TWI733134B - 水冷頭 - Google Patents

Abstract

提供一種水冷頭。水冷頭包括一殼體、一底座以及一泵浦。殼體包括一工作流體入口以及一工作流體出口。底座的外側具有一吸熱底面，底座的內側設置一傳熱結構。底座與殼體共同界定出一作用空間。泵浦包括一第一磁性元件、一第二磁性元件、一扇葉部以及一樞轉部。第一磁性元件設置在作用空間外，並且第一磁性元件在垂直於底座的方向上位於扇葉部與底座之間。樞轉部、第二磁性元件以及扇葉部則設置在作用空間內，其中，樞轉部連接於扇葉部，並位於扇葉部與底座之間，第二磁性元件係設於樞轉部上。

Description

水冷頭

本發明為一種散熱裝置，特別是一種水冷頭(Cold plate)。

習知內建有泵浦的水冷頭，為了確保工作流體可以穩定地進行單向的循環，經常會在殼體上形成有很多的導引結構來輔助泵浦的扇葉，不過，過多的導引結構往往會增加水冷頭的結構複雜度，提高了生產的成本。因此，若是能夠簡化水冷頭的組成，讓泵浦的扇葉可以依靠本身的結構就能導引工作流體進行單向的循環，會更符合業界的需求。

針對傳統水冷頭的缺失，本案提出一種改良式的水冷頭，利用扇葉部與樞轉部的結構來吸引作用空間內的工作流體。

此外，本案所提出的水冷頭，其殼體係外側向內凹設一機電腔，並在其內設置電路板以及磁性元件，增加電氣元件在佈局上的彈性。

依據本發明之一實施例提供一種水冷頭，水冷頭包括一殼體、一底座以及一泵浦。殼體包括一工作流體入口以及一工作流體出口。底座的外側具有一吸熱底面，底座的內側設置一傳熱結構，底座係與殼體共同界定出一作用空間。泵浦包括一第一磁性元件、一第二磁性元件、一扇葉部以及一樞轉部，第一磁性元件設置在工作流體流動的作用空間外，並且第一磁性元件在垂直於底座的方向上位於扇葉部與底座之間，樞轉 部、第二磁性元件以及扇葉部則設置在工作流體流動的作用空間內，其中，樞轉部連接於扇葉部，並位於扇葉部與底座之間，第二磁性元件係設於樞轉部上。

在一實施例中，作用空間包括一吸熱空間、一通道以及一排水空間，吸熱空間連接工作流體入口，排水空間連接工作流體出口，通道連接吸熱空間與排水空間。

在一實施例中，通道以及排水空間位於殼體內部，吸熱空間則由殼體與底座所共同界定。

在一實施例中，扇葉部位在排水空間內，樞轉部自排水空間延伸至通道內。

在一實施例中，樞轉部上形成有一導引結構，用以將工作流體從吸熱空間吸引至排水空間。

在一實施例中，水冷頭更包括一軸棒，軸棒套設於樞轉部內，樞轉部以軸棒為旋轉中心而轉動，但樞轉部與軸棒之間並不同步轉動。

在一實施例中，軸棒自排水空間延伸至吸熱空間。

在一實施例中，水冷頭更多括一軸棒固定架，軸棒固定架具有一凹槽用以固定軸棒。

在一實施例中，軸棒固定架安裝於底座上。

在一實施例中，水冷頭更包括一軸套，軸套設置於樞轉部內。

在一實施例中，軸套之材質為耐磨耗材質。

在一實施例中，水冷頭更包括一軸棒，軸棒套設於軸套內，但軸棒與軸套之間並不同步轉動。

在一實施例中，軸棒自排水空間延伸至吸熱空間。

在一實施例中，水冷頭更多括一軸棒固定架，軸棒固定架具有一凹槽用以固定軸棒。

在一實施例中，軸棒固定架安裝於底座上。

依據本發明之一實施例提供一種水冷頭，水冷頭包括一殼體、一底座以及一泵浦。殼體包括一工作流體入口以及一工作流體出口。底座係與殼體共同界定出一作用空間，作用空間包括一吸熱空間、一通道以及一排水空間，吸熱空間連接工作流體入口，排水空間連接工作流體出口，通道連接吸熱空間與排水空間。泵浦包括一第一磁性元件、一第二磁性元件、一扇葉部以及一樞轉部，第二磁性元件、扇葉部以及樞轉部設置於作用空間內。其中，殼體係在排水空間與吸熱空間之間，從外側向內凹設一機電腔，機電腔獨立於作用空間，第一磁性元件設置於機電腔內。

在一實施例中，機電腔位於通道的外圍，第二磁性元件係設於樞轉部上並且位於通道內。

在一實施例中，水冷頭更包括一電路板，電路板與第一磁性元件電性連接。

在一實施例中，水冷頭更包括一軸棒，軸棒套設於樞轉部內，樞轉部以軸棒為旋轉中心而轉動，但樞轉部與軸棒之間並不同步轉動。

在一實施例中，水冷頭更包括一軸套與一軸棒，軸套設置於樞轉部內，軸棒套設於軸套內，但軸棒與軸套之間並不同步轉動。

1‧‧‧水冷頭

2‧‧‧殼體

21‧‧‧工作流體入口

22‧‧‧工作流體出口

23‧‧‧機電腔

24‧‧‧凹槽

3‧‧‧底座

31‧‧‧吸熱底面

32‧‧‧傳熱結構

4‧‧‧泵浦

41‧‧‧樞轉部

411‧‧‧導引結構

42‧‧‧第一磁性元件

43‧‧‧第二磁性元件

44‧‧‧扇葉部

441‧‧‧扇葉

45‧‧‧腔室

46‧‧‧電路板

47‧‧‧軸套

5‧‧‧作用空間

51‧‧‧吸熱空間

52‧‧‧通道

53‧‧‧排水空間

6‧‧‧軸棒

7‧‧‧軸棒固定架

71‧‧‧凹槽

8‧‧‧工作流體的移動路徑

8A‧‧‧箭頭

8B‧‧‧箭頭

8C‧‧‧箭頭

8D‧‧‧箭頭

第1圖係本發明水冷頭於一實施例的結構示意圖。

第2圖係第1圖所示水冷頭之樞轉部與扇葉的結構的立體圖。

本發明提供一種內建有泵浦的水冷頭。請參照第1圖，其為本發明水冷頭於一實施例的結構示意圖。水冷頭1包括一殼體2、一底座3以及一泵浦4，且殼體2包括有一工作流體入口21以及一工作流體出口22，而工作流體入口21與工作流體出口22用以與其他散熱裝置例如水冷排或是管路連接，進而供工作流體(圖中未示)流入殼體2內或向殼體外流出。又，底座3的外側具有一吸熱底面31，而內側則設置或是形成有一傳熱結構32，當吸熱底面31與發熱源(圖中未示)接觸後，會吸收其熱能並傳遞至傳熱結構32，傳熱結構32則會透過與工作流體(圖中未示)的接觸而將熱能傳遞至工作流體。

其中，底座3的傳熱結構32，可選擇切削式鰭片(skived fin)，或是其他柱狀、片狀、甚至於是不規則的形狀的鰭片，只要能夠增加與工作流體接觸的面積，就可讓熱能更快傳遞至工作流體。而當殼體2跟底座3藉由鎖固或其他固定手段結合在一起後，就可界定出一可供工作流體流動的作用空間5。

此外，作用空間5包括一吸熱空間51、一通道52以及一排水空間53，其中吸熱空間51連接工作流體入水口21，排水空間53連接工作流體出水口22，而通道52則連接吸熱空間51與排水空間53。而從結構上來劃分，通道52以及排水空間53位於殼體2的內部，屬於殼體2內的結構，而吸熱空間51則由殼體2與底座3兩者所共同界定而成。

另外，在垂直方向上，殼體2係在排水空間53與吸熱空間51之間，也就是通道52的外圍，從外側向內凹設一機電腔23，機電腔23獨立於作用空間5，不與作用空間5有任何水路上的連通，因此不會接觸到工作流體。而本實施例所提供將機電腔23設置於殼體2中段位置的設計，除了提供電氣元件在空間布局時的另一種選擇外，也可降低水冷頭1整體的高度。

此外請參考第1圖與第2圖，泵浦4包含有一樞轉部41、一第一磁性元件42、一第二磁性元件43、一扇葉部44以及一電路板46。其中電路板46係與第一磁性元件42電性連接，並且電路板46以及第一磁性元件42係設置在工作流體流動的作用空間5外。在本實施例中，第一磁性元件42係設置於前述所提的機電腔23內，而電路板46則可設置在殼體2的上方或是其他適當的位置例如殼體2的旁側，並且與第一磁性元件42電性連接。樞轉部41、第二磁性元件43以及扇葉部44則設置在工作流體流動的作用空間5內，其中，扇葉部44位在排水空間53內，樞轉部41則自排水空間53延伸至通道52內。在結構上，樞轉部41係連接於扇葉部44，在垂直於底座的方向上係位在扇葉部44與底座3之間。扇葉部44具有複數扇葉441。第二磁性元件43係設於扇葉部44及/或樞轉部41上，第1圖所顯示的水冷頭1係第二磁性元件43設於樞轉部41上並且位在通道52內的情況。此外，第一磁性元件42可選自矽鋼片或是磁鐵，第二磁性元件43可選自一磁鐵，但不以上述為限。而在電路板46、第一磁性元件42以及第二磁性元件43的共同作用下，樞轉部41與扇葉部44可被驅動旋轉，進而引導工作流體的移動，特別是將工作流體從吸熱空間51經由通道52而向上導引至排水空間53。特別說明的是，於本案發明中，第一磁性元件42在垂直於底座的方向上是位於扇葉部44與底 座3之間，亦位於工作流體入口21以及工作流體出口22之間。

其次，水冷頭1也可包含有一軸棒6以及一軸棒固定架7，讓樞轉部41與扇葉部44得以套設於軸棒6上，並以該軸棒6為旋轉中心而轉動，不過由於樞轉部41以及扇葉部44是在第一磁性元件42與第二磁性元件43之間的電磁感應作用下才產生轉動，並非藉由軸棒6來驅動，因此樞轉部41與軸棒6之間並不會同步轉動，申言之，在本實施例中，軸棒6最主要的功能是負責定位，讓套設在軸棒6上的樞轉部41與扇葉部44在轉動時不會發生偏移的情況。此外，軸棒6也因為有軸棒固定架7的輔助，因而不會產生偏移或脫離的情況，因此水冷頭1內的樞轉部41與扇葉部44可藉由軸棒6以及軸棒固定架7而穩固地持續轉動。

再者，為了維持扇葉部44與樞轉部41的穩固轉動，因此軸棒6在設置上係從排水空間53經過通道52而向下延伸至吸熱空間內51，上下兩端分別固定在殼體2的凹槽24以及軸棒固定架7的凹槽71內。而軸棒固定架7則可如第1圖所示固定於底座3上，或是於其他的實施例中固定在底座的傳熱結構32上，或是從殼體2向下延伸的壁面上，本發明並不予以限制。

此外，為了延長扇葉44以及樞轉部41的使用壽命，減少與軸棒6之間的磨耗情況，因此，本實施例也可在水冷頭1內設置一個由耐磨耗材質所形成的軸套47，耐磨耗材質可以是複合塑膠(例如加入碳成分的塑膠)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，縮寫為PPS)或是聚甲醛(polyoxymethylene，縮寫為POM)等。軸套47係設置並固定在樞轉部41內，而軸棒6則可套設在軸套47內。而如前所述，由於樞轉部41以及扇葉部44是在第一磁性元件42與第二磁性元件43之間的電磁感應作用下才產生轉動， 並非藉由軸棒6來驅動，因此固定在樞轉部41內的軸套47與軸棒6之間同樣也不會同步轉動。

請參考第1圖所示關於工作流體在水冷頭1內部的移動路徑8，在本發明所提供的水冷頭1中，當工作流體從工作流體入口21沿箭頭8A的方向進入作用空間5的吸熱空間51後，就可沿箭頭8B的方向沿路吸收傳熱結構32的熱能，之後就會在樞轉部41與扇葉部44的吸引與帶動下，沿著箭頭8C的方向經過通道52而向上傳遞，最終進入排水空間53後沿著箭頭8D的方向流往工作流體出口22而被排出。

請參閱第1圖與第2圖，位在排水空間53內的扇葉部44，在其相鄰兩扇葉441之間可界定出一腔室45，加上樞轉部41上形成有導引結構411，例如槽溝。因此當樞轉部41與扇葉部44因應第一磁性元件42與第二磁性元件43的共同作用而被驅動旋轉時，樞轉部41下方的工作流體會被吸引而沿著樞轉部41的導引結構411向上移動並進入數個腔室45中之至少一者。最後，工作流體會被旋轉而在工作流體出口22處被排出水冷頭1。

於本實施例中，導引結構411係為沿著樞轉部41外側由下往上螺旋延伸的槽溝，當然，上述僅為實施例，熟知本技藝人士皆可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計。舉例來說，可變更設計為，樞轉部41上不具有導引結構411，且當樞轉部41與扇葉部44因應第一磁性元件42與第二磁性元件43的共同作用而被驅動旋轉時，樞轉部41下側的工作流體亦可因被吸引而沿著樞轉部41向上移動並進入數個腔室45中之至少一者。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應 包含於本案的發明概念中。

1‧‧‧水冷頭

2‧‧‧殼體

21‧‧‧工作流體入口

22‧‧‧工作流體出口

23‧‧‧機電腔

24‧‧‧凹槽

3‧‧‧底座

31‧‧‧吸熱底面

32‧‧‧傳熱結構

4‧‧‧泵浦

41‧‧‧樞轉部

42‧‧‧第一磁性元件

43‧‧‧第二磁性元件

44‧‧‧扇葉部

46‧‧‧電路板

47‧‧‧軸套

5‧‧‧作用空間

51‧‧‧吸熱空間

52‧‧‧通道

53‧‧‧排水空間

6‧‧‧軸棒

7‧‧‧軸棒固定架

71‧‧‧凹槽

8‧‧‧工作流體的移動路徑

8A‧‧‧箭頭

8B‧‧‧箭頭

8C‧‧‧箭頭

8D‧‧‧箭頭

Claims (20)

1. 一種水冷頭，包括：一殼體，包括一工作流體入口以及一工作流體出口；一底座，該底座的外側具有一吸熱底面，該底座的內側設置一傳熱結構，該底座係與該殼體共同界定出一作用空間；以及一泵浦，包括一第一磁性元件、一第二磁性元件、一扇葉部以及一樞轉部，該第一磁性元件設置在工作流體流動的作用空間外，並且該第一磁性元件在垂直於底座的方向上位於該扇葉部與該底座之間，該樞轉部、該第二磁性元件以及該扇葉部則設置在工作流體流動的作用空間內，其中，該樞轉部連接於該扇葉部，並位於該扇葉部與該底座之間，該第二磁性元件係設於該樞轉部上。
2. 根據申請專利範圍第1項之水冷頭，該作用空間包括一吸熱空間、一通道以及一排水空間，該吸熱空間連接該工作流體入口，該排水空間連接該工作流體出口，該通道連接該吸熱空間與該排水空間。
3. 根據申請專利範圍第2項之水冷頭，其中該通道以及該排水空間位於該殼體內部，該吸熱空間則由該殼體與該底座所共同界定。
4. 根據申請專利範圍第2項之水冷頭，其中該扇葉部位在該排水空間內，該樞轉部自該排水空間延伸至該通道內。
5. 根據申請專利範圍第2項之水冷頭，其中該樞轉部上形成有一導引結構，用以將工作流體從吸熱空間吸引至排水空間。
6. 根據申請專利範圍第1項之水冷頭，更包括一軸棒，該軸棒套設於該樞轉部內，該樞轉部以該軸棒為旋轉中心而轉動，但該樞轉部與該軸棒之間並 不同步轉動。
7. 根據申請專利範圍第6項之水冷頭，其中該軸棒自該排水空間延伸至該吸熱空間。
8. 根據申請專利範圍第6項之水冷頭，更包括一軸棒固定架，該軸棒固定架具有一凹槽用以固定該軸棒。
9. 根據申請專利範圍第8項之水冷頭，其中該軸棒固定架安裝於該底座上。
10. 根據申請專利範圍第1項之水冷頭，更包括一軸套，該軸套設置於該樞轉部內。
11. 根據申請專利範圍第10項之水冷頭，其中該軸套之材質為耐磨耗材質。
12. 根據申請專利範圍第10項之水冷頭，更包括一軸棒，該軸棒套設於該軸套內，但該軸棒與該軸套之間並不同步轉動。
13. 根據申請專利範圍第12項之水冷頭，其中該軸棒自該排水空間延伸至該吸熱空間。
14. 根據申請專利範圍第12項之水冷頭，更包括一軸棒固定架，該軸棒固定架具有一凹槽用以固定該軸棒。
15. 根據申請專利範圍第14項之水冷頭，其中該軸棒固定架安裝於該底座上。
16. 一種水冷頭，包括：一殼體，包括一工作流體入口以及一工作流體出口；一底座，該底座係與該殼體共同界定出一作用空間，該作用空間包括一吸熱空間、一通道以及一排水空間，該吸熱空間連接該工作流體入口，該排水空間連接該工作流體出口，該通道連接該吸熱空間與該排水空間；以及 一泵浦，包括一第一磁性元件、一第二磁性元件、一扇葉部以及一樞轉部，該第二磁性元件、該扇葉部以及該樞轉部設置於該作用空間內；其中，該殼體係在排水空間與該吸熱空間之間，從外側向內凹設一機電腔，該機電腔獨立於該作用空間，該第一磁性元件設置於該機電腔內。
17. 根據申請專利範圍第16項之水冷頭，其中該機電腔位於該通道的外圍，該第二磁性元件係設於該樞轉部上並且位於該通道內。
18. 根據申請專利範圍第16項之水冷頭，更包括一電路板，並且該電路板與該第一磁性元件電性連接。
19. 根據申請專利範圍第16項之水冷頭，更包括一軸棒，該軸棒套設於該樞轉部內，該樞轉部以該軸棒為旋轉中心而轉動，但該樞轉部與該軸棒之間並不同步轉動。
20. 根據申請專利範圍第16項之水冷頭，更包括一軸套與一軸棒，該軸套設置於該樞轉部內，該軸棒套設於該軸套內，但該軸棒與該軸套之間並不同步轉動。

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