TWI566675B - 循環散熱模組 - Google Patents

Description

循環散熱模組

本發明是有關於一種循環散熱模組，且特別是有關於一種利用流體吸收熱的循環散熱模組。

隨著科技的進步，可攜式電子裝置朝向輕薄化的方向發展。例如是輕薄型筆記型電腦、平板電腦(Tablet PC)或是智慧型行動電話(Smart Phone)等，其輕薄的外型相當適合使用者隨身攜帶與操作。以平板電腦為例，平板電腦具有體積小及重量輕的特點，對於使用者在隨身攜帶上相當地方便。為了提升平板電腦的處理效率，主機板的中央處理器的效能也隨之提升。當中央處理器在執行較高性能需求的操作時，容易產生大量的熱能，且為了避免這些熱能影響中央處理器的運作，在筆記型電腦內部常設置散熱系統，以將這些發熱元件產生的熱移除。

一般而言，散熱系統包括氣冷式散熱系統以及水冷式散熱系統，其中以水冷式散熱系統的效率較佳。水冷式之循環散熱模組是利用導熱裝置(thermal contact)直接接觸發熱元件(例如是中央處理器)之背面，並以冷卻管路(coolant pipe) 對應連接導熱裝置以及熱交換器(Heat Transfer)之內部管路，以使熱能經由循環水流而傳導至熱交換器，來達到水冷式散熱的目的。然而，隨著筆記型電腦的空間限制增加，熱交換器的體積過大，不適用於筆記型電腦之中。因此，如何在有限空間中配置水冷式散熱系統成為一項重要的課題。

本發明提供一種循環散熱模組，能夠藉由流體吸收發熱元件所產生的熱，並在遠離本體冷卻後再流回循環散熱模組。

本發明的循環散熱模組，用以移除電路板的發熱元件產生的熱並包括至少一本體及至少一傳導管路。本體包括至少一腔室、多個電磁鐵及導熱部。腔室位於本體內並充填流體及多個磁性顆粒。腔室的相鄰二轉角分別具有第一出口與第一入口。導熱部與腔室內相對第一出口與第一入口的至少一第一側壁接觸並用以傳導來自發熱元件產生的熱。電磁鐵設置於本體外，並分別位於腔室靠近第一出口與第一入口的位置。當電磁鐵被通電產生磁性時，磁性顆粒能夠構成擋牆，以將腔室間隔出相鄰的第一隔間與第二隔間。第一出口位於第一隔間內，第一入口位於第二隔間內。傳導管路具有第一端、第二端以及熱交換段。第一端連通第一出口，第二端連通第一入口。熱交換段連接第一端及第二端。當磁性顆粒構成擋牆時，流體在吸收自第一側壁傳遞的熱之後，藉由壓力差推動以通過第一出口進入傳導管路的熱交換段，並在 冷卻之後再藉由壓力差推動以經由第一入口流回腔室。

基於上述，在本發明的循環散熱模組中，電磁鐵設置於本體並且能夠在通電時產生磁性以聚集本體內的磁性顆粒，使得磁性顆粒被聚集並構成擋牆。擋牆將本體內的腔室間隔出多個隔間，且流體在本體的腔室內流動。本體的導熱部能夠吸收發熱元件產生的熱，並傳遞熱至流體。在流體吸收發熱元件產生的熱之後，流體被汽化並從第一隔間內的第一出口離開本體並進入熱交換段。流體在熱交換段冷卻之後能夠從第一入口流入第二隔間以回到本體，並且再滲透穿過擋牆進入第一隔間繼續吸收熱量。因此，本發明的散熱裝置能夠降低水冷式散熱系統的體積，更適合應用在薄型化的筆記型電腦或平板電腦。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧電路板

12‧‧‧發熱元件

20‧‧‧流體

30‧‧‧磁性顆粒

100、200a、200b‧‧‧循環散熱模組

110、210a、210b‧‧‧本體

111、211a、211b‧‧‧第一側壁

112、212a、212b‧‧‧腔室

112a‧‧‧第一出口

112b‧‧‧第一入口

113、213a、213b‧‧‧擋牆

114、214‧‧‧導熱部

115、215a、215b‧‧‧第一隔間

116、219‧‧‧電磁鐵

117‧‧‧第二隔間

120、220a、220b‧‧‧傳導管路

122‧‧‧第一端

124‧‧‧第二端

126‧‧‧熱交換段

140‧‧‧重力感測器

216a、216b‧‧‧凹陷

217a、217b‧‧‧底部側壁

218‧‧‧凹槽

130、230‧‧‧延伸件

A1、A2‧‧‧夾角

L0、L1、L2‧‧‧液面線

圖1A為本發明的一實施例的循環散熱模組的示意圖。

圖1B為圖1A沿線A-A的剖面圖。

圖1C為圖1B的局部放大圖。

圖1D為圖1A沿線B-B的剖面圖。

圖2A為本發明的一實施例的循環散熱模組的示意圖。

圖2B為圖2A沿線C-C的剖面圖。

圖2C為圖2A的循環散熱模組設置於電子裝置內的示意圖。

圖3為圖2C的循環散熱模組於使用狀態的示意圖。

圖1A為本發明的一實施例的循環散熱模組的示意圖。圖1B為圖1A沿線A-A的剖面圖。圖1C為圖1B的局部放大圖。請參考圖1A、圖1B及圖1C，本實施例的循環散熱模組100，用以移除電路板10的發熱元件12產生的熱並包括至少一本體110及至少一傳導管路120。本體包括至少一腔室112、導熱部114及多個電磁鐵116。腔室112位於本體110內並充填流體20及多個磁性顆粒30。腔室112分別具有第一出口112a與第一入口112b。導熱部114與腔室112內相對第一出口112a與第一入口112b的至少一第一側壁111接觸並用以傳導來自發熱元件12產生的熱。

電磁鐵116設置於本體110外，並分別位於腔室112靠近第一出口112a與第一入口112b的位置。當電磁鐵116被通電產生磁性時，磁性顆粒30能夠構成擋牆113，以將腔室112間隔出相鄰的第一隔間115與第二隔間117。第一出口112a位於第一隔間115內，第一入口112b位於第二隔117間內。傳導管路120具有第一端122、第二端124以及熱交換段126。第一端122連通第一出口112a，第二端124連通第一入口112b。熱交換段126連接第一端122及第二端124。當磁性顆粒30構成擋牆113時，流體20在吸收自第一側壁111傳遞的熱之後，藉由壓力差推動以通 過第一出口112a進入傳導管路的熱交換段，並在冷卻之後再藉由壓力差推動以經由第一入口112b流回腔室。

圖1D為圖1A沿線B-B的剖面圖。請參考圖1A、圖1C及圖1D，在本實施例中，循環散熱模組100可以是應用於平板電腦等電子裝置中的電路板10上，電路板10上的發熱元件12例如是中央處理器(CPU)。電磁鐵116設置於本體110外部並且能夠在通電時產生磁性以聚集本體110內的磁性顆粒30，並構成擋牆113。擋牆113將本體110內的腔室112間隔出第一隔間115及第二隔間117，且擋牆113具有多孔的特徵，以利流動於腔室112內的流體20能夠滲透穿過擋牆113。電磁鐵116為相對應地設置於本體110的上下兩側，且各電磁鐵116的外形呈L形。

詳細而言，電磁鐵116為設置在本體110靠近第一出口112a及第一入口112b的位置處，以在通電時聚集磁性顆粒30構成擋牆113並將第一出口112a與第一入口112b隔絕。為了使磁性顆粒30聚集效果更好，電磁鐵116為對稱地設置於本體110的上下兩側。在圖1D中，當上下兩側電磁鐵116同時通電產生磁性時，上下兩側的電磁鐵116的磁力範圍相互重疊，使得磁性顆粒30可確實被聚集以構成擋牆113。然而，本發明在此並不於此。舉例而言，本體110上下兩側的電磁鐵116可以不需同時產生磁性，例如是僅由本體110上方的電磁鐵116產生磁性以聚集磁性顆粒，仍可達成相同的功效。

請繼續參考圖1B及圖1C，在與腔室112對應的傳導管 路120中，熱交換段126連接第一端122及第二端124，並遠離電路板10。熱交換段126可以是遠離電路板10並且靠近電子裝置的外圍。當流體20吸收發熱元件12產生的熱時，流體20被汽化並從第一隔間115內的第一出口112a離開本體110並進入熱交換126段。流體20在熱交換段126冷卻之後能夠從第一入口112b流入第二隔間117以回到本體110，並且再滲透穿過擋牆113進入第一隔間115繼續吸收熱量。因此，本實施例的散熱裝置100的體積能夠被降低，且不須在外部設置散熱孔，更適合應用在薄型化的筆記型電腦或平板電腦。此外，本實施例的循環散熱模組100是利用流體20吸收傳送至導熱部114的熱，再被汽化產生流動循環，更能夠避免散熱的噪音問題。

此外，在圖1A中，循環散熱模組更包括延伸件130，延伸件130自本體的導熱部114延伸，並且接觸發熱元件12以將發熱元件12的熱傳遞至導熱部114。藉由延伸件130的設置，使得循環散熱模組100能夠不須設置在電路板10上，以增加電子裝置內空間配置的彈性。在本實施例中，延伸件130與本體110為不同的構件相互固定，然而，本發明並不限於此，在本發明其他未繪示的實施例中，本體與延伸件也可以是共構在一起的構件。循環散熱模組的本體的材質可以是金屬，並且以鑄造(Die-casting)的方式製作成形。然而，本發明在此並不加以限制。

另外，在本實施例中，循環散熱模組更包括重力感測器(未繪示)，且重力感測器(未繪示)與電磁鐵116電性連接，以 根據電子裝置不同的擺放角度調整通過電磁鐵116的電流，進而改變擋牆113形成的位置。舉例而言，當電子裝置為圖1C的擺放狀態時，重力感測器(未繪示)能夠感測電子裝置的擺放位置，使磁性顆粒30聚集在本體110的下方。相反地，當電子裝置反轉180度擺放時，磁性顆粒30就會聚集在相對的另一側。

在圖1A及圖1B中，為了增進散熱效能，多個循環散熱模組100可對稱地並排設置成為散熱系統，以使電子裝置於不同操作狀態下能有效散熱。然而，本發明並不限於相同外型的循環散熱模組100可相鄰地設置。舉例而言，在本發明其他未繪示的實施例中，當循環散熱模組設為多個設置時，這些循環散熱模組的腔室及傳導管路中的流體循環互為獨立。循環散熱模組的腔室的排列可為平行排列、交錯排列、田字形排列、多邊形排列等，並非僅限於圖中平行排列方式。以下再舉一實施例說明圖1A的實施例可應用的變化。

圖2A為本發明的一實施例的循環散熱模組的示意圖。圖2B為圖2A沿線C-C的剖面圖。圖2C為圖2A的循環散熱模組設置於電子裝置內的示意圖。請參考圖2A至圖2C，電子裝置是藉由兩個形狀互補的循環散熱模組200a、200b共構的散熱系統進行散熱，且在循環散熱模組200a、200b藉由電磁鐵219以將磁性顆粒聚集構成擋牆213a、213b。詳細而言，在圖2B中，此二循環散熱模組200a、200b為平行排列，循環散熱模組200a的第一側壁211a與腔室212a內與第一側壁211a連接的底部側壁217a形成 夾角A1，且夾角A1為銳角。相對地，與循環散熱模組200a互補的循環散熱模組200b的第一側壁211b與腔室212b內與第一側壁211b連接的底部側壁217b同樣形成夾角A2，但循環散熱模組200b的夾角A2為鈍角。

請繼續參考圖2B及圖2C，在本實施例中，循環散熱模組200a、200b的第一側壁211a、211b分別具有多個凹陷216a、216b，凹陷216a、216b位於導熱部214下方並與第一隔間215a、215b相通。換言之，凹陷216a、216b深入於導熱部214的下方的兩側，這樣的排列及設置位置能夠使流體20流動至導熱部214下方以提高散熱效率。此外，循環散熱模組200a、200b更包括延伸件230，且導熱部214具有凹槽218以容置延伸件230。延伸件230接觸發熱元件12以將發熱元件12產生的熱傳遞至導熱部214。

在本實施例中，循環散熱模組200a、200b共構導熱部214，且同樣地具有延伸件230。在圖2B中，循環散熱模組200a、200b的導熱部214的凹槽同樣為共構的形式，延伸件230被容置於凹槽內。換言之，循環散熱模組200a、200b能夠藉由延伸件230自本體210a、210b向外延伸以接觸發熱元件12，使得循環散熱模組200a、200b能夠不須設置在電路板10上，以增加電子裝置內空間配置的彈性。在本實施例中，延伸件230的材質與設置方式與圖1A的實施例相同，本文在此不再贅述之。

圖3為圖2C的循環散熱模組於使用狀態的示意圖。請繼續參考圖2B及圖3，在圖2B中，液面線L0示意流體20分別充 填於循環散熱模組200a、200b內的液面高度。當循環散熱模組200a、200b於橫擺狀態時(如圖2B所示)，流體20填滿本體210a、210b並且充填了部分的傳導管路220a、220b，以確保流體20能夠進行氣液向的單向循環。在本實施例中，流體20的體積為腔室212a、212b的體積及傳導管路220a、220b的體積的總和的30%以上。較佳地，流體的體積為腔室212a、212b的體積及傳導管路220a、220b的體積的總和的50%。然而，本發明在此並不加以限制。

上述的流體20充填量更能夠確保當循環散熱模組200a、200b旋轉直立如圖3所示時，例如是當電子裝置於直立狀態使用時，腔室內的流體20的液面線L1、L2能夠分別淹沒腔室212a、212b內的擋牆213a、213b。換言之，當電子裝置為直立狀態時，位於較低處的流體20仍可持續地填滿所對應的傳導管路220a，且流體20的液面線L1高於擋牆213a，使得腔室212a的流體20仍然可在導熱部214吸收發熱元件12的熱之後，吸收導熱部214的熱並被汽化進入傳導管路220a進行冷卻。

綜上所述，在本發明的循環散熱模組中，電磁鐵設置於本體並且能夠在通電時產生磁性以聚集本體內的磁性顆粒，使得磁性顆粒被聚集並構成擋牆。擋牆將本體內的腔室間隔出多個隔間，且流體在本體的腔室內流動。本體的導熱部能夠吸收發熱元件產生的熱，並傳遞熱至流體。在流體吸收發熱元件產生的熱之後，流體被汽化並從第一隔間內的第一出口離開本體並進入熱交 換段。流體在熱交換段冷卻之後能夠從第一入口流入第二隔間以回到本體，並且再滲透穿過擋牆進入第一隔間繼續吸收熱量。因此，本發明的散熱裝置能夠降低水冷式散熱系統的體積，更適合應用在薄型化的筆記型電腦或平板電腦。此外，本實施例的循環散熱模組是利用流體吸收傳送至導熱部的熱，再被汽化產生流動循環，更能夠避免散熱的噪音問題。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

20‧‧‧流體

30‧‧‧磁性顆粒

100‧‧‧循環散熱模組

111‧‧‧第一側壁

112‧‧‧腔室

112a‧‧‧第一出口

112b‧‧‧第一入口

113‧‧‧擋牆

114‧‧‧導熱部

115‧‧‧第一隔間

116‧‧‧電磁鐵

117‧‧‧第二隔間

122‧‧‧第一端

124‧‧‧第二端

126‧‧‧熱交換段

Claims (10)

1. 一種循環散熱模組，用以移除一電路板的一發熱元件產生的熱，該循環散熱模組包括：至少一本體，包括：至少一腔室，位於該本體內，該腔室充填一流體及多個磁性顆粒，該腔室分別具有一第一出口與一第一入口；一導熱部，與該腔室內相對該第一出口與該第一入口的至少一第一側壁接觸並用以傳導來自該發熱元件產生的熱；以及多個電磁鐵，設置於該本體外，並且分別位於該腔室靠近該第一入口與該第一出口的位置，當該些電磁鐵被通電產生磁性時，該些磁性顆粒能夠聚集並構成一擋牆，以將該腔室間隔出相鄰的一第一隔間與一第二隔間，該第一入口位於該第一隔間內，該第一出口位於該第二隔間內；以及至少一傳導管路，具有一第一端、一第二端以及一熱交換段，該第一端連通該第一出口，該第二端連通該第一入口，該熱交換段連接該第一端及該第二端，當該些磁性顆粒構成該擋牆時，該流體在吸收自該第一側壁傳遞的熱之後，藉由壓力差推動以通過該第一出口進入該傳導管路的該熱交換段，並在冷卻之後再藉由壓力差推動以經由該第一入口流回該腔室。
2. 如申請專利範圍第1項所述的循環散熱模組，其中當該些磁性顆粒構成該擋牆且該循環散熱模組於直立的狀態時，該腔室 內的該流體淹沒該擋牆。
3. 如申請專利範圍第1項所述的循環散熱模組，其中該流體的體積為該腔室的體積及該傳導管路的體積的總和的30%以上。
4. 如申請專利範圍第3項所述的循環散熱模組，其中該流體的體積為該腔室的體積及該傳導管路的體積的總和的50%。
5. 如申請專利範圍第1項所述的循環散熱模組，其中該第一側壁具有多個凹陷，該些凹陷位於該導熱部下方並與該第一隔間相通。
6. 如申請專利範圍第1項所述的循環散熱模組，其中各該電磁鐵的外形呈L形，且該些電磁鐵為相對應地設置於本體的上下兩側。
7. 如申請專利範圍第1項所述的循環散熱模組，更包括一重力感測器，該重力感測器與該電磁鐵電性連接，並用以調整通過該電磁鐵的電流，進而改變該擋牆形成的位置。
8. 如申請專利範圍第1項所述的循環散熱模組，其中該第一側壁與該腔室內與該第一側壁連接的一底部側壁形成一夾角。
9. 如申請專利範圍第8項所述的循環散熱模組，當一第一循環散熱模組及一第二循環散熱模組平行排列時，其中該第一循環散熱模組的該第一側壁與該底部側壁形成一銳角，該第二循環散熱模組的該第一側壁與該底部側壁形成一鈍角。
10. 如申請專利範圍第1項所述的循環散熱模組，更包括一延伸件，該導熱部具有一凹槽以容置該延伸件，該延伸件接觸該發熱元件以將該發熱元件產生的熱傳遞至該導熱部。