TWI752613B - 水冷散熱裝置 - Google Patents

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TWI752613B TW109130025A TW109130025A TWI752613B TW I752613 B TWI752613 B TW I752613B TW 109130025 A TW109130025 A TW 109130025A TW 109130025 A TW109130025 A TW 109130025A TW I752613 B TWI752613 B TW I752613B
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Abstract

一種水冷散熱裝置，包含一外殼及一液體驅動組。外殼具有一熱接觸面、一進水腔室、一熱交換腔室、一葉輪容置空間、一入水通道及一出水通道。進水腔室與熱交換腔室透過葉輪容置空間相連通。入水通道與出水通道分別與進水腔室與熱交換腔室相連通。熱交換腔室較進水腔室靠近熱接觸面。葉輪容置空間位於進水腔室與熱交換腔室之間。液體驅動組包含一葉輪。葉輪位於葉輪容置空間並可相對外殼轉動。其中，葉輪包含多個葉片。每一葉片具有遠離熱接觸面之一第一側緣。入水通道及出水通道介於第一側緣與熱接觸面之間。

Description

水冷散熱裝置
本發明係關於一種散熱裝置，特別是一種水冷散熱裝置。
隨著電子設備計算效能日漸增強，其內部所設置之電子元件於運作時會產生大量熱量。為了避免電子元件的運作溫度超過所能承受的溫度上限，故電子元件上一般會設置散熱鰭片，以藉由熱散鰭片來帶走電子元件所產生之熱能。不過，由於散熱鰭片在單位時間內之散熱效率有限，故目前有廠商將散熱鰭片改成散熱效果較佳的水冷系統，以增強對電子元件的散熱效能。水冷系統一般是包含一水冷頭及一水冷排。水冷頭設有泵浦。水冷頭與水冷排相連通並共同構成一冷卻循環，並透過水冷頭驅使冷卻循環內之工作流體流動。水冷頭裝設於處理器等發熱源，並將吸收到之熱量透過流體傳遞至水冷排進行散熱。
由於目前電子設備之訴求為輕薄短小，故若為了迎合輕薄短小之訴求而將泵浦的體積縮小，則又會犧牲掉水冷頭的性能(如揚程)。反之，若為了水冷頭的性能，則又會與目前輕薄短小之趨勢背道而行。因此，如何兼顧水冷頭之排熱效能與體積輕薄化，則為研發人員應解決的問題之一。
本發明在於提供一種水冷散熱裝置，藉以兼顧泵浦之排熱效能與體積輕薄化。
本發明之一實施例所揭露之水冷散熱裝置，包含一外殼及一液體驅動組。外殼具有一熱接觸面、一進水腔室、一熱交換腔室、一葉輪容置空間、一入水通道及一出水通道。進水腔室與排水腔室透過葉輪容置空間相連通。入水通道與出水通道分別與進水腔室與熱交換腔室相連通。熱交換腔室較進水腔室靠近熱接觸面。葉輪容置空間位於進水腔室與熱交換腔室之間。液體驅動組包含一葉輪。葉輪位於葉輪容置空間並可相對外殼轉動。其中，葉輪包含多個葉片。每一葉片具有遠離熱接觸面之一第一側緣。入水通道及出水通道介於第一側緣與熱接觸面之間。
根據上述實施例之水冷散熱裝置，透過入水通道及出水通道之位置設計，以及進水腔室、熱交換腔室及葉輪容置空間之位置設計，使得水冷散熱裝置得厚度得以薄化，進而讓水冷散熱裝置得以應用於有薄型化需求之產品，如顯示卡等。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
請參閱圖1至圖6。圖1為根據本發明第一實施例所述之水冷散熱裝置的立體示意圖。圖2為圖1之俯視示意圖。圖3為沿圖2之3-3割面線繪示的剖面示意圖。圖4為沿圖3之4-4割面線繪示的剖面示意圖。圖5為沿圖2之5-5割面線繪示的剖面示意圖。圖6為沿圖2之6-6割面線繪示的剖面示意圖。
本實施例之水冷散熱裝置10例如為水冷散熱系統中的水冷頭，並連接水冷排(未繪示)而與水冷排共同構成一冷卻循環。水冷散熱裝置10用以熱耦合或熱接觸於一電子產品(未繪示)的熱源(未繪示)上，以吸收熱源產生之熱量，並透過工作流體將熱源產生之熱量轉移至水冷排。電子產品例如為主機板或顯示卡。水冷散熱裝置10包含一外殼100及一液體驅動組200。
外殼100具有一熱接觸面F、一進水腔室S1、一熱交換腔室S2、一葉輪容置空間S3、一入水通道C1及一出水通道C2。熱接觸面F用以熱耦合或熱接觸於電子產品之熱源。進水腔室S1與熱交換腔室S2透過葉輪容置空間S3相連通。入水通道C1與出水通道C2分別與進水腔室S1與熱交換腔室S2相連通。熱交換腔室S2較進水腔室S1靠近熱接觸面F。葉輪容置空間S3位於進水腔室S1與熱交換腔室S2之間。
在本實施例中，外殼100更具有一銜接流道C3、一第一直向流道V1及一第二直向流道V2。銜接流道C3包含一斜向段C31及一橫向段C32。銜接流道C3之斜向段C31之延伸方向與熱接觸面F之法線方向N夾銳角，且一端連接入水通道C1。橫向段C32之延伸方向與熱接觸面F之法線方向N夾直角，且一端連接連接於銜接流道C3之斜向段C31。此外，橫向段C32較入水通道C1靠近熱接觸面F。
第一直向流道V1與第二直向流道V2之延伸方向平行於熱接觸面F之法線方向N。入水通道C1透過銜接流道C3與第一直向流道V1連通進水腔室S1。第二直向流道V2連通葉輪容置空間S3與熱交換腔室S2。詳細來說，第一直向流道V1之相對兩端分別具有一入水端V11及一出水端V12。第一直向流道V1之入水端V11與入水通道C1相連，並較葉輪容置空間S3靠近熱接觸面F。第一直向流道V1之出水端V12與進水腔室S1相連。
外殼100之進水腔室S1、熱交換腔室S2、葉輪容置空間S3、入水通道C1、出水通道C2、銜接流道C3、第一直向流道V1及第二直向流道V2用以容置工作流體(未繪示)。
此外，外殼100更具有一液密空間S4。液密空間S4位於葉輪容置空間S3與熱交換腔室S2之間，並與入水通道C1不相連通。也就是說，液密空間S4與進水腔室S1、熱交換腔室S2、葉輪容置空間S3、入水通道C1、出水通道C2、銜接流道C3、第一直向流道V1及第二直向流道V2皆不相連通。
液體驅動組200包含一葉輪210及一動力組220。葉輪210位於葉輪容置空間S3並可相對外殼100轉動。葉輪210包含一基台211及多個葉片212。基台211具有一設置面2111。設置面2111背向熱接觸面F。每一葉片212具有遠離熱接觸面F之一第一側緣2121，以及靠近熱接觸面F之一第二側緣2122。這些葉片212之這些第二側緣2122連接於基台211之設置面2111。入水通道C1及出水通道C2皆介於第二側緣2122與熱接觸面F之間。
不過，在本實施例中，入水通道C1及出水通道C2介於第二側緣2122與熱接觸面F之間，但並不以此為限。在其他實施例中，入水通道及出水通道也可以改為介於第一側緣與熱接觸面之間即可。
動力組220位於液密空間S4，以避免動力組220之電子零件受到液體影響而損壞。動力組220用以驅動葉輪210相對外殼100轉動。舉例來說，動力組220為馬達的定子組，並包含軛鐵與線圈。葉輪210上裝設有與動力組220相匹配的磁鐵。動力組220與裝設於葉輪210之磁鐵相搭配以驅動葉輪210相對外殼100轉動。
在本實施例中，第一直向流道V1與第二直向流道V2分別位於葉輪210之相對兩側，但並不以此為限。在其他實施例中，第一直向流道與第二直向流道也可以位於葉輪之相異處。
在本實施例中，水冷散熱裝置10還可以包含一入水接頭300及一出水接頭400。入水接頭300與出水接頭400分別裝設於入水通道C1與出水通道C2，並用以便於透過管體連接於水冷排。每一葉片212具有靠近熱接觸面F之一第二側緣2122，入水接頭300與出水接頭400皆介於第二側緣2122與熱接觸面F之間。
在本實施例中，入水接頭300及出水接頭400和熱接觸面F等距，但並不以此為限。在其他實施例中，入水接頭及出水接頭也可以和熱接觸面F保持相異距離。
當葉輪210相對外殼100轉動時，葉輪210會引導工作流體自入水通道C1流入並沿方向D依序流經銜接流道C3、第一直向流道V1、進水腔室S1、葉輪容置空間S3、第二直向流道V2及熱交換腔室S2，再自出水通道C2流出。
請參閱圖7。圖7為圖1之分解示意圖。外殼100例如包含一基座110、一導熱板120、一導流架130、一葉輪罩140及一封蓋150。入水通道C1與出水通道C2位於基座110。熱接觸面F位於導熱板120之一側，且導熱板120遠離熱接觸面F之一側與導流架130分別疊設於基座110之相對兩側，且導熱板120與基座110共同圍繞出熱交換腔室S2。基座110與導流架130共同圍繞出液密空間S4。葉輪罩140裝設於基座110，並與導流架130共同圍繞出葉輪容置空間S3。封蓋150裝設於導流架130，並與葉輪罩140共同圍繞出進水腔室S1。
此外，基座110還可以具有一第一穿孔H1。導流架130還可以具有一第二穿孔H3。第一穿孔H1與第二穿孔H3相連通，並共同成為第一直向流道V1與銜接通道C3相連接之一段。葉輪罩140包含一頂板141及一環形側板142。頂板141具有多個開口1411。環形側板142連接於頂板141之周圍，且環形側板142與封蓋150間的空間構成第一直向流道V1與進入腔室S1相連接之另一段。意即，位於銜接通道C3的工作流體得以經過第一穿孔H1、第二穿孔H3及環形側板142與封蓋150間的空間流向進水腔室S1。此外，頂板141與封蓋150間構成進水腔室S1，並與環形側板142與封蓋150間之空間相連通。進水腔室S1透過這些開口1411與葉輪容置空間S3相連通。
基座110還可以具有另一第一穿孔H2，以及導流架130還可以具有另一第二穿孔H4。第一穿孔H2與第二穿孔H4相連通，並共同成為第二直向流道V2與熱交換腔室S2相連接之一段。環形側板142與葉輪210之基台211間的空間構成第二直向流道V2與葉輪容置空間S3相連接之另一段。意即，位於葉輪容置空間S3的工作流體得以經過第一穿孔H2、第二穿孔H4及環形側板142與葉輪210之基台211間的空間流向熱交換腔室S2。
在本實施例中，導熱板120具有多個散熱鰭片121，這些散熱鰭片121位於熱交換腔室S2，以提升水冷散熱裝置10的散熱效能。
在本實施例中，水冷散熱裝置10還可以包含一擋流墊160。擋流墊160止擋於銜接流道C3之斜向段C31與排水腔室S2之間，而令銜接流道C3不與熱交換腔室S2直接連通。擋流墊160未止擋於出水通道C2與熱交換腔室S2之間，而令出水通道C2與排水腔室S2相連通。此外，擋流墊160具有一開槽161，擋流墊160疊設於這些散熱鰭片121，以讓工作流體均均地流過這些散熱鰭片121。不過，其他實施例也可以不是透過擋流墊阻隔銜接流道C3與熱交換腔室S2，而是改為透過基座直接阻隔銜接流道C3與熱交換腔室S2。
在本實施例中，封蓋150與葉輪罩140例如由透明材質製成。封蓋150具有一外表面151。外表面151背對熱接觸面F。葉輪210經外表面151顯露於外。不過，在其他實施例中，封蓋與葉輪罩也可以改為由非透明材質製成。
在本實施例中，水冷散熱裝置10還可以包含一遮罩500，遮罩500具有一開口510。遮罩500安裝於基座110，並遮蓋部分封蓋150之外表面151，且部分封蓋150之外表面151經開口510顯露於外。
在本實施例中，水冷散熱裝置10更包含一發光組件600包含一電路板610及多個發光元件620，電路板610裝設於遮罩500，並位於封蓋150遠離熱接觸面F之一側，至少一發光元件620設置於電路板610靠近封蓋150之一側，以增添水冷散熱裝置10之視覺效果變化性。
根據上述實施例之水冷散熱裝置，透過入水通道及出水通道之位置設計，以及進水腔室、熱交換腔室及葉輪容置空間之位置設計，使得水冷散熱裝置得厚度得以薄化，進而讓水冷散熱裝置得以應用於有薄型化需求之產品，如顯示卡等。
此外，額外透過第一直向流道銜接入水通道與進水腔室，以及透過第二直向流道銜接葉輪容置空間與熱交換腔室，使得水冷散熱裝置兼顧排熱效能與體積輕薄化。
雖然本發明以前述之諸項實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10:水冷散熱裝置 100:外殼 110:基座 120:導熱板 121:散熱鰭片 130:導流架 140:葉輪罩 141:頂板 1411:開口 142:環形側板 150:封蓋 151:外表面 160:擋流墊 161:開槽 200:液體驅動組 210:葉輪 211:基台 2111:設置面 212:葉片 2121:第一側緣 2122:第二側緣 220:動力組 300:入水接頭 400:出水接頭 500:遮罩 510:開口 600:發光組件 610:電路板 620:發光元件 C1:入水通道 C2:出水通道 C3:銜接流道 C31:斜向段 C32:橫向段 D:方向 F:熱接觸面 H1、H2:第一穿孔 H3、H4:第二穿孔 N:法線方向 S1:進水腔室 S2:熱交換腔室 S3:葉輪容置空間 S4:液密空間 V1:第一直向流道 V11:入水端 V12:出水端 V2:第二直向流道
圖1為根據本發明第一實施例所述之水冷散熱裝置的立體示意圖。 圖2為圖1之俯視示意圖。 圖3為沿圖2之3-3割面線繪示的剖面示意圖。 圖4為沿圖3之4-4割面線繪示的剖面示意圖。 圖5為沿圖2之5-5割面線繪示的剖面示意圖。 圖6為沿圖2之6-6割面線繪示的剖面示意圖。 圖7為圖1之分解示意圖。
10:水冷散熱裝置
100:外殼
110:基座
120:導熱板
121:散熱鰭片
130:導流架
140:葉輪罩
141:頂板
1411:開口
142:環形側板
150:封蓋
151:外表面
160:擋流墊
161:開槽
200:液體驅動組
210:葉輪
211:基台
2111:設置面
212:葉片
2121:第一側緣
2122:第二側緣
220:動力組
300:入水接頭
500:遮罩
510:開口
600:發光組件
610:電路板
620:發光元件
D:方向
F:熱接觸面
N:法線方向
S1:進水腔室
S2:熱交換腔室
S3:葉輪容置空間
S4:液密空間
V1:第一直向流道
V2:第二直向流道

Claims (16)

  1. 一種水冷散熱裝置，包含：一外殼，具有一熱接觸面、一進水腔室、一熱交換腔室、一葉輪容置空間、一入水通道及一出水通道，該進水腔室與該熱交換腔室透過該葉輪容置空間相連通，該入水通道與該出水通道分別與該進水腔室與該熱交換腔室相連通，該熱交換腔室較該進水腔室靠近該熱接觸面，該葉輪容置空間位於該進水腔室與該熱交換腔室之間；以及一液體驅動組，包含一葉輪，該葉輪位於該葉輪容置空間並可相對該外殼轉動；其中，該葉輪包含多個葉片，每一該葉片具有遠離該熱接觸面之一第一側緣，該入水通道及該出水通道介於該第一側緣與該熱接觸面之間。
  2. 如請求項1所述之水冷散熱裝置，其中每一該葉片具有靠近該熱接觸面之一第二側緣，該入水通道及該出水通道皆介於該第二側緣與該熱接觸面之間。
  3. 如請求項2所述之水冷散熱裝置，其中該葉輪更包含一基台，該基台具有一設置面，該設置面背向該熱接觸面，該些葉片之該些第二側緣連接於該基台之該設置面。
  4. 如請求項1所述之水冷散熱裝置，其中該外殼更具有一第一直向流道及一第二直向流道，該第一直向流道與該第二直向流道之延伸方向平行於該熱接觸面之一法線方向，該入水通道透過該第一直向流道連通該進水腔室，該葉輪容置空間透過該第二直向流道連通該熱交換腔室。
  5. 如請求項4所述之水冷散熱裝置，其中該第一直向流道與該第二直向流道分別位於該葉輪之相對兩側。
  6. 如請求項4所述之水冷散熱裝置，其中該第一直向流道之相對兩端分別具有一入水端及一出水端，該第一直向流道之該入水端與該入水通道相連，並較該葉輪容置空間靠近該熱接觸面，該第一直向流道之該出水端與該進水腔室相連。
  7. 如請求項6所述之水冷散熱裝置，其中該外殼更具有一銜接流道，該銜接流道包含相連的一斜向段及一橫向段，該銜接流道之該斜向段連接該入水通道，該橫向段連接於該第一直向流道，該橫向段較該入水通道靠近該熱接觸面。
  8. 如請求項7所述之水冷散熱裝置，其中該外殼更具有一液密空間，該液密空間位於該葉輪容置空間與該熱交換腔室之間，並與該入水通道不相連通，該液體驅動組更包含一動力組，該動力組位於該液密空間，並用以驅動該葉輪相對該外殼轉動。
  9. 如請求項8所述之水冷散熱裝置，其中該外殼包含一基座、一導熱板、一導流架、一葉輪罩及一封蓋，該入水通道與該出水通道位於該基座，該熱接觸面位於該導熱板之一側，且該導熱板遠離該熱接觸面之一側與該導流架分別疊設於該基座之相對兩側，且該導熱板與該基座共同圍繞出該熱交換腔室，該基座與該導流架共同圍繞出該液密空間，該葉輪罩裝設於該基座，並與該導流架共同圍繞出該葉輪容置空間，該封蓋裝設於導流架，並與該葉輪罩共同圍繞出該進水腔室。
  10. 如請求項9所述之水冷散熱裝置，更包含一擋流墊，該擋流墊止擋於該銜接流道之該斜向段與該熱交換腔室之間，而令該銜接流道不與該熱交換腔室直接連通，該擋流墊未止擋於該出水通道與該熱交換腔室之間，而令該出水通道與該熱交換腔室相連通。
  11. 如請求項9所述之水冷散熱裝置，其中該導熱板具有多個散熱鰭片，該些散熱鰭片位於該熱交換腔室。
  12. 如請求項9所述之水冷散熱裝置，其中該封蓋與該葉輪罩由透明材質製成，該封蓋具有一外表面，該外表面背對該熱接觸面，該葉輪經該外表面顯露於外。
  13. 如請求項12所述之水冷散熱裝置，更包含一遮罩，該遮罩具有一開口，該遮罩安裝於該基座，並遮蓋部分該封蓋之該外表面，且部分該封蓋之該外表面經該開口顯露於外。
  14. 如請求項13所述之水冷散熱裝置，更包含一發光組件，該發光組件包含一電路板及至少一發光元件，該電路板裝設於該遮罩，並位於該封蓋遠離該熱接觸面之一側，該至少一發光元件設置於該電路板靠近該封蓋之一側。
  15. 如請求項1所述之水冷散熱裝置，更包含一入水接頭及一出水接頭，該入水接頭與該出水接頭分別裝設於該入水通道與該出水通道，每一該葉片具有靠近該熱接觸面之一第二側緣，該入水接頭與該出水接頭皆介於該第二側緣與該熱接觸面之間。
  16. 如請求項15所述之水冷散熱裝置，其中該入水接頭及該出水接頭和熱接觸面等距。
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