CN1967822A - 整合式液冷散热装置 - Google Patents

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Abstract

一种整合式液冷散热装置，其特征在于：该散热装置包括一底座、至少一安装于底座的泵及至少一安装于底座的散热体，所述底座上设置有槽道，所述散热体具有一连续的管道及穿设于该管道上的散热鳍片，该泵的腔室、底座的槽道及散热体的管道连通构成一封闭连续的液体流道，所述泵具有一吸热板，泵中接近吸热板设置一转子，所述转子由一叶轮及一磁环结合而成。所述泵、底座及散热体组合为一体不需任何配管，从而使整个散热装置结构简化、易于制造及安装；所述转子在泵腔室中的转动对泵腔室的流体进行加压，使系统中的冷却液循环并发挥热传增强效果，达到同步强化冷却效能。

Description

整合式液冷散热装置
【技术领域】
本发明涉及一种液冷散热装置，特别是指一种用于冷却电子元件的整合式液冷散热装置。
【背景技术】
随着电子信息产业的迅速发展，高科技电子产品正朝向更轻薄小巧、多功能、运算快速的趋势发展，系统散热负荷也因此持续增加，而且在电子组件运作频率及功能不断提升下，其释放出来的热量也愈来愈高，严重威胁电子组件的性能及稳定性，甚至因高温而烧毁电子组件；基于散热装置的性能的优劣将直接影响电子组件的寿命及运作品质，必需对发热组件的本身及产品系统进行有效且快速的散热。
习知技术是通过于发热组件上叠设铝挤型散热器与风扇以形成强制风冷式散热装置来辅助发热组件进行散热，很难满足高频高速电子组件与未来产品发展的散热需求；另一种习知技术是通过强制风冷式散热装置与强制液冷式散热装置结合形成一组合散热装置从而对发热组件进行散热，其中该强制液冷式散热装置使用一泵驱动冷却液在一密闭循环路中循环，通过冷却液流经一吸热体来吸收发热组件的热量，然后经过一与风扇搭配的散热器将热量散出，其散热效能明显优于单以强制风冷的散热装置。
使用上述液冷散热装置的泵存在以下弊端：(1)由于构成该液冷散热装置的泵无法配合扁平化或薄形化的散热装置需求，以致整个散热装置占用空间大，不易依产品(例如笔记型电脑)特性如小空间等作弹性配置；(2)由于为配合狭小空间安装时避免管件褶弯阻塞，常须以硬质管件成形为复杂的三维空间形状，因此增加了制程上的困难度；(3)由于管件及接头数目多，不但组装复杂且耗时费工，而且会增加冷却液泄漏流失及可靠度降低的风险；(4)由于管件消耗了泵高比例的扬程，导致流阻加大而使散热效能降低；(5)由于安装及拆卸均需要每一部分单独处理，不但操作烦琐且耗时费工及增加成本；(6)由于泵只驱动冷却液循环，无法对发热组件的发热面及其中心最高热通量区直接发挥散热效果。
由于存在上述弊端，故，不利于成本降低、散热性能改善、可靠度提升、空间弹性利用、便利拆装及量产制程，因此，有必要对目前的液冷散热装置作改进。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种结构及制程简单且不需任何配管的整合式液冷散热装置。
一种整合式液冷散热装置，其特征在于：该散热装置包括一底座、至少一安装于底座的泵及至少一安装于底座的散热体，所述底座上设置有槽道，所述散热体具有一连续的管道及穿设于该管道上的散热鳍片，该泵的腔室、底座的槽道及散热体的管道连通构成一封闭连续的液体流道，所述泵具有一吸热板，泵中接近吸热板设置一转子，所述转子由一叶轮及一磁环结合而成。
相较于现有技术，所述泵、底座及散热体组合为一体不需任何配管，从而使整个散热装置结构简化、易于制造及安装；所述转子在泵腔室中的转动对泵腔室的流体进行加压，使系统中的冷却液循环并发挥热传增强效果，达到同步强化冷却效能。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
图1是本发明整合式液冷散热装置的一立体示意图。
图2为本发明的一立体分解图。
图3是图1中散热体的立体示意图。
图4是图1中泵与吸热体合为一体的第一实施例的一立体分解示意图。
图5是图4的组装剖视图。
图6是图1中泵与吸热体合为一体的第二实施例的一立体分解示意图。
图7是图6的组装剖视图。
图8是图1中泵与吸热体合为一体的第三实施例的一立体分解示意图。
图9是图8的组装剖视图。
图10是第三实施例中磁性转子的一立体示意图。
图11是第三实施例中磁性转子的另一立体示意图。
图12是图1中泵与吸热体合为一体的第四实施例的一立体分解示意图。
图13是图1中泵与吸热体合为一体的第五实施例的一立体分解示意图。
图14是图13的组装剖视图。
【具体实施方式】
图1是本发明整合式液冷散热装置的一立体示意图，图2是图1的一立体分解图，图3是图1中散热体的立体示意图；该散热装置包括一泵20，通过转动的环形叶轮在泵20的腔室中加压，促使该散热装置中的冷却液流动循环；一吸热体21，为一可供冷却液通过的腔体，其底部的吸热面紧贴于发热组件(图未示)的发热面用以传递发热组件的热量；一散热器300，用以将来自吸热体21传入冷却液的热量通过若干鳍片301穿设的散热管道304及其外的风扇(图未示)吹拂而散出；以及第一、第二储液槽302，303，用以储存该散热装置中的冷却液使其达到一定存量，并与散热管道304的两端接合，作为散热器300的各散热管道304的联通管，使分配至各散热管道304中的散热负荷均匀。
本发明通过泵20与吸热体21合为一体的技术手段，以及容置该泵20与吸热体21于中空成形件所组成的底座10，和位于底座10上方且由散热器300及第一、第二储液槽302，303合为一体所组成的散热体30直接结合，使冷却液中的热量不需通过管路传递，达到同步强化冷却效能、提升可靠度、薄化泵20外形及精简系统结构的功效。
为此，该底座10于泵20的进液口、出液口26，27分别设置一流道106，108，并分别延伸至两端的第一汇流槽102与第二汇流槽104，使泵的进液口、出液口26，27与第一及第二汇流槽102，104连通并各以一内有沟槽的填补块110，112固定于二流道106，108中，使第一及第二汇流槽102，104成为冷却液进、出泵进液口、出液口26，27的汇聚槽，该第一及第二汇流槽102，104的上端分别具有一开口1020，1040，用以和第一储液槽302与第二储液槽303所对应的开口3020，3030相结合；由于本发明的液冷散热装置不具任何配管，故可成为一经由模组化设计的整合式液冷散热装置。
图4是图1中泵与吸热体合为一体的第一实施例的一立体分解示意图，图5是图4的组装剖视图；通过泵20与吸热体21合为一体的技术手段，使泵20底部的腔室外壳21兼具吸热体21功能；具有上述特征的该泵20由一腔室外壳21、一磁性转子22、一环形隔离座23、一马达定子24及一顶盖25构成。
腔室外壳21采用一导热性良好的金属槽体制成，该开口朝上的腔室外壳21的底板214兼具泵腔室212的底部与吸热体21的吸热板214功能，使泵20的腔室212与吸热体21的腔室212合而为一；该底板214中心处设一凹孔213，以便与其上方设置的环形隔离座23底部的中心外轴238密合定位。
环形隔离座23设于磁性转子22(泵动件)与马达定子24(泵静件)之间，用以隔离泵20的湿侧与干侧，环形隔离座23由一中心柱236及其底部的中心外轴238、一直立圆面231、一底部圆面232及一上部圆环面233一体构成；安装时，将环形隔离座23底部的中心外轴238与底板214中心处的凹孔213密合定位，并使环形隔离座23的底部圆面232与腔室外壳21的底板214贴合，且在环形隔离座23的上部圆环面233边缘与腔室外壳21的槽体边缘施以防漏密封，以便在其间形成一供流体通过的环形泵腔室212。
磁性转子22设置于泵腔室212中，由一中空环形叶轮220以及和其内径壁面紧密贴合的一磁环222接合而成，该磁性转子22在腔室212中的转动以环形隔离座23的直立圆面231为转轴，设于环形叶轮220周缘的若干个板状凸翼(plate-vane)224的快速转动可对泵腔室212的流体进行加压，促使系统中的冷却液循环，并对贴近吸热板214的流体发挥搅动的热传增强效果。
马达定子24设于环形隔离座23上方与顶盖25之间所形成的环形空间237内，并以套设于环形隔离座23的中心柱236定位，该马达定子24由若干个向中空柱体241延伸的铁心磁极240与绕线242构成，马达定子24的控制电路板(图未示)固定于中心柱236的顶端，并沿顶盖25的中心开孔250将导线伸出，再将顶盖25的中心开孔250以及顶盖25与环形隔离座23之间的间隙施以防漏密封。
腔室外壳21分别设置一进液口26及一出液口27，使流经吸热板214的冷却液可直接被贴近该吸热板214的转动叶轮220快速搅动，强化对发热组件的吸热效能，并迅速将传到冷却液中的热量移往散热器300而散出。
本发明通过泵20与吸热体21合而为一的技术手段，除可和第一、第二储液槽302，303及散热器300藉管件联通，建构一高效能的液冷散热装置外，并适合如图1与图2所示，构成一无需任何配管的整合式液冷散热装置，达到降低管件及接头数目、便利安装及提升可靠度的功效。
由于本发明的环形叶轮220可以采用扁平设计及紧实的空间配置，有利于配合既有狭小空间的环境中采用薄型化液冷散热系统，因此适合例如笔记型计算机的应用。
图6是图1中泵与吸热体合为一体的第二实施例的一立体分解示意图，图7是图6的组装剖视图；本实施例与第一实施例的区别在于：环形隔离座23的底部圆面232与与腔室外壳21的底板214之间具有一间距202，以取代第一实施例中环形隔离座23的底部圆面232与腔室外壳21的底板214贴合；上述特征使得在其间形成一供流体通过泵腔室212的范围扩大到足以涵盖包括发热组件中心的整个发热面，通过环形叶轮220周缘的若干板状凸翼224的快速转动对冷却液所产生的搅动热传机制，达到提升移热与散热的功效。
图8是图1中泵与吸热体合为一体的第三实施例的一立体分解示意图，图9是图8的组装剖视图；本实施例与第二实施例的区别在于：环形隔离座23与腔室外壳21之间所形成的泵腔室212设置一搅动部223(请参考图10与图11)，该搅动部223由贴近吸热板214的若干搅动连杆225所构成，该连杆225自磁性转子22的环形叶轮220周缘径向延伸至围绕着环形隔离座23的中心外轴238，该搅动连杆225的形式包括：例如直线形(请参考图10)、沿转动方向的曲线形(请参考图11)；该搅动连杆225上亦可设置各种形式的流体搅动装置，例如凹凸不平的表面、表面凸出物、波浪形连杆等；随着磁性转子22的快速转动，该搅动部223对通过泵腔室212且贴近吸热板214的冷却液直接进行流场的局部扰动，达到对涵盖发热组件的发热面及其中心的最高热通量区直接发挥热传增强效果。
图12是图1中泵与吸热体合为一体的第四实施例的一立体分解示意图；本实施例与前述第一至第三实施例的区别在于：本实施例将前述实施例中泵20与吸热体21合而为一的独立组件装设于一底座10’的中空凹槽100内，且使底座10’的其余部分兼具兼具输送冷却液的流道106，108和液冷散热系统的其它组件(例如散热体30)之间的密封结合及流体互通的功能，以取代第一至第三实施例中由泵20与吸热体21合而为一所形成的一个独立组件的功能；由于具有上述特征的本发明可使液冷散热系统不需任何配管，故本发明可成为一经由模组化设计的整合式液冷散热装置，达到同步强化冷却效能、薄化泵外形及精简系统结构的功效。
本发明将泵20与吸热体21合而为一的独立组件装设于一底座10’的中空凹槽100内，并于该底座10’上设置凹陷的流道106，108分别与泵20的进液口、出液口26，27联通，且将该流道106，108延伸至底座10’两端的第一、第二汇流槽102，104，并与设于第一、第二汇流槽102，104上的结合座105、107联通，作为冷却液体相互交流的信道，并藉以与散热体30密封结合，构成一完整的液冷散热系统。
为达简化加工及降低成本的需求，该底座10’亦可以采用一种易于成形的材料，例如PE(聚乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)等通过射出、冲压、铸造或机械加工等成形方式制作，并与采用一导热性良好的金属槽体所制成的泵腔室外壳21结合于底座10’的中空凹槽100内，达到密封防漏的目的。
图13是图1中泵与吸热体合为一体的第五实施例的一立体分解示意图；本实施例与第四实施例的区别在于：本实施例中的泵20’包括一导热性良好的吸热体21’，该吸热体21’由一金属板体制成，以取代前述第一至第四实施例中采用一导热性良好的金属槽体所制成泵20的腔室外壳21，该吸热体21’包括一与发热电子组件接触的圆盘形吸热板214’及自该吸热板214’中心向上隆起的圆柱形凸柱215’，该凸柱215’中心处设有凹孔216’，该凸柱215’伸设于底座10’的中空凹槽100中，使该吸热板214’固设于底座10’的凹槽100底部并与之密封防漏，使该底座10’的凹槽100内壁与吸热体21’形成泵20’的腔室212’。
本实施例中将泵20’组件安装于底座凹槽100的方法，先将磁性转子22平放于凹槽100底部的吸热板214’上，同时将环形隔离座23的中心外轴238插入吸热板214’中心处的凹孔216’，使环形隔离座23定位，并同时将环形隔离座23的直立圆面231插入磁性转子22的永久磁环222内径中作为转轴；随后，将环形隔离座23的上部圆环面233边缘与底座凹槽100边缘密合并施以防漏密封；接着，将马达定子24的中心孔2410套设并固定于环形隔离座23的中心柱236，再将控制电路板固定于中心柱236的顶端，且将其导线沿顶盖25的中心开孔250伸出；最后，将顶盖25的中心开孔250密封，并将顶盖25与环形隔离座23(或底座10’)密合并施以防漏密封。
为达简化加工及降低成本的需求，该底座10’亦可以采用一种易于成形的材料，例如塑料、PE(聚乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)等通过射出、冲压、铸造或机械加工等成形方式制作，并与高热传导材料制成的吸热板214’锁固或胶合于底座10’的中空凹槽100的底部，达到密封防漏的目的；该吸热板214’的形状除图中所示的圆形外，亦可配合发热组件而采用其它形状。
安装本发明的整合式液冷散热装置时，先将吸热板214，214’的吸热面与发热组件的发热面之间涂上热接口材质，并通过底座10，10’侧边所设凸耳12，以及穿设于该凸耳12的固定孔120中的螺丝40、弹簧42及C形环44或其它扣具等锁固装置，达到方便将该散热装置固定于主机板及机壳，并同时将吸热板214，214’的吸热面与发热组件的发热面予以定位，且使其紧密热接触。
操作本发明的整合式液冷散热装置时，先将泵吸热板214，214’的吸热面与发热组件的发热面紧密服贴，并将马达定子24的线圈242通电，以驱动磁环222带动环形叶轮220而转动，在此同时发热组件的热量经由该吸热板214，214’直接传入泵腔室212，212’中的冷却液，使具有高热焓值的冷却液通过转动的环形叶轮220在腔室212，212’中加压，促使该散热装置中的冷却液流动循环，并通过贴近该吸热板214，214’的环形叶轮220及其搅动部223，对流经吸热板214，214’的冷却液区域进行快速回旋搅动，由于该区域涵盖整个发热面，特别是接近发热面中心的最高热通量发热区，达到强化冷却液吸热量的功效，又通过环形叶轮220周围所设板状凸翼224将传入冷却液的热量直接导入散热器300而将热量散出，使离开散热器300具低热焓值的冷却液再度导入泵腔室212，212’中，从而使发热组件产生的热量顺利透过吸热板214，214’再度传递至流经其中的冷却液，如此周而复始构成一高效能的液冷散热循环装置。
本发明通过泵与吸热体合为一体的技术手段，并经模组化设计的整合式液冷散热系统明显优于习知分离式液冷散热装置，就经济效益言：除直接达到材料成本的降低外，更由于制程简化、组装容易等诸多优点，使产品更具市场竞争力；就产品可靠度言：由于整个系统大幅降低配管接头，使冷却液泄漏及流失的风险大幅降低，直接提升产品可靠度及使用寿命；就产品应用趋势言：由于本发明将各组件之间的距离缩至最小的无管式液冷散热装置，对配合产品有限空间作充分的利用更具弹性，有利于产品轻薄小巧的设计趋势；就散热效能言：亦由于将各组件之间的距离缩至最小使系统流阻大幅降低，故泵的扬程可充分用于冷却散热的需求上，因此，除可采用较小的泵以节省成本外，更由于直接以环形叶轮对流经吸热板的冷却液的扰流热传强化机制，亦使系统热阻大幅降低，故可使散热效能大幅提升。
综上所述，本发明通过泵与吸热体合为一体的技术手段，并经由模组化的液冷散热系统设计，具有不需任何配管、简化系统结构、精简构件数量、易于安装等特征；因此兼具价格低廉、可靠度高、简化制程、强化冷却效能、并可充分利用产品有限空间发挥高散热效率等优点；相较于习知液冷散热系统必须在各组件之间分别以管件连接的需求，本发明已大幅改善习知技术的缺点，且不论就经济效益言、就产品可靠度言、就产品应用趋势言、就散热效能言，本发明经模组化设计的整合式液冷散热系统亦明显优于习知分离式液冷散热系统，并适用于例如计算机及各式电子产品的散热应用与量产。

Claims (17)

1.一种整合式液冷散热装置，其特征在于：该散热装置包括一底座、至少一安装于底座的泵及至少一安装于底座的散热体，所述底座上设置有槽道，所述散热体具有一连续的管道及穿设于该管道上的散热鳍片，该泵的腔室、底座的槽道及散热体的管道连通构成一封闭连续的液体流道，所述泵具有一吸热板，泵中接近吸热板设置一转子，所述转子由一叶轮及一磁环结合而成。
2.如权利要求1所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述磁环贴合于叶轮内壁，该叶轮外围周缘设置有若干板状凸翼。
3.如权利要求1或2所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述叶轮呈中空环形状。
4.如权利要求1所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述泵包括一外壳、一转子、一隔离座、一马达定子及一扣合于外壳上的顶盖，其中，转子、隔离座及定子依次收容于该外壳中，该隔离座将泵内的液体与马达定子隔开。
5.如权利要求4所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述隔离座包括一中心柱及其底部的中心外轴、一直立圆面、一底部圆面及一上部圆环面。
6.如权利要求5所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述环形隔离座底部圆面与该外壳底部贴合。
7.如权利要求5所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述环形隔离座底部圆面与该外壳底部之间设有一间隙。
8.如权利要求5所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述叶轮设有若干贴近吸热板的连杆，该连杆自转子的环形叶轮周缘径向延伸至围绕着环形隔离座的中心外轴。
9.如权利要求8所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述连杆的形状为直线形。
10.如权利要求8所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述连杆的形状为曲线形。
11.如权利要求4所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述外壳为一槽体，槽体上设有进液口与出液口。
12.如权利要求4所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述外壳为一板体，作为吸热板。
13.如权利要求11所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述槽道包括至少一汇流槽及至少一流道，其中该汇流槽分别设置于该底座中空凹槽周围，该凹槽通过该流道与汇流槽连通。
14.如权利要求13所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述汇流槽上分别设置有结合座与该散热体密封结合。
15.如权利要求13所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述进液口与出液口分别以一填补块固定于该流道中，该填补块内有沟槽，使该汇流槽成为液体进出泵的汇聚槽。
16.如权利要求13所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述散热体包括至少一散热器及设置于该散热器两侧的储液槽，该散热器包括散热鳍片及散热管道。
17.如权利要求16所述的整合式液冷散热装置，其特征在于：所述储液槽分别与对应的汇流槽密封对接。
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