TWI763417B - 散熱模組 - Google Patents

Abstract

一種散熱模組，用以對熱源散熱。散熱模組包括蒸發器、冷凝器、至少兩個第一管路以及第二管路。蒸發器熱接觸於熱源，以吸收熱源所產生的熱。第一管路分別連接在蒸發器與冷凝器之間，且各第一管路經由入口連接冷凝器。第二管路連接在冷凝器與蒸發器之間。蒸發器、冷凝器、第一管路與第二管路形成迴路，流體填充於迴路。流體從蒸發器吸熱後經由第一管路與入口流入冷凝器，且流體在冷凝器內形成渦流並散熱，散熱後的流體經由第二管路流入蒸發器。

Description

散熱模組

本發明是有關於一種散熱模組。

近年來，隨著科技產業日益發達，電子裝置例如筆記型電腦、個人數位助理與智慧型手機等產品已頻繁地出現在日常生活中。這些電子裝置內部所搭載的部分電子元件在運作過程中通常會產生熱能，累積的熱能若無法順利排除，將會影響電子裝置的運作效能。因此，電子裝置內部通常會配置散熱模組或散熱元件，例如是散熱風扇、散熱貼材或者散熱管，以協助將電子元件的產熱散逸至電子裝置的外部。

除上述散熱手段之外，兩相流熱傳技術開始被應用在相關電子產品或環境散熱，即，進一步搭配蒸發器與冷凝器構成迴路，且可藉由吸收或釋放熱能而轉換於兩相態（例如液態與氣態）之間的相變化傳熱介質可在散熱管內循環流動，以在蒸發器吸收熱能並在冷凝器釋放熱能，從而將熱能從電子元件傳遞至外部。

然而，傳熱介質僅藉由其自身的相變化而在迴路中流動，其流動效果較差，進而使其散熱效果有限。再者，現有電子裝置朝向輕薄短小的趨勢同時也會造成迴路尺寸減縮，而無法提供傳熱介質在迴路中具有足夠的散熱行程，即使增加的迴路尺寸，伴隨而來的將是傳熱介質與迴路管壁的摩擦力，而導致其流速下降。上述兩者皆容易造成散熱模組的散熱效率低下。因此，如何提供能克服上述問題的散熱結構以滿足的散熱需求及散熱效率，則是本領域相關技術人員所需努力的方向。

本發明提供一散熱模組，其能延長流體在迴路中的散熱行程，以提高散熱模組的散熱效率。

本發明的散熱模組，用以對熱源散熱。散熱模組包括蒸發器、冷凝器、至少兩個第一管路以及第二管路。蒸發器熱接觸於熱源，以吸收熱源所產生的熱。第一管路分別連接在蒸發器與冷凝器之間，且各第一管路經由入口連接冷凝器。第二管路連接在冷凝器與蒸發器之間。蒸發器、冷凝器、第一管路與第二管路形成迴路，流體填充於迴路。流體從蒸發器吸熱後經由第一管路與入口流入冷凝器，且流體在冷凝器內形成渦流並散熱，散熱後的流體經由第二管路流入蒸發器。

基於上述，散熱模組藉由蒸發器、冷凝器與連接兩者之間的至少兩個第一管路與第二管路，而形成能提供流體在其中流動的迴路，以讓流體在蒸發器吸熱後產生相變（液態轉變為氣態），經由所述至少兩個第一管路流入蒸發器，並在蒸發器內形成渦流且進行散熱且相變（氣態轉變為液態），而散熱後的流體從冷凝器經由第二管路流入蒸發器，以利於再次進行吸熱及相變。

由於流體在冷凝器內形成渦流，因此相當於提高流體在冷凝器內的行程與停留時間，亦即延長流體在冷凝器的散熱時間以及增加冷凝器與流體之間的接觸面積。換句話說，流體因在冷凝器內形成渦流而得以提高其散熱效率，同時也在有限的體積之下，提供流體足夠的散熱行程，並據以提高散熱模組的散熱能力。

圖1是依據本發明一實施例的散熱模組的示意圖。圖2是圖1的散熱模組的局部示意圖。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，散熱模組100用以對熱源200散熱，在此，散熱模組100適用於電子裝置或電腦，而熱源200可以是電子裝置的處理器或相關電子晶片，其會在運作時產生熱量，而散熱模組100即是對熱源200進行散熱，以確保處理器或相關電子晶片的順利運作。

在本實施例中，散熱模組100包括蒸發器110、冷凝器120、至少兩個第一管路（在此以一對第一管路130A、130B為例）以及第二管路140。蒸發器110熱接觸於熱源200，以吸收熱源200所產生的熱。在此所述熱接觸，其包括結構直接抵接（如圖1所示），或藉由傳熱結構或相關構件，例如熱管，以將熱源200的熱量經由傳熱結構傳送至蒸發器110。

第一管路130A、130B分別連接在蒸發器110與冷凝器120之間，且各第一管路130A、130B經由入口E1、E2連接冷凝器120。第二管路140連接在冷凝器120與蒸發器110之間。蒸發器110、第一管路130A、130B、冷凝器120與第二管路140形成迴路，流體填充於迴路。在此將流體依據其狀態予以不同標號。蒸發器110吸熱後相變（液態轉換成氣態）的流體F1，其經由第一管路130A、130B與入口E1、E2流入冷凝器120，且流體在冷凝器120內形成渦流F3並散熱，散熱後的流體F2經由第二管路140流入蒸發器110，以利於再次進行吸熱而進行上述動作並產生循環。如此，流體在迴路所產生的相變化而使本實施例的散熱模組100實質上為兩相流散熱模組。

進一步地說，如圖1所示，冷凝器120具有腔室121，第一管路130A、130B分別經由入口E1、E2連接腔室121，且更重要的是，如圖2所示，在腔室121的截面上，各第一管路130A、130B是沿切線方向連接於腔室內壁121a，在此所述截面以重力方向g1為其法線。再者，沿重力方向g1，第二管路140與腔室121的連接處（出口E3）低於第一管路130A、130B與腔室121的連接處（入口E1、E2）。如此一來，從第一管路130A、130B經由入口E1、E2流入腔室121後即會沿著腔室內壁121a流動，並藉助重力流向出口E3，進而在腔室121內逐漸形成渦流F3，而第二管路140與腔室121的連接處（出口E3）便是位於渦流F3的最底層，且實質上是位於渦流F3的中心。

如圖1所示，腔室121的截面從第一管路130A、130B與腔室121的連接處（入口E1、E2）朝向第二管路140與腔室121的連接處（出口E3）漸縮，且其中一實施例的腔室121為倒置的錐形，據以提供讓流體能在腔室121內形成渦流F3的結構特徵。

請再參考圖2，在此以一對第一管路130A、130B為例敘明渦流F3的形成。在此，流體F1從第一管路130A、130B流入腔室121的方向是彼此相反且錯位，且本實施例的入口E1、E2相距於渦流中心（即出口E3在所述截面的正投影）具有最遠距離。在圖2所示腔室121的截面（即具有封閉環形輪廓的腔室內壁121a）中，座落於所述封閉環形輪廓之切線方向的入口E1、E2，其相對於於渦流F3的中心（也相當於出口E3的在所述截面的正投影處）存在最遠距離r1，據以提供流體在腔室內形成渦流F3所需的動力。

詳細而言，所述入口E1、E2各自具有入口角度，相對方向為平行，故因角度關係會使經由入口E1、E2的兩流體形成渦流，沿著腔室內壁121a流動，並因此形成切線方向的壓力，而使流阻變小，並延長停留在冷凝器120內的時間。設計原理簡述如下：

，其中

是流體在曲面切線方向上的分量；

是旋轉運動的力，所述流體沿軌跡受到旋轉的力為：

。

此時若將流體集中在出口E3，亦即最後力會聚集在正中央，加上重力的影響，則：

，其中D為出口E3的體積，K為所有

圍成的區域，S為K的面積。方向根據右手定則，四指指向封閉曲線的方向，即軌跡運動方向，大拇指即為旋度方向，由於圖2中封閉曲線是以逆時針方向旋轉，故根據右手定則可以得知旋度方向垂直於出口E3（第二管路140）。

圖3是本發明另一實施例的散熱模組的示意圖。請參考圖3，本實施例不同於前述實施例處在於第一管路的數量，如圖3所示，四個第一管路分別經由入口E1、E2、E5、E4沿切線方向連接至腔室321，且相對於出口E3（也可視為渦流中心）除具有最遠距離r1之外，所述四個入口E1、E2、E5、E4也相對於腔室321的截面（封閉環形輪廓）採等圓周角度的配置，據以在腔室321內形成渦流。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，散熱模組藉由蒸發器、冷凝器與連接兩者之間的至少兩個第一管路與第二管路，而形成能提供流體在其中流動的迴路，以讓流體在蒸發器吸熱後產生相變（液態轉變為氣態），經由所述至少兩個第一管路流入蒸發器，並在蒸發器內形成渦流且進行散熱且相變（氣態轉變為液態），而散熱後的流體從冷凝器經由第二管路流入蒸發器，以利於再次進行吸熱及相變。

當流體是經由一對第一管路流入腔室蒸發器內的腔室時，所述第一管路是以腔室的切線方向設置，且所述一對第一管路是彼此平行、對向且交錯，而其中較佳者是讓第一管路相對於渦流中心具有最遠距離，以藉此讓流入腔室的流體具備足夠動力以形成渦流。

由於流體在冷凝器內形成渦流，因此相當於提高流體在冷凝器內的行程與停留時間，亦即延長流體在冷凝器的散熱時間以及增加冷凝器與流體之間的接觸面積。換句話說，流體因在冷凝器內形成渦流而得以提高其散熱效率，同時也在有限的體積之下，提供流體足夠的散熱行程，並據以提高散熱模組的散熱能力。

100:散熱模組 110:蒸發器 120:冷凝器 121、321:腔室 121a:腔室內壁 130A、130B:第一管路 140:第二管路 E1、E2、E4、E5:入口 E3:出口 F1、F2:流體 F3:渦流 g1:重力方向 r1:最遠距離 200:熱源

圖1是依據本發明一實施例的散熱模組的示意圖。 圖2是圖1的散熱模組的局部示意圖。 圖3是本發明另一實施例的散熱模組的示意圖。

100:散熱模組

110:蒸發器

120:冷凝器

121:腔室

130A、130B:第一管路

140:第二管路

E1、E2:入口

E3:出口

F1、F2:流體

F3:渦流

g1:重力方向

200:熱源

Claims (10)

1. 一種散熱模組，用以對一熱源散熱，該散熱模組包括： 一蒸發器，熱接觸於該熱源，以吸收該熱源所產生的熱； 一冷凝器； 至少兩個第一管路，分別連接在該蒸發器與該冷凝器之間，且各該第一管路連接該冷凝器；以及 一第二管路，連接在該冷凝器與該蒸發器之間， 其中該蒸發器、該冷凝器、該至少兩個第一管路與該第二管路形成一迴路，一流體填充於該迴路，該流體從該蒸發器吸熱後經由該些第一管路流入該冷凝器，且該流體在該冷凝器內形成渦流並散熱，散熱後的該流體經由該第二管路流入該蒸發器。
2. 如請求項1所述的散熱模組，其中該冷凝器具有一腔室，且各該第一管路沿切線方向連接於該腔室內壁。
3. 如請求項2所述的散熱模組，其中該腔室與該第二管路的連接處在重力方向上低於所述至少兩個第一管路與該腔室的連接處。
4. 如請求項3所述的散熱模組，其中該第二管路與該腔室的連接處位於所述渦流的最底層。
5. 如請求項2所述的散熱模組，其中該腔室的截面從該第一管路與該腔室的連接處朝向該第二管路與該腔室的連接處漸縮。
6. 如請求項2所述的散熱模組，其中該腔室呈錐形。
7. 如請求項2所述的散熱模組，其中該腔室沿重力方向呈現上寬下窄的環形封閉式漸縮輪廓。
8. 如請求項2所述的散熱模組，包括一對第一管路，其中該流體從該對第一管路流入該腔室的方向彼此相反且錯位。
9. 如請求項1所述的散熱模組，其中各該第一管路與該腔室連接處相距所述渦流中心具有最遠距離，該第二管路與該腔室連接處位於所述渦流中心。
10. 如請求項1所述的散熱模組，其為兩相流散熱模組。

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