TWI302242B - Liquid cooling jacket - Google Patents

Description

1302242 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在電子機器的冷卻所使用之液冷系統中 ，安裝於發熱體之液冷護套。 【先前技術】 以往，電子機器的冷卻所使用的液冷護套’需要將發 熱體的熱有效地傳達給冷卻液。 因此，以往的液冷護套內部之流路，作爲其之一例， 如第1 8圖所示般，有成爲蛇行狀者。此係令護套1 3 0 1內部 的流路1 3 02蛇行，以使冷卻液流動1 3 03極力與護套1301接 觸。此係藉由極力延長護套1 3 0 1內部的流路長，增加冷卻 液和護套內部壁面的接觸面積，以令來自發熱體的熱有效 地傳達給冷卻液之方法。 另外，作爲別的例子，如第1 9圖所示般，有將冷卻液 的流動1401分配給複數的流動1 403 a〜1 403 f者。此係藉由 具有多數之流路路徑，以降低流路阻抗，而且增加冷卻液 和散熱鰭片1 402的接觸面積以有效地傳達熱之方法（例如 ，參考 JP-A-2000-340727) 〇 另外，冷卻液輸入口並排配置在配管上極具方便性故 ，有並排配置冷卻液出入口者。此係如第2 0圖所示般’在 排列之散熱鰭片1501的中央設置隔板1 502，令冷卻液之流 動1 401做U形反轉，以並排配置出入口之方法（例如’ 參考 JP-A-2002-170915)。 (2) 1302242 【發明內容】 但是，在如第1 8圖所示之蛇行狀之流路中，流路長變 得愈長，流路阻抗愈大，存在有壓損變大的問題。 另外，在如第1 9圖所示般，將冷卻液的流動分配爲複 數的流動中，要令冷卻液均勻流動在散熱鰭片間有困難。 詳細爲，液體流動有直進性故，存在有冷卻液不易流向位 於入口附近的散熱鰭片之問題，如第1 9圖所示般，在流速 14〇3a至1403f中會產生偏差。基於此，熱傳導效率降低 ，無法將發熱體的熱有效地傳達給冷卻液。 另外，在第20圖所示之構造中，也還是有散熱鰭片間 之液流1 5 0 3 a至1 5 0 3 c會產生偏差的問題。詳細爲，接近 出入口之流速15.03b最快，其他的1 5 03 a或1 5 03 c流速降 低。基於此，引起熱傳導效率降低，無法有效地將發熱體 的熱傳達給冷卻液。 另外，在前述說明的任何一種之先前技術中，爲了想 要確保更多的接觸面積，即使令護套尺寸變大，由於由中 心的發熱體之距離變遠故，有熱傳導效率提升困難之問題 。詳細爲，在以往如第2 1圖所示般，藉由基座3 0 1，熱在 水平方向擴散，對各散熱鰭片3 02傳達熱。可是，由於重 纛或高度的關係，基座厚度11有限制，實際即使比較厚些 也只是7mm之程度，熱之擴散3 03止於發熱體103的四周 ’無法將熱傳達至端部的散熱鰭片3 〇2a。即護套尺寸變得 愈大，端部的散熱鰭片之冷卻效果降低。 本發明之目的在於提供：熱傳導效率好’進而擴充性 -5- (3) 1302242 或組裝性優異的液冷護套。 [解決課題之手段] 依據本發明之液冷護套係具備：接合於發熱體之基座 ’和對於此基座垂直站立之柱子，和安裝在柱子，而與基 座平行配置之複數之散熱鰭片，和以特定寬度塡補複數之 散熱鰭片之間的隔片，和包圍柱子以及散熱鰭片，與基座 接合’在藉由隔片分開冷卻液之流動的位置安裝有冷卻液 的入口以及出口之機殼。 [發明之效果] (1 )如依據本發明，液冷護套內部的冷卻液流，由 於確保複數流路故，流路阻抗低，且令冷卻液的出入口的 大小與排列之散熱鰭片的高度幾乎相同，藉此，可使各散 熱_片間的流速變得均勻。 (2 )如依據本發明，對各散熱鰭片傳達熱之柱子粗 ，可令其高度距離與發熱體接觸之基座近之故，熱傳導效 率局。 (3 )如依據本發明，藉由設置在散熱鰭片間的隔片 ’冷卻液的順向流路成爲U字反轉故，可成行配置冷卻 液出入口，配管上極具方便性。 本發明之其他目的，特徵以及優點，由關於所附圖面 之以下的本發明之實施例的記載裡應可變得淸楚。 (4) 1302242 【實施方式】 &下，依據圖面詳細說明本發明之實施形態。另外， 在1兌明寶施形態用之全圖中，對於同一構件，原則上賦予 相同符號，省略其之重複說明。 依據第1圖，說明使用本發明之液冷護套之電子機器 之構造。第1圖係使用本發明之液冷護套之電子機器的斜 視圖’電子機器之例係顯示桌上型個人電腦之例子。 第1圖中，在框體101的內部之底面附近有主機板102 ’在其上搭載著發熱體之CPU 103、晶片組104、記憶體 105。另外，作爲外部記憶裝置，搭載有 HDD 106、 FDD107、CD-ROM光碟機108。在CPU103安裝有依據本 發明之液冷護套1 3 1。 此液冷護套1 3 1係由銅或鋁之導熱性優異的金屬所做 成。 與CPU 103的接觸面係夾住熱化合物或高導熱性矽橡 膠等進行壓著，成爲在CPU 103所產生之熱可有效地傳達 給液冷護套1 3 1之構造。另外，冷卻液係藉由泵1 3 2而流動 在液冷護套1 3 1的內部，成爲熱傳達給冷卻液之構造。 在框體1 〇 1的背面外部配置有散熱部之散熱片1 3 5 ’散 熱片1 3 5係由基座1 3 5 a以及鰭片1 3 5 b所構成，冷卻液流動 在基座1 3 5 a的內部，成爲冷卻液的熱傳達給基座1 3 5 a整 體之構造。另外’也具備令基座1 3 5 a保持一定的流量之 機構。即基座1 3 5 a也作用爲冷卻液的保留桶。 鰭片1 3 5 b係朝向框體背面側而配置。即風扇1 1 3的風 (5) 1302242 碰抵鰭片1 3 5 b。 安裝在框體1 01的背面之風扇1 1 3係與散熱片1 3 5面對 配置，風扇1 1 3的風直接碰抵鰭片1 3 5b。更詳細爲，風扇 1 1 3係軸流風扇，框體1 〇 1的內部側爲吸氣側，散熱片1 3 5 側爲排氣側。在風扇1 1 3的旁邊有電源1 09。 管133以及金屬管134係連接液冷護套131和散熱片135 ，藉由在內部流過冷卻液，成爲液冷護套1 3 1和散熱片1 3 5 的熱輸送路徑。 整體的配管係以金屬管1 3 4爲主體，部份使用橡膠性 之管133。此管133係可彎曲故，CPU1 03的更換等之維護 變得容易。即不用拆下風扇1 1 3或散熱片1 3 5，可將液冷護 套131由 CPU 103拆除。另外，將管133以外的配管設爲金 屬管1 3 4，可控制水分透過。 冷卻液的流動順向路徑爲：泵132-液冷護套131-散熱 片135-再度泵132之順向路徑。如此，藉由泵132而令冷卻 液流動之方向，係吸入散熱片1 3 5通過後的冷卻液，而排 出於液冷護套1 3 1。藉此，冷卻後的冷卻液流向泵1 3 2，防 止泵1 3 2的加熱。 接著，依據第2圖〜第7圖，說明本發明之液冷護套的 構造。第2圖係本發明之液冷護套的分解圖，第3圖係說明 對於本發明之散熱鰭片的熱傳導用之說明圖，第4圖係說 明本發明之柱子使用熱管之例子的說明圖，第5圖係說明 本發明之冷卻液的流動之說明圖’第6圖係說明想要令本 發明之入口以及出口的口徑便小時之形狀的說明圖，第7 (6) 1302242 圖係說明想要令本發明之入口以及出口的口徑便小時之別 的形狀的說明圖。 首先，如就構成要素做說明時，如第2圖所示般，係 以：接合在發熱體103之基座201，和對於該基座201爲垂 直站立之柱子202，和與201平行而安裝在該柱子202之散 熱鰭片203，和已特定寬度塡補該散熱鰭片203之間的隔片 204，和圍住柱子202以及散熱鰭片203，與基座201接合， 且設置有冷卻液的入口 206以及出口 207之機殼205所構成 〇 基座201係以高的平面度與發熱體1〇3接觸，另外，擔 負垂直保持柱子2 0 2之功用，和與機殼2 0 5 —同確保水密之 功用。另外，爲了令熱有效地傳達給柱子202可使用如銅 之導熱性高的材料。另外，基座2 0 1也可爲與柱子2 0 2成爲 一體之構造，也可爲柱子202係貫穿基座201，直接令發熱 體103和柱子202接觸之構造。在此情形下，基座201的熱 傳導率變得不太重要故，可以使用便宜的材料。 柱子202係將發熱體103的熱往垂直方向傳達，進而， 傳熱給散熱鰭片20 3。在先前技術中，如前述般，藉由第 21圖之熱的擴散3 03所示之基座201，將熱擴散於水平方向 ，對於各散熱鰭片3 02傳達熱。可是，由於重量或高度的 關係，基座厚度受到限制，實際即使做得厚些，也只是 7mm之程度故，熱阻抗高，熱的擴散3 0 3僅止於發熱體 1 0 3四周，無法將熱傳達至端部的平板3 0 2 a。 另一方面，如第3圖所示般，在本實施形態中，對於 -9- (7) 1302242 各散熱鰭片203的熱傳導係由柱子202擔任，此柱子20 2係 圓柱形狀，直徑約30mm粗，熱阻抗低。進而’在柱子 202的頭頂部中，柱子202的高度爲入口 206以及出口 207的 口徑般高，可充分進行冷卻故’例如在入口 206以及出口 2 0 7的口徑爲內徑7 0、外形9 φ之情形下，高度可爲1 0 mm 之程度，與發熱體10 3的距離近之故，發熱體103的熱401 可充分傳達。 另外，如第4圖所示般，爲了進一步提升冷卻能力， 柱子202也可使用熱管209，如具有熱管209的功能，也可 使用第4圖所示構造以外的零件。 散熱鰭片203係安裝在柱子202，與基座201成爲平行 之位置關係。另外，散熱鰭片203係成爲柱子202的同心圓 狀之形狀，擔負將來自柱子202的熱傳達給冷卻液的功能 。另外，爲了進一步提升與冷卻液的熱傳導率，可在散熱 鰭片203的表面上設置突起或開口等。 另外，在此實施形態中，雖然柱子2 0 2係圓形狀，散 熱鰭片2 0 3係爲柱子2 0 2之同心圓狀之形狀，但是，柱子 202以及散熱鰭片203的形狀並不受限於此，也可爲其他的 形狀。 另外，本實施形態之散熱鰭片203需要作成與空冷用 之鰭片不同的設計。如詳細說明時，係空氣和液體的熱容 量相同不同，例如，水與空氣相比，有8 9倍的熱容量。即 液體之冷卻液比起空氣，奪熱能力優異故，與空冷用相比 ，可使鰭片變得小型。 -10- (8) 1302242 但是，液冷用之籍片的應注意點爲，籍片的熱傳導0匕 力如低，則熱被冷卻液所奪，鰭片端的溫度即刻降低。其 結果爲，籍片端的溫度維持低溫，熱不易傳達至鰭片端’ 冷卻能力降低。即液冷用的鰭片需要高熱傳達能力。 具體爲，一般之空冷用的散熱鰭片，在放出熱方面’ 需要很多的空氣故，與散熱鰭片的厚度相比，多數需要令 散熱鰭片間有大的空間，但是，在本實施形態之液冷的情 形，反而以令散熱鰭片間變狹窄，令散熱鰭片變厚，以提 高鰭片本身的熱傳導能力爲佳。本實施形態之情形，係作 爲水冷用，相對於散熱鰭片的厚度，令散熱鰭片的間隔變 狹窄，例如散熱鰭片203的厚度爲2mm，鰭片間的間隙爲 1 m m 〇 如第2圖所示般，在散熱鰭片203設置有以特定寬度塡 補各散熱鰭片203間之隔片204。此隔片204係形成第2圖所 示之冷卻液2 0 8的流路用。藉此，液流做U字反轉故，入 口 206和出口 207可平行配置，可令配管上的方便性獲得提 升。另外，如無做U字反轉的必要，也可省略隔片204， 將入口 206和出口 207相反配置。 入口 2 0 6和出口 2 0 7係擔負令冷卻液均勻流通在散熱鰭 片203間的功用。在本實施形態中，如第5圖所示般，令入 口 206和出口 207的大小與各散熱鰭片203的高度幾乎相等 。藉此，可令由進入護套之冷卻液2 0 8而流動在各散熱鰭 片2 0 3間的冷卻液2 0 8 a變得均勻。 此處，由於與護套連接之管等的緣故，想要令口徑變 -11 - (9) 1302242 小之情形下，如第6圖所示般，可將入口 2 0 6以及出口 2 0 7 的形狀作成令管1 3 3的插入部份以後成爲推拔狀即可。另 外，如第7圖所示般，也可將入口 206以及出口 207對於散 熱鰭片203賦予角度而配置，以斜壁連接入口 20 6以及出口 207和散熱鰭片203之間。 接著，依據第8圖〜第10圖，就本發明之液冷§蒦套中 ，考慮了組裝性之例子做說明。第8圖以及第9圖係說明考 慮到本發明之組裝性之液冷護套的構造之說明圖，第1 〇圖 係說明液冷護套之隔片的形狀之說明圖。 如第8圖所示般，基座201和柱子202以及散熱鰭片203 係以旋轉車床加工而做成爲一體，而且，在基座2〇 1的端 部四周做了車牙加工701。另一方面，在機殼205也做了對 應的車牙加工。 另外，如第9圖所示般，在機殼205設置有於冷卻液的 入口 206和出口 207之間夾住隔片204之溝801。 另外，隔片204係作成如第10圖所示形狀，有可嵌入 散熱鰭片203之溝901。另外，如第9圖之箭頭802所示般’ 隔片204係在嵌入散熱鰭片203之狀態下能夠滑動移動。 另外，藉由令此隔片204的熱膨脹率與散熱鰭片2 0 3的 熱膨脹率爲不同之値，在組裝時，可加工隔片的溝90 1以 容易地令隔片204和散熱鰭片203移動，在實際的冷卻時， 藉由冷卻液的熱，隔片的溝變窄，以令隔片2〇4和散熱鰭 片2 0 3完全密接。 本實施形態之液冷護套的組裝步驟爲，首先’將隔片 -12- (10) 1302242 204嵌入散熱鰭片203。接著，將機殻205放至於基座201上 ，此時，隔片204嵌入在溝801之間。之後，只需令機殼 2 0 5旋轉，螺嵌於基座2 〇1即可。此時’藉由令車牙加工 7 0 1成爲推拔狀，可容易地取得水密。 接著，依據第Π圖〜第1 7圖，說明本實施形態之液冷 護套的其他構造。 第1 1圖係顯示重疊本發明之液冷護套以謀求性能進一 步提升之例子圖，第12圖係顯示在本發明之液冷護套之上 部重疊空冷散熱片以及風扇’以謀求性能進一步提升之例 子圖，第1 3圖係顯示藉由與本發明之液冷護套成爲一體之 空冷散熱片，以謀求性能進一步提升之例子圖，第1 4圖以 及第1 5圖係顯示改變本發明之液冷護套之冷卻液的入口以 及出口的配置之例子圖，第1 6圖以及第1 7圖係顯示本發明 之液冷護套之散熱鰭片使用螺旋狀之散熱鰭片之例子圖。 本實施形態之液冷護套爲了令發熱體之熱傳達於垂直 方向，如第11圖所示般，可在液冷護套之上進而重疊液冷 護套以進一步提升熱傳導效率。詳細爲，積受發熱體1 03 的熱之柱子202與機殻205的頂板1001接觸，做熱性接觸。 因此，發熱體103的熱如箭頭1 002所示般，傳達至上部護 套的柱子202。藉此，發熱體103的熱藉由複數的護套而被 傳達給冷卻液故，熱傳達效率更爲提升。 另外，藉由令柱子202和機殻20 5的頂板1001熱性接觸 ，如第1 2圖所示般，安裝空冷散熱片1 1 〇 1以及風扇1 1 02， 可謀求冷卻能力的進一步提升。 -13- (11) 1302242 另外，如第13圖所示般，柱子202也可貫穿頂板100 i 而與空冷散熱片1201成爲一體狀。 另外，關於液冷護套的入口 2〇6以及出口 207的方向， 如第1 4圖以及第1 5圖所示般，也可改變單側或兩側的出入 口之方向。 另外，藉由使用螺旋狀的散熱鰭片，也可不使用隔片 2 0 4而令冷卻液反轉。 此係如第1 6圖以及第1 7圖所示般，藉由使用螺旋狀散 熱鰭片1801，令由入口 206所進入之冷卻液做螺旋狀流動 ，由上部的出口 207予以排出者。在本實施形態之情形， 出口 207的位置只要在機殻205的上部即可，例如，可在第 1 6圖所示之207’的位置，或如第17圖所示般，可在機殻 2 0 5的頂面。 如前述般，在本實施形態中，具備：接合於發熱體 103之基座201，和對於基座201垂直站立之柱子202，和安 裝在柱子202，而與基座201平行配置之複數之散熱鰭片 20 3，和以特定寬度塡補複數之散熱鰭片2 0 3之間的隔片 204，和包圍柱子202以及散熱鰭片203，與基座201接合， 在對於隔片204爲對稱之位置安裝有冷卻液的入口 206以及 出口 207之機殼205，複數之散熱鰭片203係作成與其厚度 相比爲窄之間隔所配置故，液冷護套內部的冷卻液流可確 保複數流路故，流路阻抗低，且冷卻液的出入口的大小作 成與排列之散熱鰭片2 03的高度幾乎相同，可令各散熱鰭 片20 3間的流速均勻。 (12) 1302242 另外，對各散熱鰭片20 3傳達熱之柱子202粗，而且， 可令高度接近與發熱體103接觸之基座201故，熱傳導效率 局。 另外，藉由設置在散熱鰭片203間的隔片204，冷卻液 的順向路徑成爲U字反轉故，可成行配置冷卻液出入口 ，配管上極具方便性。 前述記載雖就實施例所爲，但是，本發明在其之精神 與所附申請專利之範圍內，能做種種之變更以及修正，此 對該業者而言係很淸楚。 【圖式簡單說明】 第1圖係使用本發明之液冷護套之電子機器的斜視圖 〇 第2圖係本發明之液冷護套之分解圖。 第3圖係說明對於本發明之散熱鰭片之熱傳導用的說 明圖。 第4圖係說明本發明之柱子使用熱管之例子的說明圖 〇 第5圖係說明本發明之冷卻液的流動之說明圖。 第6圖係說明想要令本發明之入口以及出口的口徑變 小時之形狀的說明圖。 第7圖係說明想要令本發明之入口以及出口的口徑變 小時之別的形狀的說明圖。 第8圖係說明考慮到本發明之組裝性之液冷護套之構 -15- (13) 1302242 造的說明圖。 第9圖係說明考慮到本發明之組裝性之液冷護套之構 造的說明圖。 第1 0圖係說明液冷護套之隔片的形狀之說明圖。 第1 1圖係顯示重疊本發明之液冷護套以謀求性能進一 步提升之例子圖。 第1 2圖係顯示在本發明之液冷護套之上部重疊空冷散 熱片以及風扇’以§某求性能進一步提升之例子圖。 第13圖係顯示藉由與本發明之液冷護套成爲一體之空 冷散熱片以謀求性能進一步提升之例子圖。 第1 4圖係顯示改變本發明之液冷護套之冷卻液的入口 以及出口的配置之例子圖。 第1 5圖係顯示改變本發明之液冷護套之冷卻液的入口 以及出口的配置之例子圖。 第1 6圖係顯示本發明之液冷護套的散熱鰭片使用螺旋 狀之散熱鰭片之例子圖。 第1 7圖係顯示本發明之液冷護套的散熱鰭片使用螺旋 狀之散熱鰭片之例子圖。 第1 8圖係顯示流路蛇行之以往的液冷護套圖。 第1 9圖係顯示流路爲複數之以往的液冷護套圖。 第2 0圖係顯示流路爲U字反轉之以往的液冷護套圖 第2 1圖係顯示以往的液冷護套之熱傳達方法圖。 (14) 1302242 [圖號說明] 101 框體 102 主機板 103 CPU(中央處理單元） 10 4 晶片組 105 記憶體 113 風扇

13 1 液冷護套 132 栗 133 管 1 34 金屬管 135 散熱片 20 1 基座 2 03 散熱鰭片 2 0 4 隔片

2 0 5 機殻 206 入□ 2 07 出□ -17-

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍 第93 1 05 57 1號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國94年2月16日修正 1 · 一種液冷護套，其特徵爲具備： 接合於發熱體之基座， 和對於前述發熱體而對於前述基座垂直站立，將前述 發熱體之發生熱朝垂直方向導熱之柱子， __ 和安裝在前述柱子，而與前述基座平行配置之複數之 散熱鰭片， 和以特定寬度塡補前述複數之散熱鰭片之間的隔片， 和包圍前述柱子以及前述散熱鰭片，與前述基座接合 ，在藉由前述隔片分開冷卻液之流動的位置安裝有前述冷 - 卻液的入口以及出口之機殼； - 前述複數之散熱鰭片係以比其厚度還窄的間隔所配置 2.如申請專利範圍第1項所記載之液冷護套，其中， 前述柱子爲圓柱’ 前述散熱鰭片對於前述柱子係同心圓狀。 3 .如申請專利範圍第1項或第2項所記載之液冷護套’ 其中，前述柱子係與前述機殼的頂面接觸，將前述柱子的 熱傳達給即述頂面。 4 .如申請專利範圍第3項所記載之液冷護套，其中’ 在前述機殼的頂面安裝空冷的散熱片。 (2) 1302242 5 .如申請專利範圍第1項或第2項所記載之液冷護套， 其中，前述柱子係具有熱管的功能。 6 .如申請專利範圍第3項所記載之液冷護套，其中， 前述柱子係具有熱管的功能。 7 .如申請專利範圍第4項所記載之液冷護套，其中， 前述柱子係具有熱管的功能。

   -2-