CN217442358U - 压管式水冷板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压管式水冷板结构，包含：一板体设有一槽道，一水冷管是受压嵌入该槽道中，该水冷管具有一水冷管通道供一工作介质流通，该水冷管的通道内壁表面环设有复数交错设置的凸体及沟道，藉此得大幅提升与该工作介质的接触面积及/或使该工作介质以紊流状态在该水冷管通道内流通，进而提升水冷板换热量。

Description

压管式水冷板结构

技术领域

本实用新型涉及水冷板领域，尤其涉及一种压管式水冷板结构。

背景技术

压管式水冷板(Exposed Tube Coldplate)是一种在基板(例如铜板或铝板)上采用CNC加工出相应形状的槽道，再嵌(镶)入折弯的铜管，铜管与基板的槽道之间可选择填充高导热性环氧树脂或采用锡膏焊接进行加固与辅助传热。在铜管嵌(镶)入的同时压扁，然后铣面加工，使铜管的一露出表面与基板的一表面为同一平面，实现发热组件与铜管直接接触，将热量直接导走。由无缝铜管的管道构成工作介质流通的水道，无液体泄漏风险，可以双面安装发热组件。

如图1A至图1C为现有压管式水冷板的示意图，包括一水冷基板11和铜管12，水冷基板11上通过CNC铣槽技术加工出槽沟13，该铜管12嵌压镶入该槽沟13中，并通过表面外型加工例如加压或铣切将铜管12的一露出表面压平或铣平，以使铜管12的露出平面与水冷基板11在同一平面，借此接触发热组件。铜管12内具有一管道121贯通铜管12的两端，工作介质14例如水或冷煤或乙醇流通该管道121。

然而现有铜管12(如图1A)与发热组件的直接接触面积少，造成发热组件的热量无法被充分带走。尤有进者，将铜管12弯曲成螺旋蜿蜒型(如图1B)或S蜿蜒型的设置在水冷基板11上企图增加铜管12与发热组件接触面积，及透过蜿蜒的管身长度借以延长工作介质14的流动时间以改善换热效果。

然而，上述现有技术的铜管12的管道121的内壁为没有设置任何特征的光滑面，工作介质在铜管12的管道121中是呈现流体分层，互相平行不混合的层流状态流动，位于管道121大致中央处的工作介质14的流速快，靠近管道121内壁的工作介质流速较缓(如第图1C)。造成只有靠近管道121内壁的工作介质14产生换热效果，而在管道121中央的工作介质14则快速流过管道121无法达到有效的换热，使得整体总换热量少，换热能力不佳。

实用新型内容

因此，要如何解决上述的问题与缺失，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。

本实用新型为达上述的目的，本实用新型提供一种压管式水冷板结构，其特征在于，包含：

一板体，设有一槽道；

一水冷管，是设在该槽道中，具有一第一端及一第二端及一水冷管通道，该水冷管通道是从该第一端贯通至该第二端，且该水冷管通道的管道内壁上环设有间隔设置的复数凸体，每两凸体之间形成一沟道。

所述的压管式水冷板结构，其中：该复数凸体及该沟道水平设置在该水冷管通道内。

所述的压管式水冷板结构，其中：该凸体及复数等沟道以一扭转角设置在该水冷管通道内。

所述的压管式水冷板结构，其中：该凸体从该管道内壁往该水冷管通道的一中心凸伸，且具有一固定端及一自由端，该固定端与该管道内壁结合，该自由端朝该管道的该中心凸伸。

所述的压管式水冷板结构，其中：该凸体从该第一端延伸到该第二端。

所述的压管式水冷板结构，其中：该板体具有一上表面及一下表面，该槽道位于该上表面或该下表面。

所述的压管式水冷板结构，其中：该槽道具有一槽道开放侧，该水冷管具有一外露表面，该水冷管的外露表面从该槽道开放侧外露并与该板体的该上表面或该下表面为同一平面。

所述的压管式水冷板结构，其中：该板体具有一上表面及一下表面，该槽道位于该上表面与该下表面之间。

本实用新型的优点在于提供一种增加水冷板的水冷管道内与工作介质的接触面积以提高水冷板的换热量的压管式水冷板结构。

本实用新型另一优点是在于提供一种使水冷板的水冷管道内的工作介质以紊流状态流动，以增加水冷管内的表面换热系数，进而提升水冷板的换热量的压管式水冷板结构。

本实用新型再一优点是在于提供一种凸体是从该管道内壁往该水冷管通道中心凸伸以使水冷管的壳壁厚度不会变薄，不易破裂毁损并维持结构强度的压管式水冷板结构。

附图说明

图1A-图1C为现有技术示意图；

图2A及图2B为本实用新型立体分解及组合示意图；

图3A-图3C为本实用新型的槽道位于板体不同位置的示意图；

图4A、图4B为本实用新型水冷管通道内的凸体及沟道笔直设置的立体图与侧视图；

图4C为图4A的一截取段剖视用以表示其内工作介质流动状态示意图；

图5A、图5B为本实用新型水冷管通道内的凸体及沟道以一扭转角设置的立体图与侧视图；

图5C及图5D为图5A的一截取段剖视及该截取段正面用以表示其内工作介质流动状态示意图。

附图标号说明：水冷基板11；铜管12；管道121；槽沟13；工作介质14；水冷板20；板体21；上表面211；下表面212；槽道213；槽道开放侧2131；上板部216a；下板部217a；水冷管22；第一端221；第二端222；水冷管通道223；管道内壁2231；外露表面224；凸体225；固定端2251；自由端2252；沟道226；扭转角Ф；工作介质30；发热组件40；中心X0；换热表面积A；表面换热系数h；换热量Q。

具体实施方式

本实用新型的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附附图的较佳实施例予以说明。

请参阅图2A及图2B为本实用新型立体分解及组合示意图。如图所示，一水冷板20包括一板体21及一水冷管22，板体21选择导热性较高的金属材质例如铜或铝或不锈钢或钛或合金等构成，水冷管22选择为铜或铜合金或铝或合金铝构成。该板体21具有一上表面211及一下表面212，该上表面211及该下表面212其中任一选择设有一槽道213，在本图中表示该槽道213位于该上表面211且具有一槽道开放侧2131切齐该上表面211。在一具体实施是利用CNC等加工机台在该上表面211沿着预设形状加工出该槽道213的铣槽技术。该水冷管22是配合该槽道213的形状且利用嵌压镶入的手段设在该槽道213中，且具有一外露表面224从该槽道开放侧2131外露，并通过表面外型加工(例如加压或铣切)使该外露表面224与该板体21的上表面211齐平为同一平面。

再者，该槽道213跟水冷管22的形状不拘，在本图中虽然表示为两者为U形但不局限于此，也可以是螺旋形状或S形或蜿蜒迂回形状。

请继续参考图3A-图3C为本实用新型的槽道位于板体不同位置的示意图。一并参考前述图2A及图2B，虽然在本实施表示该槽道213及该水冷管22位于该板体21的上表面211，且该外露表面224与该上表面211为同一平面，并接触一发热组件40(如图3A图)。然而不局限于此，在其他替代实施该槽道213及该水冷管22位于该板体21的下表面212，该外露表面224与该下表面212为同一平面，并接触该发热组件40(如图3B所示)。

再另一替代实施，该槽道213及该水冷管22位于该板体21的上表面211及该下表面212之间。如此，该板体21包括一上板部216a及一下板部217a面对面的对接组成。该水冷管22被夹设在该上板部216a及该下板部217a之间，该上表面211位于该上板部216a的顶侧，该下表面212位于该下板部217a的底侧，一或两个发热组件40是接触该上表面211及/或该下表面212(如图3C所示)。

复参图2A及图2B，前述水冷管22具有一第一端221及一第二端222及一水冷管通道223，该第一端221及第二端222在本实施图中表示凸出该板体21的一侧边(例如可为同侧或非同侧)，但不局限于此，也可以切齐该板体21的侧边。该水冷管通道223是从该第一端221贯通至该第二端222，且具有一管道内壁2231环设有复数间隔设置的凸体225从该第一端221延伸到该第二端222，一工作介质30(如第4B、5B及图5D)例如水或冷煤或乙醇从该第一端221及第二端222其中任一端进入，然后经过该水冷管通道223从另一端流出。

请继续参考附图，图4A、图4B为本实用新型水冷管通道内的凸体及沟道笔直设置的示意图；图5A、图5B为本实用新型水冷管通道内的凸体及沟道以一扭转角设置的示意图。如图4A、图4B所示，一并参考图2A及图2B，前述该等凸体(例如为肋或鳍片等)225是从该管道内壁2231往该水冷管通道223的一中心X0凸伸，且每两凸体225之间形成一沟道226。每一凸体225具有一固定端2251及一自由端2252，该固定端2251与该管道内壁2231结合，该自由端2252凸出该管道内壁2231朝向水冷管通道223的该中心X0。该水冷管22与该凸体225可以为一体成形或非一体成形制成。若为一体成形可借由模具抽拉水冷管22达成，若为非一体成形则该水冷管22与凸体225经由一接合手段(例如焊接或黏接或卡接)结合一起。上述这些凸体225及沟道226是水平的设置在该水冷管通道223内，也就是每一凸体225及沟道226从该水冷管22的第一端221不倾斜或不歪斜的平行延伸到该第二端222。

再者，如图5A、图5B所示，一并参考图2A及图2B，在另一替代实施可将前述水冷管22的第一端221及第二端222朝不同方向(亦即顺时针方向跟逆时针方向)扭转或者该第一端221及该第二端222的其中一端固定，另一端朝一方向扭转，使原本笔直设置在该水冷管通道223内的该等凸体225及该等沟道226以一扭转角Ф设置。如此，每一凸体225及沟道226从该水冷管22的第一端221扭转倾斜的延伸到该第二端222。然后将扭转过的水冷管22弯曲配合槽道213的形状嵌压镶入该槽道23中。

不限于前述，在不扭转水冷管22的第一端221及第二端222的实施中，该等凸体225及该等沟道226是可沿着该扭转角Ф以一体成型(例如模具抽拉)或非一体成型(例如焊接或黏接或卡接)的设置在该水冷管通道223内。

在本实施例借由该等凸体225及该等沟道226以一扭转角Ф设置进而改变现有技术的流体分层的层流状态，使本实施的水冷管通道223内的工作介质30混和的更好，进而成为相互混掺的紊流(turbulent flow；或称乱流、扰流或湍流)状态流动，借此提升热交换效率。

再者，上述该等实施的凸体225是从该管道内壁2231往该水冷管通道223内凸伸的设置，使两凸体225之间形成该沟道226，而非往管道内壁2231凹设该沟道226，如此水冷管22的壳壁厚度不会变薄，也不易破裂毁损，并维持水冷管22的结构强度。

请继续参考图4C为图4A的一截取段剖视表示其内工作介质流动状态示意图；图5C及图5D为图5A的一截取段剖视及该截取段正面用以表示其内工作介质流动状态示意图。如图所示，一并参考图2A及图2B，根据牛顿冷却定律(Newton's law of cooling)描述对流的整体效应为Q＝h╳A╳Δt。

其中Q为换热量(或称热传率)，h为表面换热系数(或称对流热传递系数)，A为换热表面积(或称接触面积)，Δt为流体温差(T-T')。

以相同的水冷板20外型规格(包括板体的尺寸及水冷管的弯曲形状)及工作介质及工作介质的流量而言，提高水冷板20的换热能力有两种方式，其一增加水冷板20的水冷管22内换热面积A，其二是提高水冷板20的表面换热系数h。

如图4C所示，一并参考图2A、图2B及图4A、图4B，从上述牛顿冷却定律可知换热表面积A增加，就会提升换热量。因此当工作介质30流经该水冷管22时，借由水平设置在该水冷管通道223内的该等凸体225及沟道226的凸凹结构增加水冷管通道223内与该工作介质30的接触面积。如此，相较于现有技术铜管12的管道121的内壁没有设置任何特征的光滑面，本实用新型借由该等凸体225及沟道226的凸凹结构增加水冷管通道223内与该工作介质30的接触面积进而提高水冷板20的换热表面积A，也提高水冷板20的换热量。

另外，如图5C及图5D所示，一并参考图2A、图2B及图5A、图5B，从上述牛顿冷却定律可知表面换热系数h增加，换热量就会提升。因此，当工作介质30流经该水冷管22时，靠近管道内壁2231的工作介质30在流动过程中受到扭转的凸体225及沟槽226扰动沿着扭转方向呈现螺旋发散状的涡旋(Vortex)流动，进而发展成为相互混掺的紊流(turbulent flow；或称乱流、扰流或湍流)状态流动。借由紊流状态的工作介质30相较于现有技术的层流状态可大幅提高与其接触的管道内壁2231的表面换热系数h，以增大水冷管通道223内的表面换热系数h。不仅如此，该等凸体225及沟道226的凸凹结构也能增加水冷管通道223内与该工作介质30的接触面积，进而提高水冷板20的换热表面积A。借由在表面换热系数h及换热表面积A都增加的状况下，更大量提高水冷板20的换热量。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，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，但都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种压管式水冷板结构，其特征在于，包含：

一板体，设有一槽道；

一水冷管，是设在该槽道中，具有一第一端及一第二端及一水冷管通道，该水冷管通道是从该第一端贯通至该第二端，且该水冷管通道的管道内壁上环设有间隔设置的复数凸体，每两凸体之间形成一沟道。

2.如权利要求1所述的压管式水冷板结构，其特征在于：该复数凸体及该沟道水平设置在该水冷管通道内。

3.如权利要求1所述的压管式水冷板结构，其特征在于：该凸体及复数等沟道以一扭转角设置在该水冷管通道内。

4.如权利要求1所述的压管式水冷板结构，其特征在于：该凸体从该管道内壁往该水冷管通道的一中心凸伸，且具有一固定端及一自由端，该固定端与该管道内壁结合，该自由端朝该管道的该中心凸伸。

5.如权利要求1所述的压管式水冷板结构，其特征在于：该凸体从该第一端延伸到该第二端。

6.如权利要求1所述的压管式水冷板结构，其特征在于：该板体具有一上表面及一下表面，该槽道位于该上表面或该下表面。

7.如权利要求6所述的压管式水冷板结构，其特征在于：该槽道具有一槽道开放侧，该水冷管具有一外露表面，该水冷管的外露表面从该槽道开放侧外露并与该板体的该上表面或该下表面为同一平面。

8.如权利要求1所述的压管式水冷板结构，其特征在于：该板体具有一上表面及一下表面，该槽道位于该上表面与该下表面之间。

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