CN110389639A - 复合水冷排结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合水冷排结构，至少包含一冷却板、一致冷晶片单元及一均温板。该冷却板具有一第一上表面及一第一下表面及一液体流动部位供一工作液体流动，该液体流动部位连通一出口及一入口。该致冷晶片单元设置在该冷却板下方，具有一冷端及一热端，该冷端接触该冷却板的第一下表面。该均温板设置在该致冷晶片下方，具有一第二上表面及一第二下表面，该第二上表面接触该致冷晶片的热端，凭借上述复合层状设置帮助散热。

Description

复合水冷排结构
技术领域
本发明涉及散热领域，尤其关于一种复合水冷排结构。
背景技术
电脑在运作时，许多内部元件会产生大量热能，因此良好的散热统是决定电脑运作效能以及可靠度的一大关键因素。在所有会发热的元件当中，一般以工作负荷最高之中央处理器(CPU)以及绘图晶片处理器(GPU)等二者的散热问题最为棘手。尤其当前各类电脑游戏的画面愈来愈细腻，电脑辅助绘图软体的功能也日趋强大，这类软体在运作时往往会让中央处理器以及绘图晶片处理器处于高负荷状态，同时也会导致大量的热能产生，这些热能若不能有效地散去，轻则导致中央处理器或绘图晶片处理器的效能下降，严重时更可能造成中央处理器或绘图晶片处理器的损坏或者使用寿命大幅降低。
如图1A及图1B所示，为了降低发热电子元件的工作温度，一般市面上水冷式装置由一水冷排通过二水导管连接一水泵1a(Pump)及一水冷头1b贴触一发热元件(如中央处理器)，通过水泵1a(Pump)驱使水冷液(或称工作液体)流动到水冷排1上散热并不断地进行循环冷却，以快速散除热量。前述的水泵1a设置在水冷头1b的外部(如图1A)，或者水泵1a可以设置在水冷头1b的内部(如图1B)。该水冷排1由复数散热鳍片11、复数直条状扁管12及二侧水箱13所组成，所述的这些散热鳍片11设于所述的这些直条状扁管12彼此之间，且前述二侧水箱13与所述的这些散热鳍片11及所述的这些直条状扁管12的两侧是通过焊锡焊接而成，令该二侧水箱13与所述的这些散热鳍片11及所述的这些直条状扁管12连接构成所述水冷排1，并其中一侧水箱13上设有一进水口131与一出水口132，该进水口131与出水口132分别用以连接相对二水导管(图中未示)。
由于从该进水口13流入的工作液体于一侧水箱13内后，从所述的这些直条状扁管12内快速直通流经到另一侧水箱13内，接着再凭借所述的这些直条状扁管12内快速直通流经道一侧水箱13内，然后由该出水口132排出去，由于现有水冷排的整体结构的体积较大会占据较大的设置空间，若将水冷排的体积缩小则散热效率下降，导致解热效果不彰。因此如何提供一种体积不大且散热效率高的散热结构即为本案的发明人与从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在者。
发明内容
本发明的一目的，提供一种复合层状设置的水冷排结构。
本发明的一目的，提供一种紧密(compact)且减少热阻以提升散热效率的复合水冷排结构。
本发明的一目的，提供一种冷却板利用一致冷晶片单元将热传递到一均温板的复合水冷排结构。
本发明的一目的，提供一种复合水冷排结构选择设有至少一散热鳍片阻，通过该至少一散热鳍片组增加与空气接触的面积，提高散热效率。
为达成上述的目的，本发明提供一种复合水冷排结构，包含：一冷却板，具有一第一上表面及一第一下表面及一液体流动部位供一工作液体流动，该液体流动部位连通一出口及一入口：一致冷晶片单元，设置在该冷却板下方，具有一冷端及一热端，该冷端接触该冷却板的第一下表面；一均温板，设置在该致冷晶片下方，具有一第二上表面及一第二下表面，该第二上表面接触该致冷晶片的热端。
在一实施例，该冷却板的第一上表面及该第二下表面分别位于该冷却板的两侧，且该第一上表面及该第二下表面其中任一设有一凹槽，该液体流动部位设置在该凹槽内。
在一实施例，该流动部位是一液体导流管，该液体导流管的两端形成该出口及该入口。
在一实施例，该冷却板具有一第一上板体对接一第一下板体，该第一上表面形成在该第一上板体，该第一下表面形成在该第一下板体，该液体流动部位是一导引槽道位于该第一上板体及该第一下板体之间，该导引槽道的两端形成该出口及该入口。
在一实施例，该致冷晶片单元包括一或数个致冷晶片，所述的这些致冷晶片平行排列。
在一实施例，该进口及该出口连接一水冷头模块，该水冷头模块包括一水冷头及一泵。
在一实施例，该冷却板的第一上表面设有一第一散热鳍片组，该均温版的第二下表面设有一第二散热鳍片组。
在一实施例，该均温板具有一封闭腔室容纳一第二工作液体，一毛细结构层设置在该封闭腔室的一内壁上，该封闭腔室内设有至少一支撑柱。
在一实施例，该第一散热鳍片组及该第二散热鳍片组连接一保护单元，该保护单元连接至少一风扇。
凭借以上的实施，本发明利用一致冷晶片单元将冷却板的热传递到一均温板散热，另外选择设有第一及第二散热鳍片组，通过该第一及第二散热鳍片组增加冷却板及该均温板与空气接触的面积，如此复合层状设置该水冷排结构以提供一种紧密且减少热阻提升散热效率的复合水冷排结构。
下列图式的目的在于使本发明能更容易被理解，于本文中会详加描述该些图式，并使其构成具体实施例的一部份。通过本文中的具体实施例并参考相对应的图式，以详细解说本发明的具体实施例，并用以阐述发明的作用原理。
附图说明
图1A及图1B为现有技术示意图；
图2A为本发明的立体分解示意图；
图2B为本发明的立体组合示意图；
图2C为本发明替代实施的立体分解示意图；
图2D为本发明均温板的局部剖视示意图；
图3A为本发明第一种类型冷却板的立体示意图；
图3B为本发明第一种类型冷却板另一视角的立体示意图；
图3C为本发明第二种类型冷却板的分解立体示意图；
图4A及图4B为本发明连接一水冷头模块的示意图；
图4C为图4A的局部剖视示意图；
图4D为图4B的局部剖视示意图；
图5为本发明水冷排组的第一、二散热鳍片组连接保护单元及风扇的示意图。
附图标记说明：水冷排结构20；冷却板21、21a；第一上板体2101；第一下板体2102；第一上表面211；第一下表面212；入口213；出口214；液体流动部位215、215a；凹槽217；致冷晶片单元22；致冷晶片220；冷端221；热端222；均温板23；板体2031、2302；第二上表面231；第二下表面232；封闭腔室233；毛细结构层234；第二工作液体235；支撑柱236；第一散热鳍片组241；第二散热鳍片组242；水冷头模块30；保护单元31；第一部分311；第二部分312；风扇32。
具体实施方式
本发明的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附图式的较佳实施例予以说明。
请参阅图2A为本发明的立体分解示意图；图2B为本发明的立体组合示意图及图2C为本发明替代实施的立体分解示意图；图2D为本发明均温板的局部剖视示意图。如图所示，一水冷排结构20包含一冷却板21、一致冷晶片单元22及一均温板23。该冷却板21具有一第一上表面211及一第一下表面212分别位于该冷却板21的两侧，一液体流动部位215设在该第一上表面211及第一下表面212之间，该液体流动部位215连通一入口213及一出口214导引一第一工作液体(例如纯水)流动。
该致冷晶片单元22设置在该冷却板21的下方，在通电后具有一冷端(吸热面)221及一热端(放热面)222分别位于该致冷晶片单元22的两侧，该冷端221接触该冷却板21的第一下表面212。致冷晶片单元22包括一或数个致冷晶片220，所述的这些致冷晶片220平行排列。在本实施表示六个致冷晶片220平行排列，但不局限于此，使用者可以根据需求例如冷却板21及均温板23的面积设置致冷晶片220的数量。
该均温板23设置在该致冷晶片单元22的下方，包括两个板体2301、2302对接成一体(如图2D)，且具有一第二上表面231及一第二下表面232分别位于两个板体2301、2302的外侧，该第二上表面231接触该致冷晶片单元22的热端222。如图2D所示，均温板23具有一封闭腔室233在两个板体2301、2302之间并容纳有一第二工作液体235(例如纯水、甲醇、丙酮、冷煤或氨等其中之一，并不被任何液体所限制)及一毛细结构层234，该毛细结构层234设置在该封闭腔室233的一内壁上。该封闭腔室233内选择设有至少一支撑柱236垂直立设在两个板体2031、2302之间以支撑该封闭腔室233。均温板23是一种二维传热元件，该第二工作液体235在该封闭腔室内233循环的汽、液相变传热，将致冷晶片单元22传过来的热源快速扩增为面热源，降低单位面积热传量，以去除热点(热集中)的问题，均温效果好及有较大的贴合接触面积，直接降低水冷排结构20的整体热阻。
在一替代实施，如图2C所示，该冷却板21的第一上表面211设有一第一散热鳍片组241，该均温板23的第二下表面232设有一第二散热鳍片组242，凭借该第一散热鳍片组241及第二散热鳍片组242分别增加第一上表面211及第二下表面232跟空气的接触面积以帮助散热。
再者，请继续参考图3A为本发明第一种类型冷却板的立体示意图；图3B为本发明第一种类型冷却板另一视角的立体示意图；图3C为本发明第二种类型冷却板的分解立体示意图。如图3A及图3B所示，该冷却板21为热传导性佳的一板体，且该第一上表面211及该第一下表面212其中任一设有一凹槽217，该液体流动部位215设置在该凹槽217内。在本实施表示该凹槽217设置在该第一下表面212且蜿蜒的延伸设置，以布满该第一下表面212。该液体流动部位215是一液体导流管埋设在该凹槽217内不超过该第一下表面212，液体流动部位215的相反该凹槽217的一侧跟该第一下表面212形成一个共平面(co-plane)，且该液体导流管具有两端形成该入口213及该出口214。该液体流动部位215配合该凹槽217蜿蜒的延伸设置，布满该第一下表面212，如此延长第一工作液体在液体流动部位215的流动时间及让第一工作液体所带的热量均匀的分布在冷却板21上达到均温目的。
在一替代实施，如图3C所示该冷却板21a具有一第一上板体2101对接一第一下板体2102，该第一上表面211形成在该第一上板体2101，该第一下表面212形成在该第一下板体2102，该液体流动部位215a为一导引槽道位于该第一上板体2101及该第一下板体2102之间，该导引槽道的两端形成该入口213及该出口214。在本实施表示该液体流动部位215a设置在该第一下板体2102对接该第一上板体2101的一面。且该液体流动部位215a蜿蜒的延伸设置，并布满该第一下板体2102，如此延长该第一工作液体在液体流动部位215a的流动时间及使第一工作液体所带的热量均匀的分布在冷却板21a上。
请继续参考图4A及图4B为本发明连接一水冷头模块的示意图；图4C为图4A的局部剖视示意图；图4D为图4B的局部剖视示意图。如这些图所示，一并搭配前述的图2A、图2B、图2C、图3A、图3B及图3C，该水冷排结构20的冷却板21的入口213及出口214连通一水冷头模块30，该水冷头模块30例如背景技术所述的水冷头及泵，该泵设置在水冷头外或水冷头内。在液体流动部位215、215a内的第一工作液体通过该出口214流入该水冷头模块30跟一发热元件产生热交换后增温，增温后的第一工作液体流出该水冷头模块30后，从该入口213流入该水冷排结构20的冷却板21，第一工作液体所带的热量沿着该液体流动部位215、215a朝出口214方向流动，并将热量传导到冷却板21、21a并均匀的分布。当热量传递到该冷却板21、21a的第一上表面211时，通过该第一上表面211散热。传递到该冷却板21、21a的第一下表面212的热量通过该致冷晶片单元22的冷端221吸热后，从该热端222放热到该均温板231的第二上表面231，然后经由该封闭腔室233内的第二工作液体235汽、液相变传热到该第二下表面232散热。
在另一替代实施，当热量传递到该冷却板21、21a的第一上表面211时通过该第一散热鳍片组241散热，且当热量传递到该均温板231的第二下表面232时通过该第二散热鳍片组242散热。
另外要说明的，前述的冷却板21、21a、液体流动部位215、215a、均温板231、第一散热鳍片组241及第二散热鳍片组242例如为金或银或铜或铁或钛或铝或不锈钢或所述的这些金属的合金材质所构成。其中钛材质的金属强度高且重量轻的特性以及导热效率好，以有效提升热传导效率的效果及使整体重量减轻的效果。
再者，如图5所示该第一散热鳍片组241及该第二散热鳍片组242连接一保护单元31，该保护单元31具有一第一部分311及第二部分312从该水冷排结构20的上方及下方罩设该第一散热鳍片组241及该第二散热鳍片组242，保护该第一及第二散热鳍片组241、242不会受损。另外，该保护单元31也可选择的连接该至少一风扇32，凭借该至少一风扇32帮助第一及第二散热鳍片组241、242散热。
凭借以上的实施，利用一致冷晶片单元22将冷却板21、21a的热传递到一均温板23散热，另外选择设有第一及第二散热鳍片组241、242，通过该第一及第二散热鳍片组241、242增加冷却板21及该均温板23与空气接触的面积，如此复合层状设置该水冷排结构20以提供一种紧密且减少热阻提升散热效率的复合水冷排结构。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合水冷排结构，其特征在于，包含：
一冷却板，具有一第一上表面及一第一下表面及供一第一工作液体流动的一液体流动部位，该液体流动部位连通一出口及一入口：
一致冷晶片单元，设置在该冷却板的下方，具有一冷端及一热端，该冷端接触该冷却板的第一下表面；
一均温板，设置在该致冷晶片单元的下方，具有一第二上表面及一第二下表面，该第二上表面接触该致冷晶片单元的热端。
2.如权利要求1所述的复合水冷排结构，其特征在于，该冷却板的第一上表面及该第二下表面分别位于该冷却板的两侧，且该第一上表面及该第一下表面其中任一设有一凹槽，该液体流动部位设置在该凹槽内。
3.如权利要求2所述的复合水冷排结构，其特征在于，该液体流动部位是一液体导流管，该液体导流管的两端形成该出口及该入口。
4.如权利要求1所述的复合水冷排结构，其特征在于，该冷却板具有一第一上板体对接一第一下板体，该第一上表面形成在该第一上板体，该第一下表面形成在该第一下板体，该液体流动部位是一位于该第一上板体及该第一下板体之间的导引槽道，该导引槽道的两端形成该出口及该入口。
5.如权利要求1所述的复合水冷排结构，其特征在于，该致冷晶片单元包括一个或数个致冷晶片，该数个致冷晶片平行排列。
6.如权利要求1所述的复合水冷排结构，其特征在于，该进口及该出口连接一水冷头模块，该水冷头模块包括一水冷头及一泵。
7.如权利要求1所述的复合水冷排结构，其特征在于，该均温板具有一封闭腔室并容纳一第二工作液体，一毛细结构层设置在该封闭腔室的一内壁上。
8.如权利要求7所述的复合水冷排结构，其特征在于，该封闭腔室内设有至少一支撑柱。
9.如权利要求1至8中任一项所述的复合水冷排结构，其特征在于，该冷却板的第一上表面设有一第一散热鳍片组，该均温板的第二下表面设有一第二散热鳍片组。
10.如权利要求9所述的复合水冷排结构，其特征在于，该第一散热鳍片组及该第二散热鳍片组连接一保护单元，该保护单元连接至少一风扇。
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