TWM605455U - 液冷散熱裝置及具有該液冷散熱裝置的液冷散熱系統 - Google Patents

Abstract

一種液冷散熱裝置，用以解決習知水冷頭組裝便利性及組裝承受力不佳的問題。係包含：一底座，具有一容槽，該容槽具有相對的一槽底面及一開口，一入液孔及一出液孔分別連通該容槽；一內蓋，結合該底座並形成一相變化腔室，該相變化腔室位於該容槽中，並使該容槽被區分為該相變化腔室與一液流腔室，該相變化腔室與該液流腔室不連通，且該相變化腔室中填充有至少一工作液體；及一外蓋板，結合該底座以封閉該容槽的開口。本創作另揭示具有該液冷散熱裝置的液冷散熱系統。

Description

液冷散熱裝置及具有該液冷散熱裝置的液冷散熱系統

本創作係關於一種散熱裝置及具有該散熱裝置的散熱系統，尤其是一種工作液體可在內部流通的液冷散熱裝置及具有該液冷散熱裝置的液冷散熱系統。

現今科技工業的產品發展趨於精密化，如積體電路或電腦等裝置，除了體積設計小型化外，相對所衍生的熱量也大幅地增加，故其運作時所產生的熱量也相當的可觀。針對各種電子發熱元件皆設有相對應的熱交換裝置，以能維持其在許可的溫度下正常運作。

對於高功率電子發熱元件來說，一般會使用水冷頭協助散熱，習知的水冷頭具有一殼座及一均溫板，該殼座及該均溫板相結合以形成一容槽，該均溫板內具有一第一腔室，數個導熱柱位於該容槽並連接該均溫板，該數個導熱柱內分別具有一第二腔室，各該第二腔室連通第一腔室；如此，藉由一工作液體流動於該第一腔室及各該第二腔室中，可以將熱能自該均溫板傳遞至該數個導熱柱而達到散熱之目的。類似於該習知的水冷頭具的一實施例已揭露於中華民國公告第M500919號專利案當中。

上述習知的水冷頭，由於該均溫板係由二片體相連接以形成該第一腔室，因此，習知的水冷頭需先組裝該均溫板的二片體後，再將該均溫板的環邊連接該殼座的環邊，使該均溫板可以結合於該殼座，使得習知的水冷頭的組裝作業較為耗時且繁瑣；再者，由於該均溫板一般都是形成薄片的態樣，而習知的水冷頭係直接由該均溫板當底座，使得該均溫板需承受該殼座的重量，導致組裝便利性及組裝承受力不佳。

有鑑於此，習知的水冷頭確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本創作的目的是提供一種液冷散熱裝置，係可以簡化組裝該液冷散熱裝置的繁瑣程序者。

本創作的次一目的是提供一種液冷散熱裝置，係可以降低製造成本者。

本創作的又一目的是提供一種液冷散熱裝置，係可以提升熱交換效率者。

本創作的再一目的是提供一種液冷散熱系統，係可以提升散熱效果者。

本創作全文所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上（頂）」、「下（底）」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本創作的各實施例，非用以限制本創作。

本創作全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本創作範圍的通常意義；於本創作中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本創作全文所述「結合」、「組合」或「組裝」等近似用語，主要包含連接後仍可不破壞構件地分離，或是連接後使構件不可分離等型態，係本領域中具有通常知識者可以依據欲相連之構件材質或組裝需求予以選擇者。

本創作的液冷散熱裝置，包含：一底座，具有一容槽，該容槽具有相對的一槽底面及一開口，一入液孔及一出液孔分別連通該容槽；一內蓋，結合該底座並形成一相變化腔室，該相變化腔室位於該容槽中，並使該容槽被區分為該相變化腔室與一液流腔室，該相變化腔室與該液流腔室不連通，且該相變化腔室中填充有至少一工作液體；及一外蓋板，結合該底座以封閉該容槽的開口。

本創作的液冷散熱系統，包含：一前述之液冷散熱裝置，該底座貼接於一熱源；一泵浦；一冷卻單元；及一管件組，串接該液冷散熱裝置、該泵浦及該冷卻單元。

據此，本創作的液冷散熱裝置及具有該液冷散熱裝置的液冷散熱系統，利用該內蓋結合於該底座以形成該相變化腔室，係可以改善習知水冷頭的組裝承受力不佳的問題，且該底座的容槽可以直接被區分為該相變化腔室與該液流腔室；如此，係可以簡化組裝該液冷散熱裝置的繁瑣程序，可以迅速完成該液冷散熱裝置的組裝作業，降低人工作業上的成本，係具有提升組裝承受力、組裝便利性及整體作業效率的功效；又，該至少一工作液體可以吸收該熱源處的熱能，並藉由該泵浦的運作，該熱源處的熱能可以被帶離且在通過該冷卻單元時冷卻降溫，並於降溫後再次被導向該液冷散熱裝置，如此不斷循環，使該熱源處可以有效降溫，係具有提升散熱效能的功效。

其中，該內蓋可以具有一環緣位於一容室的外周，該環緣結合該槽底面，並於該槽底面與該容室之間形成該相變化腔室。該結構簡易而便於製造，係具有降低製造成本的功效。

其中，該環緣可以雷射銲接結合該槽底面。如此，該內蓋與該底座係能夠確實銲接結合而不會產生縫隙，係具有提升該內蓋與該底座的結合強度的功效。

其中，該相變化腔室與該容槽的容積比值可以為0.1～0.5。如此，該相變化腔室係具有足夠空間可以填充該工作液體，係具有提升散熱效果的功效。

其中，該底座可以具有一填液孔連通至該相變化腔室，該填液孔可以由一塞體封閉。如此，係可以避免該工作液體由該填液孔流出，係具有提升使用便利性的功效。

其中，該槽底面可以設有一毛細結構層，該毛細結構層位於該相變化腔室中。如此，係可以增加凝結後的工作液體重新聚集進行回流的能力，以重新吸收該熱源處的熱能，係具有提升散熱效果的功效。

其中，該內蓋的一外表面可以設有一粗糙結構層。如此，係可以增加該粗糙結構層與該循環流體之間的接觸面積，係具有提升熱交換效率的功效。

其中，該底座於該液流腔室中可以設有一多孔結構層。如此，係可以增加該多孔結構層與該循環流體之間的接觸面積，係具有提升熱交換效率的功效。

本創作的液冷散熱裝置可以另包含一散熱鰭片組，該散熱鰭片組連接於該內蓋的一外表面。如此，係可以使該內蓋的熱能與該循環液體能有較多的接觸面積，係具有提升散熱效果的功效。

其中，該相變化腔室中可以填充有二種以上的工作液體，越靠近該槽底面的工作液體密度越高且沸點越低。如此，可以由沸點低的工作液體吸收熱能，使沸點低的工作液體可以從液態轉換成氣態，形成氣態的工作液體可以將熱能傳遞給沸點高的工作液體，使形成氣態的工作液體可以迅速冷凝回液態吸熱，係具有提升散熱效果的功效。

為讓本創作之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本創作之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第1圖所示，其係本創作液冷散熱裝置J的第一實施例，係包含一底座1、一內蓋2及一外蓋板3，該內蓋2及該外蓋板3結合該底座1。其中，該液冷散熱裝置J可例如為水冷頭。

請參照第1、2圖所示，該底座1可以例如為銅或鋁等高導熱性能之金屬材質所製成，該底座1可以具有相對的一頂面1a及一底面1b，該底面1b可以貼接於一熱源H（如第3圖所示），該底座1具有一容槽11，該容槽11可以凹設於該頂面1a，該容槽11具有相對的一槽底面111及一開口112，該開口112可以位於該頂面1a，該底座1具有一入液孔12及一出液孔13，該入液孔12及該出液孔13分別位於該容槽11兩側，該入液孔12及該出液孔13連通該容槽11與外部，該入液孔12供一循環液體R流入，該出液孔13供該循環液體R排出。其中，該循環液體R的成份，本創作不加以限制，在本實施例中，該循環液體R可例如為水。

請參照第2圖所示，此外，該底座1可以具有一填液孔14，該填液孔14貫穿該槽底面111，該填液孔14可以連通該容槽11，該填液孔14可以由一塞體15封閉，該塞體15可例如為防漏螺絲或採用雷焊的方式封閉該填液孔14，以避免一工作液體L由該填液孔14流出。其中，該工作液體L可以為水、酒精或其他低沸點之液體；較佳地，該工作液體L係可以為不導電之液體，該工作液體L可以從液態吸收熱能而蒸發成氣態，進而利用該工作液體L氣液相的變化機制來達成熱能傳遞。

請參照第1、2圖所示，該內蓋2可以為下端呈開放狀的矩形殼體，即該內蓋2可以具有一容室21，該容室21的外周連接有一環緣22，該內蓋2可以對位於該容槽11的開口112，該環緣22可以結合於該槽底面111；其中，該環緣22與該槽底面111可以選擇為雷射銲接結合，以提升該底座1與該內蓋2的結合強度。

請參照第2圖所示，詳言之，該底座1與該內蓋2結合時，該槽底面111與該容室21之間形成一相變化腔室S1，該相變化腔室S1可以連通該填液孔14，該相變化腔室S1位於該容槽11中，並使該容槽11被區分為該相變化腔室S1與一液流腔室S2，該相變化腔室S1與該液流腔室S2不連通，且該相變化腔室S1中填充有該工作液體L，該液流腔室S2中填充有該循環液體R。其中，該相變化腔室S1與該容槽11的容積比值可以為0.1～0.5；如此，使該相變化腔室S1中可以具有足夠空間填充該工作液體L，係可以具有提升散熱效果的作用。

該外蓋板3可以概呈板狀，該外蓋板3結合該底座1的頂面1a，使該外蓋板3可以封閉該容槽11的開口112，以避免位於該液流腔室S2中的循環液體R溢出；其中，該外蓋板3與該底座1的結合方式本創作不加以限制，例如：該外蓋板3可以選擇黏貼、鑲入或鎖固等方式結合於該底座1；在本實施例中，係選擇使該外蓋板3與雷射銲接於該底座1，使該外蓋板3與該底座1能夠確實銲接結合而不會產生縫隙，以提升該外蓋板3與該底座1的結合強度。

組裝該液冷散熱裝置J時，係將該內蓋2結合於該底座1，使該內蓋2的環緣22連接於該底座1的槽底面111，使該槽底面111可以與該內蓋2的容室21之間直接形成該相變化腔室S1，且該容槽11可以被區分為該相變化腔室S1與該液流腔室S2，再使該外蓋板3結合該底座1的頂面1a，使該外蓋板3可以封閉該容槽11的開口112；如此，係可以簡化組裝該液冷散熱裝置J的繁瑣程序，可以迅速完成該液冷散熱裝置J的組裝作業，以降低人工作業成本，進而可提升組裝便利性及整體作業效率。

請參照第3圖所示，其係本創作液冷散熱系統的一較佳實施例，係包含一前述的液冷散熱裝置J、一泵浦4、一冷卻單元5及一管件組6，該管件組6串接該液冷散熱裝置J、該泵浦4及該冷卻單元5。

請參照第2、3圖所示，詳言之，該管件組6可以穿設該底座1的入液孔12，該管件組6可以由一管件6a連通該液冷散熱裝置J的出液孔13與該泵浦4，該液冷散熱裝置J可以由該底座1的底面1b貼接於一電子裝置（圖未繪示）的熱源H處，該電子裝置可例如為工業電腦，該熱源H可例如為主機板、中央處理器、記憶體及顯示處理器等；該管件組6另可以由一管件6b連通該泵浦4與該冷卻單元5，再由一管件6c連通該液冷散熱裝置J的入液孔12與該冷卻單元5；該管件組6中具有該循環液體R，該泵浦4可以驅使該循環液體R在該管件組6中流動。

本創作不限制該液冷散熱裝置J與該冷卻單元5的型態，亦不限制該循環液體R的循環方向；亦即，升溫後的該循環液體R可以流經該泵浦4再被導向該冷卻單元5（如第3圖中所示的順時針方向循環），或是反向循環，使降溫後的該循環液體R流經該泵浦4再被導向該液冷散熱裝置J。

請參照第2、3圖所示，具有本實施例液冷散熱裝置J的液冷散熱系統運作時，可以由該相變化腔室S1中的工作液體L吸收該熱源H的熱能，該相變化腔室S1中的工作液體L可以從液態吸收熱能而蒸發成氣態，以便由該相變化腔室S1中的工作液體L吸收該熱源H處的熱能；接著，該液流腔室S2中的循環液體R可以迅速吸收該相變化腔室S1中的熱能，使該相變化腔室S1中的工作液體L可以迅速由氣態冷凝成液態吸熱，使該液流腔室S2中的循環液體R可以進一步對該相變化腔室S1中的工作液體L降溫，並藉由該泵浦4的運作，該循環液體R可以帶離該熱源H處的熱能並在通過該冷卻單元5時冷卻降溫，且於降溫後再次被導向該液冷散熱裝置J；如此不斷循環，可以使該液冷散熱裝置J接收的熱源H能有效降溫，係可以達到提供良好散熱效能的作用。

請參照第4、5圖所示，其係本創作液冷散熱裝置J的第二實施例，該底座1可以具有一毛細結構層16，該毛細結構層16可以位於該相變化腔室S1中，該毛細結構層16可以接觸該槽底面111的局部，意即，該毛細結構層16未覆蓋整個槽底面111；該毛細結構層16可以增加凝結後的工作液體L重新聚集進行回流的能力，以重新吸收該熱源H的熱能。其中，該毛細結構層16係可以由一粉末燒結（powder sintering process）製成，該粉末係可以為銅粉或其他適當粉末，本創作不予限制。例如：可以直接由粉末燒結於該底座1上的槽底面111，也可以預先由粉末燒結成一薄片以作為該毛細結構層16，再將形成薄片的該毛細結構層16置於該底座1的槽底面111；較佳地，係可以先進行粉末冶金燒結，亦可以加壓、整平將燒結後的粉末進行加工以形成所需的厚度或尺寸，以及適當形狀的該薄片狀的該毛細結構層16。

請參照第6圖所示，其係本創作液冷散熱裝置J的第三實施例，該相變化腔室S1中可以填充有二種以上的工作液體L1、L2，越靠近該槽底面111（即越靠近該熱源H）的工作液體L1密度越高且沸點越低；如此，可以由沸點低的工作液體L1吸收熱能，使該工作液體L1可以從液態轉換成氣態，形成氣態的工作液體L1可以將熱能傳遞給液態的工作液體L2，使氣態的工作液體L1可以迅速冷凝回液態吸熱，係具有可以提升散熱效果的作用。

此外，本創作液冷散熱裝置J還可以另包含一散熱鰭片組7，該散熱鰭片組7連接於該內蓋2的外表面23，該散熱鰭片組7朝遠離該槽底面111的方向延伸，該散熱鰭片組7可以採用導熱係數高的金屬材質製成，藉由該散熱鰭片組7的設置，係可以使該內蓋2的熱能與該循環液體R能有較多的接觸面積，係可以提升散熱效果的作用。

請參照第7、8圖所示，其係本創作液冷散熱裝置J的第四實施例，該內蓋2可以具有一粗糙結構層24，該粗糙結構層24設於該內蓋2的一外表面23，該粗糙結構層24完全位於該液流腔室S2中；藉由該粗糙結構層24的設置，係可以增加該粗糙結構層24與該循環流體R之間的接觸面積，係可以提升熱交換效率，進而可以提升散熱效能。其中，該粗糙結構層24係可以由一粉末燒結（powder sintering process）而製成，該粉末係可以為銅粉或其他適當粉末，本創作不予限制。例如：可以直接由粉末燒結於該內蓋2的外表面23以作為該粗糙結構層24。

請參照第9圖所示，其係本創作液冷散熱裝置J的第五實施例，該底座1可以具有一多孔結構層17，該多孔結構層17設於該液流腔室S2中，該多孔結構層17，該多孔結構層17係可例如為多孔性網目結構或粉末燒結等結構，使該多孔結構層17可以局部設置或佈滿該液流腔室S2中的整個空間；如此，係可以增加該多孔結構層17與該循環流體R之間的接觸面積，係可以提升熱交換效率，進而可以提升散熱效能。

綜上所述，本創作的液冷散熱裝置及具有該液冷散熱裝置的液冷散熱系統，利用該內蓋結合於該底座以形成該相變化腔室，係可以改善習知水冷頭的組裝承受力不佳的問題，且該底座的容槽可以直接被區分為該相變化腔室與該液流腔室；如此，係可以簡化組裝該液冷散熱裝置的繁瑣程序，可以迅速完成該液冷散熱裝置的組裝作業，降低人工作業上的成本，係具有提升組裝承受力、組裝便利性及整體作業效率的功效；又，該至少一工作液體可以吸收該熱源處的熱能，並藉由該泵浦的運作，該熱源處的熱能可以被帶離且在通過該冷卻單元時冷卻降溫，並於降溫後再次被導向該液冷散熱裝置，如此不斷循環，使該熱源處可以有效降溫，係具有提升散熱效能的功效。

雖然本創作已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者在不脫離本創作之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本創作所保護之技術範疇，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

﹝本創作﹞ 1:底座 1a:頂面 1b:底面 11:容槽 111:槽底面 112:開口 12:入液孔 13:出液孔 14:填液孔 15:塞體 16:毛細結構層 17:多孔結構層 2:內蓋 21:容室 22:環緣 23:外表面 24:粗糙結構層 3:外蓋板 4:泵浦 5:冷卻單元 6:管件組 6a:管件 6b:管件 6c:管件 7:散熱鰭片組 H:熱源 J:液冷散熱裝置 L:工作液體 L1:工作液體 L2:工作液體 R:循環液體 S1:相變化腔室 S2:液流腔室

［第1圖］ 本創作第一實施例的分解立體圖。 ［第2圖］ 本創作第一實施例的組合剖面圖。 ［第3圖］ 本創作包含第一實施例液冷散熱裝置的液冷散熱系統的架構圖。 ［第4圖］ 本創作第二實施例的分解立體圖。 ［第5圖］ 本創作第二實施例的組合剖面圖。 ［第6圖］ 本創作第三實施例的組合剖面圖。 ［第7圖］ 本創作第四施例的分解立體圖。 ［第8圖］ 本創作第四實施例的組合剖面圖。 ［第9圖］ 本創作第五實施例的組合剖面圖。

1:底座

1a:頂面

1b:底面

11:容槽

111:槽底面

112:開口

12:入液孔

13:出液孔

14:填液孔

15:塞體

2:內蓋

21:容室

22:環緣

23:外表面

3:外蓋板

6a:管件

6c:管件

J:液冷散熱裝置

L:工作液體

R:循環液體

S1:相變化腔室

S2:液流腔室

Claims (11)

1. 一種液冷散熱裝置，包含： 一底座，具有一容槽，該容槽具有相對的一槽底面及一開口，一入液孔及一出液孔分別連通該容槽； 一內蓋，結合該底座並形成一相變化腔室，該相變化腔室位於該容槽中，並使該容槽被區分為該相變化腔室與一液流腔室，該相變化腔室與該液流腔室不連通，且該相變化腔室中填充有至少一工作液體；及 一外蓋板，結合該底座以封閉該容槽的開口。
2. 如請求項1之液冷散熱裝置，其中，該內蓋具有一環緣位於一容室的外周，該環緣結合該槽底面，並於該槽底面與該容室之間形成該相變化腔室。
3. 如請求項2之液冷散熱裝置，其中，該環緣雷射銲接結合該槽底面。
4. 如請求項1之液冷散熱裝置，其中，該相變化腔室與該容槽的容積比值為0.1～0.5。
5. 如請求項1之液冷散熱裝置，其中，該底座具有一填液孔連通至該相變化腔室，該填液孔由一塞體封閉。
6. 如請求項1之液冷散熱裝置，其中，該槽底面設有一毛細結構層，該毛細結構層位於該相變化腔室中。
7. 如請求項1之液冷散熱裝置，其中，該內蓋的一外表面設有一粗糙結構層。
8. 如請求項1之液冷散熱裝置，其中，該底座於該液流腔室中設有一多孔結構層。
9. 如請求項1之液冷散熱裝置，另包含一散熱鰭片組，該散熱鰭片組連接於該內蓋的一外表面。
10. 如請求項1至9中任一項之液冷散熱裝置，其中，該相變化腔室中填充有二種以上的工作液體，越靠近該槽底面的工作液體密度越高且沸點越低。
11. 一種液冷散熱系統，包含： 一如請求項1至10項中任一項之液冷散熱裝置，該底座貼接於一熱源； 一泵浦； 一冷卻單元；及 一管件組，串接該液冷散熱裝置、該泵浦及該冷卻單元。

Images