CN109917879B - 丛集式散热装置及机箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种丛集式散热装置及机箱，该丛集式散热装置包括一吸热歧管、多个吸热头以及多个管路。吸热歧管具有一进水腔以及一出水腔，进水腔包括至少一个第一入水口以及多个第一出水口，出水腔包括多个第二入水口以及至少一个第二出水口。吸热歧管与一第一热源做热接触。多个管路连接吸热头与第一出水口，以及连接吸热头与第二入水口。本发明的吸热歧管兼具歧管与吸热头的功能，能够提升整体的散热效能。

Description

丛集式散热装置及机箱

技术领域

本发明有关于一种散热装置，特别是关于一种应用于机箱散热的丛集式散热装置及机箱。

背景技术

在大型的散热系统中，歧管的功能是用来发送或是汇集冷却液，本身并不负责吸热或是散热，例如冷水歧管的功能是用来接收冷却液后发送至各吸热头，热水歧管则是汇集被加热的冷却液后传递至外部的冷凝装置或降温装置。但由于歧管本身也会占据一定的空间，因此若是能够使其兼具吸热或是其他元件的功能，势必可以在维持甚至于缩小整个散热系统的体积下，提升散热的效能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种吸热歧管本身兼具歧管与吸热头的功能的丛集式散热装置及机箱，能够提升整体的散热效能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种丛集式散热装置，包括一吸热歧管、多个吸热头以及多个管路，其中吸热歧管，具有一进水腔以及一出水腔，进水腔包括至少一个第一入水口以及多个第一出水口，出水腔包括多个第二入水口以及至少一个第二出水口，吸热歧管与一第一热源做热接触。多个管路则连接吸热头与第一出水口，以及连接吸热头与该第二入水口。

较佳地，该吸热头与一第二热源热接触。

较佳地，该第一热源与该第二热源是不同的发热元件，或者是同一发热元件不同的发热部位。

较佳地，该进水腔与该出水腔是上下分隔设置或是左右分隔设置。

较佳地，该吸热头是单腔体或多腔体的结构。

较佳地，该吸热歧管的材料选自下列材料之一：银、铜、金、铝、铁、包含前述金属之一的合金、以及石墨。

较佳地，该丛集式散热装置在执行散热功能时，内部的管路导入一冷却液。

较佳地，该第一入水口与一冷却液供给管路连接，接收已降温的该冷却液，并经由该多个第一出水口而将其传送至该多个吸热头。

较佳地，该第二出水口与一冷却液排出管路连接，将已升温的该冷却液传递至外部对应的一冷凝装置或一热交换装置来进行降温。

较佳地，该丛集式散热装置还包括一快速接头，该快速接头连接该第一出水口以及该管路，或连接该第二入水口以及该管路。

较佳地，该快速接头包括一外套接管、一内套接管以及一弹性圈体。该外套接管包括一外管体以及一扩口部。该内套接管包括一内管体以及一罩体，罩体包括一入口部以及一容置部。当该外套接管与该内套接管组合在一起时，该扩口部被该弹性圈体套住而卡合于该容置部内。

较佳地，该内管体的外缘形成一环槽，该环槽外套设一垫圈。

本发明还提供一种机箱，包括一电子装置、多个吸热头以及一吸热歧管。电子装置具有至少三个热源。多个吸热头与该至少三个热源中至少二个热源做热接触。吸热歧管连接一冷却液供给管路以及一冷却液排出管路，用以将一冷却液分配给多个吸热头，并将流经多个吸热头而升温的冷却液汇集至冷却液排出管路；其中，该吸热歧管与该至少三个热源中的一热源做热接触。

较佳地，该热源是指单独的发热元件或是发热元件中不同的发热部位。

较佳地，该吸热歧管具有一进水腔以及一出水腔，该进水腔与该冷却液供给管路连接在一起，该出水腔与该冷却液排出管路连接在一起。

较佳地，该进水腔与该至少三个热源中的一热源做热接触。

较佳地，该出水腔与该至少三个热源中的一热源做热接触。

较佳地，该进水腔与该多个吸热头之间，是藉由一快速接头以及一管路而连接在一起。

较佳地，该出水腔与该多个吸热头之间，是藉由一快速接头以及一管路而连接在一起。

较佳地，该吸热歧管的材料选自下列材料之一：银、铜、金、铝、铁、包含前述金属之一的合金、以及石墨。

本发明的丛集式散热装置及机箱的吸热歧管，本身同时兼具歧管与吸热头的功能，因而能够提升整体的散热效能。针对现有技术中大型散热系统存在的散热需求，本发明的丛集式散热装置可用来同时吸收或是带走各个热源运作时所产生的热能，特别适用于服务器或是其他同时具有多个热源的电子装置或设备。

附图说明

图1是依据本发明的第一实施例所提供的丛集式散热装置的立体示意图。

图2是依据本发明的第一实施例所提供的丛集式散热装置的立体分解示意图。

图3A是沿图1中3A-3A剖面线所得到的关于丛集式散热装置中吸热歧管的剖面示意图。

图3B是图1所示丛集式散热装置中吸热歧管于另一实施例的剖面示意图。

图4是沿图1中4-4剖面线所得到的关于丛集式散热装置中吸热头的剖面示意图。

图5是依据本发明的第二实施例所提供的丛集式散热装置的立体示意图。

图6是沿图5中6-6剖面线所得到的关于丛集式散热装置中吸热头的剖面示意图。

图7是依据本发明的第三实施例所提供的丛集式散热装置的立体示意图。

图8A与图8B是依据本发明的第三实施例所提供的丛集式散热装置中关于快速接头的立体示意图以及立体分解图。

图8C至图8E是依据本发明的第三实施例所提供的丛集式散热装置中关于快速接头的组装过程的剖面示意图。

具体实施方式

请同时参照图1-4，依据本发明的一实施例提供一种丛集式散热装置1。丛集式散热装置1包括一吸热歧管11、多个吸热头16(或称水冷头Cold plate)、管路18A、18B以及冷却液(图中未示)。吸热歧管11包括一进水腔12以及一出水腔13，进水腔12包括至少一入水口121以及多个出水口122，出水腔13则包括多个入水口131以及至少一出水口132。吸热歧管11进水腔12的入水口121，与一冷却液供给管路14连接，接收温度较低(已降温)的冷却液(图中未示)后经由出水口122而传送至各吸热头16。吸热歧管11出水腔13的出水口132，则与一冷却液排出管路15连接，经由各入水口131汇集各吸热头16内中已吸收热能因而温度升高(已升温)的冷却液后，再传递至外部对应的冷凝装置或是热交换装置(图中未示)来进行降温。当冷却液被降温后，又会经由冷却液供给管路14而回到吸热歧管11的进水腔12。

各吸热头16与电子装置2的热源2A做热接触，使得流经吸热头16内部的冷却液得以升温或进行相变化而带走热能，而本实施例所提供的吸热歧管11，除了具有传统歧管分流与汇集的功能外，同时也兼具吸热的功用。吸热歧管11的材质，可选用导热性良好的金属、合金或是非金属例如石墨等，如此一来，就可如图3A和图3B所示，可与电子装置2的热源2B做热接触而吸收其所产生的热能并传递至冷却液。在本实施例中，热接触包括直接贴附于热源2A或2B，或是两者之间还夹设有导热膏、粘着剂、焊料或是导热块等中间介质。此外，热源2A或2B可以是指单独的发热元件，也可是同一发热元件的不同发热部位，本发明并不予以限制，只要吸热歧管11可直接与热源做热接触而吸收或带走其所产生的热能即可。

本发明丛集式散热装置1的应用标的，是具有多热源的电子装置2，电子装置2可以是桌上型主机、服务器(Servers)、小型电脑、中型电脑、大型电脑甚至于是超级电脑等，其内部的CPU、GPU或是存储器模块等多个元件在运作时都容易产生热能而有散热的需求。除此之外，由于本发明的丛集式散热装置1具有吸热歧管11，此歧管会与冷却液供给管路14或是冷却液排出管路15连结，因此也很适合应用在机柜式(Rack)的散热系统(图中未示)里，将丛集式散热装置1安装在各层机箱(chassis)5内的电子装置2上，本发明图1与图2就是显示设置在一机箱5内的丛集式散热装置1与电子装置2搭配时的情况，当然本发明并不以此应用为限。

本实施例所提供的丛集式散热装置1中，吸热歧管11是与多个吸热头16配合，而各吸热头16也可视需要或配置而再与其他吸热头17串接或延伸。在图1-4中所显示吸热头16的数量是4个，但其数量仅作为说明本发明之用，实际的数量只要不小于2即可，而由吸热头16再延伸或串接的吸热头17的数量则没有限制，甚至也可删除。

在本实施例所提供的丛集式散热装置1中，吸热歧管11的进水腔12与出水腔13如图3A所示为上下分隔设置，出水腔13与热源2B做热接触，但在依据本发明的其他实施例中，进水腔12与出水腔13的位置也可互换，让进水腔12在下层而出水腔13在上层，使得进水腔12来与热源2B做热接触。当然，进水腔12与出水腔13也不限一定要上下分隔，在其他实施例中也可如图3B所示而左右分隔，此时就可选择让进水腔12或是出水腔13来与热源2B做热接触，或是进水腔12和出水腔13都同时与对应的热源2B做热接触。

在本实施例所提供的丛集式散热装置1中，吸热歧管11为一件式结构，也就是内部同时形成有进水腔12与出水腔13，但在依据本发明的其他实施例中，进水腔12或出水腔13也可分开设置，避免出水腔13较高的温度影响到进水腔12的冷却液，在这种情况下，进水腔12或是出水腔13同样也可被选择与热源2B做热接触而发挥带走热能的效能。

在本实施例所提供的丛集式散热装置1中，多个吸热头16(或17)与吸热歧管11藉由管路18A、18B连接在一起，例如管路18A是用来连接吸热歧管11进水腔12的出水口122与吸热头16，管路18B则用来连接吸热头16(或17)与吸热歧管11出水腔13的入水口131。

在本实施例所提供的丛集式散热装置1中，冷却液进到吸热歧管11进水腔12后，先传送到吸热头16，待冷却液升温后再传回吸热歧管11的出水腔13，而冷却液会再吸收出水腔13下方热源2B的热能而产生第二次(或第三次)的升温，这样的安排是应当热源2A比热源2B有更高的温度，或是当热源2A比热源2B能够产生更多的热能，因而更需要优先解热时所作的安排。反之，若是热源2B有比热源2A有更高的温度，或是热源2B有比热源2A产生更多的热能时，本发明也可安排在其他实施例中，将吸热歧管11的进水腔12与出水腔13位置互换，例如让进水腔12在下层而出水腔13在上层，此时冷却液会先进到吸热歧管11的进水腔12，吸收下方热源2B所产生的热能后进行第一次的升温，之后再传送到吸热头16，吸收热源2A的热量后做第二次的升温，最后才回到吸热歧管11上层的出水腔13。由此可知，本发明可依照不同的解热需求，弹性调整吸热歧管11的进水腔12与出水腔13之间的结构配置关系。

请同时参考图1所示关于丛集式散热装置的立体示意图以及图4所示关于吸热头16的剖面示意图，在本实施例中，与吸热歧管11搭配的吸热头16为单腔体的设计，冷却液藉由管路18A从吸热歧管11传来后，会在吸热头16内部沿单方向移动，之后再藉由管路18B传回吸热歧管11。但本发明也可在其他实施例中，让吸热歧管11与具有双腔体甚至于更多腔体的吸热头搭配运作。

请参考图5所示关于本发明第二实施例所提供的丛集式散热装置的立体示意图以及图6所示关于吸热头的剖面示意图。本实施例所提供的丛集式散热装置1’，与前实施例所提供的丛集式散热装置在吸热歧管11、冷却液供给管路14以及冷却液排出管路15等组成的结构与运作原理上大致相同，因此不再赘述，两者的差别在于本实施例所提供与吸热歧管11搭配的吸热头16’，是一个双腔体的设计，如图6所示吸热头16’包含有腔体16A与16B。在此实施例中，冷却液从吸热歧管11流出后，会经由管路19A进到腔体16A，吸收下方热源2A的部分热能后，再传至下一个一样的吸热头16’，一样吸收下方热源2A所产生的部分热能，最后管路19B会在吸热头16’的不同腔体间转弯回来，让冷却液绕回到各吸热头16’的腔体16B来吸收下方热源2A其他部分的热能，最后再经由管路19C传回吸热歧管11。与此种具有多腔体的吸热头搭配的好处，是各吸热头16’之间可更平均地吸收热能，不会因为排列顺序而让位于管路末端的吸热头因为进水温度太高而无法有效发挥功用。

由上述说明可以了解，在本发明所提供的丛集式散热装置中，吸热歧管可与具有单腔体或是多个腔体的吸热头配合运作，可选择相同种类的吸热头，也可混合搭配不同种类的吸热头，本发明并不予以限制。而吸热歧管本身，可选择单独由进水腔或出水腔来与热源做热接触，也可同时让进水腔和出水腔都与热接触，而进水腔和出水腔在结构上可连接在一起，间隔一距离或者是分开的设置。

在本发明所提供的丛集式散热装置中，吸热歧管的材质可选自热传导性佳的金属，例如银、铜、金、铝、铁等或是包含上述金属的合金，或是其他导热性佳的非金属例如石墨，本发明并不予以限制。

请参照图7，其是依据本发明的第三实施例所提供的丛集式散热装置的立体示意图。本实施例所提供的丛集式散热装置1”，与前述第一实施例所提供的丛集式散热装置在结构与运作原理上大致相同，而其最大的特色，是在吸热歧管11进水腔12的出水口122与管路18A之间，或是在吸热歧管11出水腔13的入水口131与管路18B之间，视需求而增设一快速接头3，方便丛集式散热装置1”的组装或维修。

请同时参照图8A至图8E关于快速接头3的结构以及组装方式，其中图8A与图8B是快速接头3的立体示意图以及立体分解图，而图8C至图8E则是以剖面图的方式显示快速接头的组装过程。快速接头3主要是由一外套接管31以及一内套接管32所组成，外套接管31包括一外管体311，外管体311两端可分别形成一缩口部311A以及一扩口部311B，其中缩口部311A可用来连接管路18A或管路18B。内套接管32包括一内管体321以及一罩体322，其中内管体321的外缘321B，在靠近外管体311的方向形成有至少一环槽321A，并且在环槽321A外套设一垫圈33，例如一O型环。而罩体322则设置在内管体321的外缘321B，设置的位置则是在靠近歧管11的方向(远离外管体311的方向)。此外，罩体322与内管体321之间设置有一弹性圈体34，例如一弹簧圈。罩体322与内管体321可以是一体成型的一件式结构，或者是由两个不同的元件藉由套接卡合、压合或是焊接等手段组合而成，本发明并不予以限制。

请同时参照图8C至图8E，快速接头3的外套接管31与内套接管32在对接组装的过程中，外管体311的内缘311C与内管体321的外缘321B在尺寸以及形状上具有对应关系，因此可以沿着轴向而彼此套接在一起。此外，由于快速接头3已在内管体321的外缘321B设置有环槽321A与垫圈33，因此在外套接管31与内套接管32套接的过程中，外管体311的内缘311C会挤压到套设在环槽321A外的垫圈33，而垫圈33被挤压变形后就会将外管体311的内缘311C与环槽321A之间的缝隙完全填满，防止冷却液的泄漏。

继续参照图8C至图8E，为了防止组装完成后的外套接管31与内套接管32两者沿着轴向方向分离，快速接头3在内管体321的外缘设置有罩体322，同时对应地在外套接管31上设置有扩口部311B。罩体322具有一入口部322A以及一容置部322B，从剖视图来看，容置部322B是从入口部322A向内延伸，并具有一个外窄内宽的弧形空间，此弧形空间内则设置有弹性圈体34。当外套接管31的扩口部311B如图8D所示穿过罩体322的入口部322A后，扩口部311B会抵压到弹性圈体34，并沿着弧形空间而将弹性圈体34扩大。而当外套接管31的扩口部311B继续向前而通过弹性圈体34时，弹性圈体34就会套在扩口部311B外，并沿着扩口部311B的外形而向内缩，最后卡合在入口部322A与扩口部311B之间。如此一来，由于罩体322的入口部322A已被弹性圈体34所封闭，外套接管31的扩口部311B就可稳固地卡合在容置部322B内，即使有外力的拉动，外套接管31的扩口部311B也无法自罩体322脱离，如此就可防止外套接管31与内套接管32沿着轴向而分离的情况发生。而日后若是要将外套接管31与内套接管32分离的话，则可藉由一管状工具伸入扩口部311B与弹性圈体34之间的缝隙并将弹性圈体34撑开，使得外套接管31与内套接管32解除卡合状态后，得以沿着组装时的相反方向而分离。

本发明所提供的丛集式散热装置，于运作而执行散热功能时，内部管路会导入或注入有冷却液，而冷却液在流经吸热歧管、管路以及吸热头等内部的管路的过程中，可始终保持在液体状态，或者也可进行液气转换变成蒸汽而带走热能。若是选择可进行液气转换的冷却液，就可选择低沸点的电子工程液，如3M Fluorinert FC-72(沸点为56℃)、3MNovec Fluids 7000(沸点34℃)、或是3M Novec Fluids 7100(沸点61℃)等，藉由其沸点低的特性，很容易在升温后转换为气态，并且在膨胀加压过程中带走大量的热能。

本发明所提供的丛集式散热装置，主要负责吸取热源所产生的热能，并将被加热的冷却液向外传递，等冷却液被降温后，再传回丛集式散热装置，再次吸收各热源所产生的热能而循环不已。因此，丛集式散热装置可选择与冷凝装置、降温装置、控制系统(例如CDU冷却液分配控制单元Coolant Distribution Unit；CDU)、泵以及管路等搭配而组合成一个大型的散热系统例如一个机柜式的散热系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的发明概念中。

Claims (20)

1.一种丛集式散热装置，其特征在于，包括：

一吸热歧管，具有一进水腔以及一出水腔，该进水腔包括至少一个第一入水口以及多个第一出水口，该出水腔包括多个第二入水口以及至少一个第二出水口，该吸热歧管与一第一热源做热接触；

多个吸热头；以及

多个管路，连接该吸热头与该第一出水口，以及连接该吸热头与该第二入水口。

2.根据权利要求1所述的丛集式散热装置，其特征在于，该吸热头与一第二热源热接触。

3.根据权利要求2所述的丛集式散热装置，其特征在于，该第一热源与该第二热源是不同的发热元件，或者是同一发热元件不同的发热部位。

4.根据权利要求1所述的丛集式散热装置，其特征在于，该进水腔与该出水腔是上下分隔设置或是左右分隔设置。

5.根据权利要求1所述的丛集式散热装置，其特征在于，该吸热头是单腔体或多腔体的结构。

6.根据权利要求1所述的丛集式散热装置，其特征在于，该吸热歧管的材料选自下列材料之一：银、铜、金、铝、铁、包含前述金属之一的合金、以及石墨。

7.根据权利要求1所述的丛集式散热装置，其特征在于，该丛集式散热装置在执行散热功能时，内部的管路导入一冷却液。

8.根据权利要求7所述的丛集式散热装置，其特征在于，该第一入水口与一冷却液供给管路连接，接收已降温的该冷却液，并经由该多个第一出水口而将其传送至该多个吸热头。

9.根据权利要求7所述的丛集式散热装置，其特征在于，该第二出水口与一冷却液排出管路连接，将已升温的该冷却液传递至外部对应的一冷凝装置或一热交换装置来进行降温。

10.根据权利要求1所述的丛集式散热装置，其特征在于，该丛集式散热装置还包括一快速接头，该快速接头连接该第一出水口以及该管路，或连接该第二入水口以及该管路。

11.根据权利要求10所述的丛集式散热装置，其特征在于，该快速接头包括：

一外套接管，该外套接管包括一外管体以及一扩口部；

一内套接管，该内套接管包括一内管体以及一罩体，该罩体包括一入口部以及一容置部；以及

一弹性圈体；

其中当该外套接管与该内套接管组合在一起时，该扩口部被该弹性圈体套住而卡合于该容置部内。

12.根据权利要求11所述的丛集式散热装置，其特征在于，该内管体的外缘形成一环槽，该环槽外套设一垫圈。

13.一种机箱，其特征在于，包括：

一电子装置，具有至少三个热源；

多个吸热头，与该至少三个热源中至少二个热源做热接触；以及

一吸热歧管，连接一冷却液供给管路以及一冷却液排出管路，用以将一冷却液分配给该多个吸热头，并将流经该多个吸热头而升温的该冷却液汇集至该冷却液排出管路；

其中，该吸热歧管与该至少三个热源中的一热源做热接触。

14.根据权利要求13所述的机箱，其特征在于，该热源是指单独的发热元件或是发热元件中不同的发热部位。

15.根据权利要求13所述的机箱，其特征在于，该吸热歧管具有一进水腔以及一出水腔，该进水腔与该冷却液供给管路连接在一起，该出水腔与该冷却液排出管路连接在一起。

16.根据权利要求15所述的机箱，其特征在于，该进水腔与该至少三个热源中的一热源做热接触。

17.根据权利要求15所述的机箱，其特征在于，该出水腔与该至少三个热源中的一热源做热接触。

18.根据权利要求15所述的机箱，其特征在于，该进水腔与该多个吸热头之间，是藉由一快速接头以及一管路而连接在一起。

19.根据权利要求15所述的机箱，其特征在于，该出水腔与该多个吸热头之间，是藉由一快速接头以及一管路而连接在一起。

20.根据权利要求13所述的机箱，其特征在于，该吸热歧管的材料选自下列材料之一：银、铜、金、铝、铁、包含前述金属之一的合金、以及石墨。

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