CN116234228A - 液冷散热装置、液冷散热系统及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液冷散热装置，用以解决现有液冷散热装置散热效率不佳的问题。包括：一个壳体，具有相连接的一个壳罩区及至少一个箱体区，该箱体区具有一个容室；一个导热器，结合于该壳罩区，该导热器与该壳罩区之间形成一个相变化腔室，该相变化腔室连通该容室，该导热器具有一个热源接触面用以热连接一个热源，该热源接触面不平行于一个水平面，该箱体区位于该热源接触面延伸方向的上方且不对位该热源；及一个工作液体，填充于该相变化腔室及该容室，该工作液体的液面及该箱体区均高于该热源。本发明另外揭示具有该液冷散热装置的液冷散热系统及电子装置。

Description

液冷散热装置、液冷散热系统及电子装置

技术领域

本发明关于一种散热装置、具有该散热装置的散热系统及电子装置，尤其是一种液冷散热装置、液冷散热系统及电子装置。

背景技术

现今科技工业的产品发展趋于精密化，如集成电路或计算机等装置，除了体积设计小型化外，运作速度也大幅地增加，使电流频繁地在组件间流动，故其运作时所产生的热量也相当大。针对各种电子发热组件都设有相对应的热交换装置，以能维持其在许可的温度下正常运作。

对于高功率电子发热组件来说，一般会使用水冷头协助散热，现有的水冷头具有一个壳体及一个导热板，该壳体及该导热板相结合以形成一个相变化腔室，该导热板可以接触一个热源，该相变化腔室填充一个流动液体，该流动液体由该壳体的一个入液孔流入，该流动液体由该壳体的一个出液孔流出；如此，该热源处的热能可以自该导热板传递至该相变化腔室内，再通过该流动液体的循环流动带走该热源处的热能而达到散热的目的。

然而，上述现有的水冷头，由于须通过该相变化腔室中的流动液体从液态吸收热能而蒸发成气态，才能使该流动液体利用气液相的变化机制来实现热量传递；而当该流动液体从液态蒸发成气态的过程中，该流动液体的液面高度也会随着降低，使得该热源的面积有局部无法被该流动液体覆盖，造成该流动液体对该热源的散热效果有限，使得该流动液体难以对该热源有效地散热，导致散热效率不佳。

有鉴于此，现有的液冷散热装置确实仍有加以改善的必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种液冷散热装置，即使工作液体因蒸散而产生液面下降的情形，该工作液体的液面仍可以高于热源，使该工作液体可以对该热源有效地散热。

本发明的次一目的是提供一种液冷散热装置，可以提升热交换效率。

本发明的又一目的是提供一种液冷散热装置、液冷散热系统及电子装置，可以降低制造成本。

本发明的再一目的是提供一种液冷散热装置、液冷散热系统及电子装置，可以提升组装便利性。

本发明全文所述方向性或其近似用语，例如“前”、“后”、“左”、“右”、“上（顶）”、“下（底）”、“内”、“外”、“侧面”等，主要参考附图的方向，各方向性或其近似用语仅用以辅助说明及理解本发明的各实施例，非用以限制本发明。

本发明全文所记载的组件及构件使用“一”或“一个”的量词，仅是为了方便使用且提供本发明范围的通常意义；于本发明中应被解读为包括一个或至少一个，且单一的概念也包括复数的情况，除非其明显意指其他意思。

本发明全文所述“结合”、“组合”或“组装”等近似用语，主要包括连接后仍可不破坏构件地分离，或是连接后使构件不可分离等型态，是本领域中技术人员可以依据欲相连的构件材质或组装需求予以选择的。

本发明的液冷散热装置，包括：一个壳体，具有相连接的一个壳罩区及至少一个箱体区，每个该箱体区具有一个容室；一个导热器，结合于该壳罩区，该导热器与该壳罩区之间形成一个相变化腔室，该相变化腔室连通该容室，该导热器具有一个热源接触面用以热连接一个热源，该热源接触面不平行于一个水平面，该箱体区位于该热源接触面延伸方向的上方且不对位该热源；及一个工作液体，填充于该相变化腔室及该容室，该工作液体的液面及该箱体区均高于该热源。

本发明的液冷散热系统，包括：一个前述的液冷散热装置；一个冷却单元；及一个管件组，串接该液冷散热装置的壳体及该冷却单元，该工作液体沿该管件组于该液冷散热装置及该冷却单元之间循环流动。

本发明的电子装置，包括：一个机壳；一个电子模块，设置于该机壳中，该热源位于该电子模块；及一个前述的液冷散热系统，设置于该机壳中，该导热器的热源接触面热连接该热源。

因此，本发明的液冷散热装置、具有该液冷散热装置的液冷散热系统及电子装置，该相变化腔室中的工作液体可以从液态吸收热能而蒸发成气态，以便由该相变化腔室中的工作液体吸收该热源处的热能，而即使该工作液体因蒸散而产生液面下降的情形，由于该相变化腔室与该容室可以容纳足够的工作液体，使该工作液体的液面仍可以高于该热源，使得该热源的面积依然可以完全被该工作液体覆盖，使该工作液体可以对该热源有效地散热，借此，可以实现提供良好散热效率的功效。并且，该热源处的热能可以被带离且在通过该冷却单元时冷却降温，并于降温后再次被导向该液冷散热装置，如此不断地循环，可以使该热源处有效降温，具有提升散热效能的功效，且本发明液冷散热系统不需设置泵浦，即可使该工作液体循环流动，具有可以降低制造成本的功效。

其中，该导热器可以不接触该箱体区。如此，该结构简易而便制造，具有降低制造成本的功效。

其中，该壳体可以具有至少一个入液孔及至少一个出液孔，该出液孔位于该箱体区，该壳体可以于该箱体区处形成弯折。如此，该出液孔的开孔方向形成转弯而与该入液孔的开孔方向不同，使该液冷散热装置可易于作组装、对位或闪避其他组件，进而使该液冷散热装置可以配合各式各样的安装空间，具有提升安装便利性的功效。

其中，该壳罩区可以具有相对的两个短边，该箱体区可以连接其中一个短边且位于该相变化腔室上方。如此，该结构简易而便于组装，具有提升组装便利性的功效。

其中，该壳罩区可以具有相对的两个长边，该箱体区可以连接其中一个长边且位于该相变化腔室上方。如此，该结构简易而便于组装，具有提升组装便利性的功效。

本发明的液冷散热装置可以另外包括一个多孔结构层位于该导热器，该多孔结构层可以接触该工作液体。如此，可以增加该多孔结构层与该相变化液体之间的接触面积，具有提升热交换效率的功效。

该壳体可以具有至少一个入液孔及至少一个出液孔，该入液孔及该出液孔设置于该壳体的不同侧，该出液孔可以高于该入液孔。如此，形成气态的工作液体可易于往上通过该出液孔蒸散，具有提升良好散热效能的功效。

其中，该箱体区可以具有一个本体及一个封盖，该本体可以连接该壳罩区且具有一个开口，该封盖可以结合该本体以封闭该开口。如此，该结构简易而便制造，具有降低制造成本的功效。

其中，该封盖可以具有至少一个接头部以形成该出液孔，该管件组可以组装结合于该接头部。如此，该结构简易而便于组装，具有提升组装便利性的功效。

附图说明

图1：本发明第一实施例的分解立体图；

图2：本发明第一实施例的组合立体图；

图3：沿图2的A-A线剖面图；

图4：沿图3的B-B线剖面图；

图5：如图4所示工作液体因蒸散而产生液面下降的剖面图；

图6：本发明具有液冷散热装置的液冷散热系统的架构图；

图7：本发明电子装置的局部剖视平面图；

图8：本发明第二实施例的组合立体图；

图9：本发明第二实施例的组合侧视图；

图10：沿图9的C-C线剖面图；

图11：本发明第三实施例的组合立体图；

图12：沿图11的D-D线剖面图。

附图标记说明

【本发明】

1:壳体

1a:壳罩区

1b:箱体区

11:凹部

12:入液孔

13:出液孔

14:本体

141:开口

15:封盖

151:接头部

2:导热器

2a:热源接触面

3:工作液体

3a:液面

4:多孔结构层

5:机壳

6:电子模块

m1:短边

m2:长边

E:电子装置

H:热源

J:液冷散热装置

P:水平面

Q:冷却单元

Q1:风扇组件

Q2:鳍片组件

S1:容室

S2:相变化腔室

U:管件组

U1:管件

U2:管件。

具体实施方式

为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文列举本发明的较佳实施例，并配合附图作详细说明；此外，在不同图式中标示相同符号者视为相同，会省略其说明。

请参照图1、图3所示，其是本发明液冷散热装置J的第一个实施例，包括一个壳体1、一个导热器2及一个工作液体3，该导热器2结合于该壳体1，该工作液体3填充于该壳体1中。

该壳体1的材质本发明不加以限制，举例而言，该壳体1可选择由可透视的材质制成，以便使用者透过该壳体1观察内部的状况，同时可以具有提升美观的视觉效果。该壳体1具有一个壳罩区1a及至少一个箱体区1b，该箱体区1b连接该壳罩区1a，该壳罩区1a可以具有一个凹部11，该凹部11可以朝向该导热器2。

请参照图2、图3所示，详言之，该壳体1可以具有至少一个入液孔12及至少一个出液孔13，该入液孔12可以位于该壳罩区1a，该出液孔13可以位于该箱体区1b，该入液孔12及该出液孔13设置于该壳体1的不同侧，且该出液孔13较佳可以高于该入液孔12，该入液孔12可用以供该工作液体3朝该壳体1内的方向流入，该出液孔13可用以供该工作液体3朝远离该壳体1的方向流出，在本实施例中，该工作液体3的入液方向和出液方向相同，使该工作液体3由该入液孔12流入后，能够以直线方向由该出液孔13流出。

请参照图3、图4所示，其中，该壳罩区1a的形状，本发明不加以限制，在本实施例中，该壳罩区1a可以概呈矩形状，该壳罩区1a可以具有相对的两个短边m1及相对的两个长边m2，该箱体区1b可以连接该壳罩区1a的其中一个短边m1或该壳罩区1a的其中一个长边m2，在本实施例中，该箱体区1b连接该壳罩区1a的其中一个短边m1。

请参照图1、图3、图4所示，该箱体区1b具有一个容室S1，该容室S1可以连通该壳罩区1a的凹部11，其中，该箱体区1b以能够形成该容室S1为原则，该箱体区1b的型态及结构组成，本发明不加以限制，举例而言，该箱体区1b可以组装结合于该壳罩区1a，或者，该箱体区1b也可以一体成型连接该壳罩区1a，以及，该箱体区1b可以为圆形、矩形或多边形。在本实施例中，该箱体区1b可以具有一个本体14及一个封盖15，该本体14可以连接该壳罩区1a，该本体14可以具有一个开口141，该封盖15可以结合该本体14，以封闭该开口141并形成该容室S1，如此，该结构简易而便制造，具有降低制造成本的作用。并且，该封盖15可以具有至少一个接头部151以形成该出液孔13，本实施例的接头部151以两个来做说明。

该导热器2与该壳体1的结合方式本发明不加以限制，例如：该导热器2可以选择黏贴、镶入或锁固等方式结合于该壳体1；在本实施例中，选择使该导热器2雷射焊接于该壳体，使该导热器2与该壳体1能够确实焊接结合而不会产生缝隙，以提升该导热器2与该壳体1的结合强度。其中，该导热器2可以为导热系数高的材质，例如铜或铝等金属或另外镀有石墨烯层等，该导热器2对位该凹部11并结合于该壳罩区1a，使该导热器2与该壳罩区1a之间形成一个相变化腔室S2，该相变化腔室S2连通该容室S1，且该箱体区1b位于该相变化腔室S2上方，以及，该导热器2可以不接触该箱体区1b。

请参照图1、图3所示，详言之，该导热器2可以位于该壳体1与一个电子装置（图未绘示）的热源H之间，该热源H可以例如为服务器、计算机、通讯界面板、显示适配器或其他电器产品的中央处理器，或者电路板上因运作而产生热的芯片等电子组件，该导热器2可用以热接触该热源H，该导热器2可将该热源H的热能传递至该相变化腔室S2中的工作液体3。其中，该导热器2可以具有一个热源接触面2a，该导热器2由该热源接触面2a热连接该热源H，该热源接触面2a不平行于一个水平面P，该水平面P定义为与静水表面平行的平面，且该箱体区1b位于该热源接触面2a延伸方向的上方，使该箱体区1b不对位该热源H。

请参照图3、图4所示，该工作液体3填充于该相变化腔室S2及该容室S1，该工作液体3的液面3a位于该箱体区1b处，且该工作液体3的液面3a及该箱体区1b均高于该热源H，该工作液体3可以为水或其他液体，较佳地，该工作液体3可以为酒精、氟化液或其他低沸点的相变化液，借此，该工作液体3可以从液态吸收热能而蒸发成气态，进而利用气液相变化的机制来实现热能传递。该工作液体3也可以为不导电的液体，借此，即使该工作液体3发生泄漏，也不会使电气线路产生短路的情形，可以具有使用的安全性。

请参照图1、图3所示，本发明液冷散热装置J还可以另外包括一个多孔结构层4，该多孔结构层4位于该导热器2，该多孔结构层4可以完全位于该相变化腔室S中，该多孔结构层4可以接触该工作液体3；通过该多孔结构层4的设置，可以增加该多孔结构层4与该工作液体3之间的接触面积，可以提升热交换效率，进而可以提升散热效能。其中，该多孔结构层4可以由一个粉末烧结（powder sintering process）而制成，例如：该多孔结构层4可以由铜粉烧结形成，或是将铜网以锡膏铺设于该导热器2再回焊熔接等，具有工艺简单、容易加工的优点，本发明均不加以限制，只要能形成多孔性结构即可。

请参照图3、图4、图5所示，该液冷散热装置J运作时，可以由该导热器2的热源接触面2a热连接该热源H，该相变化腔室S2中的工作液体3可以从液态吸收热能而蒸发成气态，以便由该相变化腔室S2中的工作液体3吸收该热源H处的热能；此时，形成气态的工作液体3往上通过该出液孔13蒸散，使该工作液体3的液面3a如图5所示产生下降的情形，而由于该壳体1具有该箱体区1b，该箱体区1b的容室S1可以连通该相变化腔室S2，使该相变化腔室S2与该容室S1可以容纳足够的工作液体3，因此，即使该工作液体3的液面3a产生下降的情形，该工作液体3的液面3a仍可以高于该热源H，使得该热源H的面积依然可以完全被该工作液体3覆盖，使该工作液体3可以对该热源H有效地散热，借此，可以起到提供良好散热效率的作用。

请参照图6所示，其是本发明液冷散热系统的一个较佳实施例，包括至少一个前述的液冷散热装置J、一个冷却单元Q及一个管件组U，该管件组U串接该液冷散热装置J及该冷却单元Q。

请参照图3、图4、图6所示，详言之，该热源H为直立设置，该液冷散热装置J可以为直立架设，使该液冷散热装置J可以垂直该水平面P，该管件组U可以由一个管件U1连通该液冷散热装置J的入液孔12与该冷却单元Q；该管件组U另外可以由一个管件U2连通该液冷散热装置J的出液孔13与该冷却单元Q，且该管件U2组装结合于该箱体区1b的接头部151，该管件组U中具有该工作液体3，该工作液体3沿该管件组U于该液冷散热装置J及该冷却单元Q之间循环流动。

具有本实施例液冷散热装置J的液冷散热系统运作时，该相变化腔室S2中的工作液体3可以快速吸收该热源H处的热能，该工作液体3可以从液态吸收热能而蒸发成气态，可以对连接于该导热器2的该热源H进行散热；此时，气态的该工作液体3进入该管件U2中并在通过该冷却单元Q时冷却降温，该工作液体3可以重新凝结成液态，以使液态的该工作液体3可以再被导向该液冷散热装置J；如此不断地循环，可以使该液冷散热装置J接收的热源H能有效降温，可以起到提供良好散热效能的作用。特别说明的是，本发明液冷散热系统不需另外设置一个泵浦，即可使该工作液体3循环流动，具有可以降低制造成本及节省空间的作用。

请参照图6所示，另外说明的是，该冷却单元Q可以具有一个风扇组件Q1及一个鳍片组件Q2，该风扇组件Q1可以导引气流，以便将由该液冷散热装置J传递至该鳍片组件Q2的热能带走，可以进一步具有良好散热效能的作用。

请参照图7所示，其是本发明电子装置E的一个较佳实施例，包括一个机壳5、一个电子模块6及一个前述的液冷散热系统，该电子模块6及该液冷散热系统设置于该机壳5中。

请参照图3、图7所示，详言之，该电子装置E可例如为服务器（Server）或工业计算机（Industrial Personal Computer，简称IPC），该电子模块6可例如为电源供应器、硬盘、风扇、主板、中央处理器、内存及显示适配器等，其中会在运作时产生高温的电子模块6，如主板、中央处理器、内存及显示适配器等，该热源H位于该电子模块6，该导热器2的热源接触面2a热连接该热源H。在该电子装置E运作的过程中，可以在该电子模块6的温度上升时，该相变化腔室S2中的工作液体3可以快速吸收该热源H处的热能，该工作液体3可以从液态吸收热能而蒸发成气态，气态的该工作液体3进入该管件U2中并在通过该冷却单元Q时冷却降温，可以有效带离该电子模块6的热能，进而帮助该电子模块6散热以维持适当的工作温度，可以避免该电子模块6的工作温度过高，可以实现提供良好散热效能的功效。

请参照图8、图9、图10所示，其是本发明液冷散热装置J的第二实施例，该第二实施例大致上与上述第一实施例相同，在该第二实施例中，该箱体区1b的数量可以为两个，使该壳体1内可以具有两个容室S1，该容室S1连通该相变化腔室S2，该两个箱体区1b连接该壳罩区1a的其中一个长边m2，该两个箱体区1b位于该相变化腔室S2上方，且该热源接触面2a较佳不平行于该水平面P，在本实施例中，该热源接触面2a与该水平面P形成垂直，以及，该两个箱体区1b可以分别设有该出液孔13。

如此，该液冷散热装置J运作时，可以由该导热器2的热源接触面2a热连接该热源H，该相变化腔室S2中的工作液体3可以从液态吸收热能而蒸发成气态，以便由该相变化腔室S2中的工作液体3吸收该热源H处的热能；此时，形成气态的工作液体3往上通过该多个出液孔13蒸散，由于该两个容室S1可以连通该相变化腔室S2，使该相变化腔室S2与该两个容室S1可以容纳更足够的工作液体3，因此，即使该工作液体3的液面3a产生下降的情形，该工作液体3的液面3a仍可以高于该热源H，使得该热源H的面积依然可以完全被该工作液体3覆盖，使该工作液体3可以对该热源H有效地散热，借此，可以起到提供良好散热效率的作用。

请参照图11、图12所示，其是本发明液冷散热装置J的第三实施例，该第三实施例大致上与第一实施例相同，在该第三实施例中，该壳体1可以于该箱体区1b处形成弯折，该壳罩区1a与该箱体区1b概呈垂直的结构，使该工作液体3的入液方向和出液方向不同，使该工作液体3由该入液孔12流入后，能够转弯由该出液孔13流出，且该热源接触面2a不平行于该水平面P，使该液冷散热装置J整体成微倾斜的设置，使该液冷散热装置J可易于作组装、对位或闪避其他组件，进而使该液冷散热装置J可以配合各式各样的安装空间，可以具有提升安装便利性的作用。

如此，该液冷散热装置J运作时，可以由该导热器2的热源接触面2a热连接该热源H，该相变化腔室S2中的工作液体3可以从液态吸收热能而蒸发成气态，以便由该相变化腔室S2中的工作液体3吸收该热源H处的热能；此时，形成气态的工作液体3往上通过该出液孔13蒸散，由于该容室S1可以连通该相变化腔室S2，使该相变化腔室S2与该容室S1可以容纳足够的工作液体3，因此，即使该工作液体3的液面3a产生下降的情形，该工作液体3的液面3a仍可以高于该热源H，使得该热源H的面积依然可以完全被该工作液体3覆盖，使该工作液体3可以对该热源H有效地散热，借此，可以起到提供良好散热效率的作用。

综上所述，本发明的液冷散热装置、具有该液冷散热装置的液冷散热系统及电子装置，该相变化腔室中的工作液体可以从液态吸收热能而蒸发成气态，以便由该相变化腔室中的工作液体吸收该热源处的热能，而即使该工作液体因蒸散而产生液面下降的情形，由于该相变化腔室与该容室可以容纳足够的工作液体，使该工作液体的液面仍可以高于该热源，使得该热源的面积依然可以完全被该工作液体覆盖，使该工作液体可以对该热源有效地散热，借此，可以实现提供良好散热效率的功效。并且，该热源处的热能可以被带离且在通过该冷却单元时冷却降温，并于降温后再次被导向该液冷散热装置，如此不断地循环，可以使该热源处有效降温，具有提升散热效能的功效，且本发明液冷散热系统不需设置泵浦，即可使该工作液体循环流动，具有可以降低制造成本的功效。

Claims (11)

1.一种液冷散热装置，其特征在于，包括：

一个壳体，具有相连接的一个壳罩区及至少一个箱体区，每个该箱体区具有一个容室；

一个导热器，结合于该壳罩区，该导热器与该壳罩区之间形成一个相变化腔室，该相变化腔室连通该容室，该导热器具有一个热源接触面用以热连接一个热源，该热源接触面不平行于一个水平面，该箱体区位于该热源接触面延伸方向的上方且不对位该热源；及

一个工作液体，填充于该相变化腔室及该容室，该工作液体的液面及该箱体区均高于该热源。

2.如权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，该导热器不接触该箱体区。

3.如权利要求2所述的液冷散热装置，其特征在于，该壳体具有至少一个入液孔及至少一个出液孔，该出液孔位于该箱体区，该壳体于该箱体区处形成弯折。

4.如权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，该壳罩区具有相对的两个短边，该箱体区连接其中一个短边且位于该相变化腔室上方。

5.如权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，该壳罩区具有相对的两个长边，该箱体区连接其中一个长边且位于该相变化腔室上方。

6.如权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，另外包括一个多孔结构层位于该导热器，该多孔结构层接触该工作液体。

7.如权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，该壳体具有至少一个入液孔及至少一个出液孔，该入液孔及该出液孔设置于该壳体的不同侧，该出液孔高于该入液孔。

8.一种液冷散热系统，其特征在于，包括：

一个如权利要求1至7中任一项所述的液冷散热装置；

一个冷却单元；及

一个管件组，串接该液冷散热装置的壳体及该冷却单元，该工作液体沿该管件组于该液冷散热装置及该冷却单元之间循环流动。

9.如权利要求8所述的液冷散热系统，其特征在于，该箱体区具有一个本体及一个封盖，该本体连接该壳罩区且具有一个开口，该封盖结合该本体以封闭该开口。

10.如权利要求9所述的液冷散热系统，其特征在于，该封盖具有至少一个接头部以形成出液孔，该管件组组装结合于该接头部。

11.一种电子装置，其特征在于，包括：

一个机壳；

一个电子模块，设置于该机壳中，该热源位于该电子模块；及

一个如权利要求8所述的液冷散热系统，设置于该机壳中，该导热器的热源接触面热连接该热源。

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