TW202038045A

TW202038045A - 水冷頭

Info

Publication number: TW202038045A
Application number: TW108111970A
Authority: TW
Inventors: 陳建安; 陳建佑; 陳韋豪
Original assignee: 雙鴻科技股份有限公司
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2020-10-16
Also published as: US10674629B1; TWI694325B

Abstract

本發明為一種水冷頭，包含有一殼體、一導流斜面以及一底板組件。該殼體具有一進水口與一出水口，該進水口用以流入一液體。該導流斜面設置於該殼體中。該導流斜面具有多個第一穿孔。該導流斜面的一底端位於該進水口之下，該導流斜面的一頂端相鄰於該出水口，該頂端高於該底端，且一第二穿孔形成於該底端。該底板組件組接於該殼體並位於該導流斜面之下，且該底板組件具有一散熱鰭片組。其中，該液體經由該第二穿孔或該些第一穿孔流入該散熱鰭片組中，進而從該出水口流出。

Description

水冷頭

本發明是有關於一種水冷頭，尤其是一種具有導流斜面而可對多個電子元件之熱源進行接觸與散熱應用的水冷頭。

在科技的進步與普及下，各種電子裝置或電腦設備早已成為人們日常生活中不可或缺的角色，例如筆記型電腦、桌上型電腦、網路伺服器等。一般來說，這些產品的內部的電子元件在運作時都會提升溫度，而高溫容易造成元件的損壞。因此，散熱機制便是這些電子產品相當重要且必須的設計。一般的散熱設計除了以風扇提供氣流進行對流冷卻，或是以特殊材質的散熱單元進行貼附而產生傳導降溫之外，水冷式機制亦是一種有效而常見的散熱設計。

水冷式散熱的原理簡單來說，一般是以液體(例如水或冷卻劑)作為散熱媒介，並利用一個持續運作的水泵或幫浦在所應用的系統內形成不斷的循環。液體在密閉的管路內流動，而這些管路則分佈至系統內的各電子元件(例如中央處理單元)的表面上。當溫度相對較低的液體流經這些溫度相對較高的電子元件時，便會吸收其熱量以減緩其溫度的升高。接著，再隨著管路對外界或其他散熱機制進行熱交換來釋放熱量以降低液體溫度，並再使液體重新回到系統內進行循環與散熱。

舉例來說，水冷頭是水冷式管路中的一個主要的散熱元件。習知的水冷頭通常是以銅或鋁製成，且其內部形成有腔室與水道等結構，用以提供溫度較低的冷卻液流入。利用將水冷頭與電子元件形成直接的接觸，使其溫度較低的冷卻液能在腔室或水道內進行吸熱後再流出水冷頭，如此就可將電子元件運作時所產生的熱量加以帶出。

此外，為了有效利用每一次循環的散熱效果，目前的技術可設計成在系統內以一個較長的水冷頭同時接觸多個熱源(即電子元件)的方式進行散熱。此一水冷頭的底面積可對應各電子元件排列後所呈現的尺寸，且各電子元件可分別於該水冷頭的下方形成接觸。

可以理解的是，液體在剛進入水冷頭時其溫度是相對較低的，也就是在水冷頭前段(較靠近水冷頭進水口)的位置能形成較好的散熱效果。然而，由於同一液體在同一腔室中吸收的熱量是會累積的，因此，愈是在水冷頭後段(較靠近水冷頭出水口)的位置，其液體連續吸熱後所累積的熱量將是最高的，造成局部溫度出現過高的情形。換句話說，設置在水冷頭前段的電子元件的散熱效果會較好，但設置在水冷頭後段的電子元件的散熱效果將是最差的。

是以，如何解決此一習知技術的問題便為本案發展的主要目的。

本發明之目的在於提供一種水冷頭。該水冷頭可對多個電子元件之熱源進行接觸與散熱應用，且該水冷頭利用一導流斜面而能對所流入的液體形成分流，使得較低溫的液體可被平均地導引至各段以利於進行熱量交換，避免水冷頭內的溫度出現某處過高或某處較低的情形。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例並配合所附圖式進行詳細說明。

1、2‧‧‧水冷頭

10、20‧‧‧殼體

101、201‧‧‧上蓋

102、202‧‧‧下蓋

10a、20a‧‧‧上腔室

10b、20b‧‧‧下腔室

11、21‧‧‧進水口

12、22‧‧‧出水口

13、23‧‧‧導流斜面

13a、23a‧‧‧表面區域

130、230‧‧‧第一穿孔

131、231‧‧‧底端

132、232‧‧‧頂端

133、233‧‧‧第二穿孔

14、24‧‧‧底板組件

141、241‧‧‧底板

15、25‧‧‧散熱鰭片組

150、250‧‧‧凹陷部

151、251‧‧‧散熱鰭片

234‧‧‧凸出部

25a‧‧‧側

第1圖，為本發明第一實施例的水冷頭1的立體示意圖。

第2A圖，為水冷頭1的元件分解示意圖。

第2B圖，為第2A圖於另一角度的示意圖。

第3A圖，為水冷頭1的立體剖視圖。

第3B圖，為水冷頭1的正面剖視圖。

第4圖，為本發明第二實施例的水冷頭2的立體示意圖。

第5A圖，為水冷頭2的元件分解示意圖。

第5B圖，為第5A圖於另一角度的示意圖。

第6A圖，為水冷頭2的立體剖視圖。

第6B圖，為水冷頭2的正面剖視圖。

第6C圖，為部份放大的水冷頭2的側面剖視圖。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護之範圍。此外，實施例中之圖式係省略不必要或以通常技術即可完成之元件，以清楚顯示本發明之技術特點。

現以一第一實施例進行本發明所提出之水冷頭的實施說明。請同時參見第1圖、第2A圖、第2B圖、第3A圖與第3B圖，其中第1圖為該第一實施例所提出的一水冷頭1的立體示意圖；第2A圖為該水冷頭1的元件分解示意圖；第2B圖為該第2A圖於另一角度的示意圖；第3A圖為該水冷頭1的立體剖視圖；第3B圖為該水冷頭1的正面剖視圖。於此第一實施例中，該水冷頭1被應用於多個電子元件(未顯示於圖式)上，該些電子元件可例如是中央處理單元、顯示處理晶片或其他功能晶片。

如第1圖至第3B圖所示，該水冷頭1主要包含有一殼體10、一導流斜面13與一底板組件14，其中該導流斜面13是設置於該殼體10中，而該底板組件14是組接於該殼體10並位於該導流斜面13之下，也就是該殼體10與該底板組件14共同將該導流斜面13夾設於其中。須說明的是，雖然第2A圖和第2B圖是以結合的該殼體10與該導流斜面13進行示意，但兩者可為不同元件分別製成後加以結合。

承上所述，該殼體10具有一進水口11與一出水口12，其中該進水口11將與一水泵(未顯示於圖式)形成流體連通，也就是該水泵會循環輸送用以提供冷卻的一液體，使得該液體能從該進水口11流入。其次，該出水口12則可與一水冷排或其他散熱機制(未顯示於圖式)形成流體連通，也就是進入該水冷頭1內的該液體能從該出水口12流出。關於水泵或水冷排之管路連接及其循環輸送等設計為一般水冷式系統的常見技術，故於此不多贅述。

另一方面，該底板組件14主要是由一散熱鰭片組15與一底板141所構成，兩者可採用銅或鋁等金屬材料所製成，而該散熱鰭片組15是形成於該底板141上。於此實施例中，該散熱鰭片組15與該底板141為一體成型之設計，但本發明不限於此。也就是該散熱鰭片組15與該底板141可為不同元件分別製成後加以結合。該散熱鰭片組15與該底板141之作用在於傳導熱能，也就是該底板組件14會以置放於該些電子元件之上的方式與其形成接觸。

再者，於此實施例中，該殼體10具有一上蓋101與一下蓋102，其中該進水口11形成於該上蓋101上，而該出水口12形成於該下蓋102上，而該上蓋101是組接於該下蓋102上。如第1圖至第3B圖所示，該進水口11與該出水口12是皆以呈現為向外突出的柱狀噴嘴做示意。

承上所述，於此實施例中，該進水口11與該出水口12是位於同一水平面上，也就是當該上蓋101組接於該下蓋102上後，該進水口11與該出水口12相對來說是等高的，同時該進水口11之朝向與該出水口12之朝向是呈現相互平行。該上蓋101與該下蓋102之間的組接，或是該殼體10與該底板組件14(特別是其中的該底板141)之間的組接，可採用螺絲鎖固或是直接焊接固定等方式來完成。

本發明的其一特徵在於，該導流斜面13在該殼體10中是呈現為傾斜。如第2A圖至第3B圖所示，也就是其一底端131是位於該進水口11之下，而其一頂端132是相鄰於該出水口12，且該頂端132高於該底端131。換句話說，該導流斜面13是從該進水口11下方的一段距離處開始傾斜，並傾斜至該出水口12附近的位置。如此，傾斜的該導流斜面13就大致將該水冷頭1內部分成兩個腔室，其中一上腔室10a是形成於該殼體10與該導流斜面13之間，而一下腔室10b則是形成於該底板141與該導流斜面13之間。

本發明的另一特徵在於，該導流斜面13具有多個第一穿孔130，該些第一穿孔130能提供該液體加以流動穿過。如第2A圖至第3B圖所示，於此實施例中，該些第一穿孔130是以五個做示意說明，並設計成圓形和以一平均分佈方式形成於該導流斜面13的一表面區域13a中。是以，該導流斜面13於該水冷頭1中不但可作為一分隔結構，還可作為一導流中板。經由該進水口11流入該上腔室10a的液體可依情況(例如水壓或流速)，從該些第一穿孔130中之任一者加以流動穿過。

又一方面，該導流斜面13的該底端131並不會完全封閉住該底板組件14(特別是其中的該底板141)或該下蓋102，而是會形成有一第二穿孔133，使得該第二穿孔133同樣能提供該液體加以流動穿過。

在第3B圖中還顯示了該液體的流動情形(如兩箭號方向所示)。由此可知，該液體從該進水口11流入該上腔室10a後會先到達該第二穿孔133附近，因此，該液體可先從該第二穿孔133流入該散熱鰭片組15中(須經過該下腔室10b)。而隨著液體進入的量的增加，液面升高的該液體便會被導引流動到該導流斜面13上，進而流到該些第一穿孔130處，並接著流入下方的該散熱鰭片組15中。

然而，該液體亦有可能會先從該些第一穿孔130加以流入而不是先從該第二穿孔133。舉例來說，當該液體流動的速度較大時，或是輸送的水壓較大時，該液體就可能會先被導引流動到該導流斜面13上。

總此，在該導流斜面13的作用下，該液體會經由該第二穿孔133或該些第一穿孔130流入該散熱鰭片組15中。其中，該液體是經由該第二穿孔133或該些第一穿孔130流出該上腔室10a和流入該下腔室10b，並在通過該散熱鰭片組15後由該出水口12流出該下腔室10b。

於此實施例中，該散熱鰭片組15是容置於該下腔室10b中，並設計成具有與該導流斜面13之形狀相應的外形。進一步來說，該散熱鰭片組15具有多個散熱鰭片151，且於該些散熱鰭片151上形成有多個相應於該些第一穿孔130的凹陷部150。為了有利該液體的流動，該些散熱鰭片151之排列是對應該進水口11至該出水口12之走向。

由於該些散熱鰭片151之間具有間隙，且相應於該些第一穿孔130的位置上還形成有多個凹陷部150，也就是存在緩衝空間，故從該些第一穿孔130流入的該液體並不會受阻礙。其次，從該些第一穿孔130或該第二穿孔133所流入的液體是具有相對較低的溫度，且該液體會因重力和水壓等因素而不易發生從各第一穿孔130下方逆流回該上腔室10a的情形，故能確保較冷的液體可被往下方輸送。

詳細來說，在該導流斜面13的作用下，剛從該進水口11所流入的溫度相對較低的液體就不會僅侷限在其前段(即較靠近進水口11)的位置附近，而是會有部份液體被導引至中段、甚至是後段(即較靠近出水口12)的位置。接著，再由所遇到的第一穿孔130加以穿過，使得相對低溫的液體就可被平均地導引至該些散熱鰭片151的各處或該底板141的各段，從而能平均地與其進行熱量交換，讓該水冷頭1內的溫度不會出現某處過高或某處較低的情形，而呈現出良好的均溫結果。

本發明還可根據上述的第一實施例之技術概念作其他的變化設計，而能達到相同或類似的功能與目的。舉例來說，將本發明的水冷頭設計成特別的尺寸，而可僅對單一電子元件進行應用，也就是其底板可只相應於單一電子元件的尺寸。或者，各第一穿孔能以一不規則分佈方式形成於該導流斜面的該表面區域中，以配合水泵不同的輸送情況。又或者，各第一穿孔可設計成其他形狀，例如方形、橢圓形或圓矩形等。

再或者，為了避免液體經過導流斜面時可能會錯過相應高度的第一穿孔而無法流入，所以可以設計該些第一穿孔中的多個是同樣位於相距該底端的一預設距離上。詳細來說，第一實施例中的各第一穿孔130是隨高度做逐一設置，也就是不同的穿孔相距該底端131有不同的距離。然而，於其他實施例也可將多個穿孔設置在同一高度上，也就是這些穿孔相距該底端的距離是相同的，如此便能增加液體通過時被流入的機會。

現以一第二實施例進行本發明所提出之水冷頭的實施說明。請同時參見第4圖、第5A圖、第5B圖、第6A圖、第6B圖與第6C圖，其中第4圖為該第二實施例所提出的一水冷頭2的立體示意圖；第5A圖為該水冷頭2的元件分解示意圖；第5B圖為該第5A圖於另一角度的示意圖；第6A圖為該水冷頭2的立體剖視圖；第6B圖為該水冷頭2的正面剖視圖；第6C圖為部份放大的該水冷頭2的側面剖視圖。

此第二實施例設有與第一實施例功能相同的元件，包括一殼體20、一導流斜面23、一底板組件24、一進水口21、一出水口22等，其中該底板組件24由一散熱鰭片組25與一底板241所構成，而該殼體20具有一上蓋201與一下蓋202。其次，該導流斜面23的一頂端232高於其一底端231，且其一表面區域23a中形成有多個第一穿孔230，而於該底端231上則形成有一第二穿孔233。此外，於該導流斜面23之上與之下則分別形成出一上腔室20a與一下腔室20b，而該散熱鰭片組25亦具有多個散熱鰭片251。

承上所述，此第二實施例與第一實施例主要的差異特徵在於該散熱鰭片組25的一側25a呈現為階梯狀，且該導流斜面23具有一凸出部234。如第5A圖至第6C圖所示，該凸出部234是相鄰於該第二穿孔233並位於該側25a之上方，而與該側25a彼此相應而楔合。

詳細來說，由於該側25a的階梯狀讓該些散熱鰭片251在此部位的高度是相對較矮，也就是上方的該凸出部234是更加縮減了液體通往該散熱鰭片組25的空間，使得該液體在穿過該第二穿孔233流入到該下腔室20b中後會在此增加壓力，但相對地也會增加液體的流速，從而能快速通過該散熱鰭片組25而提升散熱效果。

另一方面，如第5A圖與第5B圖所示，可知在該導流斜面23的同一高度上是以多個第一穿孔230的方式做設計，例如在相距該底端231的相同距離上是分別形成了有三個第一穿孔230，該些第一穿孔230並呈現向下凸出。是以，該些第一穿孔230能增加液體流動通過時被流入的機會。此外，於該些散熱鰭片251上所形成的各凹陷部250則是被設計成橫向貫穿並分別呈現為一倒梯形凹槽，用以相應地容置上方一排有三個向下凸出的該些第一穿孔230。

本實施例的該水冷頭2特別是針對多個電子元件(即熱源)的應用進行說明，所以該殼體20具有相對較長的長度。於一實際製作中，可設計該殼體20的長度約為300毫米(mm)，而其寬度可約為65毫米(mm)，也就是該殼體20(特別是該下蓋202)的長度是數倍於其寬度，但亦不限於此。

綜上所述，本發明所提出的水冷頭確實能對同時接觸多個電子元件之熱源的架構所具有的後段溫度過高、熱量累積與冷熱不均等問題，提供了良好且具功效的改善手段。本發明的導流斜面能對所流入的液體形成分流，並利用其上的穿孔流入到下方的散熱鰭片組，從而使得較低溫的液體可被平均地導引至各段以利於進行熱量交換，有效避免了水冷頭內的溫度出現某處過高或某處較低的情形。是故，本發明能有效解決先前技術中所提出之相關問題，而能成功地達到本案發展之主要目的。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧水冷頭

101‧‧‧上蓋

102‧‧‧下蓋

10a‧‧‧上腔室

10b‧‧‧下腔室

11‧‧‧進水口

12‧‧‧出水口

13‧‧‧導流斜面

130‧‧‧第一穿孔

131‧‧‧底端

132‧‧‧頂端

133‧‧‧第二穿孔

141‧‧‧底板

15‧‧‧散熱鰭片組

150‧‧‧凹陷部

Claims

一種水冷頭，包含有：一殼體，具有一進水口與一出水口，該進水口用以流入一液體；一導流斜面，設置於該殼體中，該導流斜面具有多個第一穿孔，該導流斜面的一底端位於該進水口之下，該導流斜面的一頂端相鄰於該出水口，該頂端高於該底端，且一第二穿孔形成於該底端；以及一底板組件，組接於該殼體並位於該導流斜面之下，該底板組件並具有一散熱鰭片組；其中，該液體經由該第二穿孔或該些第一穿孔流入該散熱鰭片組中，進而從該出水口流出。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該液體由一水泵循環輸送，且該水泵流體連通於該進水口。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該水冷頭係應用於一至多個電子元件，且該水冷頭以該底板組件接觸該一至多個電子元件。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該殼體具有一上蓋與一下蓋，該上蓋組接於該下蓋上，該進水口形成於該上蓋上，該出水口形成於該下蓋上。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該進水口與該出水口位於同一水平面上，且該進水口之朝向與該出水口之朝向呈現相互平行。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該底板組件具有一底板，而該散熱鰭片組形成於該底板上，其中該散熱鰭片組與該底板為一體成型之設計，或為不同元件分別製成後加以結合。
如申請專利範圍第6項所述之水冷頭，其中該水冷頭還包含有：一上腔室，形成於該殼體與該導流斜面之間，且該液體經由該進水口流入該上腔室，並經由該第二穿孔或該些第一穿孔流出該上腔室；以及一下腔室，形成於該底板與該導流斜面之間，且該液體經由該第二穿孔或該些第一穿孔流入該下腔室，並經由該出水口流出該下腔室；其中，該散熱鰭片組容置於該下腔室中。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該散熱鰭片組的一側呈現為階梯狀，且該導流斜面具有相應於該側的一凸出部，該凸出部相鄰於該第二穿孔並位於該側之上方。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該散熱鰭片組具有多個散熱鰭片，且於該些散熱鰭片上形成有多個相應於該些第一穿孔的凹陷部。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該些第一穿孔以一平均分佈方式或一不規則分佈方式形成於該導流斜面的一表面區域中。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該些第一穿孔中的多個是同樣位於相距該底端的一預設距離上。
如申請專利範圍第1項所述之水冷頭，其中該些第一穿孔為圓形、方形、橢圓形或圓矩形。