TWM589293U - 散熱模組與電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種散熱模組，包括一散熱塊、一工作流體以及一緩衝件。散熱塊具有一腔室，而工作流體容置於腔室內，且緩衝件連通至腔室。當工作流體受熱時，緩衝件由一第一容量膨脹至一第二容量，以使腔室內的一壓力維持相同。

Description

散熱模組與電子裝置
本新型創作是有關於一種散熱模組與電子裝置，且特別是有關於一種具有緩衝件的散熱模組與採用此散熱模組的電子裝置。
目前的中央處理器（CPU）及圖形處理器（GPU）越來越注重其性能，其中英特爾中央處理器（intel CPU）可分為穩態（PL1）以及暫態（PL2）兩種不同的行為（Turbo）。在行為（Turbo）過程中，中央處理器的效能會大大增加，使其在短時間內產生大量的熱，若無法有效降低其溫度，易造成中央處理器無法發揮其最大的效能。
目前，是以浸泡式散熱裝置來解決中央處理器的散熱問題，其中浸泡式散熱裝置是利用液體汽化會吸收大量的熱量來進行散熱。然而，在壓力變大的情況下，液體的沸點會急速上升，導致液體無法沸騰，進而造成解熱能力的下降。因此，目前的浸泡式散熱裝置需要大量的空間來解決壓力變化的問題，因而導致無法產生模組化浸泡式散熱裝置。
本新型創作提供一種散熱模組，具有較佳地散熱效果。
本新型創作還提供一種電子裝置，其包括上述的散熱模組，具有較佳的效能與可靠度。
本新型創作的散熱模組，其包括一散熱塊、一工作流體以及一緩衝件。散熱塊具有一腔室，而工作流體容置於腔室內，且緩衝件連通至腔室。當工作流體受熱時，緩衝件由一第一容量膨脹至一第二容量，以使腔室內的一壓力維持相同。
本新型創作的電子裝置，其包括一主機板、至少一發熱元件以及一散熱模組。發熱元件設置於主機板上，而散熱模組配置於主機板上且接觸發熱元件。散熱模組包括一散熱塊、一工作流體以及一緩衝件。散熱塊具有一腔室，而工作流體容置於腔室內，且緩衝件連通至腔室。當發熱元件所產生的熱傳遞至散熱模組時，工作流體受熱而使緩衝件由一第一容量膨脹至一第二容量，以使腔室內的一壓力維持相同。
基於上述，在本新型創作的散熱模組的設計中，緩衝件連通散熱塊的腔室，且當工作流體受熱時，緩衝件可由第一容量膨脹至第二容量，以使腔室內的壓力維持相同。意即，腔室內的壓力於工作流體受熱前後皆相同。如此一來，可降低工作流體於汽化時產生劇烈壓力變化而導致沸點上升的問題，藉此可提高本新型創作的散熱模組的散熱效率。此外，採用本新型創作的散熱模組的電子裝置，亦可具有較佳地效能與可靠度。
為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A是依照本新型創作的一實施例的一種電子裝置的示意圖。圖1B是圖1A的散熱模組的工作流體於受熱時與緩衝件膨脹的示意圖。請同時參考圖1A與圖1B，在本實施例中，電子裝置10a包括一散熱模組100a、至少一發熱元件（示意地繪示一個發熱元件210）以及一主機板220。發熱元件210設置於主機板220上，而散熱模組100a配置於主機板220上且接觸發熱元件210。此處，發熱元件210例如為一中央處理器或一圖形處理器，但不以此為限。
詳細來說，本實施例的散熱模組100a包括一散熱塊110a、一工作流體F以及一緩衝件120。散熱塊110a具有一腔室C，而工作流體F容置於腔室C內，且緩衝件120連通至腔室C。更具體來說，本實施例的散熱塊110a具有彼此相對的一第一表面112a與一第二表面114a以及連接第一表面112a與第二表面114a的一周圍表面116a，其中周圍表面116a垂直於第一表面112a與第二表面114a，而第一表面112a與第二表面114a平行於水平設置面P。再者，本實施例的散熱塊110a具有一開口118a，而開口118a位於周圍表面116a，且緩衝件120透過開口118a連通至腔室C內。此外，本實施例的散熱模組100a還包括一連通管125，連接緩衝件120與開口118a，其中緩衝件120、連通管125以及腔室C形成一封閉空間。因此，當發熱元件210所產生的熱傳遞至散熱模組100a時，工作流體F受熱而使緩衝件130由一第一容量A1膨脹至一第二容量A2，以使腔室C內的一壓力維持相同。意即，腔室C內的壓力於工作流體F受熱前後皆相同。較佳地，腔室C內的壓力於工作流體F受熱前與受熱後皆例如為一大氣壓。
特別是，本實施例的緩衝件120的設計是為了用來增加空間，以降低工作流體F受熱汽化時產生劇烈壓力變化導致的沸點上升問題。由於壓力及溫度與粒子數量轉為粒子撞擊容器力量的常數不變，因此公式：
Figure 02_image002
；其中，V表示為體積，Tb表示為加熱後的溫度（沸點溫度），N表示為氣體分子莫爾數，X表示為發熱元件每秒產生的熱量，Lh標示潛熱 (J/g)，M表示液體分子量，而Ta表示為一開始的溫度。較佳地，緩衝件120的伸縮量至少能容納3ΔV的空間，使得氣壓在此區間都能維持一大氣壓。
此外，本實施例的散熱模組100a還包括一散熱元件130，設置於散熱塊110a上，其中散熱塊110a位於散熱元件130與發熱元件210之間。此處，散熱元件130例如是一風扇，用以將工作流體F的熱排出。於其他未繪示的實施例中，散熱元件亦可為一散熱鰭片。如圖1A所示，本實施例的工作流體F的一頂面S至一水平設置面P具有一第一垂直高度H1，而開口118a至水平設置面P具有一第二垂直高度H2，其中第二垂直高度H2高於第一垂直高度H1。也就是說，位於腔室C內的工作流體F並沒有完全填滿腔室C。此處，工作流體F的沸點介於50℃至80℃之間，意即，工作流體F為低沸點流體。
於另一實施例中，工作流體F亦可為水。利用工作流體F（即液體的水，其比熱為4.184焦耳/克）的比熱高於金屬（如銅，其比熱為0.9焦耳/克；或鋁，其比熱0.38焦耳/克）的特性，讓散熱模組100a能吸收更大量的熱量後才會使溫度升高，藉此大幅增加了熱解決方案的熱容值（thermal capacity）。此處，每一克的水的比熱是鋁的5倍，是銅的11倍。此外，利用沸點低的工作流體F（即液體的水）的潛熱（latent heat）在汽化時會帶走大量的熱的特性，來帶走發熱元件210所產生的熱，因此解熱效果相較於習知的強制對流大上10倍以上。
簡言之，由於本實施例的緩衝件120連通散熱塊110a的腔室C，因此當工作流體F受熱沸騰而產生氣泡B時，緩衝件120可由第一容量A1膨脹至第二容量A2，以使腔室C內的壓力於工作流體F受熱前後皆相同。如此一來，可降低工作流體F於汽化時產生劇烈壓力變化而導致沸點上升的問題，藉此可提高本實施例的散熱模組100a的散熱效率。此外，採用本實施例的散熱模組100a的電子裝置10a，亦可具有較佳地效能與可靠度。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2A是依照本新型創作的另一實施例的一種電子裝置的示意圖。圖2B及圖2C是圖2A的散熱模組的工作流體於沸騰及蒸發時與緩衝件膨脹的示意圖。請先參考圖2A與圖1A，本實施例的電子裝置10b與圖1A的電子裝置10a相似，兩者的差異在於：本實施例的散熱模組100b還包括：一熱傳件140a，設於散熱塊110b內且接觸工作流體F，其中熱傳件140a例如為一沸騰塊或助沸金屬，但不以此為限。
更具體來說，本實施例的散熱塊110b具有一容置開口115b，而熱傳件140a位於容置開口115b內。較佳地，可用溶膠-凝膠（Sol-Gel）浸鍍法將熱傳件140a浸泡在二氧化矽（SiO 2）溶膠-凝膠（Sol-Gel）溶液30秒，並在乾燥環境低溫烤乾，將表面材質轉變為氧化亞銅（Cu2O），即使熱傳件140a具有接觸工作流體F2的一親水性表面S1。較佳地，熱傳件140a與發熱元件210的接觸面為一平坦表面S3，可增加熱傳件140a與發熱元件210之間的接觸面積，可有效地提高散熱面積。
請同時參考圖2A、圖2B及圖2C，當發熱元件210所產生的熱經由熱傳件140a傳遞至工作流體F時，工作流體F會因受熱沸騰而產生氣泡B。此時，緩衝件120的容量可由第一容量A1膨脹至第二容量A2，而使腔室C內的壓力維持不變，即仍維一大氣壓。接著，利用工作流體F（如液體的水）汽化會上升的特性，讓散熱模組100a自動將熱帶至上方，並在上方做冷凝，變回液體流回，完成自體循環，來達到散熱的效果。藉此，節省了將熱運輸上去的能源，可視為一種被動式綠能。此外，在工作流體F沸騰的過程中，直接接觸工作流體F的親水性表面S1，可提升工作流體F汽化過程的效率，藉此可提高散熱模組100b的散熱能力。簡言之，本實施例的熱傳件140a的設置可增加工作流體F得沸騰能力。
圖3A是依照本新型創作的又一實施例的一種電子裝置的示意圖。請同時參考圖3A與圖2A，本實施例的電子裝置10c與圖2A的電子裝置10b相似，兩者的差異在於：本實施例的散熱模組100c的熱傳件140b具有一粗糙表面S2，接觸工作流體F。熱傳件140b的表面利用燒結織結構使其表面形成粗糙表面S2，使工作流體F在高溫時更容易沸騰。
圖3B是依照本新型創作的又一實施例的一種電子裝置的示意圖。請同時參考圖3B與圖2A，本實施例的電子裝置10d與圖2A的電子裝置10b相似，兩者的差異在於：本實施例的散熱塊110d的第一表面112d與第二表面114d實質上垂直於水平設置面P。也就是說，在空間足夠的情況下，可使緩衝件120的設置與重力方向G平行，讓工作流體F可順利地流回，其中工作流體F的高度需要浸泡發熱元件210的延伸區域。此處，熱傳件140a要兼顧鎖附力矩與熱傳效果，較佳地，熱傳件140b的厚度不超過3毫米。
綜上所述，在本新型創作的散熱模組的設計中，緩衝件連通散熱塊的腔室，且當工作流體受熱時，緩衝件可由第一容量膨脹至第二容量，以使腔室內的壓力維持相同。意即，腔室內的壓力於工作流體受熱前後皆相同。如此一來，可降低工作流體於汽化時產生劇烈壓力變化而導致沸點上升的問題，藉此可提高本新型創作的散熱模組的散熱效率。此外，採用本新型創作的散熱模組的電子裝置，亦可具有較佳地效能與可靠度。
雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10a、10b、10c、10d‧‧‧電子裝置 100a、100a、100c、100d‧‧‧散熱模組 110a、110b、110d‧‧‧散熱塊 112a、112d‧‧‧第一表面 114a、114d‧‧‧第二表面 115b‧‧‧容置開口 116a、116d‧‧‧周圍表面 118a、118d‧‧‧開口 120‧‧‧緩衝件 125‧‧‧連通管 130‧‧‧散熱元件 140a、140b‧‧‧熱傳件 210‧‧‧發熱元件 220‧‧‧主機板 A1‧‧‧第一容量 A2‧‧‧第二容量 B‧‧‧氣泡 C‧‧‧腔室 F‧‧‧工作流體 G‧‧‧重力方向 H1‧‧‧第一垂直高度 H2‧‧‧第二垂直高度 S‧‧‧頂面 S1‧‧‧親水性表面 S2‧‧‧粗糙表面 S3‧‧‧平坦表面 P‧‧‧水平設置面
圖1A是依照本新型創作的一實施例的一種電子裝置的示意圖。 圖1B是圖1A的散熱模組的工作流體於受熱時與緩衝件膨脹的示意圖。 圖2A是依照本新型創作的另一實施例的一種電子裝置的示意圖。 圖2B及圖2C是圖2A的散熱模組的工作流體於沸騰及蒸發時與緩衝件膨脹的示意圖。 圖3A是依照本新型創作的又一實施例的一種電子裝置的示意圖。 圖3B是依照本新型創作的又一實施例的一種電子裝置的示意圖。
10a‧‧‧電子裝置
100a‧‧‧散熱模組
110a‧‧‧散熱塊
112a‧‧‧第一表面
114a‧‧‧第二表面
116a‧‧‧周圍表面
118a‧‧‧開口
120‧‧‧緩衝件
125‧‧‧連通管
130‧‧‧散熱元件
210‧‧‧發熱元件
220‧‧‧主機板
A1‧‧‧第一容量
C‧‧‧腔室
F‧‧‧工作流體
H1‧‧‧第一垂直高度
H2‧‧‧第二垂直高度
S‧‧‧頂面
P‧‧‧水平設置面

Claims (19)

  1. 一種散熱模組，包括： 一散熱塊，具有一腔室； 一工作流體，容置於該腔室內；以及 一緩衝件，連通至該腔室，其中當該工作流體受熱時，該緩衝件由一第一容量膨脹至一第二容量，以使該腔室內的一壓力維持相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，更包括： 一熱傳件，設於該散熱塊內，且接觸該工作流體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的散熱模組，其中該散熱塊具有一容置開口，而該熱傳件位於該容置開口內。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的散熱模組，其中該熱傳件具有一親水性表面，接觸該工作流體。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的散熱模組，其中該熱傳件具有一粗糙表面，接觸該工作流體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，更包括： 一散熱元件，設置於該散熱塊上，以將該工作流體的熱排出。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的散熱模組，其中該散熱元件包括一風扇或一散熱鰭片。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中該散熱塊具有彼此相對的一第一表面與一第二表面、連接該第一表面與該第二表面的一周圍表面以及一開口，且該周圍表面垂直於該第一表面與該第二表面，而該開口位於該周圍表面，且該緩衝件透過該開口連通至該腔室內。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的散熱模組，更包括： 一連通管，連接該緩衝件與該開口，其中該緩衝件、該連通管以及該腔室形成一封閉空間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的散熱模組，其中該工作流體的一頂面至一水平設置面具有一第一垂直高度，而該開口至該水平設置面具有一第二垂直高度，且該第二垂直高度高於該第一垂直高度。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的散熱模組，其中該散熱塊的該第一表面與該第二表面平行於該水平設置面。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的散熱模組，其中該散熱塊的該第一表面與該第二表面垂直於該水平設置面。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中該工作流體的沸點介於50℃至80℃之間。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中該工作流體為水。
  15. 一種電子裝置，包括： 一主機板； 至少一發熱元件，設置於該主機板上；以及 一散熱模組，配置於該主機板上且接觸該發熱元件，該散熱模組包括： 一散熱塊，具有一腔室； 一工作流體，容置於該腔室內；以及 一緩衝件，連通至該腔室，其中當該發熱元件所產生的熱傳遞至該散熱模組時，該工作流體受熱而使該緩衝件由一第一容量膨脹至一第二容量，以使該腔室內的一壓力維持相同。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的電子裝置，其中該散熱模組更包括： 一熱傳件，嵌設於該散熱塊內，且接觸該工作流體。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的電子裝置，其中該熱傳件與該發熱元件的接觸面為一平坦表面。
  18. 如申請專利範圍第15項所述的電子裝置，其中該散熱模組更包括： 一散熱元件，設置於該散熱塊上，其中該散熱塊位於該散熱元件與該發熱元件之間。
  19. 如申請專利範圍第15項所述的電子裝置，其中該發熱元件為一中央處理器或一圖形處理器。
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