TWI549596B - 電極式液冷散熱裝置 - Google Patents

Description

電極式液冷散熱裝置

本發明係關於一種液冷式的散熱裝置，尤其是一種以感應電場驅使工作流體在微流道中流動的電極式液冷散熱裝置。

按，電子產品運作時，其IC或CPU等電子元件將產生大量的熱能，而熱能若無法及時地被排散掉，就容易產生電子元件效能不穩定的狀況，進而影響該電子產品的可靠度，造成其功能特性下降；因此，目前許多電子產品中都裝設有一散熱裝置，以便提升其電子元件的散熱效率，藉以維持該電子產品之正常運作。

其中，散熱裝置的運作機制大致上可分為氣冷式及液冷式二種，就液冷式的散熱裝置而言，其工作原理係驅使低溫的工作流體流經裝設於發熱電子元件上的微流道，以帶走電子元件所產生的熱能；惟早期液冷散熱裝置的工作流體是由幫浦驅動，而幫浦運作時會產生噪音與震動並消耗大量的電能，且設置幫浦也會增加該液冷散熱裝置的整體體積，減少該液冷散熱裝置的配置彈性。

為此，請參照第1圖，其係中華民國公告第M436315號「電極式微流道散熱裝置」專利案所揭示的一種改良式液冷散熱裝置，該習知的液冷散熱裝置9包含一基座91，具有一可貼接至發熱電子元件以吸收熱能的基板911，該基板911間隔設置數個肋架912以形成數個微流道913，該數個微流道913具有相對之一入口端914及一出口端915，該數個肋架912之開放端共同形成一結合部916；至少一電極組件92，具有一正電極 921與一負電極922，該正電極921與負電極922設置於該基座91之結合部916，該正電極921與負電極922通過該數個微流道913，且該正電極921與負電極922由數個微流道913之入口端914朝出口端915之方向依正-負電極順序排列；及一板件93，緊鄰該至少一電極組件92並結合於該基座91之結合部916。如此一來，藉由該正電極921與負電極922之設置方式，可使該電極組件92在該入口端914朝向該出口端915的方向上，形成高電位指向低電位的感應電場，從而驅使該數個微流道913內的低導電度工作流體由該入口端914朝該出口端915流動；據此，即便不設置幫浦也能維持工作流體不斷循環流動，以吸收並帶走電子元件的熱能，故能有效改善設置幫浦所帶來前述之種種缺點。

然而，由於該習知液冷散熱裝置9的電極組件92係將電極片夾設於該板件93與數個肋架912之間及該基板911與數個肋架912之間，使得該電極組件92所產生的感應電場，只能從該數個微流道913的頂部及底部作用於工作流體，以驅使工作流體流動；即，位於微流道913中間部位的工作流體的流動性相對較差，使得吸收熱能後的工作流體無法被均勻且快速地帶離該數個微流道913，故感應電場的驅使工作流體流動的效果有限，以致該習知液冷散熱裝置9的散熱效率難以提升。

基於上述原因，習知的液冷散熱裝置確實仍有加以改善之必要。

本發明之目的乃改良上述缺點，提供一種電極式液冷散熱裝置，可從微流道內部產生感應電場，以提升工作流體流動性之均勻度。

本發明之另一目的係提供一種電極式液冷散熱裝置，可對流場產生擾動的效果，以提升散熱效率。

為達到前述目的，本發明所運用之技術內容包含有： 一種電極式液冷散熱裝置，包含：一基座，內部設有數個微流道，各該微流道分別貫穿該基座的二表面，以於該二表面分別形成各該微流道的一入口端及一出口端，並由該入口端朝向出口端的方向定義一流動方向；各該微流道具有相對的一第一內壁面及一第二內壁面，該第一內壁面及第二內壁面分別設有至少一擾流柱，設於該第一內壁面的擾流柱與設於該第二內壁面的擾流柱係依該流動方向呈交錯設置；及數個電極對，分別設於各該微流道中，各該電極對具有一正電極及一負電極，該正電極設於對應之微流道之第一內壁面的擾流柱，該負電極設於對應之微流道之第二內壁面的擾流柱。

其中，設於各該微流道之第一內壁面及第二內壁面的擾流柱數量分別為數個，各該微流道中的電極對數量可以為數個，並依該流動方向排列於該微流道中。

其中，各該擾流柱分別具有一擾流柱寬度、一擾流柱長度、一擾流柱高度，各該電極對的正電極與負電極之間具有一電極間距，該電極間距較佳大於該擾流柱寬度的二倍，且小於該擾流柱寬度的六倍；該擾流柱長度較佳大於該流道寬度的0.5倍，且小於該流道寬度的0.9倍；該擾流柱高度較佳小於該流道高度的0.2倍。

其中，設於該第一內壁面的擾流柱與設於該第二內壁面的擾流柱可以位於該流道高度方向上的同一高度位置。又，設於該第一內壁面的擾流柱與設於該第二內壁面的擾流柱較佳位於該流道高度方向上的中間位置。

其中，設於該第一內壁面的擾流柱與設於該第二內壁面的擾流柱可以位於該流道高度方向上的不同位置。

其中，設於同一微流道之第一內壁面的數個擾流柱可以設於該流道高度方向上的不同位置；又，設於同一微流道之第二內壁面的數個 擾流柱可以設於該流道高度方向上的不同位置。

據此，本發明之電極式液冷散熱裝置可藉由在微流道中凸設擾流柱，並將電極對設置於對應之擾流柱上，使感應電場直接從微流道內部作用於工作流體，以提升工作流體流動性之均勻度；同時，由於工作流體流入微流道後，必然會流經各該擾流柱，故可對流場產生擾動的效果，具有提升散熱效率之功效。

〔本發明〕

1‧‧‧基座

11‧‧‧微流道

11a‧‧‧入口端

11b‧‧‧出口端

111‧‧‧第一內壁面

112‧‧‧第二內壁面

113‧‧‧擾流柱

2‧‧‧電極對

21‧‧‧正電極

22‧‧‧負電極

3‧‧‧變壓供電組件

4‧‧‧電子元件

5‧‧‧循環系統

51‧‧‧管路

52‧‧‧冷卻槽

F‧‧‧流動方向

D₁‧‧‧流道寬度

D₂‧‧‧流道高度

W‧‧‧擾流柱寬度

L‧‧‧擾流柱長度

H‧‧‧擾流柱高度

S‧‧‧電極間距

C‧‧‧導線

〔習用〕

9‧‧‧液冷散熱裝置

91‧‧‧基座

911‧‧‧基板

912‧‧‧肋架

913‧‧‧微流道

914‧‧‧入口端

915‧‧‧出口端

916‧‧‧結合部

92‧‧‧電極組件

921‧‧‧正電極

922‧‧‧負電極

93‧‧‧板件

第1圖：習知液冷散熱裝置的結構示意圖。

第2圖：本發明第一較佳實施例的立體結構示意圖。

第3圖：本發明第一較佳實施例的俯視結構示意圖。

第4圖：本發明第一較佳實施例的局部立體結構示意圖(一)。

第5圖：本發明第一較佳實施例的局部前視結構示意圖。

第6圖：本發明第一較佳實施例的局部立體結構示意圖(二)。

第7圖：本發明第一較佳實施例的實施示意圖。

第8圖：本發明第二較佳實施例的局部前視結構示意圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖，其係本發明電極式液冷散熱裝置的第一較佳實施例，該電極式液冷散熱裝置大致上包含有一基座1及數個電極對2，該基座1的內部設有數個微流道11，該數個電極對2則分別設於各該微流道11中，可於通電後產生感應電場以驅使各該微流道11中的工作流體流 動。

請參照第2、3圖，上述基座1可以由具有高熱傳及低電導特性的材料製成，以加強該基座1的導熱效果，並避免該基座1與該數個電極對2彼此導電。各該微流道11分別貫穿該基座1的二表面，以於該二表面分別形成各該微流道11的一入口端11a及一出口端11b，使工作流體可從該微流道11的入口端11a流入該基座1的內部，以吸收傳導至該基座1的熱能，並由該微流道11的出口端11b流出，藉此降低該基座1的溫度；其中，該工作流體可以為任何液體，而本實施例中較佳選用具有低導電度的液體，使該工作流體受感應電場作用時，能發揮較顯著的流體驅動效果。

另配合參照第4、5圖，該微流道11的入口端11a朝向出口端11b的方向可定義為一流動方向F，且該微流道11具有一流道寬度D₁及一流道高度D₂。此外，各該微流道11可具有相對的一第一內壁面111及一第二內壁面112，各該微流道11還可分別在該第一內壁面111及第二內壁面112設置至少一擾流柱113，該擾流柱113係用以擾動工作流體，以及供該數個電極對2結合定位；各該擾流柱113分別具有一擾流柱寬度W、一擾流柱長度L、一擾流柱高度H，且設於該第一內壁面111的擾流柱113與設於該第二內壁面112的擾流柱113係依該流動方向F呈交錯設置。在本實施例中，設於該第一內壁面111的擾流柱113與設於該第二內壁面112的擾流柱113，可選擇位於該流道高度D₂方向上的同一高度位置，且較佳設於該流道高度D₂方向上的中間位置。

請參照第2、3圖，上述數個電極對2係分別設於各該微流道11中，即，各該微流道11中皆設有至少一電極對2，以於通電後產生感應電場，進而驅使各該微流道11中的工作流體流動；其中，各該微流道11中的電極對2數量較佳為數個，並依該流動方向F排列於該微流道11中，以確保流入該基座1中的工作流體，在整條微流道11中都能受到不同電極 對2作用而持續被拉引導出該基座1。

更詳言之，請配合參照第4、5圖，各該電極對2具有一正電極21及一負電極22，該電極對2的正電極21可例如利用離子蒸鍍等微機電成型方式，結合於對應之微流道11之第一內壁面111的擾流柱113，該電極對2的負電極22則結合於對應之微流道11之第二內壁面112的擾流柱113，使各該電極對2的正電極21與負電極22得以沿該流動方向F依序排列，以於各該電極對2通電後，沿該流動方向F形成由高電位指向低電位的感應電場，以利用該感應電場的電位差驅動該微流道11中的工作流體，使該工作流體由該入口端11a朝該出口端11b流動。其中，該正電極21與負電極22結合於該擾流柱113的位置不特別限制，只要各該電極對2的正電極21與負電極22可相互感應以產生電場即可；舉例而言，如第4圖所示，該正電極21與負電極22可選擇結合於對應之擾流柱113的上表面(依圖式而言)；或者也可以如第6圖所示，使該正電極21與負電極22分別包覆結合於對應之擾流柱113的環周面，令各該電極對2的感應電場更強且作用範圍更廣。

另，各該電極對2的正電極21與負電極22之間具有一電極間距S，在本實施例中，該電極間距S較佳大於該擾流柱寬度W的二倍，且小於該擾流柱寬度W的六倍(即，2W<S<6W)；該擾流柱長度L較佳大於該流道寬度D₁的0.5倍，且小於該流道寬度D₁的0.9倍(即，0.5D₁<L<0.9D₁)；該擾流柱高度H則較佳小於該流道高度D₂的0.2倍(即，H<0.2D₂)。據此，可確保流入該基座1中的工作流體，在各該微流道11中都能持續受到不同電極對2所產生的感應電場作用，同時還能避免不同電極對2的正電極21與負電極22相互感應而產生反向的感應電場，影響該微流道11內工作流體的流動方向，故該電極式液冷散熱裝置運作時，可由該數個電極對2導引工作流體確實沿該流動方向F流動，並維持該工作流 體之流動效率。

請再參照第2圖，該電極式液冷散熱裝置還可以將各該電極對2的正電極21由一導線C相連接，並同時連接至一變壓供電組件3的正電端，以及將各該電極對2的負電極22由另一導線C相連接，並同時連接至該變壓供電組件3的負電端，以便透過該變壓供電組件3調整及提供數個電極對2所需的電壓值。

請參照第7圖，據由前述結構，本發明之電極式液冷散熱裝置於實際使用時，可將該基座1的外表面貼接至一須加強散熱的電子元件4，並將該數個微流道11之入口端11a與出口端11b分別連接一循環系統5之一管路51，該管路51另連通一冷卻槽52，該數個微流道11內之工作流體可藉由該數個電極對2所產生的感應電場驅動，從各該微流道11的入口端11a流入該基座1內，並由該出口端11b流出，再藉由該管路51流至該冷卻槽52進行該工作流體之降溫作業，隨著工作流體不斷進入該冷卻槽52，該冷卻槽52中已冷卻的工作流體則可再度流入該管路51，並藉由該管路51流至該數個微流道11之入口端11a。

當該電子元件4產生熱能時，該基座1可吸收熱能而逐漸升溫，使得該數個微流道11內的工作流體亦隨之升溫；同時，升溫後的工作流體受到該數個電極對2的感應電場驅動影響後，可使該工作流體自該出口端11b流出，並推擠或驅動該管路51內的工作流體，進而將該冷卻槽52內較低溫的工作流體推送至該數個微流道11的入口端11a，以持續由相對低溫的工作流體與該電子元件4進行熱交換，從而達到提升該電子元件4散熱效率之效果。

其中，本發明的電極式液冷散熱裝置可藉由在微流道11中凸設擾流柱113，並將電極對2設置於對應之擾流柱113上，使感應電場直接從微流道11內部作用於工作流體，以確保工作流體在微流道11中各處 的流動性都能達到一定的標準；尤其，本實施例選擇將各該擾流柱113設於該流道高度D₂方向上的中間位置，可連帶使得各該電極對2也大約被設於對應之微流道11的中間位置，進而對整個微流道11中的工作流體提供較均勻的感應電場，以更進一步地提升工作流體流動性之均勻度。

另一方面，由於工作流體流入微流道11後，必然會流經各該擾流柱113，故各該擾流柱113還可產生擾動流場的功能，將較鄰近於該電子元件4而相對高溫的工作流體，與較遠離該電子元件4而相對低溫的工作流體攪動混合，使微流道11中各處的工作流體溫度較為均勻，以於相同的滯留時間中吸收帶走更多的熱能，從而提升散熱效率。

請參照第8圖，其係本發明電極式液冷散熱裝置的第二較佳實施例，該第二較佳實施例大致上同於前述第一較佳實施例，其主要差異在於：在第二較佳實施例中，各該擾流柱113仍分別設於該微流道11的第一內壁面111及第二內壁面112，但設於該第一內壁面111的擾流柱113與設於該第二內壁面112的擾流柱113可選擇位於該流道高度D₂方向上的不同位置；據此，各該電極對2的正電極21與負電極22所產生的感應電場，除了指向該流動方向F的分量外，還可具有其他方向的分量，故可更進一步地提升工作流體被擾動的效果。值得一提的是，設於同一微流道11之第一內壁面111的數個擾流柱113並不一定都要設於該微流道11流道高度D₂方向上的相同位置，設於同一微流道11之第二內壁面112的數個擾流柱113亦然；只要使各該電極對2的正電極21與負電極22能相互感應產生驅動工作流體的感應電場即可，且反而可以藉由在該微流道11流道高度D₂方向上位於不同位置的各該電極對2，使該工作流體流動至該微流道11中的不同位置時，能受到不同強度的感應電場作用，產生不同的流速及流動方向，有助提升工作流體被擾動的效果。

綜上所述，本發明之電極式液冷散熱裝置，可藉由在微流道 中凸設擾流柱，並將電極對設置於對應之擾流柱上，使感應電場直接從微流道內部作用於工作流體，以提升工作流體流動性之均勻度。

本發明之電極式液冷散熱裝置，可藉由在微流道中凸設擾流柱，使工作流體流入微流道後，必然會流經各該擾流柱，以對流場產生擾動的效果，具有提升散熱效率之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，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‧‧‧基座

11‧‧‧微流道

11a‧‧‧入口端

11b‧‧‧出口端

111‧‧‧第一內壁面

112‧‧‧第二內壁面

113‧‧‧擾流柱

2‧‧‧電極對

21‧‧‧正電極

22‧‧‧負電極

3‧‧‧變壓供電組件

C‧‧‧導線

Claims (6)

1. 一種電極式液冷散熱裝置，包含：一基座，內部設有數個微流道，各該微流道分別貫穿該基座的二表面，以於該二表面分別形成各該微流道的一入口端及一出口端，並由該入口端朝向出口端的方向定義一流動方向；各該微流道具有相對的一第一內壁面及一第二內壁面，該第一內壁面及第二內壁面分別設有至少一擾流柱，設於該第一內壁面的擾流柱與設於該第二內壁面的擾流柱係依該流動方向呈交錯設置；及數個電極對，分別設於各該微流道中，各該電極對具有一正電極及一負電極，該正電極設於對應之微流道之第一內壁面的擾流柱，該負電極設於對應之微流道之第二內壁面的擾流柱；其中，設於各該微流道之第一內壁面及第二內壁面的擾流柱數量分別為數個，各該微流道中的電極對數量為數個，並依該流動方向排列於該微流道中，各該擾流柱分別具有一擾流柱寬度、一擾流柱長度、一擾流柱高度，各該電極對的正電極與負電極之間具有一電極間距，該電極間距大於該擾流柱寬度的二倍，且小於該擾流柱寬度的六倍，各該擾流柱分別具有一擾流柱寬度、一擾流柱長度、一擾流柱高度，該微流道具有一流道寬度及一流道高度，該擾流柱長度大於該流道寬度的0.5倍，且小於該流道寬度的0.9倍，各該擾流柱分別具有一擾流柱寬度、一擾流柱長度、一擾流柱高度，該微流道具有一流道寬度及一流道高度，該擾流柱高度小於該流道高度的0.2倍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電極式液冷散熱裝置，其中，該微流道具有一流道寬度及一流道高度，設於該第一內壁面的擾流柱與設於該第二內壁面的擾流柱位於該流道高度方向上的同一高度位置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電極式液冷散熱裝置，其中，設於該第一內壁面的擾流柱與設於該第二內壁面的擾流柱位於該流道高度方向上的中間位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電極式液冷散熱裝置，其中，該微流道具有一流道寬度及一流道高度，設於該第一內壁面的擾流柱與設於該第二內壁面的擾流柱位於該流道高度方向上的不同位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電極式液冷散熱裝置，其中，該微流道具有一流道寬度及一流道高度，設於同一微流道之第一內壁面的數個擾流柱係設於該流道高度方向上的不同位置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電極式液冷散熱裝置，其中，該微流道具有一流道寬度及一流道高度，設於同一微流道之第二內壁面的數個擾流柱係設於該流道高度方向上的不同位置。