TWM609021U - 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，用以解決習水冷頭散熱效率不佳的問題。係包含：一底座；一殼罩，結合該底座，該殼罩與該底座之間形成一相變化腔室，該相變化腔室填充一相變化液體；及一循環管，供一循環液體流經，該循環管具有一吸熱段位於該相變化腔室中並接觸該相變化液體。

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，尤其是一種透過相變化液體將熱能導至循環液體，且該循環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底座及一上蓋，該底座可以接觸一熱源，該上蓋及該底座相結合以形成一腔室，該腔室填充一流動液體，該流動液體由該上蓋的一入液孔流入，該流動液體由該上蓋的一出液孔流出；如此，該熱源處的熱能可以自該底座傳遞至該腔室內，再藉由該流動液體的循環流動帶走該熱源處的熱能而達到散熱之目的。

上述習知的水冷頭，由於該流動液體係經由該入液孔、該腔室與該出液孔循環流動，該腔室內未形成封閉狀態，使得該流動液體無法利用氣液相的變化機制來達成熱量傳遞，該流動液體對該熱源的散熱效果有限，使得該流動液體難以對該熱源有效地散熱，導致散熱效率不佳。

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，係可以利用氣液相的變化機制來達成熱量傳遞者。

本創作的次一目的是提供一種液冷散熱裝置，係可以提升散熱效果者。

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裝置，係可以提升組裝便利性者。

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；一殼罩，結合該底座， 該殼罩與該底座之間形成一相變化腔室，該相變化腔室填充一相變化液體；及一循環管，供一循環液體流經，該循環管具有一吸熱段位於該相變化腔室中並接觸該相變化液體。

本創作的液冷散熱系統，包含：至少一前述之液冷散熱裝置，該底座用以接觸一熱源；一泵浦；一冷卻單元；及一管件組，串接該液冷散熱裝置的循環管、該泵浦及該冷卻單元，該泵浦運作時使該循環液體沿該管件組於該液冷散熱裝置、該泵浦及該冷卻單元之間循環流動。

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，可以由該相變化腔室中的相變化液體吸收該熱源處的熱能，該相變化腔室中的相變化液體可以從液態吸收熱能而蒸發成氣態，使該相變化液體可以利用氣液相的變化機制來達成熱量傳遞，並藉由該循環管中的循環液體可以迅速吸收該相變化腔室中的熱能，使該相變化腔室中的相變化液體可以迅速由氣態冷凝成液態吸熱，使該循環管中的循環液體可以進一步對該相變化腔室中的相變化液體降溫，係可以達到提供良好散熱效率的功效。又，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。

本創作的液冷散熱裝置可以另包含一蓋板封閉該底座的一凹部，該凹部與該蓋板之間可以形成一工作腔室，該工作腔室與該相變化腔室不連通，該工作腔室可以填充一工作液體。如此，該工作腔室中的工作液體可以從液態吸收熱能而蒸發成氣態，該工作腔室中的工作液體係可以快速吸收該熱源處的熱能再傳給該相變化液體，係具有提升散熱效果的功效。

本創作的液冷散熱裝置可以另包含一多孔結構層位於該蓋板，該多孔結構層接觸該相變化液體。如此，可以增加該多孔結構層與該相變化 液體之間的接觸面積，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單元，該散熱鰭片單元可以位於該相變化腔室並接觸該相變化液體及該吸熱段。如此，該吸熱段的熱能與該相變化液體能有較多的接觸面積，係具有提升散熱效果的功效。

本創作的液冷散熱裝置可以另包含一多孔結構層位於該底座，該多孔結構層接觸該相變化液體。如此，可以增加該多孔結構層與該相變化液體之間的接觸面積，係具有提升熱交換效率的功效。

其中，該多孔結構層係可以由銅粉燒結形成。如此，該多孔層結構的孔隙細緻且均勻性佳，係具有提升散熱效果的功效。

其中，該循環管可以具有一入液段及一出液段分別連接於該吸熱段的二端。如此，該結構簡易而便於組裝，係具有提升組裝便利性的功效。

其中，該入液段及該出液段可以設置於該殼罩的同一側。如此，該循環管可易於作組裝、對位、調整高低段差或閃避其他元件，使該循環管可以配合各式各樣的安裝空間，係具有提升使用便利性的功效。

其中，該吸熱段可以具有數個彎折部。如此，可以使該吸熱段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。

〔本創作〕

1:底座

1a:頂面

1b:底面

11:凹部

2:殼罩

21:環緣

3:循環管

31:吸熱段

31a:彎折部

32:入液段

33:出液段

4:蓋板

5:多孔結構層

6:散熱鰭片單元

H:熱源

J:液冷散熱裝置

L:相變化液體

P:泵浦

Q:冷卻單元

Q1:風扇組件

Q2:鰭片組件

R:循環液體

S:相變化腔室

T:工作腔室

U:管件組

U1:管件

U2:管件

U3:管件

U4:管件

W:工作液體

〔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上視圖。

〔第3圖〕沿第2圖的A-A線剖面圖。

〔第4圖〕本創作第二實施例的剖面圖。

〔第5圖〕本創作第三實施例的分解立體圖。

〔第6圖〕本創作第三實施例的剖面圖。

〔第7圖〕本創作第四實施例的分解立體圖。

〔第8圖〕本創作包含液冷散熱裝置的液冷散熱系統的架構圖。

〔第9圖〕本創作液冷散熱系統的泵浦位於相變化腔室中的剖面圖。

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的第一實施例，係包含一底座1、一殼罩2及一循環管3，該殼罩2結合該底座1，該循環管3的局部位於該底座1與該殼罩2所形成的空間內。

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的形成方式，本創作不加以限制，例如：該底座1可以為沖壓成型，係具有簡化製程的作用，該底座1可以具有相對的一頂面1a及一底面1b，該底面1b可用以直接或間接地連接於一熱源H(如第3圖所示)。該底座1的型態本創作不加以限制，例如：該底座1可以概呈片體狀；在本實施例中，該底座1可以具有一凹部11，該凹部11可以位於該頂面1a，該凹部11可以朝向該殼罩2。

請參照第1、2、3圖所示，較佳地，該底座1還可以供一蓋板4結合，使該蓋板4可以封閉該凹部11，使該凹部11與該蓋板4之間可以形成一工作腔室T。其中，該蓋板4與該底座1的結合方式本創作不加以限制，例如：該蓋板4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，係選擇使該蓋板4與雷射銲接於該底座1的頂面1a，使該蓋板4與該 底座1能夠確實銲接結合而不會產生縫隙，以提升該蓋板4與該底座1的結合強度。

請參照第3圖所示，該工作腔室T可以填充一工作液體W，該工作液體W可以為水、酒精或其他低沸點之液體；較佳地，該工作液體W係可以為不導電之液體，該工作液體W可以從液態吸收熱量而蒸發成氣態，進而利用該工作液體W氣液相的變化機制來達成熱量傳遞；並藉由該工作腔室T內為封閉狀態，係可以避免該工作液體W形成氣態後散失，以及避免內部因為空氣佔據，而壓縮到該工作液體W形成氣態後的空間，進而影響到散熱效率。

請參照第1、3圖所示，該殼罩2可以為下端呈開放狀的矩形殼體，該殼罩2可以具有一環緣21，該環緣21可以結合於該底座1的頂面1a，該殼罩2與該底座1之間形成一相變化腔室S，該相變化腔室S與該工作腔室T不連通。其中，該殼罩2與該底座1的結合方式本創作不加以限制，例如：該殼罩2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，係選擇使該殼罩2與雷射銲接於該底座1的頂面1a，使該殼罩2與該底座1能夠確實銲接結合而不會產生縫隙，以提升該底座1與該殼罩2的結合強度。

請參照第3圖所示，該相變化腔室S填充一相變化液體L，且由於該相變化腔室S與該工作腔室T不連通，係可以避免該相變化液體L與該工作液體W相混合，該相變化液體L可以為水、酒精或其他低沸點之液體；較佳地，該相變化液體L係可以為不導電之液體，該相變化液體L可以從液態吸收熱量而蒸發成氣態，進而利用該相變化液體L氣液相的變化機制來達成熱量傳遞；並藉由該相變化腔室S內為封閉狀態，係可以避免該相變化液體L形成氣態後散失，以及避免內部因為空氣佔據，而壓縮到該相變化 液體L形成氣態後的空間，進而影響到散熱效率。

請參照第1、3圖所示，該循環管3供一循環液體R流經，該循環管3具有一吸熱段31，該吸熱段31位於該相變化腔室S中並接觸該相變化液體L，該吸熱段31可以形成直線狀或彎曲狀，本創作均不加以限制，在本實施例中，該吸熱段31可以具有數個彎折部31a，使該吸熱段31可以形成數個U形狀的態樣；如此，係可以使該吸熱段31與該相變化液體L能有較多的接觸面積，該吸熱段31可以快速將該相變化液體L的熱能傳遞給該循環液體R，係可以提升散熱效果的作用。其中，該循環管3的內部與該相變化腔室S不相連通，係可以避免該循環液體R與該相變化液體L相混合。

此外，該循環管3可以具有一入液段32及一出液段33，該入液段32及該出液段33分別連接於該吸熱段31的二端，該入液段32及該出液段33分別設置於該殼罩2的相對兩側，該入液段32供該循環液體R朝該相變化腔室S的方向流入，該出液段33供該循環液體R朝遠離該相變化腔室S的方向流出。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4圖所示，其係本創作液冷散熱裝置的第二實施例，該液冷散熱裝置J還可以另包含一多孔結構層5位於該蓋板4，該多孔結構層5可以完全位於該相變化腔室S中，該多孔結構層5可以接觸該相變化液體L；藉由該多孔結構層5的設置，係可以增加該多孔結構層5與該相變化液體L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，該多孔結構層5係可以由一粉末燒結(powder sintering process)而製成，例如：該多孔結構層5可以為由銅粉燒結形成，或是將銅網以錫膏鋪設於該蓋板4再回焊熔接等，本創作均不加以限制，只要能形成多孔性結構即可。

請參照第5、6圖所示，其係本創作液冷散熱裝置的第三實施 例，該多孔結構層5係可以位於該底座1，該多孔結構層5可以接觸該相變化液體L。詳言之，該多孔結構層5的位置，本創作不加以限制，例如：該多孔結構層5可以直接設於該底座1的頂面1a，使該多孔結構層5可以完全凸出該頂面1a；或者，亦可以如第6圖所示將該多孔結構層5設於由該頂面1a所形成的該凹部11，使該多孔結構層5的局部可以凸出該頂面1a。藉由該多孔結構層5的設置，係可以增加該多孔結構層5與該相變化液體L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。

該液冷散熱裝置J可以另包含一散熱鰭片單元6，該散熱鰭片單元6可以位於該相變化腔室S中。詳言之，該散熱鰭片單元6較佳可以採用導熱係數高的金屬材質製成，該散熱鰭片單元6可以結合該吸熱段31，使該散熱鰭片單元6與該吸熱段31可以形成交錯設置，且該散熱鰭片單元6可以接觸該相變化液體L；藉由該散熱鰭片單元6的設置，係可以使該吸熱段31的熱能與該相變化液體L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圖所示，其係本創作液冷散熱裝置的第四實施例，該入液段32及該出液段33可以選擇設置於該殼罩2的同一側，或者，在其他實施例中，該入液段32及該出液段33亦可以設置於該殼罩2的相鄰兩側；如此，使該循環管3可易於作組裝、對位、調整高低段差或閃避其他元件，使該循環管3可以配合各式各樣的安裝空間，係可以具有提升使用便利性的作用。

請參照第8圖所示，其係本創作液冷散熱系統的一較佳實施例，係包含至少一前述的液冷散熱裝置J、一泵浦P、一冷卻單元Q及一管件組U，該管件組U串接該液冷散熱裝置J的循環管3、該泵浦P及該冷卻單元Q。

請參照第3、8圖所示，該液冷散熱裝置J可以由該底座1的底面1b可以直接或間接接觸一電子裝置(圖未繪示)的熱源H處，該電子裝置可例如為工業電腦或伺服器...等，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。在本實施例中，該液冷散熱系統的液冷散熱裝置J係以兩組來做說明。

詳言之，該泵浦P可以位於該液冷散熱裝置J外部，該管件組U可以由一管件U1連通其中一液冷散熱裝置J的入液段32與該泵浦P；該管件組U另可以由一管件U2連通該泵浦P與該冷卻單元Q，再由一管件U3連通另一液冷散熱裝置J的出液段33與該冷卻單元Q，以及由一管件U4連通該其中一液冷散熱裝置J的出液段33與該另一液冷散熱裝置J的入液段32；該管件組U中具有該循環液體R，該泵浦P運作時，可以驅使該循環液體R沿該管件組U於該其中一液冷散熱裝置J、該泵浦P、該冷卻單元Q及該另一液冷散熱裝置J之間循環流動。

特別說明的是，該泵浦P係以能夠驅使該循環液體R循環流動為原則，該泵浦P係的形態及位置係可以依需求而調整，因此，在其他實施例中，該泵浦P亦可以如第9圖所示位於該相變化腔室S中，本創作均不加以限制。

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，該工作腔室T中的工作液體W係可以快速吸收該熱源H處的熱能再傳給該相變化液體L，以及該相變化腔室S中的相變化液體L可以從液態吸收熱能而蒸發成氣態，以便由該相變化液體L吸收從該工作液體W轉換的熱能。

請參照第3、8圖所示，接著，該循環管3中的循環液體R可以迅速吸收該相變化腔室S中的熱能，使該相變化腔室S中的相變化液體L 可以迅速由氣態冷凝成液態吸熱，使該循環管3中的循環液體R可以進一步對該相變化腔室S中的相變化液體L降溫，並藉由該泵浦P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Q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。

另外說明的是，該冷卻單元Q可以具有一風扇組件Q1及一鰭片組件Q2，該風扇組件Q1的氣流可以朝向該鰭片組件Q2吹送，以便將由該液冷散熱裝置傳遞至該鰭片組件Q2的熱能吹散，係可以進一步具有良好散熱效能的作用。

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，可以由該相變化腔室中的相變化液體吸收該熱源處的熱能，該相變化腔室中的相變化液體可以從液態吸收熱能而蒸發成氣態，使該相變化液體可以利用氣液相的變化機制來達成熱量傳遞，並藉由該循環管中的循環液體可以迅速吸收該相變化腔室中的熱能，使該相變化腔室中的相變化液體可以迅速由氣態冷凝成液態吸熱，使該循環管中的循環液體可以進一步對該相變化腔室中的相變化液體降溫，係可以達到提供良好散熱效率的功效。又，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。

1:底座

1a:頂面

1b:底面

11:凹部

2:殼罩

21:環緣

3:循環管

31:吸熱段

32:入液段

33:出液段

4:蓋板

H:熱源

J:液冷散熱裝置

L:相變化液體

R:循環液體

S:相變化腔室

T:工作腔室

W:工作液體

Claims (10)

1. 一種液冷散熱裝置，包含：一底座；一殼罩，結合該底座，該殼罩與該底座之間形成一相變化腔室，該相變化腔室填充一相變化液體；及一循環管，供一循環液體流經，該循環管具有一吸熱段位於該相變化腔室中並接觸該相變化液體。
2. 如請求項1之液冷散熱裝置，另包含一蓋板封閉該底座的一凹部，該凹部與該蓋板之間形成一工作腔室，該工作腔室與該相變化腔室不連通，該工作腔室填充一工作液體。
3. 如請求項2之液冷散熱裝置，另包含一多孔結構層位於該蓋板，該多孔結構層接觸該相變化液體。
4. 如請求項1之液冷散熱裝置，另包含一散熱鰭片單元，該散熱鰭片單元位於該相變化腔室並接觸該相變化液體及該吸熱段。
5. 如請求項1之液冷散熱裝置，另包含一多孔結構層位於該底座，該多孔結構層接觸該相變化液體。
6. 如請求項5之液冷散熱裝置，其中，該多孔結構層係由銅粉燒結形成。
7. 如請求項1之液冷散熱裝置，其中，該循環管具有一入液段及一出液段分別連接於該吸熱段的二端。
8. 如請求項7之液冷散熱裝置，其中，該入液段及該出液段設置於該殼罩的同一側。
9. 如請求項1至8中任一項之液冷散熱裝置，其中，該吸熱段具有數個彎折部。
10. 一種液冷散熱系統，包含：至少一如請求項1至9中任一項之液冷散熱裝置，該底座用以接觸一熱源；一泵浦；一冷卻單元；及一管件組，串接該液冷散熱裝置的循環管、該泵浦及該冷卻單元，該泵浦運作時使該循環液體沿該管件組於該液冷散熱裝置、該泵浦及該冷卻單元之間循環流動。

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