CN1821701A - 热管冷却系统及其热传递连接器 - Google Patents

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Abstract

一种热管冷却系统包括蒸发器、连接管路、工质以及热传递用连接器。其中蒸发器连接至发热元件，连接管路连接至蒸发器，而工质则灌注于蒸发器及连接管路所构成之封闭回路中。热传递用连接器包括第一导热块、第二导热块。第一导热块具有多个第一嵌合部及一个接触表面，其中接触表面适于贴附至一件物体之一个表面上。第二导热块具有多个第二嵌合部，这些第二嵌合部适于分别嵌合至前述之第一嵌合部，而于热传递用连接器内形成一个管路通道，其中管路通道适于容纳或作为连接管路之一段。

Description

热管冷却系统及其热传递连接器
技术领域
本发明涉及一种散热系统及其散热元件，且特别涉及一种热管冷却系统及其热传递用连接器。
背景技术
为了能够迅速地移除发热元件在运作时所产生的热量，以避免发热元件因热量的累积而造成发热元件过热的问题。公知的散热技术通常会在发热元件上设置多个散热器(heat sink)并且利用风扇以强制对流的方式，来迅速地将散热器之热量移除，避免热量于发热元件上累积。
但是当发热元件的发热量提升时，公知之散热技术便面临了瓶颈。为了应对发热元件发热量的提升，并且将发热元件之温度维持在正常的工作温度范围内，公知的散热技术须相对应地增加散热鳍片的表面积或是增加风扇的转速。然而，当发热元件被设置于一个空间有限的封闭壳体内部时，增加散热鳍片的表面积将会使得散热鳍片所占据的空间增加，而使得此方法变得难以实行。增加风扇转速的作法虽然能够增加强制对流的效率，但是却会伴随着震动与噪音的产生以及能源消耗量增加的问题。
近年来一种利用相变化的传热装置已逐渐受到瞩目。这些采用相变化的传热装置例如有回路式热管(loop heat pipe)及毛细泵回路(capillarypump loop)等，其运作的原理是利用位在蒸发器内之液态工质(workingfluid)吸收发热元件的热量并且蒸发为汽态工质的现象，以毛细结构将液态工质与汽态工质分离，并且在毛细结构之内外两侧产生足够的压力差，以推动回路系统内工质的循环。在循环的过程中，汽态工质所吸收之热量会在冷凝器释放出来，再次冷凝为液态工质。由于热传装置中之毛细结构可以产生相当大的毛细力以补偿工质于传热装置内流动所产生的流阻，因此这种利用相变化的传热装置具有将热源的热量传递至长距离以外的地点，再通过冷凝器将热量排除的优点。
举例而言，当中央处理器(CPU)被设置于内部空间有限之计算机机壳中时，这种利用相变化的传热装置便具有将中央处理器的热量通过管路的设计移往适当的环境再将热量排除的优点，因此散热装置的设置可以不受限于计算机机壳内部之空间。除此之外，热管冷却系统更具有强健性、高热传量、管路具可挠曲性、不受地心重力影响以及不需能源即可运作等诸多优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种热传递用连接器，用以将热管冷却系统之连接管路连接至一个物体，并且以此物体作为热管冷却系统之冷凝器。
本发明的再一目的是提供一种热管冷却系统，用以将发热元件之热量传递至一个物体，并且以此物体作为此热管冷却系统之冷凝器将热量排除。
本发明提出一种热传递用连接器，包括第一导热块、第二导热块。第一导热块具有多个第一嵌合部及一个接触表面，其中接触表面适于贴附至一件物体之一个表面上。第二导热块具有多个第二嵌合部，这些第二嵌合部适于分别嵌合至前述之第一嵌合部。当这些第二嵌合部分别嵌合至第一嵌合部时，第一导热块及第二导热块会共同构成一个管路通道，并且此管路通道适于容纳或作为连接管路之一段。
依照本发明的较佳实施例所述之热传递用连接器，其中第一嵌合部之一为凸肋，而第二嵌合部之对应者为嵌槽。
依照本发明的较佳实施例所述之热传递用连接器，其中第一嵌合部之一系为嵌槽，而第二嵌合部之对应者系为一凸肋。
依照本发明的较佳实施例所述之热传递用连接器，其中管路通道曲折地延伸于组合后之第一导热块及第二导热块的内部。
依照本发明的较佳实施例所述之热传递用连接器，其中组合后之第一导热块及第二导热块的表面缝隙以焊接材料加以封闭。
依照本发明的较佳实施例所述之热传递用连接器，其中第一嵌合部之一紧配地嵌合至第二嵌合部之对应者。
依照本发明的较佳实施例所述之热传递用连接器，其中当管路通道用来容纳连接管路部份时，管路通道以紧配的方式容纳连接管路。
依照本发明的较佳实施例所述之热传递用连接器，其中组合后之第一导热块及第二导热块可拆卸式地连接于物体，以使接触表面能够贴附于物体之表面。
依照本发明的较佳实施例所述之热传递用连接器，其中组合后之第一导热块及第二导热块以螺丝锁固的方式连接至物体上，以使接触表面能够贴附于物体之表面。
依照本发明的较佳实施例所述之热传递用连接器，其中组合后之第一导热块及第二导热块以磁性吸附的方式连接至物体上，以使接触表面能够贴附于物体之表面。
本发明提出一种热管冷却系统包括蒸发器、连接管路、工质以及前述之热传递用连接器。其中，蒸发器连接至发热元件，连接管路连接至蒸发器，而工质通入蒸发器及连接管路所构成之封闭回路。
依照本发明的较佳实施例所述之热管冷却系统，其中更包括连接于蒸发器之散热模块，其中此散热模块例如包括多个连接于热传递用连接器之鳍片以及于这些鳍片上之风扇。
本发明能够将热源的热量通过热管冷却系统之连接管路传递至与导热块贴附的物体上，并以此物体之表面积作为散热面积配合自然对流或强制对流的方式将热量排除。因此，采用本发明作为冷却系统之发热元件，能够在极低的能源成本之下将发热元件所产生之热量移除。
为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
具体实施方式
图1为本发明之一实施例之一种热管冷却系统的剖面示意图。请参照图1，热管冷却系统100包括蒸发器110(evaporator)、连接管路120、工质130以及热传递用连接器140。蒸发110连接至发热元件150，而连接管路120连接至蒸发器110，且工质130被灌注于蒸发器110与连接管路120所构成之封闭回路中。蒸发器110更包括蒸发器壁112、毛细结构114(wick)以及蒸气沟槽116(vapor groove)，毛细结构114设置于蒸发器壁112内，而蒸发器壁112与毛细结构114之间具有多条蒸气沟槽116。
请继续参照图1，当发热元件150所产生的热量Q传递至蒸发器110时，热量Q透过蒸发器壁112传递至毛细结构，为毛细结构114所汲取之液态工质130吸收热量Q之后蒸发为汽态工质130。之后，汽态工质130流经蒸气沟槽116及连接管路120，并经由热传递用连接器140将热量Q排除。在汽态工质130将热量排除的同时，汽态工质130凝结回液态工质130，之后沿着连接管路120回到蒸发器110，并且再度为毛细结构114所汲取而完成一循环。
值得注意的是，本发明的主要概念在于热传递用连接器140的设计适于贴附于物体160上，并且以物体160为热管冷却系统100之冷凝器，并可利用自然对流或是强制对流的方式将热量排除，其中物体160可以为一个金属壳体或是任何适于与外界产生热交换的材质。以下将针对热传递用连接器140的结构以及热管冷却系统的应用加以举例说明。
图2为图1之热传递用连接器的示意图。图3为图2之热传递用连接器的分解图。图4为图3第一导热块的示意图。图5为本发明之一实施例之第二导热块的示意图。请共同参照图1～图5，热传递用连接器140包括第一导热块142以及第二导热块144，其中第一导热块142具有多个第一嵌合部146，且第一嵌合部146为凸肋(见图4)。第二导热块144具有多个第二嵌合部148，其分别对应于上述之第一嵌合部146，且第二嵌合部148为嵌槽(见图5)。当然，在其它实施例中，第一嵌合部146亦可以为嵌槽，而第二嵌合部148亦可以为凸肋。当第一导热块142与第二导热块144紧配地结合时，会与热传递用连接器140之内部形成管路通道149，使得工质130可以流动于管路通道149中。此外，第一导热块142与第二导热块144结合的方法以焊接材料将两导热块142及144之间的缝隙加以封闭，以预防工质130从两导热块142及144之间的缝隙渗出。
图6为图1之热管冷却系统的外观示意图。请共同参照图5与图6，当热传递用连接器140与连接管路120衔接时，图5之管路通道149即可成为连接管路120之一部份。因此，当汽态工质130进入热传递用连接器140时，汽态工质130便能够直接将热量Q传递给热传递用连接器140，再经由此热传递用连接器140而传递至物体160(见图1)。值得注意的是，热管冷却系统100更可以配合发热元件(未绘示)之几何形状，利用适当外型的鞍座118将热量Q更均匀地传递至蒸发器110。此外，热管冷却系统100更可以视需要而适当地弯折连接管路120，使得热管冷却系统100在外形上更具变化的弹性。
图7为本发明之另一实施例之一种热管冷却系统的外观示意图。热管冷却系统100更可以包括散热模块170，其中此散热模块170包括多个鳍片172以及设置于这些鳍片172上之风扇174。如以一来，便能够弹性地调整热传递用连接器140的大小与风扇174的风量，而使热管冷却系统100之散热能力最佳化。
图8为本发明之另一实施例之一种热传递用连接器的分解图，而图9为图8之第二导热块的示意图。请共同参照图4、图8与图9，第一导热块142’更可以采用第二嵌合部146’之凸肋设计，而第二导热块144’更可以采用第二嵌合部148’之嵌槽设计，例如形成直线型之管路通道149’，来紧配地容纳连接管路120。
图10为本发明之另一实施例之一种热管冷却系统应用图8之热传递用连接器的外观示意图。请参照图8与图10，当连接管路120设置于热传递用连接器140’时，管路通道149用以容纳连接管路120之一部份。因此，位在热传递用连接器140’内部之连接管路120的汽态工质130便能通过连接管路120的管壁将热量Q传递给热传递用连接器140，再经由此热传递用连接器140而传递至物体160(见图1)。
图11为图6之热管冷却系统应用于发光二极管路灯的示意图。发光二极管路灯为一种极具潜力的公共照明设备，若将本发明应用于此照明设备，可以大幅降低散热系统的能源成本。请参照图10，热管冷却系统100之蒸发器110是通过一鞍座118而设置于发光二极管路灯200之发光二极管灯源220上。热传递用连接器140以可拆卸的方式紧密地贴附于金属壳体210上。热传递用连接器140贴附于金属壳体210之方式可以是以螺丝锁固或者是磁性吸附，且热传递用连接器140与金属壳体210之间更存在一导热层，例如一层导热膏或一导热垫。如此一来，热管冷却系统100便可以利用发光二极管路灯200之金属壳体210之表面作为热管冷却系统100之冷凝器，例如利用金属壳体210与外界环境的自然对流，将发光二极管灯源220所发出的热量移除。值得注意的是，由于热管冷却系统100系为一种被动的热传递元件，不需要额外的能源供给便可以将热量自发光二极管灯源220传递至金属壳体210之表面，并且通过金属壳体210所具有的表面积将热量排除至外界。因此，对发光二极管路灯200这种需要长时间运作的照明元件而言，热管冷却系统100可以有效地节省能源的成本。
图12为图6之热管冷却系统应用于桌上型计算机的示意图。请参照图12，热管冷却系统100更可以将蒸发器110通过一鞍座118设置于桌上型计算机300中的发热元件320上，其中发热元件320为中央处理器、显示芯片或是其它具有高发热量的芯片装置。热传递用连接器140则贴附于桌上型计算机300的机壳310上，其贴附的方式为螺丝锁固及磁性吸附等可拆卸式连接方式。由于机壳的材质可以为铝合金等金属材质，因此当热传递用连接器140贴附于机壳310时，机壳310便成为了热管冷却系统100之冷凝器。桌上型计算机300中的发热元件便可以通过本身之机壳310将热量排除。
图13为图7之热管冷却系统应用于桌上型计算机的外观示意图。请共同参照图13，本发明更可将图7所示之具有散热模块170的热管冷却系统100设置于桌上型计算机300内，并且例如利用将多个热传递用连接器140设置于机壳侧板312，使得热管冷却系统100可利用机壳侧板312作为其冷凝器。
综上所述，因为本发明之导热块能够通过导热块将发热元件的热量传递至与导热块贴附之物体上，并且利用此一物体作为热管冷却系统之冷凝器。因此，采用本发明之热管却系统够在极低的能源成本之下，将热量自发热元件移除。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。
附图说明
图1为本发明之一实施例之一种热管冷却系统的剖面示意图。
图2为图1之热传递用连接器的示意图。
图3为图2之热传递用连接器的分解图。
图4为图3之第一导热块的示意图。
图5为图3之第二导热块的示意图。
图6为图1之热管冷却系统的外观示意图。
图7为本发明之另一实施例之一种热管冷却系统的外观示意图。
图8为本发明之另一实施例之一种热传递用连接器的分解图。
图9为图8之第二导热块的示意图。
图10为本发明之另一实施例之一种热管冷却系统应用图8之热传递用连接器的外观示意图。
图11为图6之热管冷却系统应用于发光二极管路灯的示意图。
图12为图6之热管冷却系统应用于桌上型计算机的示意图。
图13为图7之热管冷却系统应用于桌上型计算机的外观示意图。主要元件标记说明
100：热管冷却系统
110：蒸发器
112：蒸发器壁
114：毛细结构
116：蒸气沟槽
118：鞍座
120：连接管路
130：工质
140：热传递用连接器
142、142’：第一导热块
144、144’：第二导热块
146、146’：第一嵌合部
148、148’：第二嵌合部
149、149’：管路通道
150：发热元件
160：物体
170：散热模块
172：鳍片
174：风扇
190：流动方向
200：发光二极管路灯
210：金属壳体
220：发光二极管灯源
300：桌上型计算机
310：机壳
312：机壳侧板
320：发热元件

Claims (22)

1.一种热传递用连接器，其特征是适用于将热管冷却系统之连接管路连接至一物体，且该热管冷却系统系以该物体作为冷凝器，该热传递用连接器包括：
第一导热块，具有多个第一嵌合部及一接触表面，其中该接触表面系适于贴附至该物体之一表面；以及
第二导热块，具有多个第二嵌合部，其中上述第二嵌合部分别嵌合至上述第一嵌合部，
当上述第二嵌合部分别嵌合至上述第一嵌合部时，该第一导热块及该导热块共同构成一管路通道，其适于容纳或作为该连接管路之一段。
2.根据权利要求1所述之热传递用连接器，其特征是上述这些第一嵌合部之一为凸肋，而上述这些第二嵌合部之对应者为一嵌槽。
3.根据权利要求1所述之热传递用连接器，其特征是上述第一嵌合部之一为嵌槽，而上述这些第二嵌合部之对应者为一凸肋。
4.根据权利要求1所述之热传递用连接器，其特征是该管路通道曲折地延伸于组合后之该第一导热块及该第二导热块的内部。
5.根据权利要求1所述之热传递用连接器，其特征是组合后之该第一导热块及该第二导热块的表面缝隙以焊接材料加以封闭。
6.根据权利要求1所述之热传递用连接器，其特征是上述第一嵌合部之一紧配地嵌合至该第二嵌合部之对应者。
7.根据权利要求1所述之热传递用连接器，其特征是当该管路通道容纳该连接管路之该段时，该管路通道紧配地容纳该连接管路之该段。
8.根据权利要求1所述之热传递用连接器，其特征是组合后之该第一导热块及该第二导热块是可拆卸式地连接至该物体，以使该接触表面贴附于该物体之该表面。
9.根据权利要求8所述之热传递用连接器，其特征是组合后之该第一导热块及该第二导热块以螺丝锁固的方式连接至该物体，以使该接触表面贴附于该物体之该表面。
10.根据权利要求8所述之热传递用连接器，其特征是组合后之该第一导热块及该第二导热块以磁性吸附的方式连接至该物体，以使该接触表面贴附于该物体之该表面。
11.一种热管冷却系统，其特征是适用于将一发热元件之热能导出至一物体，且该热管冷却系统以该物体作为冷凝器，该热管冷却系统包括：
蒸发器，连接至该发热元件；
连接管路，连接至该蒸发器；
工质，通入该蒸发器及该连接管路所构成之一封闭回路；
热传递用连接器，包括：
第一导热块，具有多个第一嵌合部及一接触表面，其中该接触表面适于贴附至该物体之表面；以及
第二导热块，具有多个第二嵌合部，其中上述第二嵌合部分别嵌合至上述第一嵌合部，
当第二嵌合部分别嵌合至上述第一嵌合部时，该第一导热块及该导热块共同构成一管路通道，其适于容纳或作为该连接管路之一段。
12.根据权利要求11所述之热管冷却系统，其特征是上述这些第一嵌合部之一为凸肋，而上述第二嵌合部之对应者为嵌槽。
13.根据权利要求11所述之热管冷却系统，其特征是上述第一嵌合部之一为嵌槽，而上述第二嵌合部之对应者为凸肋。
14.根据权利要求11所述之热管冷却系统，其特征是该管路通道曲折地延伸于组合后之该第一导热块及该第二导热块的内部。
15.根据权利要求11所述之热管冷却系统，其特征是组合后之该第一导热块及该第二导热块的表面缝隙以焊接材料加以封闭。
16.根据权利要求11所述之热管冷却系统，其特征是上述第一嵌合部之一紧配地嵌合至该第二嵌合部之对应者。
17.根据权利要求11所述之热管冷却系统，其特征是当该管路通道系容纳该连接管路之该段时，该管路通道紧配地容纳该连接管路之该段。
18.根据权利要求11所述之热管冷却系统，其特征是组合后之该第一导热块及该第二导热块是可拆卸式地连接至该物体，以使该接触表面贴附于该物体之该表面。
19.根据权利要求18所述之热管冷却系统，其特征是组合后之该第一导热块及该第二导热块系以螺丝锁固的方式连接至该物体，以使该接触表面贴附于该物体之该表面。
20.根据权利要求18所述之热管冷却系统，其特征是组合后之该第一导热块及该第二导热块以磁性吸附的方式连接至该物体，以使该接触表面贴附于该物体之该表面。
21.根据权利要求11所述之热管冷却系统，其特征是更包括
一散热模块，连接于该蒸发器。
22.根据权利要求21项所述之热管冷却系统，其特征是该散热模块更包括：
多个鳍片，连接于该热传递用连接器；以及
一个风扇，设置于上述这些鳍片上。
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