TWI628998B - 具均勻流道路徑之液冷頭結構 - Google Patents

Abstract

本案提供一種具均勻流道路徑之液冷頭結構，包括上蓋、本體及底板。上蓋包括流體入口及流體出口。本體包括上表面、下表面及第一腔室至第五腔室。第一腔室鄰設於上表面且沿中央連線方向延伸，並與流體入口連通。第二腔室鄰設於下表面，並與第一腔室連通。第三腔室與第四腔室貫穿上表面與下表面，且分別設置於本體的兩相對側，並且以中央連線為對稱軸而呈鏡像對稱。第五腔室鄰設於上表面，且與流體出口、第三腔室及第四腔室連通。底板包括複數個導溝彼此平行，且將第二腔室連接至第三腔室及第四腔室，以於底板上架構一具等長路徑之均勻流道。

Description

具均勻流道路徑之液冷頭結構

本案係關於一種液冷式散熱結構，尤指一種具均勻流道路徑之液冷頭結構。

隨著科技發展的日益更新，許多電子元件在提昇效能的同時也伴隨著更多熱量的生成，導致一般風冷式散熱裝置無法達到發熱電子元件之散熱需求，而必須採用具有液冷循環功效的液冷式散熱裝置，才能有效地對發熱電子元件進行散熱。傳統液冷式散熱裝置包含相互連通的一液冷頭(liquid cooling block head)、一液冷排(liquid cooling pipe)及一泵浦(pump)，彼此構成一循環迴路，其中循環迴路內填充有冷媒流體，藉由液冷頭接觸發熱電子元件並透過冷媒流體進行熱交換而將熱量帶走，液冷排將熱量發散至外部以冷卻冷媒流體，泵浦再驅動冷媒流體於循環迴路中循環流動。

然而，冷媒流體自液冷排導入液冷頭後，流經液冷頭之內部腔體之冷媒流體若無法以均勻的流道路徑傳輸，將會導致液冷頭與電子元件接觸面之溫度分佈不均勻，進而影響電子元件之效能。此外，使用中之液冷式散熱裝置，必須同時確保冷媒流體完全密封於循環迴路中，若冷媒流體溫度分布不均勻，則可能影響液冷頭之閉封結構，造成冷媒流體外漏，進而損害電子元件造成短路。因此，實有必要發展一種具均勻流道路徑之液冷頭結構，以改善現有技術所面臨之問題。

本案之目的在於提供一種具均勻流道路徑之液冷頭結構，以解決現有技術之流道路徑不均勻或熱交換效率不佳之問題。

本案另一目的在於提供一種具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中液冷頭結構之架構簡單，可替換、簡易且穩固地組配於電子元件之熱源表面上，並以均勻流道路徑導送冷媒液體，避免與電子元件接觸之底板上產生溫度差異而影響電子元件之性能。此外，液冷頭結構之部份結構更可以一透光材料構成，並增設一發光元件，使該液冷頭結構於逸散電子元件及發光元件產生之熱能的同時，更提供一光源照明功能。

為達前述目的，本案提供一種具均勻流道路徑之液冷頭結構，其包括上蓋、本體以及底板。上蓋包括流體入口及流體出口，其中流體入口與流體出口形成一中央連線。本體設置於上蓋的下方，且包括上表面、下表面、第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室以及第五腔室。第一腔室鄰設於上表面且沿部份之中央連線方向延伸，並與流體入口連通。第二腔室鄰設於下表面，且沿中央連線之方向延伸，並與第一腔室連通。第三腔室與第四腔室貫穿上表面與下表面，且分別設置於本體的兩相對側，並且以中央連線為對稱軸而呈鏡像對稱。第五腔室鄰設於上表面，且與流體出口、第三腔室及第四腔室連通。底板包括複數個導溝、一第一凹槽及一第二凹槽，其中第一凹槽與第二凹槽分別相對於第三腔室與第四腔室而設置於底板之兩相對側。複數個導溝彼此平行，且連接於第一凹槽與第二凹槽之間，並且相對於該第二腔室，其中第二腔室通過複數個導溝、第一凹槽及第二凹槽而連通至第三腔室與第四腔室，且於底板上架構一具等長路徑之均勻流道。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。

第1A圖及第1B圖係為本案第一較佳實施例之具均勻流道路徑之液冷頭結構之不同視角的結構分解圖。第2圖係揭示第1A圖及第1B圖中具均勻流道路徑之液冷頭結構之組合結構圖。第3A圖及第3B圖係分別揭示本案第一較佳實施例中本體之頂視圖及底視圖。如第1A圖、第1B圖、第2圖、第3A圖及第3B圖所示，本案之具均勻流道路徑之液冷頭結構1(以下簡稱液冷頭結構)係組裝應用於例如但不限於中央處理器（Central Processing Unit，CPU）等發熱電子元件之一熱源表面(未圖示)。本案之液冷頭結構1包括上蓋11、本體12及底板13。上蓋11包括流體入口111及流體出口112，其中流體入口111與流體出口112形成一中央連線L。本體12係設置於上蓋11的下方。本體12包括上表面121、下表面122、第一腔室123、第二腔室124、第三腔室125、第四腔室126以及第五腔室127。第一腔室123鄰設於上表面121且沿部份之中央連線L方向延伸，並與流體入口111連通。第二腔室124鄰設於下表面122，且沿中央連線L之方向延伸，並與第一腔室123連通。第三腔室125與第四腔室126貫穿本體12的上表面121與下表面122，且分別設置於本體12的兩相對側。第五腔室127則鄰設於本體12的上表面121，與流體出口112、第三腔室125及第四腔室126連通。值得注意的是，於本實施例中，第三腔室125及第四腔室126係以中央連線L為對稱軸而呈鏡像對稱的腔室結構。另外，底板13包括複數個導溝131、一第一凹槽132及一第二凹槽133。於本實施例中，第一凹槽132與第二凹槽133分別相對於第三腔室125與第四腔室126而設置於底板13之兩相對側。複數個導溝131呈彼此平行，且連接於第一凹槽132與第二凹槽133之間，並且相對於第二腔室124。其中第二腔室124係通過複數個導溝131各兩側而連通至第一凹槽132與第二凹槽133，且第三腔室125與第四腔室126分別與第一凹槽132及第二凹槽133相連通，藉此第二腔室124可通過複數個導溝131、第一凹槽132及第二凹槽133而同時連通至第三腔室125與第四腔室126，並藉此於底板13上架構一具等長路徑之均勻流道。

第4圖係揭示本案液冷頭結構之流道路徑示意圖。於本實施例中，第二腔室124具有一長圓孔狀正投影，沿中央連線L方向延伸，且位於第三腔室125與第四腔室126之間，並且分別與第三腔室125與第四腔室126等距。藉此，冷媒液體自第二腔室124兩旁側邊緣上任一點，經底板13上複數個導溝131而導流至第三腔室125或第四腔室126的距離均相同。於本實施例中，第三腔室125與第四腔室126分別具有一梯形正投影，且均以其梯形正投影之長底邊與複數個導溝131連接。冷媒液體經底板13上複數個導溝131分別匯流至第三腔室125與第四腔室126後，朝向第三腔室125與第四腔室126之梯形正投影的短頂邊流動，並同時由本體12的下表面122朝上表面121導向第五腔室127。值得注意的是，第三腔室125與第四腔室126之梯形正投影除利於集中冷媒流體並由本體12下表面122傳向上表面121的第五腔室127外，底板13更可包括複數個第一鎖固孔135，鄰設於梯形正投影之短頂邊之兩端側，藉此可有效利用底板13面積。另一方面，對應於底板13之複數個第一鎖固孔135，上蓋11及本體12更分別具有複數個第二鎖固孔113及複數個第三鎖固孔128，均相對於底板13之複數個第一鎖固孔135，以共同組配將上蓋11與底板13分別鎖固於本體12的上表面121及下表面122上。於本實施例中，液冷頭結構1更包括複數個例如是但不限於螺絲之鎖固元件14，分別通過對應的第二鎖固孔113、第三鎖固孔128及第一鎖固孔135而鎖固上蓋11、本體12與底板13。應強調的是，本案液冷頭結構1之本體12中，除第三腔室125與第四腔室126之鏡像對稱配置關係外，第一腔室123、第二腔室124、以及第五腔室127之構成亦以中央連線L為對稱軸而呈鏡像對稱配置，其相對之尺寸並非限制本案液冷頭結構1之條件。於不影響鏡像對稱配置構成之條件下，第一腔室123、第二腔室124以及第五腔室127之尺寸可視需求而調變。第5圖係揭示本案第二較佳實施例之液冷頭結構之本體結構之底視圖。於本實施例中，本體12係與第3B圖所示之本體12相似，且相同的元件標號代表相同之元件、結構與功能，於此不再贅述。不同於第3B圖所示之本體12，本實施例之本體12所包含第二腔室124僅沿中央連線L方向延伸較短的距離，但仍於中央連線L兩側維持類似第4圖所示之鏡像對稱的流道路徑。應強調的是，前述實施例中，第一腔室123、第二腔室124以及第五腔室127之尺寸可視液冷頭結構1所對應之發熱電子元件之外形而調變，且底板13上複數個導溝131之數量及尺寸亦並非限制本案特徵之條件，其均可於實際應用時視需求調整，以使本案之液冷頭結構1可以鏡像對稱的均勻流道路徑，穩定有效的對發熱電子元件進行散熱。

再者，於一些實施例中，前述第五腔室127分別連通於第三腔室125與第四腔室126至流體出口112之間，以構成一滙流流道，即如第1A圖及第3A圖所示。其中該第五腔室127構成之滙流流道截面分別由第五腔室127與第三腔室125連通處以及第五腔室127與第四腔室126連通處向其中央的流體出口112連通處逐漸遞減，藉以增加冷媒流體之液壓而提昇流速，順暢流場，當然本案並不以此為限。

另外，再請參閱第1A圖及第1B圖，於本實施例中，底板13更包括一密封組件134，設置於底板13與本體12之間，且環設於複數個導溝131、第一凹槽132與第二凹槽133之外圍。具體而言，密封組件134包括一限位渠道1341及一密封環1342之對應組合結構，其中密封環1342可為例如但不限於橡膠環。限位渠道1341係凹設於底板13，且環繞於複數個導溝131、第一凹槽132與第二凹槽133之外圍。密封環1342係組配容置於限位渠道1342上。當底板13與本體12夾合時，藉由密封組件134之設置，可形成完全密封，避免冷媒液體自底板13與本體12間的間隙外漏，進而造成電子元件的損害。另一方面，於前述實施例中，本體12更可包括複數個鎖固穿孔129，分別設置於本體12之複數個周邊延伸部，並與複數個鎖固單元15相互組配，而將液冷頭結構1鎖固至一電子元件之熱源表面(未圖示)。於一實施例中，複數個鎖固單元15可例如是但不限於螺絲，分別與本體12之複數個鎖固穿孔129組配而嚙合鎖固至電子元件或電子元件設置之載板(未圖示)，進而使液冷頭結構1之底板13與熱源表面接觸。應強調的是，液冷頭結構1與電子元件熱源表面接合之方式，並非限制本案特徵之條件，其他可為之鎖固方式亦可適用於鎖固本案之液冷頭結構1。本案並不受限於前述例示，且不再贅述。

由於本案之液冷頭結構1係組裝應用於例如但不限於中央處理器（Central Processing Unit，CPU）等發熱電子元件之一熱源表面(未圖示)，故底板13係以一金屬材質所構成者較佳。另一方面，上蓋11與本體12則可由一可透光材料所構成，當然本案並不受限於此。惟當上蓋11與本體12 由一可透光材質所構成時，本案之液冷頭結構1更可結合一發光元件而提供照射光源。第6圖係揭示本案第三較佳實施例之液冷頭結構之結構分解圖。於本實施例中，液冷頭結構1係與第1A圖及第1B圖所示之液冷頭結構1相似，且相同的元件標號代表相同之元件、結構與功能，於此不再贅述。不同於第1A圖及第1B圖所示之液冷頭結構1，於本實施例之液冷頭結構1中，本體12更包括一容置槽120，設置於該本體12的一側邊緣，液冷頭結構1更包括一發光元件16，設置於容置槽120，用以組配提供一照射光源。藉此，液冷頭結構1除提供底板13對發熱電子元件之一熱源表面進行散熱外，本體12增設之發光元件16更提供一照射光源，以指示或裝飾液冷頭結構1。同時流經本體12各腔室之冷媒流體亦有助於本體12逸散發光元件16處生之熱能。應強調的是，前述實施例中，發光元件16及容置槽120之數量、尺寸及配置位置並非限制本案特徵之條件，其均可於實際應用時視需求調整，以均勻流道路徑提供有效的散熱效率，同時兼具指示或裝飾之照明。

綜上所述，本案提供一種具均勻流道路徑之液冷頭結構，以解決現有技術之流道路徑不均勻或熱交換效率不佳之問題。其中液冷頭結構之架構簡單，可替換、簡易且穩固地組配於電子元件之熱源表面上，並以均勻流道路徑導送冷媒液體，避免與電子元件接觸之底板上產生溫度差異而影響電子元件之性能。此外，液冷頭結構之部份結構更可以一透光材料構成，並增設一發光元件，使該液冷頭結構於逸散電子元件及發光元件產生之熱能的同時，更提供一光源照明功能。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧液冷頭結構
11‧‧‧上蓋
111‧‧‧流體入口
112‧‧‧流體出口
113‧‧‧第二鎖固孔
12‧‧‧本體
120‧‧‧容置槽
121‧‧‧上表面
122‧‧‧下表面
123‧‧‧第一腔室
124‧‧‧第二腔室
125‧‧‧第三腔室
126‧‧‧第四腔室
127‧‧‧第五腔室
128‧‧‧第三鎖固孔
129‧‧‧鎖固穿孔
13‧‧‧底板
131‧‧‧導溝
132‧‧‧第一凹槽
133‧‧‧第二凹槽
134‧‧‧密封組件
1341‧‧‧限位渠道
1342‧‧‧密封環
135‧‧‧第一鎖固孔
14‧‧‧鎖固元件
15‧‧‧鎖固單元
16‧‧‧發光元件
L‧‧‧中央連線

第1A圖係為本案第一較佳實施例之具均勻流道路徑之液冷頭結構之結構分解圖。

第1B圖係為本案第一較佳實施例之具均勻流道路徑之液冷頭結構之另一視角結構分解圖。

第2圖係揭示第1A圖及第1B圖中具均勻流道路徑之液冷頭結構之組合結構圖。

第3A圖係揭示本案第一較佳實施例中本體之頂視圖。

第3B圖係揭示本案第一較佳實施例中本體之底視圖。

第4圖係揭示本案液冷頭結構之流道路徑示意圖。

第5圖係揭示本案第二較佳實施例之液冷頭結構之本體結構之底視圖。

第6圖係揭示本案第三較佳實施例之液冷頭結構之結構分解圖。

Claims (14)

1. 一種具均勻流道路徑之液冷頭結構，包括： 一上蓋，包括一流體入口及一流體出口，其中該流體入口與該流體出口形成一中央連線； 一本體，設置於該上蓋的下方，且包括一上表面、一下表面、一第一腔室、一第二腔室、一第三腔室、一第四腔室以及一第五腔室，其中該第一腔室鄰設於該上表面且沿部份之該中央連線方向延伸，並與該流體入口連通，該第二腔室鄰設於該下表面，且沿該中央連線之方向延伸，並與該第一腔室連通，該第三腔室與該第四腔室貫穿該上表面與該下表面，且分別設置於該本體的兩相對側，並且以該中央連線為對稱軸而呈鏡像對稱，該第五腔室鄰設於該上表面，且與該流體出口、該第三腔室及該第四腔室連通；以及 一底板，包括複數個導溝、一第一凹槽及一第二凹槽，其中該第一凹槽與該第二凹槽分別相對於該第三腔室與該第四腔室而設置於該底板之兩相對側，該複數個導溝彼此平行，且連接於該第一凹槽與該第二凹槽之間，並且相對於該第二腔室，其中該第二腔室通過該複數個導溝、該第一凹槽及該第二凹槽而連通至該第三腔室與該第四腔室，且於該底板上架構一具等長路徑之均勻流道。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該第二腔室與該複數個導溝相連通，且該第三腔室與該第四腔室分別與該第一凹槽及該第二凹槽相連通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該底板更包括一密封組件，設置於該底板與該本體之間，且環設於該複數個導溝及該第一凹槽與該第二凹槽之外圍。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該密封組件包括： 一限位渠道，凹設於該底板，且環繞於該複數個導溝及該第一凹槽與該第二凹槽之外圍；以及 一密封環，容置於該限位渠道。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該第二腔室具有一長圓孔狀正投影，沿該中央連線方向延伸，且位於該第三腔室與第四腔室之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該第三腔室及該第四腔室分別具有一梯形正投影，且該梯形正投影之一長底邊與該複數個導溝連接。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該底板包括複數個第一鎖固孔，鄰設於該梯形正投影之一短頂邊之兩端側。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該上蓋具有複數個第二鎖固孔，分別相對於該底板之該複數個第一鎖固孔，以及該本體具有複數個第三鎖固孔，分別相對於該底板之該複數個第一鎖固孔。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其更包括複數個鎖固元件，分別通過對應的該第一鎖固孔，該第二鎖固孔及該第三鎖固孔而鎖固該上蓋，該本體與該底板。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該底板係由一金屬材質所構成。
11. 如申請專利範圍第1項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該上蓋與該本體係由一可透光材質所構成。
12. 如申請專利範圍第11項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其更包括一發光元件，且該本體更包括一容置槽，設置於該本體的一側邊緣，其中該發光元件設置於該容置槽，以組配提供一照射光源。
13. 如申請專利範圍第1項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該本體包括複數個鎖固穿孔，分別設置於該本體之複數個周邊延伸部，以與複數個鎖固單元相互組配，而將該液冷頭結構鎖固至一電子元件之一熱源表面。
14. 如申請專利範圍第1項所述之具均勻流道路徑之液冷頭結構，其中該第五腔室分別連通於該第三腔室至該流體出口與該第四腔室至該流體出口之間，以構成一滙流流道，其中該滙流流道之截面分別由該第三腔室與該第五腔室連通處，以及該第四腔室與該第五腔室連通處向該流體出口與該第五腔室連通處逐漸遞減。