TW202420532A - 一種利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組 - Google Patents

Abstract

一種利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，包含有一熱交換器以及一具有兩相流循環之蒸氣腔元件。熱交換器包含一殼體、一輸入管、一輸出管以及一熱交換腔體。殼體具有一下開孔洞，並且輸入管以及輸出管連通熱交換腔體。蒸氣腔元件包含一冷凝端以及一吸熱端。冷凝端透過下開孔洞貫穿殼體，使得冷凝端設置於熱交換腔體內。吸熱端設置於熱交換腔體的外部並且用以接觸一發熱源。相較於習知技術，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組具有極佳的散熱效率。

Description

一種利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組

本發明係關於一種水冷板式散熱技術的散熱模組，尤其是指一種高效利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之液冷式散熱模組。

隨著數據中心服務器及車載自動駕駛人工智能的半導體晶片發展，晶片朝著更高運算力和更高積集度的方向發展，這意味著電子晶片在單位體積或面積內的發熱功耗將會急遽升高。傳統的風冷強迫對流技術將難以滿足某些IC電子元件的散熱需求，而水冷散熱技術成為解決高熱流密度散熱的主流。

請參閱圖1，圖1為習知水冷板散熱裝置9之示意圖。習知水冷板散熱裝置9包含一具有熱交換腔體91的水冷板金屬殼體90。發熱電子元件94接觸水冷板金屬殼體90。水冷板金屬殼體90內設置有金屬板塊93以增加散熱面積。而發熱電子元件94通過熱傳導將熱量經過水冷板金屬殼體90傳遞至金屬板塊93，同時金屬板塊93設計有不同結構的流道。冷卻液通過熱交換腔體91內的流道與金屬板塊93之間形成對流換熱，從而間接帶走電 子元件94的發熱功耗。

習知水冷板散熱裝置9主要是以熱傳導方式將高能量密度的熱量透過鋁金屬殼或銅金屬殼傳導給熱交換腔體91內的金屬板塊93，再與熱交換腔體91內的冷卻液進行熱交換。由於高強度運算的晶片功率越來越高，產業界對於降低熱傳導路徑熱阻的水冷板散熱裝置9的需求恐急，需要有更有效率的水冷板式散熱器技術以解決高功率高運算力晶片降溫及散熱的問題。

有鑑於此，本發明提供一種利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，以解決先前技術的問題。

本發明提供一種利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組包含熱交換器以及一具有兩相流循環的蒸氣腔元件。熱交換器包含一殼體、一輸入管、一輸出管以及一熱交換腔體。殼體具有一下開孔洞，並且輸入管以及輸出管連通熱交換腔體。蒸氣腔元件對應熱交換器的殼體的下開孔洞並且包含一冷凝端以及一吸熱端。冷凝端透過下開孔洞貫穿殼體，使得冷凝端設置於熱交換腔體內。吸熱端設置於熱交換腔體的外部並且用以接觸一發熱源。

其中，熱交換腔體、輸入管以及輸出管中均設置有冷卻液，並且冷卻液用以與蒸氣腔元件的冷凝端進行熱交換。

其中，冷卻液為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。

其中，蒸氣腔元件包含至少一個散熱鰭片耦接冷凝端。

進一步地，每一散熱鰭片具有複數個微流道，並且該等微流道的延伸方向係平行於輸入管的延伸方向。

其中，蒸氣腔元件為三維蒸氣腔元件，其進一步包含有一上蓋、一下蓋、一毛細結構以及一工作流體。上蓋具有一管體、一上外表面以及一上內表面。管體具有管體空腔以及一管體內表面。下蓋匹配上蓋並且具有一下外表面以及一下內表面。當下蓋封合於上蓋時，管體空腔形成密閉氣腔。毛細結構連續設置於上內表面、管體內表面以及下內表面。工作流體設置於密閉氣腔中。

其中，管體係一體成型於上外表面並且自上外表面向外突出，並且下蓋具有下蓋空腔。當下蓋封合於上蓋時，管體空腔以及下蓋空腔形成密閉氣腔。

其中，工作流體為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。

其中，相對於管體的下內表面上所設置的毛細結構的厚度大於其餘下內表面上所設置的毛細結構的厚度。

其中，管體的長度和下蓋與上蓋封合後的厚度的比值大於10。

綜上所述，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組可透過具兩相流循環的蒸氣腔元件的冷凝端直接與熱交換腔體中的冷卻液接觸，不需再透過冷凝端與熱交換器的外殼之間熱傳導的層層熱阻，進而提升散熱效率。並且，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的蒸氣腔元件可透過散熱鰭片以及 設置於散熱鰭片上的微流道增加冷凝端與冷卻液之間的接觸面積，進而提升散熱效率。再者，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組可透過的三維蒸氣腔元件的完整且連續的毛細結構，因此液相工作流體能夠順利且快速地回流至吸熱端以再次吸取發熱源所產生的熱能，進而提升散熱效率。此外，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組也可透過多個蒸氣腔元件分別接觸多個發熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱，並且也可透過多個蒸氣腔元件接觸多個發熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱。

1、3、4、4’、4”:利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組

11、31、41、41’:熱交換器

110:殼體

1102、3102:下開孔洞

111、311、91:輸入管

112、312、92:輸出管

121:冷凝端

122:吸熱端

1231、3231:微流道

22:三維蒸氣腔元件

221:上蓋

2211、2211’、2211”、4211:管體

2212、2212’、2212”:管體空腔

2213:管體內表面

1101、3101、4101’、91:熱交換腔體

12、22’、22”、32、42、42’、42”:蒸氣腔元件

123、323、423、423’、423”:散熱鰭片

2214:上外表面

2215:上內表面

222、222”:下蓋

2221:下外表面

2222、2222’、2222”:下內表面

2223:下蓋空腔

224、224’、224”:毛細結構

7:發熱源

8:均溫板

9:水冷板散熱裝置

90:水冷板金屬殼體

93:金屬板塊

94:電子元件

圖1係繪示習知技術的一種液冷散熱裝置的結構示意圖。

圖2A係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的結構示意圖。

圖2B係根據圖2A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的分解圖。

圖3係根據圖2A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的剖面圖。

圖4A係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的剖面結構示意圖。

圖4B係繪示圖4A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組於另一視角的結構示意圖。

圖5A係繪示本發明一具體實施例的兩相流循環蒸氣腔元件的剖面結構示意 圖。

圖5B係根據圖5A的兩相流循環蒸氣腔元件於運作時的示意圖。

圖6A係繪示本發明一具體實施例的蒸氣腔元件的剖面結構示意圖。

圖6B係繪示本發明另一具體實施例的蒸氣腔元件的剖面結構示意圖。

圖7A係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的分解圖。

圖7B係根據圖7A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的剖面圖。

圖7C係根據圖7A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組於另一視角的剖面圖。

圖8A係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的結構示意圖。

圖8B係根據圖8A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的分解圖。

圖8C係根據圖8A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的剖面圖。

圖8D係繪示本發明一具體實施例的蒸氣腔元件以及發熱源的分布示意圖。

圖8E係根據圖8A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組於另一視角的剖面圖。

圖9係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的剖面示意圖。

圖10係繪示本發明另一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體 進行熱交換之散熱模組的剖面示意圖。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。需注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各元件僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，本發明之步驟編號僅為區隔不同步驟，並非代表其步驟順序，合先敘明。

請一併參閱圖2A、2B以及圖3。圖2A係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組1的結構示意圖。圖2B係根據圖2A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組1的分解圖。圖3係根據圖2A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組1的剖面圖。如圖2A、圖2B及圖3所示，在本具體實施例中，利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組1包含熱交換器11以及具兩相流循環的蒸氣腔元件12。熱交換器11包含殼體110、輸入管111、輸出管112以及容置冷卻液的熱交換腔體1101。殼體110具有下開孔洞1102，並且輸入管111、輸出管112以及下開孔洞1102連通熱交換腔體1101。具兩相流循環的蒸氣腔元件12對應熱交換器11的殼體110的下開孔洞1102並且包含冷凝端121以及吸熱端122。冷凝端121透過下開孔洞1102貫穿殼體110，使得冷凝端121設置於熱交換腔體1101內，並且吸熱端122設置於熱交換腔體1101的外部以接觸發熱源7。其中，發熱源7可為電子產品的晶片或晶片封裝外殼。

於實務中，熱交換器11的輸入管111及輸出管112相對設置於熱交換器11的兩端。在一具體實施例中，輸入管111及輸出管112亦可設置於熱交換器11的殼體110的同一面。於實際應用時，熱交換器11的熱交換腔體1101、輸入管111及輸出管112皆設置有冷卻液。當熱交換器11運作時，冷卻液可自輸入管111流至熱交換腔體1101中，並且自熱交換腔體1101流至輸出管112(如圖3A中的箭頭所示)。於實務中，冷卻液可為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷或氫氟烴類化學制冷劑，但不限於此，冷卻液也可為其他具有吸熱且帶走熱能的流體。

在本具體實施例中，具兩相流循環的蒸氣腔元件12的冷凝端121的尺寸可對應熱交換器11的下開孔洞1102的尺寸，並且包含一兩相流工作流體。當兩相流循環的蒸氣腔元件12設置於熱交換器11上時，兩相流循環的蒸氣腔元件12的冷凝端121可嵌入甚至緊配於熱交換器11的殼體110，以使冷凝端121位於殼體110的熱交換腔體1101中並且接觸熱交換腔體1101中的冷卻液。於實務中，當冷凝端121嵌入於熱交換器11的殼體110後，位於殼體110的外部的吸熱端122可透過黏合、焊接等方式與殼體110互相貼合固定連接，以防止熱交換器11中的冷卻液自下開孔洞1102流出，但不限於此。殼體110與吸熱端122之間也可設置防水墊，以防止熱交換器11中的冷卻液自下開孔洞1102流出。

如圖3所示，當利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組1運作時，接觸發熱源7的吸熱端122會吸取發熱源7所產生的熱能。此時，位於吸熱端122的毛細結構中的液相工作流體會吸取熱能而轉變為氣相工作流體，並且氣相工作流體將熱能帶至冷凝端121，再與熱交 換腔體1101中的冷卻液進行熱交換，自熱交換器11的輸入管111流入的冷卻液將會從冷凝端121吸取熱能。此時，兩相流循環蒸氣腔元件12中的氣相工作流體在冷凝端121轉變為液相工作流體，並且液相工作流體再藉由毛細結構回流至吸熱端122。接著，吸收熱能的冷卻液再從熱交換器11的輸出管112流出，以帶走發熱源7的熱能進而達到散熱的功能。因此，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組可透過具兩相流循環的蒸氣腔元件的冷凝端直接與熱交換器的冷卻液接觸，不需再透過冷凝端與熱交換器的外殼之間熱傳導的層層熱阻，進而提升散熱效率。

請一併參閱圖4A及圖4B。圖4A係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組1的剖面結構示意圖。圖4B係繪示圖4A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組1於另一視角的結構示意圖。如圖4A及圖4B所示，在本具體實施例中，具兩相流循環的蒸氣腔元件12包含散熱鰭片123設置於冷凝端121。於實務中，散熱鰭片123可包含開孔(圖未示)並且可透過開孔套設於冷凝端121上，以使散熱鰭片123位於熱交換器11的熱交換腔體1101中並且接觸冷卻液。當位於吸熱端122因吸取熱能所形成的氣相工作流體流至冷凝端121時，氣相工作流體中的熱能不僅會傳導至冷凝端121，並且也會傳導至散熱鰭片123。因此，熱交換器11的冷卻液可同時從冷凝端121以及散熱鰭片123吸取熱能。也就是說，具兩相流循環的蒸氣腔元件12可透過散熱鰭片123增加冷凝端121與冷卻液之間的接觸面積，進而提升散熱效率。值得注意的是，設置於冷凝端的散熱鰭片的數量不限於圖中的4個，於實務中，散熱鰭片的數量也可為1個、2個、3個或5個以上，並且也可根據設計或需求 而決定。

在本具體實施例中，散熱鰭片123可進一步包含複數個微流道1231，並且微流道1231的延伸方向平行於輸入管111的延伸方向。於實務中，複數個微流道1231互相平行排列，並且每一個微流道1231的延伸方向與輸入管111及輸出管112的連線方向相同，也就是說，微流道1231的延伸方向與冷卻液於輸入管111及輸出管112的流動方向相同。當熱交換器11帶走位於冷凝端121的熱能時，自輸入管111輸入的冷卻液可沿著散熱鰭片123的微流道1231流動，接著再順利地流至輸出管112，使得冷卻液不會在熱交換器11的熱交換腔體1101中產生紊流，以減少包含熱能的冷卻液位於熱交換腔體1101中的時間，進而提升散熱效率。進一步地，由於散熱鰭片123包含複數個微流道1231，因此也可增加散熱鰭片123與冷卻液之間的接觸面積，亦可提升散熱效率。此外，微流道1231也可設置於散熱鰭片123的上、下兩平面上(如圖4B所示)，以提升散熱效率。

請一併參閱圖3、圖5A及圖5B。圖5A係繪示本發明一具體實施例的兩相流循環蒸氣腔元件22的剖面結構示意圖。圖5B係根據圖5A的兩相流循環蒸氣腔元件22於運作時的示意圖。如圖3、圖5A所示，在本具體實施例中，前述的具兩相流循環的兩相流循環蒸氣腔元件22為三維蒸氣腔元件。三維蒸氣腔元件包含上蓋221、下蓋222、毛細結構224以及工作流體(圖未示)。上蓋221具有管體2211、上外表面2214以及上內表面2215。管體2211具有管體空腔2212以及管體內表面2213，並且管體2211係一體成型於上外表面2214並且自上外表面2214向外突出。於實務中，管體2211係藉由沖壓的方式拉伸上蓋221而形成，並且管體2211的高度遠大於上蓋221的厚 度。下蓋222匹配上蓋221並且具有下外表面2221、下內表面2222以及下蓋空腔2223。當下蓋222封合於上蓋221時，管體空腔2212以及下蓋空腔2223形成一密閉氣腔。值得注意的是，在本具體實施例中，上蓋221的管體2211為前述的冷凝端121，並且下蓋222為前述的吸熱端122。管體2211用以貫穿殼體110的下開孔洞1102以設置於熱交換器11的熱交換腔體1101中，而下蓋222的下外表面2221用以接觸發熱源7。

毛細結構224連續設置於上內表面2215、管體內表面2213以及下內表面2222上。於實務中，毛細結構224可由舖設銅粉經燒結形成，亦可用漿料分別塗佈於上內表面2215、管體內表面2213以及下內表面2222並且經烘乾、裂解、燒結過程而形成。由於上蓋221以及管體2211係為一體成型，因此，上內表面2215以及管體內表面2213將會形成連續的毛細結構224。進一步地，當下蓋222透過焊接等方式封合於上蓋221後，上內表面2215以及下內表面2222的毛細結構224將會充分的接觸與連接，進而使三維蒸氣腔元件22具有完整且連續的毛細結構224。而工作流體用以設置於密閉氣腔中，並且工作流體可為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷或氫氟烴類化學制冷劑。

如圖3、圖5A及圖5B所示，當利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組運作時，三維蒸氣腔元件22的下蓋222會吸取發熱源7所產生的熱能。此時，位於下蓋空腔2223以及下內表面2222的毛細結構224的工作流體亦會吸取熱能而轉變為氣相工作流體，並且氣相工作流體流至管體2211的管體空腔2212(如圖5B中較大的箭頭所示)。進一步地，氣相工作流體中的熱能將會傳導至管體2211，並且自熱交換器11的輸入管111 流入熱交換腔體1101的冷卻液將會從管體2211吸取熱能。此時，氣相工作流體轉變為液相工作流體，並且液相工作流體依序自管體內表面2213的毛細結構224流經上內表面2215的毛細結構224，接著再經由支撐柱的毛細結構(圖未示)回流至下蓋222的下內表面2222的毛細結構224(如圖5B中較小的箭頭所示)。最後，包含熱能的冷卻液再從熱交換器11的輸出管112流出，以帶走發熱源7的熱能進而達到高效散熱的功能。由於三維蒸氣腔元件22具有完整且連續的毛細結構224，因此液相工作流體能夠順利且快速地回流至吸熱端以再次吸取發熱源所產生的熱能，使得兩相流循環順暢，進而提升散熱效率。

此外，在一較佳的具體實施例中，三維蒸氣腔元件22的上蓋221的管體2211的長度和下蓋222與上蓋221封合後的厚度的比值大於10。也就是說，管體空腔2212的體積大於下蓋空腔2223的體積。於實務中，由於管體2211設置於熱交換器11的熱交換腔體1101中，即管體空腔2212位於熱交換器11的殼體110的熱交換腔體1101中，並且下蓋空腔2223位於熱交換腔體1101外部。因此，當位於下蓋空腔2223以及下內表面2222的毛細結構224的工作流體因吸取熱能而轉變為氣相工作流體時，氣相工作流體能夠很快地進入熱交換器11的熱交換腔體1101中以進行高效熱交換，進而提升散熱效率。

本發明的具兩相流循環的蒸氣腔元件除了可為前述具體實施例的樣態之外，也可為其他樣態。請參閱圖6A。圖6A係繪示本發明一具體實施例的蒸氣腔元件22’的剖面結構示意圖。如圖6A所示，本具體實施例與前述具體實施例的不同之處，是在於相對於管體2211’的下內表面2222’ 上所設置的毛細結構224’的厚度大於其餘下內表面2222’上所設置的毛細結構224的厚度。如圖中所示，管體2211’以及相對於管體2211’的下內表面2222’厚度較大的毛細結構224’可位於蒸氣腔元件22’的中間位置。一般來說，發熱源的中間位置的熱能最大。進一步地，由於位於蒸氣腔元件22’的中間位置的下內表面2222’的毛細結構224’的厚度較大，因此，該處的毛細結構224’可儲存較多的液相工作流體。當蒸氣腔元件22’接觸發熱源7時，位於蒸氣腔元件22’的中間位置毛細結構224’的液相工作流體可經相變吸收更多的熱量，以快速轉換成氣相工作流體並流至管體空腔2212’中以進行熱交換，進而提高散熱效率。

請參閱圖6B。圖6B係繪示本發明另一具體實施例的蒸氣腔元件22”的剖面結構示意圖。本具體實施例與前述具體實施例的不同之處，是在於下蓋222”係為一平板而未包含前述的下蓋空腔。當蒸氣腔元件22”接觸發熱源並且下內表面2222”的毛細結構224”的工作流體因吸取熱能而轉變為氣相工作流體時，氣相工作流體能夠很快地進入管體2211”的管體空腔2212”中，以與熱交換器中的冷卻液以進行熱交換，進而提升散熱效率。

本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組除了可為前述的樣態之外，也可為其他樣態。請一併參閱圖7A、圖7B以及圖7C。圖7A係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組3的分解圖。圖7B係根據圖7A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組3的剖面圖。圖7C係根據圖7A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組3於另一視角的剖面圖。本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱 交換之散熱模組3也可透過多個蒸氣腔元件分別接觸多個發熱源並且於同一個熱交換腔體中進行熱交換。進一步地，由於發熱源的設置位置不盡相同，因此以下將以圖7A至圖7C為一實施例加以說明。

如圖7A、圖7B及圖7C所示，本具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組3的熱交換器31包含二個輸入管311以及二個輸出管312，殼體310具有三個下開孔洞3102，並且包含三個蒸氣腔元件32。二個輸入管311以及二個輸出管312併排設置並且分別互相相對以形成第一排以及第二排。而冷卻液可自第一排的輸入管311流至第一排的輸出管312，並且冷卻液也可自第二排的輸入管311流至第二排的輸出管312。一個下開孔洞3102位於第一排，並且二個下開孔洞3102位於第二排。一個蒸氣腔元件32位於第一排，並且二個蒸氣腔元件32位於第二排。而三個蒸氣腔元件32可分別接觸三個發熱源7。

當利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組3運作時，自熱交換器31的第一排的輸入管311流入的冷卻液主要吸取第一排的蒸氣腔元件32的熱能，接著，包含熱能的冷卻液再從熱交換器31的第一排的輸出管312流出；相同的，自熱交換器31的第二排的輸入管311流入的冷卻液同時吸取第二排的二個蒸氣腔元件32的熱能，接著，包含熱能的冷卻液再從熱交換器31的第二排的輸出管312流出。

此外，三個蒸氣腔元件32可分別包含至少一個散熱鰭片323，並且散熱鰭片323也可包含複數個微流道3231。而第一排的蒸氣腔元件32的散熱鰭片323的微流道3231的延伸方向與冷卻液於第一排的輸入管311及輸出管312的流動方向相同，並且第二排的蒸氣腔元件32的散熱鰭片 323的微流道3231的延伸方向與冷卻液於第二排的輸入管311及輸出管312的流動方向相同。因此，分別自第一排及第二排的輸入管311輸入的冷卻液可沿著散熱鰭片323的微流道3231流動，接著再順利地分別流至第一排及第二排的輸出管312，減少冷卻液在熱交換器31的熱交換腔體3101中產生紊流，以減少包含熱能的冷卻液位於熱交換腔體3101中的時間，進而提升散熱效率。值得注意的是，每一個蒸氣腔元件的散熱鰭片的尺寸可為不同，也可根據發熱源的發熱功率而決定。

請一併參閱圖8A至圖8E。圖8A係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組4的結構示意圖。圖8B係根據圖8A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組4的分解圖。圖8C係根據圖8A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組4的剖面圖。圖8D係繪示本發明一具體實施例的蒸氣腔元件42以及發熱源7的分布示意圖。圖8E係根據圖8A的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組4於另一視角的剖面圖。本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組也可透過多個蒸氣腔元件接觸多個發熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱。

如圖8A至8E所示，本具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組4包含五個蒸氣腔元件42，並且應用於二十五個發熱源7以進行散熱。於實務中，當電子產品包含緊密排列的發熱源7(晶片)時，每一個蒸氣腔元件42可接觸多個發熱源7，使得多個發熱源7同時共用一個蒸氣腔元件42於熱交換器41的熱交換腔體中進行散熱。在本具體實施例中，蒸氣腔元件42係以田字型的方式排列(如圖8D所示)，以確保 所有蒸氣腔元件42皆能夠接觸發熱源7以進行散熱。於實務中，蒸氣腔元件42的形狀不限於圖中所示，蒸氣腔元件42的形狀也可根據設計或需求而設計。進一步地，由於位於中間位置的發熱源7會受到周圍的發熱源的影響，並且位於中間位置的發熱源7所產生的熱能最大。因此，如圖中所示，位於中間位置的蒸氣腔元件42的管體4211的尺寸可大於其他的蒸氣腔元件42的管體4211的尺寸，以提升散熱效率。此外，設置於蒸氣腔元件42上的散熱鰭片423的形狀也可對應蒸氣腔元件42的形狀。並且，散熱鰭片423也可包含前述的微流道。

本發明的蒸氣腔元件的散熱鰭片除了可為前述的樣態之外，也可為其他樣態。請參閱圖9及圖10。圖9係繪示本發明一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組4’的剖面示意圖。圖10係繪示本發明另一具體實施例的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組4”的剖面示意圖。如圖9所示，所有蒸氣腔元件42’上的散熱鰭片423’的形狀也可對應熱交換器41’的熱交換腔體4101’的形狀。如圖10所示，利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組4”也可包含複數個散熱鰭片423”，並且每一個散熱鰭片423”設置於多個蒸氣腔元件42”上。

綜上所述，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組可透過具兩相流循環的蒸氣腔元件的冷凝端直接與熱交換腔體中的冷卻液接觸，不需再透過冷凝端與熱交換器的外殼之間的熱傳導以降低熱阻，進而提升散熱效率。並且，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組的蒸氣腔元件可透過散熱鰭片以 及設置於散熱鰭片上的微流道增加冷凝端與冷卻液之間的接觸面積，進而提升散熱效率。再者，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組可透過的三維蒸氣腔元件的完整且連續的毛細結構，因此液相工作流體能夠順利且快速地回流至吸熱端以再次吸取發熱源所產生的熱能，進而提升散熱效率。此外，本發明的利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組也可透過多個蒸氣腔元件分別接觸多個發熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱，並且也可透過多個蒸氣腔元件接觸多個發熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1:利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組

11:熱交換器

110:殼體

1101:熱交換腔體

111:輸入管

112:輸出管

12:蒸氣腔元件

121:冷凝端

122:吸熱端

7:發熱源

Claims (10)

1. 一種利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，包含有：

   一熱交換器，包含一殼體、N個輸入管以及M個輸出管，該殼體具有一熱交換腔體以及P個下開孔洞，該N個輸入管以及該M個輸出管連通該熱交換腔體；以及

   P個具兩相流循環的蒸氣腔元件，分別對應該P個下開孔洞，每一蒸氣腔元件包含一冷凝端以及一吸熱端，該冷凝端透過對應的該下開孔洞貫穿該殼體，使得該冷凝端設置於該熱交換腔體內，並且該吸熱端設置於該熱交換腔體的外部並用以接觸一發熱源；

   其中，N、M以及P均為大於等於1的自然數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，其中於該熱交換腔體、該N個輸入管以及該M個輸出管中均設置有一冷卻液，該冷卻液用以與該蒸氣腔元件的該冷凝端進行熱交換。
3. 如申請專利範圍第2項所述之利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，其中該冷卻液為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，其中每一該蒸氣腔元件包含有Q個散熱鰭片耦接該冷凝端，並且Q為大於等於1的自然數。
5. 如申請專利範圍第4項所述之利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行 熱交換之散熱模組，其中每一散熱鰭片具有複數個微流道，該等微流道的延伸方向係平行於該輸入管的延伸方向。
6. 如申請專利範圍第1項所述之利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，其中每一蒸氣腔元件為一三維蒸氣腔元件，其進一步包含有：

   一上蓋，具有一管體、一上外表面以及一上內表面，該管體具有一管體空腔以及一管體內表面；

   一下蓋，匹配該上蓋並且具有一下外表面以及一下內表面，當該下蓋封合於該上蓋時，該管體空腔形成一密閉氣腔；

   一毛細結構，連續設置於該上內表面、該管體內表面以及該下內表面；以及

   一工作流體，設置於該密閉氣腔中。
7. 如申請專利範圍第6項所述之利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，其中該管體係一體成型於該上外表面並且自該上外表面向外突出，並且該下蓋具有一下蓋空腔，當該下蓋封合於該上蓋時，該管體空腔以及該下蓋空腔形成該密閉氣腔。
8. 如申請專利範圍第6項所述之利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，其中該工作流體為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。
9. 如申請專利範圍第7項所述之利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，其中相對於該管體的該下內表面上所設置的該毛細結構的厚度大於其餘該下內表面上所設置的該毛細結構的厚度。
10. 如申請專利範圍第7項所述之利用兩相流循環蒸氣腔與冷液態流體進行熱交換之散熱模組，其中該管體的長度和該下蓋與該上蓋封合後的厚度的比值大於10。

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