管，热管的两端分别做为热源端及冷却端，热管的侧边设有一开口，开口使转子部分露出于转子腔，且开口使流体腔与转子腔彼此流通。
在一实施例中，导热单元为一均温板，且均温板的板面上的二相对侧分别做为热源端及冷却端。
在一实施例中，导热单元更包括一导流板，其设置于导热单元内，并和管壁围设出流体腔，其中，转子设置于导热单元内，并包含多个叶轮片，导流板将流体腔与大部分的所述叶轮片隔开。
在一实施例中，导热单元具有一管壁，管壁上具有毛细结构。
在一实施例中，转子为一离心转子。
在一实施例中，发电模块包括一转轴、一磁性元件、一定子线圈及一输出端子。转子枢设于转轴上。磁性元件连接转轴。定子线圈磁耦合磁性元件。输出端子连接定子线圈，以输出电能。
为达上述目的，本发明提出一种具有上述散热装置的电子系统。其中，电子系统包括一发热源、散热装置以及一电元件。散热装置设置在发热源。电元件电性连接散热装置，以依据散热装置所输出的电能而动作。
承上所述，于本发明的散热装置与电子系统中，导热单元内部的流体腔与转子腔彼此流通，且工作流体设置于流体腔，另外，发电单元的转子连接发电模块，且发电单元的转子配置于转子腔。因此，当导热单元接触发热源时，转子能通过工作流体而被驱动，以推动发电单元的转动转动而使发电单元输出电能。藉此，相较于现有的散热装置而言，本发明的散热装置除了具有散热功能之外，更能够再利用电子装置所产生的热能。
附图说明
图1A为本发明较佳实施例的一种散热装置的透视示意图。
图1B为图1A的散热装置另一角度的透视示意图。
图2为本发明另一实施态样的散热装置的透视示意图。
附图标记说明：1、1a-散热装置；11、11a-导热单元；111、111a-流体腔；112-转子腔；113-管壁；1131-毛细结构；114-导流板；12-发电单元；121-转子；1211-叶轮片；122-发电模块；1221-转轴；1222-磁性元件；1223-定子线圈；1224-输出端子；13-工作流体；C-冷却端；D1、D2-流向；H-热源端；O-开口。
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例的散热装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。另外，本发明所有实施态样的图示只是示意，不代表真实尺寸与比例。此外，以下实施例的内容中所称的方位「上」及「下」只是用来表示相对的位置关系。再者，一个元件形成在另一个元件「上」、「之上」、「下」或「之下」可包括实施例中的一个元件与另一个元件直接接触，或也可包括一个元件与另一个元件之间还有其他额外元件使一个元件与另一个元件无直接接触。
请分别参照图1A及图1B所示，其中，图1A为本发明较佳实施例之一种散热装置1的透视示意图，而图1B为图1A的散热装置1另一角度的透视示意图。为了说明散热装置的结构，图1A与图1B之散热装置1的长度及形状只是示意，实际的应用上可根据要散热的电子装置热源及应用环境而定。
本实施例之散热装置1是以液冷式的散热装置为例。散热装置1可适用于多种电子元件的散热用途，例如但不限于计算机、功率元件、中央处理器(CPU)、显示卡(VGA)、芯片(IC)或主机板(M/B)、灯具等易产生高温热能之电子元件。另外，本实施例的散热装置1是以具有发电功能的热管(或称导热管)为例。
如图1A所示，散热装置1适用于一发热源，并包括一导热单元11以及一发电单元12。另外，散热装置1更包括一工作流体13。
本实施例的导热单元11为一热管(或称导热管)，并可形成一封闭腔体，且导热单元11具有可承受内外压差的结构功能，其材料是可让热传导入与传导出的介质材料，导热单元11较佳的材料为金属，可为铜，或是采用铝或钛金属。导热单元11于封闭腔体内部具有一流体腔111和一转子腔112，且流体腔111与转子腔112彼此流通。顾名思义，流体腔111可让流体流通于其中，且工作流体13系注入于流体腔111内而流通于流体腔111之中。
发电单元12具有一转子121及一发电模块122。本实施例的转子121为一叶轮(impel ler)而具有多个叶轮片1211，并且设置于转子腔112中。在本实施例中，此叶轮为离心扇结构，而部分的所述叶轮片1211是配置于导热单元11内的流体腔111内，且部分的所述叶轮片1211未配置于导热单元11内的流体腔111内。也就是说，在同一时间，仅有部分数量的叶轮片1211会被流体腔111内的工作流体13所直接推动旋转，其余数量的叶轮片1211主要是被带动旋转。因此，同一个叶轮片1211旋转时会一段时间处在流体腔111内、且一段时间未处在流体腔111内。另外，叶轮片1211的数量与形状视转子121的平衡与转速而定。因此，转子121连接发电模块122，并且能通过工作流体13而被驱动，使发电单元12可输出电能。
导热单元11(热管)更具有一管壁113，且管壁113围设出流体腔111，而导热单元11更具有一热源端H及一冷却端C，热源端H与冷却端C位于热管(导热单元11)中相对的两端。于此，热管的两端分别做为热源端H及冷却端C，热源端H为热管两侧中靠近发热源(图未显示)的一端，而冷却端C则为导热单元11两侧中远离发热源的一端，且热管的侧边设有一开口O(图中导热单元11侧边虚线)。
在本实施例中，转子腔112的内部透过开口O与导热单元11内部的流体腔111相通而彼此流通。因此，转子121的一部分可从开口O露出转子腔112并伸入流体腔111中。另外，在本实施例中，转子121仅一部分从开口O伸入至流体腔111中，另一部分(包含叶轮片1211)则仍位转子腔112内而未在流体腔111中。
散热装置1与发热源连接的方式例如但不限于透过散热膏涂布于发热源或导热单元11的热源端H上，通过散热膏将电子装置的发热源与散热装置1的导热单元11的热源端H接触，使散热装置1可将发热源的热能带离。另外，导热单元11的设计，必须使两侧的热源端H与冷却端C保有适当的冷凝距离，如果热源端H与冷却端C距离过于相近，将使气态的工作流体13无法完全冷凝成液态；然而，若是热源端H与冷却端C距离过远，虽然可以使气态的工作流体13完全冷凝，但是工作流体13于冷却端C冷凝后，沿导热单元11回流至热源端H的时间将会增加，使散热装置1散热的效率降低。
工作流体13注入于流体腔111内。由于散热装置1的热源端H与发热源接触，故热量将可传导至导热单元11的热源端H(以朝向热源端H之箭头表示热量传入热源端H)，使热源端H有较高的温度而使热源端H的工作流体13可被汽化为气态。其中，工作流体13的选择可以是冷媒，例如氟利昂(Freon)、氨、丙酮、甲醇、乙醇、庚烷，或是水等，可依据电子装置之热源的种类或型式而言，只要所选择的工作流体13可于热源端H被热源汽化成气态即可。
须注意的是，在选择冷媒为工作流体13时，在将冷媒注入导热单元11之前，须先将导热单元11抽真空，防止导热单元11中存在工作流体13以外之杂质气体(例如空气)，由于这些杂质气体并不参与汽化-冷凝循环，而被称作不凝结气体，不凝结气体除了会造成汽化温度升高外，在散热装置1动作时，会占据一定体积的导热单元11腔体内的空间，影响导热单元11的导热效能。
另外，发电模块122具有一转轴1221，转子121枢设于转轴1221，并以转轴1221为轴心旋转，且发电模块122还具有磁性元件1222，磁性元件1222透过转轴1221与转子121连接。在本实施例中，转子121属于非轴流式的离心转子结构，而转轴1221与流体腔111的一流向D1(流动方向)互为垂直。也就是说，发电模块122的转轴1221与工作流体13由热源端H往冷却端C移动的流向D1互为垂直，而且转轴1221未位在流体腔111内(位于转子腔112内)。在其他的实施态样下，转子121亦可以是轴流式的转子结构而全部位于流体腔111内，且转轴1221的方向是平行于工作流体13之流向。
因此，散热装置1与发热源接触时可使导热单元11的热源端H有较高的温度，使得位于热源端H的工作流体13可被汽化为气态，而气态的工作流体13将沿流体腔111的一流动路径往冷却端C移动(即沿流向D1往冷却端C移动)时，通过气态的工作流体13流过发电单元12的转子121可推动所述叶轮片1211转动，使发电单元12发电。其中，发电单元12所发出的电力可储存起来，或是供给电子装置之其他电元件或装置使用(例如其他元件的散热风扇、帮浦、灯光模块等)，减少电子装置的电能消耗，达到节能的目的。此外，到达冷却端C的工作流体13所具有的热量可往导热单元11的外部散逸(以远离冷却端C之箭头表示热量由冷却端C往外散逸)。
请参照图1B所示，导热单元11的管壁113上还具有毛细结构1131，本实施例是于导热单元11远离发电单元12的管壁113上具有毛细结构1131。其中，毛细结构1131可以有不同设计，常见的有四种，分别是：沟槽式、网目式(编织)、纤维式及烧结式，并不限定。其中，较佳者是采用烧结式毛细结构，主要原因是，若采用烧结式毛细结构，无论导热单元11以何种方位角度放置，都可无碍地使冷凝后的工作流体13进行毛细回流，其他形式的毛细结构则多少仍有方位、角度等限制。由于导热单元11的管壁113上具有毛细结构1131，因此，气态的工作流体13所具有的热量在冷却端C往导热单元11的外部散逸后而冷凝的液态工作流体13，可沿毛细结构1131经导热单元11的管壁113回流至热源端H(流向D2)，使工作流体13可以持续的循环回流于导热单元11之内。
请再参照图1A所示，发电模块122除了包括转轴1221、磁性元件1222之外，更包括一定子线圈1223以及一输出端子1224。磁性元件1222可为一磁铁且连接转轴1221。定子线圈1223可设置于磁性元件1222周围，并连接输出端子1224以输出电能。举例来说，定子线圈1223设置于磁性元件1222外围，但位在能与磁性元件1222磁耦合的距离内。当转子121旋转时，磁性元件1222由于连接转轴1221而与转子121连动切割定子线圈1223的磁场而产生磁变化，使定子线圈1223磁耦合磁性元件1222而产生感应电流，感应电流由输出端子1224输出供电元件使用。
承上，当散热装置1与发热源接触时，热管(导热单元11)的热源端H有较高的温度，使得热源端H的工作流体13可被汽化为气态，气态的工作流体13沿热管(导热单元11)内之流动路径(流向D1)往冷却端C移动时，可推动转子121的所述叶轮片1211转动，进而使发电单元12发电。此外，工作流体13可在冷却端C将热能往导热单元11的外部散逸，由于导热单元11的管壁113上具有毛细结构1131，因此，冷凝后的液态工作流体13可沿毛细结构1131回流至热源端H(流向D2)，使工作流体13可以持续的循环回流于导热单元11之内。
另外，请参照图2所示，其为本发明不同实施态样之散热装置1a的透视示意图。
与前一实施例之散热装置1主要不同的地方在于，散热装置1的导热单元11是一圆形管，其热传导方式是一维与线的热传方式，而本实施态样的散热装置1a的导热单元11a为平板状的均温板，是二维与面的热传方式。其中，均温板是一种可将局部热源快速传导到大面积平板的高性能散热装置，因此可解决更为严苛条件的散热问题而具有更高的散热效率。于此，导热单元11a(均温板)的板面上的二相对侧分别作为热源端H及冷却端C。其中，导热单元11a(均温板)可由多个片金属板件焊接组成，或是一体成型的单一构件的一真空腔体，并不限定。
本实施态样的发电单元12同样具有转子121及发电模块122，转子121设置于转子腔112中。不过，本实施态样的转子121及转子腔112是完全设置于导热单元11a(均温板)的内部。另外，散热装置1a的导热单元11a更包括至少一导流板114，导流板114设置于导热单元11a内，并和导热单元11a的管壁113围设出流体腔111a。于此，是以一片导流板114设置于导热单元11a的上侧，另二片导流板114设置于导热单元11a的下侧，且下侧的两导流板114将大部分的叶轮片1211包围而与流体腔111a隔开(转子腔112的两侧各具有一片导流板114)，使得部分的叶轮片1211位于导热单元11a内的流体腔111a内，其余部分的叶轮片1211仍在转子腔112中而没有位于流体腔111a内。因此，通过导热单元11a的管壁113与所述导流板114，可于转子腔112与流体腔111a之交会处形成一较狭窄的流体通道，使工作流体13可于较狭窄的流体腔111a当中形成较快速的流动而带动发电单元12的转子121转动而发电。
此外，散热装置1a的其他技术特征可参照散热装置1的相同元件，不再赘述。
因此，当散热装置1a与电子系统的发热源接触时，导热单元11a(均温板)的热源端H有较高的温度，使得热源端H的工作流体13被汽化为气态，气态的工作流体13沿导热单元11a(均温板)内之流动路径D1往冷却端C移动时，通过所述导流板114的辅助，可让气态的工作流体13可更为集中地推动所述叶轮片1211转动，使发电单元12发电。而冷凝后的液态工作流体13一样可沿毛细结构1131经导热单元11a的管壁113回流至热源端H(流向D2)，使工作流体13可以持续的循环回流于导热单元11a之内。
此外，本发明亦公开一种电子系统，电子系统可例如但不限于为计算机、功率元件、中央处理器、显示卡、芯片、主机板、灯具、其他电子元件或电子产品、设备等会发热的装置。电子系统包括一发热源及一散热装置，散热装置设置在发热源，使电子系统的发热源所发出的热量可被散热装置带走而散逸。其中，散热装置可为上述之散热装置1或散热装置1a，或其变化态样，具体技术内容可参照上述，不再多作说明。
综上所述，于本发明的散热装置与电子系统中，导热单元内部的流体腔与转子腔彼此流通，且工作流体设置于流体腔，另外，发电单元的转子连接发电模块，且发电单元的转子配置于转子腔。因此，当导热单元接触发热源时，转子能通过工作流体而被驱动，以推动发电单元的转动转动而使发电单元输出电能。藉此，相较于现有的散热装置而言，本发明的散热装置除了具有散热功能之外，更能够再利用电子装置所产生的热能。
以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的权利要求保护范围中。
Claims (7)
1.一种散热装置，适用于一发热源，其特征在于，该散热装置包括：
一导热单元，内部具有一流体腔和一转子腔，且该流体腔与该转子腔彼此流通，而一工作流体设置于该流体腔；以及
一发电单元，具有一转子和一发电模块，该转子连接该发电模块，且该转子配置于该转子腔，该转子能通过该工作流体而被驱动，并使该发电单元输出电能；
其中，该导热单元的靠近该转子腔的侧边设有一开口，该开口使该转子部分露出该转子腔，且该开口使该流体腔与该转子腔彼此流通。
2.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该导热单元具有一管壁，围设出该流体腔，且该导热单元更具有一热源端及一冷却端。
3.如权利要求2所述的散热装置，其特征在于，该导热单元为一热管，该热管的两端分别作为该热源端及该冷却端。
4.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该导热单元具有一管壁，该管壁上具有毛细结构。
5.如权利要求1所述的散热装置，其中其特征在于，该转子为一离心转子。
6.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该发电模块包括：
一转轴，该转子枢设于该转轴上
一磁性元件，连接该转轴；
一定子线圈，磁耦合该磁性元件；及
一输出端子，连接该定子线圈，以输出该电能。
7.一种电子系统，其特征在于，包括：
一发热源；
一如权利要求1至6中任一项所述的散热装置，该散热装置设置在该发热源；以及
一电元件，电性连接该散热装置，以依据该散热装置所输出的电能而动作。
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