TWI684853B - 液冷式熱交換裝置 - Google Patents

Abstract

本創作一種液冷式熱交換裝置，其具有一液冷頭組件以及一液體幫浦模組。液體幫浦模組具有一導流容納區本體、複數個幫浦、一導流容納板、一蓋體及一幫浦模組蓋。導流容納區本體形成有複數個導流容納凹槽。幫浦位置分別對應於導流容納凹槽。導流容納板設置於複數個幫浦的葉輪與液冷頭組件之間。蓋體包覆導流容納區。幫浦模組蓋設置於導流容納板與液冷頭組件之間；幫浦模組蓋具有一連通口及一出口，其分別連通於液冷頭蓋的入口及出口。透過複數個橫向併排的幫浦，本創作能提升冷卻液的流量或流速，因此能應用於高發熱功率的熱源上。

Description

液冷式熱交換裝置

本創作是關於一種液冷式熱交換裝置，特別是關於一種可交換的模組化的液體幫浦模組及液冷頭組件(water block sets)。

於電腦或電子設備運作時，其處理器(例如CPU，center processing unit)或其他元件所產生的熱量必須快速且有效地被排除，藉此使該處理器或該元件的溫度能保持於製造者所指定的工作溫度範圍內。因此，現有技術中已有許多方法來冷卻處理器。一種現有的方法是提供一氣冷式系統，其包含一連接於處理器的散熱元件，其用以導熱以及移轉該處理器上的熱能該氣冷式系統還包含一風扇，其設置於散熱元件的頂部，並產生吹向散熱元件的風來移除散熱元件上的熱能。前述氣冷式系統已足夠應付日常使用，然而，氣冷式系統容易產生噪音，且對於高頻的處理器或高溫的元件散熱效率較差。另一種散熱方法是使用冷卻液來冷卻處理器。具體而言，是透過一幫浦強制使冷卻液於封閉系統內進行循環流動。而封閉系統還具有一熱交換器來貼靠該處理器，而冷卻液能循環地流過熱交換器地以帶走處理器傳至熱交換器的熱能。

一般而言，相較於氣冷式系統，液冷式系統會產生較小的噪音並具有較高的效率。然而，現有的液冷式系統是由許多個元件所組成，因此其組裝所耗費的時間較多，且液體外漏的風險也較高，而各零件也有遺失的可能。此外，現有技術中，提升液冷式系統的散熱效率已達到瓶頸而難以進一步提升。舉例來說，對於發熱功率較高的熱源，僅能透過增加冷卻液的流量來提升散熱效率，但若要推動更多冷卻以來提升散熱效率，便需要將幫浦進行串聯 或並聯。然而，現有技術中要連接多個幫浦時僅能將幫浦垂直堆疊，造成液冷式系統的厚度較大，無法適用於狹窄的空間。

因此，一個能解決上述問題的液冷式熱交換裝置有其需要。有鑑於此，提出一種更佳的改善方案，乃為此業界亟待解決的問題。

本創作的主要目的在於，提出一種液冷式熱交換裝置包含兩組或更多個幫浦，能提升冷卻液的流量或流速，因此能應用於高發熱功率的熱源上。

應理解以下所述的內容僅為提出多個不同時實施態樣或示例性說明，藉此來體現本創作的不同技術特徵。以下所述的內容為簡化後的實施例及配置方式，且不應以此為限。例如，若敘述了第一技術特徵及第二技術特徵，則創作內容應可包含具有第一技術特徵與第二技術特徵直接關聯的實施方式，也可包含具有第一技術特徵而第二技術特徵為附加式特徵而兩技術特徵非直接關聯的實施方式(反之亦同)。此外，以下所述的內容包含元件標號或符號，其於不同實施例中是重覆運用的。這種重覆的方式是為了簡化並使內容清楚，而並非為表示於不同實施例中其配置是相同的。以下所述界定的技術內容之範圍應包含其均等範圍。

為達上述目的，本創作所提出的液冷式熱交換裝置具有：一液冷頭組件，其具有一熱移轉表面、一入口及一出口；該液冷頭組件的該入口用以使該冷卻液流入該液冷頭組件並通過該熱移轉表面，該液冷頭組件的該出口用以使該冷卻液自該液冷頭組件流出；該熱移轉表面用以與該冷卻液熱交換；以及一液體幫浦模組，其固設於該液冷頭組件，並具有： 一導流容納區，其固設於該液冷頭組件，並具有：一導流容納區本體，其形成有：複數個導流容納凹槽，其自該導流容納區本體上朝向該液冷頭組件的一側面向遠離該液冷頭組件的方向凹陷；一冷卻液排出口，其連通於該液冷頭組件的該出口；及一冷卻液進入口；複數個幫浦，其位置分別對應於該導流容納區本體的該複數個導流容納凹槽，且該複數個幫浦的葉輪分別位於該複數個導流容納凹槽內；及一導流容納板，其設置於該複數個幫浦的葉輪與該液冷頭組件之間，且蓋設該複數個導流容納凹槽；該導流容納板朝向該液冷頭組件的一側面成形有：一進入通道；該導流容納區本體的該冷卻液進入口透過該進入通道連通於該複數導流容納凹槽；及至少一排出通道；該複數導流容納凹槽透過該至少一排出通道連通該液冷頭組件的該入口；其中，該導流容納板更具有至少一連通通道，各該至少一連通通道的兩端分別連通二該等導流容納凹槽，並藉此串聯該等導流容納凹槽；其中：該導流容納板的該進入通道的第一端連通於該冷卻液進入口，該進入通道的第二端只連通於其中一該導流容納凹槽；且該導流容納板的該至少一排出通道的數量為一個，且該至少一排出通道的第一端只連通於其中另一該導流容納凹槽，且該排出通道的第二端連通於該液冷頭組件的該入口。

因此，本創作的優點在於，液冷式熱交換裝置包含兩組或更多個幫浦，其以串聯或並聯方式進行連接，因此幫浦能橫向併排而不限於軸向排 列，讓液冷式熱交換裝置的厚度減小而能應用於狹窄的環境中。同時，連接多個幫浦還能提升冷卻液的流量或流速，因此能應用於高發熱功率的熱源上。同時，即便是部分的幫浦故障，剩餘的幫浦還是能使冷卻液保持基本的流量或流速，讓維修人員有更充裕的時間排除故障。

如前所述之液冷式熱交換裝置中：該等幫浦及該等導流容納凹槽的數量皆為二個；該導流容納區本體的該冷卻液進入口與該冷卻液排出口位於該導流容納區本體的同一側，該側定義為近端側，而該導流容納區本體上相對的另一側定義為遠端側；該二導流容納凹槽分別為一第一導流容納凹槽及一第二導流容納凹槽，該第一導流容納凹槽鄰近該近端側，該第二導流容納凹槽鄰近該遠端側；該進入通道的該第二端連通於該第二導流容納凹槽；且該排出通道的該第一端連通於該第一導流容納凹槽。

如前所述之液冷式熱交換裝置中，該液冷頭組件具有：一液冷頭基座，其具有前述熱移轉表面；以及一液冷頭蓋，其密接於該液冷頭基座，且完整地覆蓋該熱移轉表面，並具有：前述該液冷頭組件的入口及前述該液冷頭組件的出口；前述該液冷頭組件的入口用以使該冷卻液流入該液冷頭蓋及該液冷頭基座之間，前述該液冷頭組件的出口用以使該冷卻液自該液冷頭蓋及該液冷頭基座之間流出。

如前所述之液冷式熱交換裝置中，該液冷頭組件更具有一罩體，其完整地包覆熱移轉表面並形成有一縱向分流開口，該縱向分流開口正對於該熱移轉表面特徵且連通於該液冷頭蓋的該入口。

如前所述之液冷式熱交換裝置中，該液冷頭基座形成有： 一第一級內凹熱交換區，其向遠離該液體幫浦模組的方向凹陷；以及一主熱轉移區，其位於該第一級內凹熱交換區內。

如前所述之液冷式熱交換裝置中，該液冷頭基座形成有一第二級內凹熱交換區，其位於該第一級內凹熱交換區內並向遠離該液體幫浦模組的方向凹陷，且該主熱轉移區位於該第二級內凹熱交換區內。

如前所述之液冷式熱交換裝置中，該液冷頭基座形成有一階板，其位於該第一級內凹熱交換區內並鄰接於該熱移轉表面。

如前所述之液冷式熱交換裝置中，該液體幫浦模組更具有一幫浦模組蓋，其固設於該導流容納區本體，並位於該導流容納板與該液冷頭組件之間；該幫浦模組蓋具有至少一連通口及一出口；該導流容納板的該至少一排出通道透過該幫浦模組蓋的該至少一連通口連通於該液冷頭組件的該入口；該液冷頭組件的該出口透過該幫浦模組蓋的該出口連通於該導流容納區本體的該冷卻液排出口。

1,2‧‧‧液冷式熱交換裝置

10,30‧‧‧液冷頭組件

12,32‧‧‧液冷頭基座

122‧‧‧第一表面

124‧‧‧第二表面

1242,3242‧‧‧第二級內凹熱交換區

1244,3244‧‧‧主熱轉移區

1246‧‧‧散熱鰭片

3248‧‧‧第一級內凹熱交換區

326‧‧‧不規則五邊形階板

16,36‧‧‧殼體

162,362‧‧‧中間縱向分流開口

164‧‧‧側壁

18,38‧‧‧液冷頭蓋

182,382‧‧‧入口

184,384‧‧‧出口

20,40‧‧‧液體幫浦模組

22,42‧‧‧蓋體

222‧‧‧冷卻液進入殼體切口

224‧‧‧冷卻液排出殼體切口

24,44‧‧‧導流容納區

242‧‧‧導流容納區本體

2426‧‧‧冷卻液排出口

2428‧‧‧冷卻液進入口

2422,4422‧‧‧第一導流容納凹槽

2424,4424‧‧‧第二導流容納凹槽

244,444‧‧‧第一近端幫浦

244S‧‧‧第一定子組件

244I‧‧‧第一葉輪

246‧‧‧第二遠端側幫浦

246S‧‧‧第二定子組件

246I‧‧‧第二葉輪

248,448‧‧‧導流容納板

2481,4481‧‧‧進入通道

2482‧‧‧連通通道

2483,4483‧‧‧排出通道

248A‧‧‧通道開口

248B‧‧‧第一開口

248C‧‧‧排出通道開口

248D‧‧‧第一分隔壁

248E‧‧‧第二開口

248F‧‧‧第二分隔壁

248G‧‧‧進入口通道端

248H‧‧‧排出口通道端

2482‧‧‧第一板體側邊

4622‧‧‧中央障礙物

264,464‧‧‧出口

圖1為本創作第一實施例的立體示意圖。

圖2為本創作第一實施例的立體分解圖。

圖3為本創作第一實施例的液體幫浦模組的立體分解圖。

圖4為本創作第一實施例的液體幫浦模組另一角度的立體分解圖。

圖5A為本創作第一實施例的側面示意圖。

圖5B為本創作第一實施例的剖面示意圖。

圖6A為本創作第一實施例的側面示意圖。

圖6B為本創作第一實施例的剖面示意圖。

圖7A為本創作第一實施例的側面示意圖。

圖7B為本創作第一實施例的剖面示意圖。

圖8A為本創作第一實施例的側面示意圖。

圖8B為本創作第一實施例的剖面示意圖。

圖9為本創作第二實施例的立體示意圖。

圖10為本創作第二實施例的立體分解圖。

圖11為本創作第二實施例的液體幫浦模組的立體分解圖。

圖12為本創作第二實施例的液體幫浦模組另一角度的立體分解圖。

圖13A為本創作第二實施例的側面示意圖。

圖13B為本創作第二實施例的剖面示意圖。

圖14A為本創作第二實施例的側面示意圖。

圖14B為本創作第二實施例的剖面示意圖。

圖15A為本創作第二實施例的側面示意圖。

圖15B為本創作第二實施例的剖面示意圖。

圖16A為本創作第二實施例的側面示意圖。

圖16B為本創作第二實施例的剖面示意圖。

圖17為本創作第一實施例於試驗中的溫度分佈圖。

圖18為本創作第二實施例於試驗中的溫度分佈圖。

首先請參考圖1至圖8B。本創作第一實施例的液冷式熱交換裝置1，其具有一液冷頭組件10及一液體幫浦模組20。液冷頭組件10及液體幫浦模組20是可交換的(interchangeable)，即，不同實施例中的液冷頭組件10可與不同實施例中的液體幫浦模組20相組合固設而形成不同的液冷式熱交換裝置1來 達到不同的要求。圖9至圖16B揭露了本創作第二實施例的液冷式熱交換裝置2，其具有一液冷頭組件30及一液體幫浦模組40。於本創作中，液冷頭組件及液體幫浦模組可為模組化，因此不同實施例中的液冷頭組件與液體幫浦模組可相組合，例如以液冷頭組件10與液體幫浦模組40相組合或是以液冷頭組件30與液體幫浦模組20相組合。

接著請參考圖2。於本實施例中，液冷頭組件10具有一液冷頭基座12、一罩體16及一液冷頭蓋18。液冷頭基座12具有一第一表面122及一第二表面124。第一表面122是用於與熱源接觸，而第二表面124上形成有熱移轉表面。液冷頭基座12較佳的是以具高導熱系數的金屬所製成，例如為銅或鋁。第一表面122為平坦，藉此能用於抵靠一發熱元件(例如為一處理器)的自由表面。同時，第二表面124的熱移轉表面可具有一個或多個鰭片、葉片(vanes或blades)、通道、導管、針狀部、桿狀部(posts)、蓋體(covers)、狹縫、凸出部、凹槽、穿孔、凹洞、紋理表面(textured surfaces)、瓣狀元件(segmented elements)、不規則元件(staggered elements)或平滑表面。此外，本創作還具有一個或多個防漏襯墊，其設置於熱移轉表面。類似地，於本創作的第二實施例中，如圖10所示，液冷頭組件30具有一液冷頭基座32、一罩體36及一液冷頭蓋38。以下以散熱鰭片作為熱移轉表面進行示例性說明。

請再次參考圖2。熱移轉表面形成於第二表面124的一第二級內凹熱交換區1242，而熱移轉表面具有一主熱轉移區1244。主熱轉移區1244位於第二級內凹熱交換區1242的中央並具有多個散熱鰭片，散熱鰭片被第二級內凹熱交換區1242的內壁部所環繞。然而，於其他實施例中並不以此為限。接著請參考圖10，於本創作的第二實施例中，除了主熱轉移區3244及第二表面的第二級內凹熱交換區3242的內壁部，熱移轉表面還具有一不規則五邊形階段(ramp)326。不規則五邊形階段326設置於第二級內凹熱交換區3242內的散熱鰭 片的一縱向側邊，且不規則五邊形階段326可為一下凹的階面，以確保主熱轉移區3244有足夠的空間供冷卻液通過。第二實施例中，第二表面還具有，第一級內凹熱交換區3248環繞第二級內凹熱交換區3242。液冷頭蓋38可容置於第一級內凹熱交換區3248內，並使液冷頭蓋38的上側面與液冷頭基座32的上側面齊平。

接著請再次參考圖2。於第一實施例中，罩體16具有一中央縱向分流開口162，且罩體16完整地包覆熱移轉表面的主熱轉移區1244。因此，罩體16能填塞液冷頭蓋18與主熱轉移區1244之間的空隙，防止冷卻液溢流。具體而言，罩體16具有一凹部(圖未繪示)，該凹部的各側壁164環繞主熱轉移區1244，且凹部的底壁覆蓋主熱轉移區1244。第一實施例中，罩體16的側壁164下側面與主熱轉移區1244之間形成有間隙，因此是與主熱轉移區1244之間形成多個通道，且具體而言是於散熱鰭片周圍形成一個四側通道結構，其用以使冷卻液不只透過中央縱向分流開口162流入並穿過主熱轉移區1244的散熱鰭片，也穿過罩體16的側部。然而，於其他實施例中並不以此為限。接著請再次參考圖10，於第二實施例中，罩體36的凹部平行中央縱向分流開口362的相對兩側壁被移除，藉此罩體36能容納熱移轉表面的主熱轉移區3244。第二實施例中形成一個兩側通道結構，兩側通道結構設置於被移除的兩側邊原本的位置上。因此散熱鰭片之間的間隙兩端沒有任何阻礙，而允許冷卻液流入中央縱向分流開口362，然後自罩體36的一側邊流出而直接流入側邊通道，藉此導引冷卻液流向不規則五邊形階段326上的液冷頭蓋38的出口384。據此，具有其他形狀、尺寸、或紋理的階段、瓣狀元件及壁部可應用為熱移轉表面之部分來提升熱交換的能力。舉例而言，罩體36可以塑膠或金屬製成。

接著請參考圖2。於第一實施例中，液冷頭蓋18具有二開口，其中一該開口用以使冷卻液能由流入液冷頭蓋18及液冷頭基座12之間，另一該開 口用以使冷卻液自液冷頭蓋18及液冷頭基座12之間由流出。該二開口可分別被定義為一入口182及一出口184。入口182可位於液冷頭蓋18的中央。出口184可位於液冷頭蓋18的角落，例如位於近端側的角落。入口182對齊於與罩體16的中央縱向分流開口162，以及液冷頭蓋18完整地覆蓋罩體16及第二表面124的熱移轉表面。然而，在其他實施例中並不以此為限，入口182可具有其他的形狀和大小。接著請參考圖10。於第二實施例中，液冷頭蓋38具有一入口382及一出口384。如圖2及圖10所示，本創作中，只要冷卻液能自由地流過液冷頭蓋18/38的入口182/382且穿過罩體16/36的中央縱向分流開口162/362，且能自液冷頭蓋18/38的出口184/384流出，則入口182/382可具有其他的形狀和大小。舉例而言，液冷頭蓋18/38可以塑膠或金屬製成。於第一實施例中，液冷頭組件10透過螺栓而固設於液體幫浦模組20，然而，也可以其他固定方法進行固設。矩形密封件S為一襯墊並用以防水性地連接液冷頭組件10與液體幫浦模組20。矩形密封件S被緊密地嵌合於液體幫浦模組20上內凹的底部邊。液冷頭蓋18緊密地嵌合於矩形密封件S內且在連接後與液體熱交換模組的液體熱交換蓋齊平。

於第一實施例中，如圖2所示，冷卻液被驅動而流入液冷頭蓋18的入口182及對應地進入罩體16的中央縱向分流開口162，且冷卻液被強制流過散熱鰭片並在流出罩體16前帶走散熱鰭片上的熱能，最後流向液冷頭蓋18的出口184。

於第一實施例中，罩體16及熱移轉表面能產生更多的紊流而能提升液冷頭基座12的第二表面124與冷卻液間的熱交換。

接著請參考圖3及圖4。於第一實施例中，液體幫浦模組20具有一蓋體22、一導流容納區24及一幫浦模組蓋26。蓋體22包覆導流容納區24，並具有至少一冷卻液進入切口222及一冷卻液排出切口224，冷卻液進入切口222及冷卻液排出切口224可設置於蓋體22上的同一側邊。然而，在其他實施例中 並不以此為限。蓋體22還可具有其他的冷卻液切口，例如具有替代性的冷卻液進入切口，其可設置於相對於冷卻液排出切口224的另一側邊且兩者位於同一直線上；然而，並不以此為限。舉例而言，蓋體22覆蓋於導流容納區24且可以塑膠或金屬製成。接著請參考圖11及圖12。於第二實施例中，液體幫浦模組40具有一蓋體42、一導流容納區44及一幫浦模組蓋46。

接著請參考圖2至圖4。於第一實施例中，幫浦模組蓋26固設於導流容納區本體242並位於導流容納板體248及液冷頭蓋18之間，並具有一連通口262及一出口264。幫浦模組蓋26的連通口262可位於幫浦模組蓋26的中央，因此能正對於液冷頭蓋18的入口182及罩體16的中央縱向分流開口162。幫浦模組蓋26的出口264可位於幫浦模組蓋26的角落，例如位於近端側的角落，因此能正對於液冷頭蓋18的出口184幫浦模組蓋26完整地覆蓋液冷頭蓋18、罩體16及液冷頭基座12的第二表面124的熱移轉表面。然而，在其他實施例中並不以此為限，出口264可具有其他形狀或大小。

接著請參考圖10至圖12。於第二實施例中，幫浦模組蓋46具有多個連通口462、一中央障礙物4622及一出口464。連通口462配合於液冷頭蓋38的入口382。中央障礙物4622位於連通口462之間。換句話說，中央障礙物4622將連通口462相隔離。出口464配合於液冷頭蓋38的出口384。只要冷卻液能被容納於導流容納區44且能自由流動並穿過幫浦模組蓋46的連通口462、液冷頭蓋38的入口382及罩體36的中央縱向分流開口362，然後自液冷頭蓋38的出口384流出，並流向幫浦模組蓋46以及回到導流容納區44內，連通口462可具有其他形狀或大小。舉例而言，幫浦模組蓋46可以塑膠或金屬製成。

接著再次請參考圖2至圖4。於第一實施例中，導流容納區24位於蓋體22及幫浦模組蓋26之間，並固設於液冷頭組件10。導流容納區24具有一導流容納區本體242、一第一幫浦244、一第二幫浦246及一導流容納板248。導 流容納區本體242具有第一導流容納凹槽2422、第二導流容納凹槽2424、冷卻液排出口2426及冷卻液進入口2428。冷卻液排出口2426及冷卻液進入口2428可位於導流容納區本體242的同一側邊，而該側邊定義為近端側或近端，導流容納區本體242上相對的另一側定義為遠端側或遠端。第一導流容納凹槽2422鄰近近端側，而第二導流容納凹槽2424鄰近遠端側，且第一導流容納凹槽2422及第二導流容納凹槽2424自導流容納區本體242的下側面向上內凹。換言之，是自朝向液冷頭組件10的一側面向遠離液冷頭組件10的方向凹陷。冷卻液分別由冷卻液排出口2426及冷卻液進入口2428流出及流入導流容納區24。冷卻液排出口2426連通於液冷頭組件10的出口184。

第一幫浦244具有第一定子組件244S及第一葉輪244I。第一定子組件244S設置於導流容納區本體242的上側面，且位置對應於第一導流容納凹槽2422。第一葉輪244I位於第一導流容納凹槽2422內，且具有多個弧形葉片。因此，第一導流容納凹槽2422的尺寸與第一葉輪244I的直徑相對應。第二幫浦246具有一第二定子組件246S及第二葉輪246I。第二定子組件246S設置於導流容納區本體242的上側面，且位置對應於第二導流容納凹槽2424。第二葉輪246I位於第二導流容納凹槽2424內但相對於第一葉輪244I略為偏移。第二葉輪246I具有多個弧形葉片。因此，第二導流容納凹槽2424的尺寸對應於第二葉輪246I的直徑。因此，本實施例中具有二個導流容納凹槽及二幫浦。導流容納板248蓋設第一導流容納凹槽2422及第二導流容納凹槽2424，並位於第一葉輪244I及第二葉輪246I與液冷頭組件10之間，更進一步而言是於葉輪與幫浦模組蓋26之間。冷卻液進入切口222與二導流容納凹槽2422/2424的其中之一透過導流容納板248相連通、二導流容納凹槽2422/2424透過該導流容納板248相連通、且另一該二導流容納凹槽2422/2424與幫浦模組蓋26的其中一開口262/264也透過該導流容納板248相連通開口262/264。

於第一實施例中，導流容納板248朝向液冷頭組件10的側面形成有一進入通道2481、一連通通道2482及一排出通道2483。進入通道2481的第一端連通於冷卻液進入口2428，進入通道2481的第二端連通於其中一導流容納凹槽2422/2424，且具體而言是第二導流容納凹槽2424。連通通道2482兩端分別連通二導流容納凹槽2422/2424，即第二導流容納凹槽2422。排出通道2483的第一端連通於另一個導流容納凹槽2422/2424，即第一導流容納凹槽2422，而排出通道2483的第二端連通於幫浦模組蓋26的連通口262。若於導流容納凹槽的數量更多的實施例中，連通通道2482的數量是比導流容納凹槽的數量少一，且連通通道2482可串接導流容納凹槽，而進入通道2481連通於第一個導流容納凹槽，排出通道2483連通於最後一個個導流容納凹槽。

具體而言，導流容納板248具有一進入通道開口248A、一第一開口248B、一排出通道開口248C、一第一分隔壁248D、一第二開口248E及一第二分隔壁248F。通道開口248A及排出通道開口248C可為導流容納板248邊緣上的缺口。第一開口248B及第二開口248E貫穿導流容納板248，藉此於導流容納板248的下側面的冷卻液能分別向上流入第一導流容納凹槽2422及第二導流容納凹槽2424。排出通道開口248C與幫浦模組蓋26的出口264及液冷頭蓋18的出口184對齊，因此由液冷頭組件10流出的冷卻液進入出口264後，能通過排出通道開口248C而流至冷卻液排出口2426。第一分隔壁248D將進入通道開口248A、第一開口248B、及排出通道開口248C相隔離。第二分隔壁248F環繞以隔離排出通道2483，以分隔排出通道2483與進入通道2481。排出通道2483具有一進入口通道端248G及一排出口通道端248H。排出口通道端248H對齊於幫浦模組蓋26的連通口262。

於第二實施例中，導流容納板448朝向液冷頭組件30的側面形成有一進入通道4481及複數個排出通道4483。進入通道4481的第一端連通於冷卻 液進入口4428，進入通道4481的第二端連通於所有的導流容納凹槽4422/4424。各排出通道4483的第一端連通於其中一導流容納凹槽4422/4424，第二端透過幫浦模組蓋46的其中一連通口462連通於液冷頭組件30的入口382。然而，在其他實施例中並不以此為限。

具體而言，導流容納板448還具有一第二分隔壁及一額外的第三分隔壁448A，其分別環繞以隔離其中一排出通道4483，但不具有第一分隔壁。第三分隔壁448A具有進入口通道端448B及排出口通道端448C。第二分隔壁的排出口通道端以及第三分隔壁448A的排出口通道端448C對齊於其中一連通口462。該等連通口462藉由前述幫浦模組蓋46的中央障礙物4622相分隔。

於第一實施例中，導流容納區本體242及導流容納板248形成用以導引冷卻液由液體幫浦模組20流向液冷頭組件10的流道。如圖6B所示，第一導流容納凹槽2422及第二導流容納凹槽2424皆具有至少一冷卻液進入口以及至少一冷卻液排出口，至少一冷卻液進入口以及至少一冷卻液排出口設置於同一側，藉此冷卻液能分別自對應的通道流入或流出。然而，在其他實施例中並不以此為限。在不同的設計或配制下，一替代性的冷卻液進入口可設置於另一側且與前述至少一冷卻液排出口排列呈一直線，藉此冷卻液能分別自對應的通道流入或流出。

於第一實施例中，液冷式熱交換裝置1具有二個幫浦244及246，但液冷式熱交換裝置1也可僅具有一個幫浦或更多個幫浦來達到與處理器或其他元件間的熱交換。舉例而言，導流容納區本體242、第一定子組件244S、第二定子組件246S及導流容納板248可以塑膠或金屬製成。

幫浦的葉輪之形狀與配置是僅是用於單向轉動，且於第一實施例中是僅能以順時針方向轉動。藉此，相對於能順時針及逆時針雙向轉動的幫浦的葉輪，本創作的效能更高。

接著再次請參考圖2及5A至圖8B。於第一實施例中，冷卻液通過一液密進入口連接管體及冷卻液進入口2428而進入導流容納區本體242後，首先通過進入通道開口248A流至導流容納板248的下側面並流入進入通道2481，並受進入通道2481的導引而通過第二開口248E並流至位於導流容納板248上側面的第二幫浦246的第二葉輪246I。接著，冷卻液被第二幫浦246打入位於導流容納板248下側面的連通通道2482，再受連通通道2482導引而通過第一開口248B並流至位於導流容納板248上側面的第一幫浦244的第一葉輪244I。在第一幫浦244，冷卻液被打入位於導流容納板248下側面的排出通道2483，然後經由排出通道2483通過幫浦模組蓋26的連通口262。隨後，於第一實施例中，冷卻液通過連通口262而被打入液冷頭蓋18的入口182及罩體16中所對應的中央縱向分流開口162。此時，冷卻液流過主熱轉移區1244的散熱鰭片時，在離開罩體16前帶走散熱鰭片上的熱能，再流至液冷頭蓋18的出口184及幫浦模組蓋26的出口264，並在通過排出通道開口248C後流至冷卻液排出口2426及其所連接的液密排出口連接管體。

而如圖10及圖13A至圖16B，第二實施例中冷卻液流動的過程也類似於第一實施例，但由進入通道4481流出後會流至所有的幫浦，再分別經由排出通道4483流至幫浦模組蓋46的連通口462，最後由液冷頭蓋38的入口382進入液冷頭組件30進行熱交換，因此於第二實施例中幫浦為並聯。

綜上所述，液體幫浦模組20或液體幫浦模組40驅使冷卻液由一進入口連接管體進入導流容納區24的第一幫浦244或導流容納區44的第一幫浦，並流經液冷頭基座12第二表面124的第二級內凹熱交換區1242內的散熱鰭片，最後至排出口連接管體。其中，進入口連接管體及排出口連接管體皆是設置於液體幫浦模組20或液體幫浦模組40，而液冷頭基座12是與處理器或其他發 熱元件接觸。因此，冷卻液形成一高效且平順旋渦狀的流動路徑而流過液體幫浦模組20或液體幫浦模組40。

液冷頭組件10或液冷頭組件30以及液體幫浦模組20或液體幫浦模組40可藉由適當的方式固定於處理器其他發熱元件，例如軟焊(soldering)、硬焊(brazing)或以導熱膏與膠體的混合物(by means of thermal paste combined with glue)。當然，也可以其他替代性的固定手法將液冷式熱交換裝置固定於處理器或發熱元件的自由表面。

液冷式熱交換裝置1的液體幫浦模組20或其他元件可為塑膠金屬，具體而言是將塑膠金屬化(metalized)，以使液體的擴散或蒸發最小化。該金屬可為一金屬薄層並設置於塑膠零件的內側或外側，或同時設置於兩者。

液冷式熱交換裝置1的冷卻液可為任何形式的冷卻液，例如可為水，或有添加劑的水，其中，添加劑可為抗真菌劑、能增進導熱的物質、不導電的液體、潤滑劑、或防腐蝕劑等其他特殊物質。

幫浦可由一交流電馬達所驅動，且較佳的是由一操作系統或一類似的電腦系統進行。電腦系統包含偵測處理器的負載或是溫度的方法。操作系統或類似的電腦系統來進行偵測消除了以特殊手法運作幫浦的需要。操作系統或類似的系統與控學幫浦的處理器間的訊號傳遞可藉由電腦系統既有的連接方式來執行，例如以USB連接。因此，冷卻裝置與操作系統間即時的通訊可不以獨特的方式來執行。

利用操作系統或類似的電腦系統的進一步的控制策略可涉及根據冷卻能力的需要來平衡幫浦的轉動速度。若有降低冷卻能力的需要，可限制幫浦的轉速，也因此能降低馬達驅動幫浦時所產生的噪音。

幫浦不限於為機械式元件，而是可為能泵送冷卻液通過裝置的任何形式。然而，幫浦較佳的是下列機械式幫浦的其中之一：波紋管幫浦、離 心幫浦、隔膜幫浦、鼓幫浦、柔性襯管幫浦、柔性葉輪幫浦、齒輪幫浦、蠕動管幫浦、活塞幫浦、處理腔幫浦、壓力清洗幫浦、旋轉凸輪幫浦、旋片幫浦及電動幫浦。類似地，驅動幫浦的馬達不限於以電力運作，而是可為壓電運作的馬達、永磁運作的馬達、流體運作的馬達或是電容式運作的馬達。幫浦的選擇及驅動幫浦的馬達的選擇是依據許多不同的參數，且是所屬技術領域具的通常知識者能依據特定用途選擇幫浦及馬達的種類。舉例而言，有些幫浦及有些馬達適合於小型電腦系統(如筆記型電腦)，有些幫浦及有些馬達適合於高流量的冷卻液並具有較佳的冷卻效果，而有些幫浦及有些馬達適合於必須以低噪音運作的液冷式熱交換裝置。

葉輪效率的提升使得驅動幫浦葉輪的電動馬達(圖未繪示)可以較小的功率來驅動冷卻液於通道內適當且充足的流動狀態。於較佳的實施例中，馬達為電動馬達，且可為二伏特的交流電電動馬達。然而，在其他實施例中並不以此為限，也可為其他功率或其他形式的馬達。

相較於氣冷式裝置，液冷式熱交換裝置具有更低的噪音及更高的效率。此外，本創作的液冷式熱交換裝置以及熱的移除及移轉方法使各構成元件最小化，且降低了組裝時間及可能外漏的風險。此外，透過本創作的液冷式熱交換裝置，液體流動及熱的排除效率也得到提升。當本創作第一實施例中的液冷式熱交換裝置1被應用於進行熱交換，其熱阻為Rca=(31.46-30)/160W=0.009125℃/W。，而圖17表示了當熱源的功率為160瓦且冷卻液的溫度為攝氏30度下的狀態。當本創作第二實施例中的液冷式熱交換裝置2被應用於進行熱交換，其熱阻為Rca=(31.3-30)/160W=0.008125℃/W，而圖18表示了當熱源的功率為160瓦且冷卻液的溫度為攝氏30度下的狀態。

因此，本創作的液冷式熱交換裝置1/2能達到下列功效：藉由液冷頭蓋18/38及幫浦模組蓋26/46，液冷頭組件10/30與液體幫浦模組20/40分別形 成有封閉的內腔，而液冷頭組件10/30的該內腔由液冷頭蓋18/38的出口184/384及入口182/382對外連通，液體幫浦模組20/40的該內腔由幫浦模組蓋26/46的出口264/464及連通口262/462對外連通。除此之外，液冷頭組件10/30僅於液冷頭基座12/32與液冷頭蓋18/38連接處有接縫，而液體幫浦模組20/40也僅有蓋體22/42與幫浦模組蓋26/46連接處有接縫，因此滲漏的風險大幅降低。更進一步來說，透過液冷頭蓋18/38的入口182/382正對於幫浦模組蓋26/46的連通口，且液冷頭蓋18/38的出口184/384正對於幫浦模組蓋26/46的出口264/464，液冷頭組件10/30與液體幫浦模組20/40結合後兩者內腔即相連通，因此成為模組化的結合方式，取任一實施例中的液冷頭組件10/30及任一實施例中的液體幫浦模組20/40相結合也可正常運作，讓使用者能依據不用的使用條件搭配。

本創作多個幫浦還能透過導流容納區24/44使以串聯或並聯方式進行連接，因此幫浦能橫向併排而不限於軸向排列，讓液冷式熱交換裝置1/2的厚度減小而能應用於狹窄的環境中。同時，連接多個幫浦還能提升冷卻液的流量或流速，因此能應用於高發熱功率的熱源上。同時，即便是部分的幫浦故障，剩餘的幫浦還是能使冷卻液保持基本的流量或流速，讓維修人員有更充裕的時間排除故障。

從前述內容可以理解，儘管在本文的目的是為了說明且描述特定實施例，但是在不脫離本揭露的精神和範圍的情況下可以進行各種修改。此外，在針對特定實施例揭露了替代方案的情況下，即使沒有具體說明，該替代方案也可以應用於其他實施例。

22‧‧‧蓋體

222‧‧‧冷卻液進入殼體切口

224‧‧‧冷卻液排出殼體切口

242‧‧‧導流容納區本體

2422‧‧‧第一導流容納凹槽

2424‧‧‧第二導流容納凹槽

244‧‧‧第一近端幫浦

244S‧‧‧第一定子組件

244I‧‧‧第一葉輪

246‧‧‧第二遠端側幫浦

246S‧‧‧第二定子組件

246I‧‧‧第二葉輪

248‧‧‧導流容納板

248A‧‧‧通道開口

248B‧‧‧第一開口

248C‧‧‧排出通道開口

248D‧‧‧第一分隔壁

248E‧‧‧第二開口

248F‧‧‧第二分隔壁

248G‧‧‧進入口通道端

248H‧‧‧排出口通道端

2482‧‧‧連通通道

2483‧‧‧排出通道

26‧‧‧幫浦模組蓋

262‧‧‧連通口

264‧‧‧出口

Claims (8)

1. 一種液冷式熱交換裝置，其可供一冷卻液流通，並具有：一液冷頭組件，其具有一熱移轉表面、一入口及一出口；該液冷頭組件的該入口用以使該冷卻液流入該液冷頭組件並通過該熱移轉表面，該液冷頭組件的該出口用以使該冷卻液自該液冷頭組件流出；該熱移轉表面用以與該冷卻液熱交換；以及一液體幫浦模組，其固設於該液冷頭組件，並具有：一導流容納區，其固設於該液冷頭組件，並具有：一導流容納區本體，其形成有：複數個導流容納凹槽，其自該導流容納區本體上朝向該液冷頭組件的一側面向遠離該液冷頭組件的方向凹陷；一冷卻液排出口，其連通於該液冷頭組件的該出口；及一冷卻液進入口；複數個幫浦，其位置分別對應於該導流容納區本體的該複數個導流容納凹槽，且該複數個幫浦的葉輪分別位於該複數個導流容納凹槽內；及一導流容納板，其設置於該複數個幫浦的葉輪與該液冷頭組件之間，且蓋設該複數個導流容納凹槽；該導流容納板朝向該液冷頭組件的一側面成形有：一進入通道；該導流容納區本體的該冷卻液進入口透過該進入通道連通於至少其中一個該複數導流容納凹槽；及至少一排出通道；該複數導流容納凹槽透過該至少一排出通道連通該液冷頭組件的該入口；其中，該導流容納板更具有至少一連通通道，各該至少一連通通道的兩端分別連通二該等導流容納凹槽，並藉此串聯該等導流容納凹槽；其中： 該導流容納板的該進入通道的第一端連通於該冷卻液進入口，該進入通道的第二端只連通於其中一該導流容納凹槽；且該導流容納板的該至少一排出通道的數量為一個，且該至少一排出通道的第一端只連通於其中另一該導流容納凹槽，且該排出通道的第二端連通於該液冷頭組件的該入口。
2. 如請求項1所述之液冷式熱交換裝置，其中：該等幫浦及該等導流容納凹槽的數量皆為二個；該導流容納區本體的該冷卻液進入口與該冷卻液排出口位於該導流容納區本體的同一側，該側定義為近端側，而該導流容納區本體上相對的另一側定義為遠端側；該二導流容納凹槽分別為一第一導流容納凹槽及一第二導流容納凹槽，該第一導流容納凹槽鄰近該近端側，該第二導流容納凹槽鄰近該遠端側；該進入通道的該第二端連通於該第二導流容納凹槽；且該排出通道的該第一端連通於該第一導流容納凹槽。
3. 如請求項1或2所述之液冷式熱交換裝置，其中，該液冷頭組件具有：一液冷頭基座，其具有前述熱移轉表面；以及一液冷頭蓋，其密接於該液冷頭基座，且完整地覆蓋該熱移轉表面，並具有：前述該液冷頭組件的入口及前述該液冷頭組件的出口；前述該液冷頭組件的入口用以使該冷卻液流入該液冷頭蓋及該液冷頭基座之間，前述該液冷頭組件的出口用以使該冷卻液自該液冷頭蓋及該液冷頭基座之間流出。
4. 如請求項3所述之液冷式熱交換裝置，其中，該液冷頭組件更具有一罩體，其完整地包覆熱移轉表面並形成有一縱向分流開口，該縱向分流開口正對於該熱移轉表面且連通於該液冷頭蓋的該入口。
5. 如請求項3所述之液冷式熱交換裝置，其中，該液冷頭基座形成有：一第一級內凹熱交換區，其向遠離該液體幫浦模組的方向凹陷；以及一主熱轉移區，其位於該第一級內凹熱交換區內。
6. 如請求項5所述之液冷式熱交換裝置，其中，該液冷頭基座形成有一第二級內凹熱交換區，其位於該第一級內凹熱交換區內並向遠離該液體幫浦模組的方向凹陷，且該主熱轉移區位於該第二級內凹熱交換區內。
7. 如請求項3所述之液冷式熱交換裝置，其中，該液冷頭基座形成有一階板，其位於該第一級內凹熱交換區內並鄰接於該熱移轉表面。
8. 如請求項1或2所述之液冷式熱交換裝置，其中，該液體幫浦模組更具有一幫浦模組蓋，其固設於該導流容納區本體，並位於該導流容納板與該液冷頭組件之間；該幫浦模組蓋具有至少一連通口及一出口；該導流容納板的該至少一排出通道透過該幫浦模組蓋的該至少一連通口連通於該液冷頭組件的該入口；該液冷頭組件的該出口透過該幫浦模組蓋的該出口連通於該導流容納區本體的該冷卻液排出口。

Images