TWI765466B

TWI765466B - 液冷頭裝置

Info

Publication number: TWI765466B
Application number: TW109143964A
Authority: TW
Inventors: 陳建佑; 葉恬利; 林仁豪; 陳建安
Original assignee: 雙鴻科技股份有限公司
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-05-21
Also published as: TW202137864A; TWI738584B; TW202137863A; CN113518535A; CN213907271U; CN213694682U; CN113453485A

Abstract

一種液冷頭裝置包括一底座、一上蓋、一入口部、一出口部與一抽水泵浦。底座包括一導流槽道、一第一腔室與一開口，第一腔室接通導流槽道與開口，內具有一散熱鰭片模組。上蓋覆蓋底座並與底座之間形成一第二腔室。入口部位於底座上，透過導流槽道接通第一腔室。出口部形成於上蓋上。抽水泵浦包含一殼體與一扇葉。殼體覆蓋上蓋之一面，使得抽水泵浦與上蓋之間定義出一第三腔室。第三腔室分別接通第二腔室與出口部。扇葉位於第三腔室內，且導流槽道位於扇葉與第一腔室之間。

Description

液冷頭裝置

本發明有關於一種散熱模組，尤指一種液冷頭裝置。

在科技的進步與普及下，各種電子裝置或電腦設備早已成為人們日常生活中不可或缺的角色，例如筆記型電腦、桌上型電腦、網路伺服器等。一般來說，這些產品的內部的電子元件在運作時都會提升溫度，而高溫容易造成元件的損壞。因此，散熱機制便是這些電子產品相當重要且必須的設計。一般的散熱設計除了以風扇提供氣流進行對流冷卻，或是以特殊材質的散熱單元進行貼附而產生傳導降溫之外，水冷式機制亦是一種有效而常見的散熱設計。

水冷式散熱的原理簡單來說，一般是以液體(例如水或冷卻劑)作為散熱媒介，並利用一個持續運作的水泵或幫浦在所應用的系統內形成不斷的循環。液體在密閉的管路內流動，而這些管路則分佈至系統內的各電子元件(例如中央處理單元)的表面上。當溫度相對較低的液體流經這些溫度相對較高的電子元件時，便會吸收其熱量以減緩其溫度的升高。接著，再隨著管路對外界或其他散熱機制進行熱交換來釋放熱量以降低液體溫度，並再使液體重新回到系統內進行循環與散熱。

然而，由於一般電腦設備、主機或伺服器設備的內部空間有限，只能以所設置的環境的空間加以利用，且水冷式散熱又須具有管路之流入與流出的設計，使得管路的設置會相對複雜。是故，如何設計出具有良好散熱功效之水冷散熱結構，並能同時兼顧整體管路配置、減少佔據空間以利在狹小環境中設置，和有效完成與其他管路銜接並避免漏水情況發生，便為本案發展的主要目的。

本發明之一目的在於提供一種液冷頭裝置，用以解決以上先前技術所提到的困難。

本發明之一實施例提供一種液冷頭裝置。此液冷頭裝置包括一底座、一散熱鰭片模組、一上蓋、一入口部、一出口部與一抽水泵浦。底座包括一導流槽道、一第一腔室與至少一開口，第一腔室分別接通導流槽道與開口。散熱鰭片模組位於第一腔室內。上蓋覆蓋底座之一面，並與底座之間形成一第二腔室，第二腔室透過開口接通第一腔室。入口部位於底座上，透過導流槽道接通第一腔室。出口部形成於上蓋上。抽水泵浦包含一殼體及一扇葉。殼體覆蓋上蓋背對底座之一面，使得殼體與上蓋之間定義出一第三腔室。第三腔室分別接通第二腔室與出口部。扇葉位於第三腔室內，且導流槽道位於扇葉與第一腔室之間。如此，當一工作流體從入口部送至第一腔室內並流經第二腔室後，扇葉將第二腔室內之工作流體經由第三腔室送出出口部。

依據本發明一或複數個實施例，在上述之液冷頭裝置中，底座包括一導熱基板、一下蓋與一彈性導流罩。散熱鰭片模組位於導熱基板之一面。下蓋組合至導熱基板上。彈性導流罩夾合於導熱基板與下蓋之間。彈性導流罩包含一第一貫口及至少一第二貫口。第一貫口接通導流槽道與第一腔室，第二貫口接通開口與第一腔室。

依據本發明一或複數個實施例，在上述之液冷頭裝置中，開口與第二貫口皆為二個，且這些開口分別對齊且接通第二貫口，第一貫口位於這些第二貫口之間，且位於下蓋之一中央位置。

依據本發明一或複數個實施例，在上述之液冷頭裝置中，殼體具有一機電腔與一下凹槽。下凹槽位於殼體之一面，機電腔位於殼體之內部。上蓋具有一上凹槽，上凹槽與下凹槽共同形成第三腔室，第三腔室與機電腔氣密隔絕。

依據本發明一或複數個實施例，在上述之液冷頭裝置中，抽水泵浦更包含一定子、一轉子、一軸棒與一電路板。定子位於機電腔內。轉子位於第三腔室內，固接扇葉。軸棒穿過轉子與扇葉，並連接上蓋，用以驅動轉子轉動以帶動扇葉轉動。

依據本發明一或複數個實施例，在上述之液冷頭裝置中，轉子為一磁鐵，定子為一矽鋼片、一磁鐵與一電磁鐵其中之一。

依據本發明一或複數個實施例，在上述之液冷頭裝置中，散熱鰭片模組包含複數個鰭片部，任二相鄰之鰭片部之間具有一間隙。彈性導流罩包含一可撓性墊體與複數個定位塊，這些定位塊間隔配置於可撓性墊體面向導熱基板之一面，每一定位塊伸入其中一間隙內，用以將彈性導流罩固定於導熱基板上。

依據本發明一或複數個實施例，在上述之液冷頭裝置中，下蓋背對彈性導流罩之一面具有一凹陷部，開口形成於凹陷部內，下蓋面向導熱基板之一面具有至少一環狀凹部，環狀凹部圍繞開口。

依據本發明一或複數個實施例，在上述之液冷頭裝置中，彈性導流罩更包含至少一環狀凸部，環狀凸部凸設於可撓性墊體背對導熱基板之一面，且插入環狀凹部內。

依據本發明一或複數個實施例，在上述之液冷頭裝置中，彈性導流罩包含可撓性材質。

如此，透過以上各實施例之所述架構，本發明除了能達到良好散熱功效之外，也有利於應用在相關的電腦設備、主機或伺服器設備上。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

2-2:剖面線

6:液冷頭裝置

61:抽水泵浦

611:殼體

6111:機電腔

6112:下凹槽

612:定子

613:轉子

614:軸棒

615:扇葉

62:上蓋

62A:第一側

62B:第二側

621:軸棒固定架

622:開孔

623:上凹槽

624:出口部

625:開口

63:下蓋

63A:第一側

63B:第二側

630:底座

631:入口部

632、633:開口

634:導流槽道

635:凹陷部

636:環狀凹部

64:彈性導流罩

64A:第一側

64B:第二側

640:可撓性墊體

641:第一貫口

642、643:第二貫口

645:定位塊

646:環狀凸部

65:導熱基板

65A:第一側

65B:第二側

651:散熱鰭片模組

6511:鰭片部

6512:間隙

652:凸台結構

66A:第三腔室

66B:第二腔室

66C:第一腔室

D1~D7:方向

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖為液冷頭裝置的立體圖；第1B圖為液冷頭裝置的爆炸圖；第2圖為第1A圖沿2-2剖面線所得的剖面圖；第3A圖與第3B圖係液冷頭裝置的部分立體圖，顯示出工作流體從外部進入到下蓋的導流槽道的過程；第4A圖與第4B圖係液冷頭裝置的剖面圖以及部分立體圖，顯示工作流體從下蓋流經彈性導流罩後，通過第三腔室並進入第二腔室前的過程；第4C圖係液冷頭裝置的導熱基板的立體圖；第5A圖與第5B圖係液冷頭裝置的剖面圖以及部分立體圖，顯示工作流體進入第二腔室後，再集中流往第一腔室的過程；以及第6A圖與第6B圖係液冷頭裝置的剖面圖以及部分立體圖，顯示工作流體進入第一腔室後，如何被扇葉所導引，最後排出液冷頭裝置的過程。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參考第1A圖、第1B圖以及第2圖，第1A圖顯示本發明之一實施例所提供的液冷頭裝置6的立體圖、第1B圖為第1A圖之爆炸圖以及第2圖為第1A圖沿2-2剖面線所得的剖面圖。

在本實施例中，液冷頭裝置6主要包括一抽水泵浦61、一上蓋62與一底座630，而抽水泵浦61、上蓋62與底座630係由上而下組裝而堆疊出液冷頭裝置6。底座630包括一導流槽道634、一第一腔室66C與二開口632、633。第一腔室66C分別接通導流槽道634與此二開口632、633。第一腔室66C內設置一散熱鰭片模組651。上蓋62包括彼此相對的第一側62A與第二側62B。上蓋62之第二側62B覆蓋底座630之頂面，並與底座630之間形成一第二腔室66B。第二腔室66B透過開口632、633接通第一腔室66C。底座630上設置有一入口部631。入口部631透過導流槽道634接通第一腔室66C。上蓋62之第一側62A上設置有一出口部624。抽水泵浦61覆蓋至上蓋62，以與二者之間定義出一第三腔室66A。

更具體地，底座630包括一下蓋63、一彈性導流罩64與一導熱基板65。導熱基板65包含彼此相對的第一側65A與第二側65B。散熱鰭片模組651位於導熱基板65之第一側65A。下蓋63包括彼此相對的第一側63A 與第二側63B，下蓋63之第二側63B組合至導熱基板65上。入口部631與開口632、633皆分別貫穿下蓋63的第一側63A與第二側63B。彈性導流罩64夾合於導熱基板65的第一側65A與下蓋63之第二側63B之間。

彈性導流罩64包含一可撓性墊體640、一第一貫口641及二個第二貫口642、643。可撓性墊體640包含彼此相對的第一側64A與第二側64B。第一貫口641及第二貫口642、643皆貫穿可撓性墊體640之第一側64A與第二側64B。第一貫口641接通導流槽道634與第一腔室66C，第二貫口642、643分別對齊且接通開口632、633，且第二貫口642、643也共同接通第一腔室66C。在本實施例中，但不限於此，第一貫口641位於這些第二貫口642、643之間，且大約位於下蓋63之中央位置。此外，彈性導流罩64更包含複數個定位塊645與二個環狀凸部646。這些定位塊645間隔配置於可撓性墊體640之第二側64B。每個環狀凸部646凸設於可撓性墊體640背對導熱基板65之一面(即可撓性墊體640之第二側64B)，且環繞第二貫口642或643。

抽水泵浦61包括一殼體611、一定子612、一電路板(圖中未示)、一轉子613、一軸棒614以及一扇葉615。殼體611覆蓋上蓋62背對底座630之一面，使得殼體611與上蓋62之間定義出上述之第三腔室66A。第三腔室66A分別接通第二腔室66B與出口部624。殼體611形成一機電腔6111，此機電腔6111為一可與工作流體隔絕之空間，其內部收納有電路板以及定子612。定子612係為一磁性元件，例如矽鋼片、磁鐵或是電磁鐵，並且與電路板電性連接。轉子613係與扇葉615結合在一起，並位在(機電腔6111之外)工作流體流經的作用空間內。轉子613採用一磁性元件，例如一磁鐵。扇葉615位於上蓋62之上凹槽623內，且導流槽道634位於扇葉615與第一腔室66C之間。而在電路板、定子612以及轉子613的共同作用下，扇葉615就可被驅動產生而旋轉，進而引導工作流體的移動。此外，軸棒614係穿過轉子613跟扇葉615，並安裝在上蓋62的一軸棒固定架621上，避免轉子613跟扇葉615在轉動時產生擺動或偏離旋轉軸。

上蓋62係與抽水泵浦61的殼體611組裝在一起而共同定義出上述之第三腔室66A，上蓋62的第二側62B則面向下蓋63，並與下蓋63的第一側63A組裝在一起。在本實施例中，組裝手段係採用螺固的方式，藉由對應的螺孔與螺絲而將不同的兩個組件組裝在一起。更具體地，殼體611之一面具有一下凹槽6112。上蓋62具有一上凹槽623，下凹槽6112與上凹槽623共同形成第三腔室66A。

此外，上蓋62於第一側62A形成軸棒固定架621，並且在軸棒固定架621的底部下方形成有至少一開孔622。再者，上蓋62係於軸棒固定架621的周圍，形成有一上凹槽623以及一出口部624(如排水管路)，此上凹槽623 係為第三腔室66A的一部分，與扇葉615的底部在大小上互相對應，因而能將扇葉615的底部容納於其中。而出口部624則與上凹槽623連通，用以將工作流體自上凹槽623排出至液冷頭裝置6的外部。

其中，下蓋63的第一側63A係對應於上蓋62的第二側62B，兩者組裝在一起並共同定義出一第二腔室66B，而第二腔室66B與第三腔室66A之間係藉由開孔622而互相連通。下蓋63的第二側63B係面向彈性導流罩64與導熱基板65，並且下蓋63的第二側63B係與導熱基板65的第一側65A組裝在一起，而彈性導流罩64則夾設在下蓋63與導熱基板65之間。此外，彈性導流罩64與導熱基板65係共同定義出一第一腔室66C。彈性導流罩64之功能除了能導引工作流體的流向外，材質上可選用具有可撓性以及可形變的橡膠材質，因此同時也兼具了防水墊片以及O型墊圈(O-ring)的功能，不但能夠填補下蓋63與導熱基板65之間的縫隙，同時也能防止液體的滲漏。

下蓋63的其中一開口632在垂直方向上係直接對應彈性導流罩64的其中一第二貫口642，而下蓋63的開口633在垂直方向上係直接對齊彈性導流罩64的第二貫口643。下蓋63背對彈性導流罩64之一面(即第一側63A)具有一凹陷部635，且此些開口632形成於凹陷部635內。下蓋63面向導熱基板65之一面(即第二側63B)具有二環狀凹部636。每個環狀凹部636圍繞其中一開口 632。每個環狀凸部646插入環狀凹部636內。此外，在下蓋63的第二側63B，係形成上述之導流槽道634(請同時參照第2B圖)，此導流槽道634可在下蓋63與彈性導流罩64跟導熱基板65組裝完成後，負責連通下蓋63的入口部631與彈性導流罩64的第一貫口641。反之，當彈性導流罩64被移除而遠離下蓋63時，這些環狀凸部646分別被抽離對應之環狀凹部636。

導熱基板65的第一側65A上形成有所述之散熱鰭片模組651。散熱鰭片模組651包含複數個鰭片部6511。每個鰭片部6511包含多個鰭片所並列而成(圖中省略)。任二相鄰之鰭片部6511之間具有一間隙6512。當彈性導流罩64覆蓋至導熱基板65的第一側65A時，彈性導流罩64之每個定位塊645伸入其中一間隙6512，用以將彈性導流罩64固定於導熱基板65上，並引導工作流體進入這些鰭片部6511，以致讓工作流體將鰭片所吸收的熱能帶走。反之，當彈性導流罩64被移除而遠離導熱基板65時，這些定位塊645分別被抽離對應之間隙6512。需理解到，在彈性導流罩64與導熱基板65所共同定義出的第三腔室66A中，大部分是由散熱鰭片模組651以及間隙6512所填滿。

導熱基板65的第二側65B可形成向外凸出的凸台結構652，此凸台結構652係用以跟熱源做直接的熱接觸，或是再藉由導熱膏或導熱片而與熱源做間接的熱接觸。接著說明本案的液冷頭裝置，其內部工作流體的流向，同時也對應顯示出液冷頭裝置各組成之對應結構。

第3A圖與第3B圖係從液冷頭裝置6的部分立體圖(僅含抽水泵浦61、上蓋62與下蓋63)，顯示出工作流體從外部進入到下蓋63的導流槽道634的過程。首先請參照第3A圖，工作流體會從上蓋62的開口625沿方向D1進入液冷頭裝置6，並通過下蓋63的入口部631。接著，如第3B圖所示，工作流體順著弧形外型之導流槽道634沿方向D2流往下蓋63第二側63B的中央區域，也就是位於彈性導流罩64的第一貫口641上方(第1B圖)。

第4A圖與第4B圖係從液冷頭裝置6的剖面圖以及部分立體圖(僅含抽水泵浦61、上蓋62、下蓋63與彈性導流罩64)，對應顯示工作流體從下蓋63流經彈性導流罩64後，通過第一腔室66C並進入第二腔室66B前的過程。第4C圖係液冷頭裝置6的導熱基板65的立體圖，其中間隙6512內之定位塊645係以虛線表示。如第4A圖至第4C圖所示，工作流體通過彈性導流罩64的第一貫口641之後，沿著方向D3而向下進入第一腔室66C，之後工作流體沿著方向D4，流經鰭片部6511之間的間隙6512後，往彈性導流罩64的二個第二貫口642、643集中並向上準備進入第二腔室66B。(第4A圖與第4B圖) 第5A圖與第5B圖係從液冷頭裝置6的剖面圖以及部分立體圖(僅含抽水泵浦61與上蓋62)，對應顯示工作流體進入第二腔室66B後，再集中流往第三腔室66A的過程。工作流體通過彈性導流罩64的二個第二貫口642、

643之後，會再通過下蓋63的開口632、633，之後就會進入到第二腔室66B，此時，工作流體會在此空間內重新整理後，沿著方向D5往上蓋62的開孔622處匯集，準備進入到第三腔室66A。

第6A圖與第6B圖係從液冷頭裝置6的剖面圖以及部分立體圖(僅含上蓋62與部分扇葉615)，對應顯示工作流體進入第三腔室66A後，如何被扇葉615所導引，最後排出液冷頭裝置6的過程。工作流體從上蓋62的開孔622下方進入第三腔室66A後，會沿著方向D6而被吸入扇葉615各葉片之間的空間，而當扇葉615旋轉至出口部624附近時，工作流體能夠穿過出口部624並沿方向D7而被甩出液冷頭裝置6，進而傳送到其他的降溫裝置例如水冷排而進行降溫的動作。

最後，上述所揭露之各實施例中，並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，皆可被保護於本發明中。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。