TWM517792U - 葉輪、流體幫浦裝置及液冷裝置 - Google Patents

Description

葉輪、流體幫浦裝置及液冷裝置

本案係為一種葉輪、流體幫浦裝置及液冷裝置，尤指應用於電子系統中之葉輪、流體幫浦裝置及液冷裝置。

請參見圖1，其係習知積體電路晶片的水冷散熱系統中水幫浦(water pump)1的剖面示意圖，其中主要表達出葉輪(impeller)10進行順時針旋轉來帶動水幫浦腔體內的水沿圖中箭頭19流動。

再請參見圖2A、圖2B，其係上述葉輪10的頂面與底面的構造示意圖，其中頂面上具有帶動水冷液進行流動的凸出葉片100，而葉輪10底部與頂部間則是設置有多個通孔11，該等通孔11是用讓水冷液通過而可以順利流入葉輪10底部空間的通道。但是，當水幫浦1正常運作時，離心力會導致水冷液快速甩出，使葉輪10底部空間的水冷液減少，而當葉輪10底部腔體的水冷液過少時，將會導致葉輪10底部與頂部間的壓力不均，導致葉輪10運轉容易有偏擺與不穩定的現象，使得葉輪軸心12與軸承13間的摩擦過多。而孔徑過大的通孔11也是讓葉輪10底部的液體壓力無法有效維持的原因，如此將會讓葉輪10的運轉不穩而產生磨損，進而減少水幫浦的使用壽命以及發生轉速不易維持穩定的缺失。

因此，如何改善習知流體幫浦中葉輪的技術缺失，實為發展本案之主要目的之一。

本案係為一種葉輪，應用於一流體幫浦裝置中，該葉輪包含：一轉軸；一葉輪主體，連接於該轉軸並受該轉軸之帶動而旋轉，該葉輪主體包含有一頂部、一底部以及一側部；一第一組葉片，設置於該葉輪主體之頂部表面上，用以帶動流體向轉軸的離心方向流動；以及一第二組葉片，設置於該葉輪主體之側部表面，其中至少一葉片上具有一斜面，該斜面帶動流體由該頂部沿該側部向該底部的方向流動。

本案之另一方面係為一種流體幫浦，其包含：一殼體，其中具有一腔體與連通至該腔體之一流體入口與一流體出口；以及一葉輪單元，其包含：一轉軸；一葉輪主體，容置於該腔體中並連接於該轉軸並受該轉軸之帶動而旋轉，該葉輪主體包含有一頂部、一底部以及一側部；一第一組葉片，設置於該葉輪主體之頂部表面上，用以帶動流體向轉軸的離心方向流動；以及一第二組葉片，設置於該葉輪主體之側部表面，其中至少一葉片上具有一斜面，該斜面帶動流體由該頂部沿該側部向該底部的方向流動。

本案之又一方面係為一種液冷裝置，適於接觸一熱源，並驅動一冷卻液從一液體入口朝向一液體出口流動，該液冷裝置包括：一熱交換模組，用於接觸該熱源，並與該液體出口連通；以及一幫浦模組，連通該熱交換模組和該液體入口，並設置一葉輪單元，以將該冷卻液導入該熱交換模組，該葉輪單元包括：一轉軸；一葉輪主體，容置於該腔體中並連接於該轉軸並受該轉軸之帶動而旋轉，該葉輪主體包含有一頂部、一底部以及一側 部；一第一組葉片，設置於該葉輪主體之頂部表面上，用以帶動流體向轉軸的離心方向流動；以及一第二組葉片，設置於該葉輪主體之側部表面，其中至少一葉片上具有一斜面，該斜面帶動流體由該頂部沿該側部向該底部的方向流動。

根據上述構想，其中該葉輪主體的該頂部為一圓柱體的頂部，該葉輪主體的該側部為該圓柱體的側部，該轉軸固接至該葉輪主體底部的圓心處。

根據上述構想，其中該葉輪主體的頂部與底部間設置有至少一通孔，該通孔的直徑小於等於1公釐。

根據上述構想，其中該第一組葉片包含複數個相同形狀的弧狀凸塊，平均分佈於該葉輪主體的頂部，每一弧狀凸塊由頂部圓心向外延伸，該弧狀凸塊彎曲弧線的開口方向與葉輪主體進行旋轉的方向相反。

根據上述構想，其中該第二組葉片包含複數個直線凸塊，平均分佈於該葉輪主體的側部表面上，該直線凸塊的表面形成該斜面，該斜面相對於該頂部或該底部的表面間具有一個角度且朝向該底部，該斜面朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。

根據上述構想，其中該第二組葉片由形成有複數個凹槽的該側部表面所構成，該凹槽側壁形成該斜面，該斜面相對於該頂部或該底部的表面間具有一個角度且朝向該底部，該斜面朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。

根據上述構想，其中該熱交換模組和該幫浦模組分離設置成兩個腔體。

根據上述構想，其中該熱交換模組和該幫浦模組整合在同一個腔體內。

根據上述構想，其中更包含一第三組葉片，該第三組葉片包含有複數個相同形狀的弧狀凹痕，平均分佈於該葉輪主體之底部表面，每一弧狀凹痕由底部圓心向外延伸，該等弧狀凹痕彎曲弧線的開口方向與該葉輪主體進行旋轉的方向相反。

而以上述構想所完成的葉輪、幫浦以及液冷裝置，因其中葉輪構造之側面與內部具有特殊構造而使得完成的幫浦將具有內部壓力穩定、運轉平順且軸心與軸承間的摩擦減少等優點。

1‧‧‧水幫浦

10‧‧‧葉輪

19‧‧‧箭頭

100‧‧‧凸出葉片

11‧‧‧通孔

12‧‧‧葉輪軸心

13‧‧‧軸承

3‧‧‧葉輪主體

30‧‧‧頂部

301‧‧‧第一組葉片

2‧‧‧殼體

20‧‧‧腔體

39‧‧‧轉軸

22‧‧‧流體出口

31‧‧‧側部

311‧‧‧第二組葉片

3110‧‧‧斜面

32‧‧‧底部

329‧‧‧空間

701、801‧‧‧弧狀凹痕

37‧‧‧外殼體

35‧‧‧通孔

50‧‧‧凹槽

500‧‧‧斜面

69‧‧‧熱源

681‧‧‧液體入口

682‧‧‧液體出口

60‧‧‧熱交換模組

61‧‧‧幫浦模組

70、80‧‧‧第三組葉片

圖1，其係習知積體電路晶片的水冷散熱系統的剖面示意圖。

圖2A、圖2B，其係習知手段中葉輪的頂面與底面的構造示意圖。

圖3A、圖3B，其係本案為改善習知手段缺失所發展出來的第一實施例構造示意圖。

圖4A與4B，其係上述葉輪主體之俯視與仰視的立體構造示意圖。

圖5A與5B，其係上述葉輪主體之第二組葉片的另一實例的俯視與仰視構造示意圖。

圖6，將本案葉輪應用於液冷裝置的功能方塊示意圖。

圖7A與7B，其係本案關於葉輪主體之再一實施例構造的俯/仰視的構造示意圖。

圖8A與8B，其係本案關於葉輪主體之又一實施例構造的俯/仰視的構造示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的樣態上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參見圖3A，其係本案為改善習知手段缺失所發展出來關於可應用在流體幫浦及液冷裝置中的葉輪的第一實施例構造示意圖，在圖3A中可看出，在流體幫浦中設置有葉輪，而其中的葉輪主體3，連接於轉軸39並受轉軸39之帶動而旋轉，葉輪主體3的頂部30的表面上仍設置有具有帶動水冷液進行流動的第一組葉片301。而在本例中，第一組葉片301由複數個相同形狀的弧狀凸塊所組成，平均分佈於該葉輪主體3的頂部30表面，每一弧狀凸塊由頂部圓心向外延伸，該等弧狀凸塊彎曲弧線的開口方向與葉輪主體3進行旋轉的方向相反。在本圖中，當葉輪主體3進行順時針旋轉時，將用以帶動流體幫浦的殼體2內部的腔體20中的流體，由流體入口(本圖未示出)被引入並向轉軸39的離心方向流動(如圖中箭頭38之所示)至流體出口22後送出。

另外，本案還另設有第二組葉片311，設置於該葉輪主體3之側部表面，其中至少一葉片上具有一斜面，而該斜面帶動流體由該頂部沿該側部向該底部的方向流動。其構造的實施例可參考圖3A以及圖3B之所示，該葉輪主體3之側部31表面更設置有第二組葉片311，其中該等第二組葉片311上各具有一斜面3110，該等斜面3110相對於頂部30或底部32的表面間具有一個角度且朝向底部32。而以旋轉的方向來進行定義，斜面3110朝著旋轉的方向，是由低處往高處向上延伸，該等朝向底部32的斜面3110將帶動流體由該 頂部30沿該側部31向該底部32的方向流動，其目的就是將一部份的流體帶往葉輪主體3之底部32，將葉輪主體3之底部32所設置的空間329中保有液體的壓力，進而維持葉輪運轉的穩定度。由圖3B所示之剖面圖可看出，該葉輪主體3的主要輪廓係為一圓柱體，而該頂部30便為圓柱體的頂部，該葉輪主體3的該側部31便為該圓柱體的側部，該轉軸39固接至該葉輪主體3之底部32的圓心處。該葉輪主體3之底部32之空間329係與水幫浦(water pump)的外殼體37的形狀相配合。而第二組葉片311所帶入之流體便進行入底部32與水幫浦(water pump)的外殼體37間之空間329。

再請參見圖4A與4B，其係上述葉輪主體3之俯視與仰視的立體構造示意圖，其中更可以看出，本案為能讓原本位於葉輪底部空間329中的空氣可以順利排出，而讓散熱液體可以順利進入底部空間329，因此也設有通孔35，該通孔35的直徑可小於等於習知通孔的尺寸，大約在1公釐或小於1公釐而不須過大，其尺寸可根據流體的特性與葉輪的轉速來進行設計。但縮小化的通孔尺寸，也有助於葉輪的結構強化。因為本案的第二組葉片，本例是以複數個直線凸塊，平均分佈於該葉輪主體3的側部31表面上，該直線凸塊的表面形成該斜面3110，該斜面3110相對於該頂部30或該底部32的表面間具有一個角度且朝向該底部32，該斜面3110朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。如此將可以把一部份的流體帶往葉輪主體3之底部32也可有助於氣體的排出，使得葉輪主體3之底部32所設置的空間329中保有液體的壓力，而為能讓壓力不減損，甚至可以直接將通孔35省略。

再請參見圖5A與5B，其係上述葉輪主體3之第二組葉片311的另一實例的俯視與仰視構造示意圖，其與圖4A與4B所示之實例的不同處在於該第二組葉片由葉輪主體3之側部31的表面所形成的複數個凹槽50來構成，該凹槽50的側壁形成葉片所需要的斜面500，同樣地，該斜面500相對於該頂 部30或該底部32的表面間具有一個角度且朝向該底部32，該斜面500朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。如此也可以把部份的流體帶往葉輪主體3之底部32，使得葉輪主體3之底部32所設置的空間329中保有液體的壓力。而為能讓底部壓力不減損，甚至可以直接將通孔35省略，而此例便是表示出把通孔35省略之結構例。

本案所述之葉輪及所完成之流體幫浦，如圖6，可應用於各式液冷裝置，適於接觸一熱源69來進行散熱，例如積體電路晶片各類電子元件，用來驅動一冷卻液等各類流體從一液體入口681朝向一液體出口682流動。該液冷裝置包括：一熱交換模組60，用於接觸該熱源69，並與液體出口682連通，而幫浦模組61則連通該熱交換模組60和該液體入口681，幫浦模組61中便可設置有上述的葉輪單元，用以將該冷卻液導入該熱交換模組60，該葉輪單元的細節就不再贅述。而該熱交換模組60和該幫浦模組61可以分離設置成兩個腔體，或是也可整合在同一個腔體中。

再請參見圖7A與7B，其係本案關於葉輪主體3之再一實施例構造的俯/仰視的構造示意圖，其與圖4A與4B的大部份結構皆相同，最大的不同處是在該葉輪主體3之底部32的表面上完成有第三組葉片70，如圖所示，該第三組葉片70由複數個弧狀凹痕701構成。而在本例中，複數個相同形狀的弧狀凹痕701平均分佈於該葉輪主體3之底部32的表面，每一弧狀凹痕701由底部圓心向外延伸，該等弧狀凹痕701彎曲弧線的開口方向與葉輪主體3進行旋轉的方向相反。在本圖中，當葉輪主體3進行順時針旋轉時，將用以帶動葉輪主體3之底部32中的流體向下向外流出，進而避免葉輪主體3底部流體的壓力過大而使葉輪主體3不當上浮，用以將葉輪主體3維持在適當的位置上運轉。

再請參見圖8A與8B，其係本案關於葉輪主體3之又一實施例構造的俯/仰視的構造示意圖，其與圖5A與5B的大部份結構皆相同，最大的不同處是在該葉輪主體3之底部32的表面上完成有第三組葉片80，如圖所示，該第三組葉片80由複數個弧狀凹痕801構成。而在本例中，複數個相同形狀的弧狀凹痕801平均分佈於該葉輪主體3之底部32的表面，每一弧狀凹痕801由底部圓心向外延伸，該等弧狀凹痕801彎曲弧線的開口方向與葉輪主體3進行旋轉的方向相反。在本圖中，當葉輪主體3進行順時針旋轉時，將用以帶動葉輪主體3之底部32中的流體向下向外流出，進而避免葉輪主體3底部流體的壓力過大而使葉輪主體3不當上浮，使葉輪主體3能維持在適當的位置上運轉。

如此一來，以本案技術手段所完成的葉輪、包含該葉輪之幫浦以及液冷裝置，因其中葉輪構造之側面與內部具有特殊構造而使得完成的幫浦將具有內部壓力穩定、運轉平順且軸心與軸承間的摩擦減少等優點。

綜合上述，本新型之各實施例所提供的葉輪構造非常具有實用性，可解決習知技術手段運轉不平衡與過度磨損的缺失，並且可以廣泛應用於各式流體幫浦與液冷裝置中。另外，本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

31‧‧‧側部

311‧‧‧第二組葉片

3110‧‧‧斜面

32‧‧‧底部

329‧‧‧空間

39‧‧‧轉軸

37‧‧‧外殼體

Claims (23)

1. 一種葉輪，應用於一流體幫浦裝置中，該葉輪包含：一轉軸；一葉輪主體，連接於該轉軸並受該轉軸之帶動而旋轉，該葉輪主體包含有一頂部、一底部以及一側部；一第一組葉片，設置於該葉輪主體之頂部表面上，用以帶動流體向轉軸的離心方向流動；以及一第二組葉片，設置於該葉輪主體之側部表面，其中至少一葉片上具有一斜面，該斜面帶動流體由該頂部沿該側部向該底部的方向流動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該葉輪主體的該頂部為一圓柱體的頂部，該葉輪主體的該側部為該圓柱體的側部，該轉軸固接至該葉輪主體底部的圓心處。
3. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該葉輪主體的頂部與底部間設置有至少一通孔，該通孔的直徑小於等於1公釐。
4. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該第一組葉片包含複數個相同形狀的弧狀凸塊，平均分佈於該葉輪主體的頂部，每一弧狀凸塊由頂部圓心向外延伸，該弧狀凸塊彎曲弧線的開口方向與葉輪主體進行旋轉的方向相反。
5. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該第二組葉片包含複數個直線凸塊，平均分佈於該葉輪主體的側部表面上，該直線凸塊的表面形成該斜面，該斜面相對於該頂部或該底部的表面間具有一個角度且朝向該底部，該斜面朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。
6. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中該第二組葉片由形成有複數個凹槽的該側部表面所構成，該凹槽側壁形成該斜面，該斜面相對於該頂部 或該底部的表面間具有一個角度且朝向該底部，該斜面朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。
7. 如申請專利範圍第1項所述之葉輪，其中更包含一第三組葉片，該第三組葉片包含有複數個相同形狀的弧狀凹痕，平均分佈於該葉輪主體之底部表面，每一弧狀凹痕由底部圓心向外延伸，該等弧狀凹痕彎曲弧線的開口方向與該葉輪主體進行旋轉的方向相反。
8. 一種流體幫浦，其包含：一殼體，其中具有一腔體與連通至該腔體之一流體入口與一流體出口；以及一葉輪單元，其包含：一轉軸；一葉輪主體，容置於該腔體中並連接於該轉軸並受該轉軸之帶動而旋轉，該葉輪主體包含有一頂部、一底部以及一側部；一第一組葉片，設置於該葉輪主體之頂部表面上，用以帶動流體向轉軸的離心方向流動；以及一第二組葉片，設置於該葉輪主體之側部表面，其中至少一葉片上具有一斜面，該斜面帶動流體由該頂部沿該側部向該底部的方向流動。
9. 如申請專利範圍第8項所述之流體幫浦，其中該葉輪主體的該頂部為一圓柱體的頂部，該葉輪主體的該側部為該圓柱體的側部，該轉軸固接至該葉輪主體底部的圓心處。
10. 如申請專利範圍第8項所述之流體幫浦，其中該葉輪主體的頂部與底部間設置有至少一通孔，該通孔的直徑小於等於1公釐。
11. 如申請專利範圍第8項所述之流體幫浦，其中該第一組葉片包含複數個相同形狀的弧狀凸塊，平均分佈於該葉輪主體的頂部，每一弧狀凸塊由 頂部圓心向外延伸，該弧狀凸塊彎曲弧線的開口方向與葉輪主體進行旋轉的方向相反。
12. 如申請專利範圍第8項所述之流體幫浦，其中該第二組葉片包含複數個直線凸塊，平均分佈於該葉輪主體的側部表面上，該直線凸塊的表面形成該斜面，該斜面相對於該頂部或該底部的表面間具有一個角度且朝向該底部，該斜面朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。
13. 如申請專利範圍第8項所述之流體幫浦，其中該第二組葉片由形成有複數個凹槽的該側部表面所構成，該凹槽側壁形成該斜面，該斜面相對於該頂部或該底部的表面間具有一個角度且朝向該底部，該斜面朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。
14. 如申請專利範圍第8項所述之流體幫浦，其中更包含一第三組葉片，該第三組葉片包含有複數個相同形狀的弧狀凹痕，平均分佈於該葉輪主體之底部表面，每一弧狀凹痕由底部圓心向外延伸，該等弧狀凹痕彎曲弧線的開口方向與該葉輪主體進行旋轉的方向相反。
15. 一種液冷裝置，適於接觸一熱源，並驅動一冷卻液從一液體入口朝向一液體出口流動，該液冷裝置包括：一熱交換模組，用於接觸該熱源，並與該液體出口連通；以及一幫浦模組，連通該熱交換模組和該液體入口，並設置一葉輪單元，以將該冷卻液導入該熱交換模組，該葉輪單元包括：一轉軸；一葉輪主體，容置於該腔體中並連接於該轉軸並受該轉軸之帶動而旋轉，該葉輪主體包含有一頂部、一底部以及一側部；一第一組葉片，設置於該葉輪主體之頂部表面上，用以帶動流體向轉軸的離心方向流動；以及 一第二組葉片，設置於該葉輪主體之側部表面，其中至少一葉片上具有一斜面，該斜面帶動流體由該頂部沿該側部向該底部的方向流動。
16. 如申請專利範圍第15項所述之液冷裝置，其中該葉輪主體的該頂部為一圓柱體的頂部，該葉輪主體的該側部為該圓柱體的側部，該轉軸固接至該葉輪主體底部的圓心處。
17. 如申請專利範圍第15項所述之液冷裝置，其中該葉輪主體的頂部與底部間設置有至少一通孔，該通孔的直徑小於等於1公釐。
18. 如申請專利範圍第15項所述之液冷裝置，其中該第一組葉片包含複數個相同形狀的弧狀凸塊，平均分佈於該葉輪主體的頂部，每一弧狀凸塊由頂部圓心向外延伸，該弧狀凸塊彎曲弧線的開口方向與葉輪主體進行旋轉的方向相反。
19. 如申請專利範圍第15項所述之液冷裝置，其中該第二組葉片包含複數個直線凸塊，平均分佈於該葉輪主體的側部表面上，該直線凸塊的表面形成該斜面，該斜面相對於該頂部或該底部的表面間具有一個角度且朝向該底部，該斜面朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。
20. 如申請專利範圍第15項所述之液冷裝置，其中該第二組葉片由形成有複數個凹槽的該側部表面所構成，該凹槽側壁形成該斜面，該斜面相對於該頂部或該底部的表面間具有一個角度且朝向該底部，該斜面朝著轉軸旋轉的方向而由低處往高處向上延伸。
21. 如申請專利範圍第15項所述之液冷裝置，其中該熱交換模組和該幫浦模組分離設置成兩個腔體。
22. 如申請專利範圍第15項所述之液冷裝置，其中該熱交換模組和該幫浦模組整合在同一個腔體內。
23. 如申請專利範圍第15項所述之液冷裝置，其中更包含一第三組葉片，該第三組葉片包含有複數個相同形狀的弧狀凹痕，平均分佈於該葉輪主體之底部表面，每一弧狀凹痕由底部圓心向外延伸，該等弧狀凹痕彎曲弧線的開口方向與該葉輪主體進行旋轉的方向相反。