TWM655500U - 二相冷卻系統及其具有多重接觸表面高度之散熱冷板 - Google Patents
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Abstract
一種二相冷卻系統包含一具有多重接觸表面高度之散熱冷板以及一冷凝裝置。多重接觸表面高度之散熱冷板包含一冷板本體、一液態冷媒輸入端以及一氣態冷媒輸出端。冷板本體具有複數個接觸表面，藉以分別在該第一散熱表面高度與該第二散熱表面高度分別接觸一電路基板上之複數個運算晶片，用以吸收運算晶片於一運作狀態時產生之熱量，並使流經該冷板本體之一液態冷媒蒸發形成一氣態冷媒。液態冷媒輸入端係用以供該液態冷媒輸入該冷板本體。氣態冷媒輸出端係用以供該氣態冷媒自該冷板本體輸出。冷凝裝置是用以將氣態冷媒冷卻為液態冷媒。
Description
本創作係關於一種散熱冷板，尤其是指一種二相冷卻系統及其具有多重接觸表面高度之散熱冷板。
對於電腦或伺服器而言，隨著運算模組的運算能力提升，往往伴隨著大量的發熱量，因此為了使運算模組可以維持高運算能力，通常會利用氣冷或液冷的方式來對運算模組進行冷卻降溫。
承上所述，由於氣冷的熱交換效率較差，而液冷則需要大量的液體來不斷地將熱量帶到外部散熱，因此兩者的冷卻效果都不太好，因此現有的冷卻降溫大都改為浸沒式的冷卻方式，而浸沒式的冷卻方式又可分為相變式冷卻法與單相冷卻法。
相變式冷卻法是將發熱元件浸沒在氟系的冷卻液中，使冷卻液直接吸收發熱元件的熱量而相變化為氣體，然後汽化後之氣體會在封閉槽之上方與冷凝器接觸而冷凝成液態，進而在封閉槽內循環的將發熱元件之熱能帶到上方的冷凝器進行散熱，而此方式雖然可以有效的帶走熱量，但氟系冷卻液的成本較高，且實施環境必須在封閉槽內，非常不便且設置成本高。
另一方面，單相冷卻法則是可在開放槽內不斷的吸收浸沒在單相冷卻液內的發熱元件所產生的熱量，而冷卻液在吸收熱能後會因為密度變小而往上方移動並進入熱交換器中進行冷卻降溫，然後再回流至底部持續的吸收發熱元件的熱量，但此方式卻有散熱效率較差的問題。
有鑒於在先前技術中，相變式冷卻方法存有設置成本高，且需要在封閉槽的環境使用的問題，而單相冷卻法則有散熱效率較差的問題；緣此，本創作的主要目的在於提供一種二相冷卻系統及其多重接觸表面高度之散熱冷板，可以藉由具有多重接觸表面高度之散熱冷板來同時接觸多個散熱表面高度不同之運算晶片，藉以利用相變式冷媒來快速帶走多個運算晶片所產生之熱量。
本創作為解決先前技術之問題，所採用的必要技術手段是提供一具有多重接觸表面高度之散熱冷板，包含一冷板本體、一液態冷媒輸入端以及一氣態冷媒輸出端。
冷板本體係具有一底側接觸部，且該底側接觸部包含複數個接觸表面，藉以分別在該第一散熱表面高度與該第二散熱表面高度分別接觸一電路基板上之複數個運算晶片，用以吸收該些運算晶片於一運作狀態時產生之熱量，並使流經該冷板本體之一液態冷媒蒸發形成一氣態冷媒。液態冷媒輸入端係用以供該液態冷媒輸入該冷板本體。氣態冷媒輸出端係用以供該氣態冷媒自該冷板本體輸出。
在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，該冷板本體更具有一熱交換空間，該液態冷媒輸入端與該氣態冷媒輸出端係分別連通於該熱交換空間。較佳者，該冷板本體更具有複數個熱交換鰭片，該些熱交換鰭片係分別設置於該熱交換空間內。
本創作所採用另之另一必要技術手段是提供一種二相冷卻系統，係用於對安裝於一電子裝置機體內之一電路基板上之複數個運算晶片於一運作狀態時進行冷卻，在該些運算晶片設置於該電路基板後，係自該電路基板凸出一第一散熱表面高度與一第二散熱表面高度，該二相冷卻系統包含一具有多重接觸表面高度之散熱冷板以及一冷凝裝置。
多重接觸表面高度之散熱冷板係對應該電路基板而設置於該電子裝置機體內，並且包含一冷板本體、一液態冷媒輸入端以及一氣態冷媒輸出端。冷板本體係具有一底側接觸部，且該底側接觸部包含複數個接觸表面，藉以分別在該第一散熱表面高度與該第二散熱表面高度分別接觸該些運算晶片，用以吸收該些運算晶片於該運作狀態時產生之熱量，並使流經該冷板本體之一液態冷媒蒸發形成一氣態冷媒。液態冷媒輸入端係用以供該液態冷媒輸入該冷板本體。氣態冷媒輸出端係用以供該氣態冷媒自該冷板本體輸出。
冷凝裝置包含一氣態冷媒輸出管路、一冷凝裝置本體以及一液態冷媒輸入管路。氣態冷媒輸出管路係連通於該氣態冷媒輸出端，用以接收該氣態冷媒。冷凝裝置本體係連通於該液態冷媒輸入管路，用以將該氣態冷媒冷卻成該液態冷媒。液態冷媒輸入管路係連通於該冷凝裝置本體與該液態冷媒輸入端，用以接收該冷凝裝置本體所冷卻形成之該液態冷媒，並將該液態冷媒輸送至該液態冷媒輸入管路，以使該液態冷媒輸入該冷板本體。
如上所述，由於本創作之多重接觸表面高度之散熱冷板具有多個散熱表面高度，可以藉由多個接觸表面來接觸多個散熱表面高度不同之運算晶片，並利用相變式冷媒來快速帶走多個運算晶片所產生之熱量。
本創作所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
請參閱第一圖與第二圖，第一圖係顯示本創作較佳實施例所提供之多重接觸表面高度之散熱冷板之立體示意圖；第二圖為第一圖之A-A剖面示意圖。如第一圖與第二圖所示，一種多重接觸表面高度之散熱冷板1包含一冷板本體11、一液態冷媒輸入端12、一氣態冷媒輸出端13以及複數個熱交換鰭片14（圖中僅標示一個）。冷板本體11係具有一底側接觸部111、二凸塊112與113以及一熱交換空間114。
底側接觸部111具有一接觸表面1111，而二凸塊112與113是分別自底側接觸部111沿一第一方向D1一體成型地凸伸出，且凸塊112具有一接觸表面1121，而凸塊113具有一接觸表面1131；其中，本實施例之接觸表面1121與接觸表面1111為相異平面，但接觸表面1121與1131為共平面。
液態冷媒輸入端12與氣態冷媒輸出端13分別設置於冷板本體11之兩端，並分別連通於熱交換空間114，藉以供一液態冷媒自液態冷媒輸入端12進入冷板本體11，以使液態冷媒藉由底側接觸部111吸收熱能而汽化為一氣態冷媒，並使氣態冷媒自氣態冷媒輸出端13輸出。在本實施例中，液態冷媒輸入端12、熱交換空間114與氣態冷媒輸出端13是沿垂直於第一方向D1之一第二方向D2依序排列。
複數個熱交換鰭片14是分別設置於熱交換空間114內，並分別沿第二方向D2延伸，進而在熱交換空間114內分隔出複數個熱交換流道(圖未標示)，且液態冷媒輸入端12是分別複數個熱交換流道連通於氣態冷媒輸出端13。
請繼續參閱第三圖至第五圖，第三圖係顯示本創作較佳實施例所提供之多重接觸表面高度之散熱冷板應用於電路板組件之立體分解示意圖；第四圖係顯示本創作較佳實施例所提供之多重接觸表面高度之散熱冷板應用於電路板組件之立體示意圖；第五圖係顯示本創作較佳實施例所提供之多重接觸表面高度之散熱冷板應用於電路板組件之平面示意圖。
如第一圖至第五圖所示，本實施例之多重接觸表面高度之散熱冷板1是用於安裝於一電路板組件200，而電路板組件200包含一電路基板201、一中介層202、一運算晶片203以及二運算晶片204與205。
電路基板201實務上是安裝於一電子裝置機殼(圖未示)內，而中介層202是設置於電路基板201上，運算晶片203以及二運算晶片204與205是分別設置於中介層202上；其中，運算晶片203相較於中介層202之表面具有一第一散熱表面高度h1，而運算晶片204與205相較於中介層202之表面分別具有一第二散熱表面高度h2與一第三散熱表面高度h3，且在本實施例中，第二散熱表面高度h2與第三散熱表面高度h3相同，但第一散熱表面高度h1大於第二散熱表面高度h2或第三散熱表面高度h3。
承上所述，接觸表面1111、1121與1131是分別對應於運算晶片203、204與205，藉此，當接觸表面1111貼合於運算晶片203時，接觸表面1121與1131會分別貼合於運算晶片204與205，藉以在運算晶片203、204與205於一運作狀態時，透過流經冷板本體11之液態冷媒吸收熱能而冷卻降溫。
此外，雖然在本實施例中，運算晶片203、204與205是透過中介層202設置於電路基板201上，但在其他實施例中並不限於此，電路板組件200也可以是沒有設置中介層202，且由於本實施例之算晶片203、204與205是設置在中介層202的同一個表面上，因此本實施例之第一散熱表面高度h1、第二散熱表面高度h2與第三散熱表面高度h3可從中介層202之表面開始計算高度，但亦可從電路基板201開始計算。
請繼續參閱第六圖，第六圖係顯示本創作較佳實施例所提供之二相冷卻系統之系統示意圖。如第一圖至第六圖所示，二相冷卻系統100包含上述之多重接觸表面高度之散熱冷板1以及一冷凝裝置2。
冷凝裝置2包含一氣態冷媒輸出管路21、一冷凝裝置本體22、一液態冷媒輸入管路23、一儲液槽24、一幫浦25、一過濾器26以及一感測器27。
氣態冷媒輸出管路21是連通於氣態冷媒輸出端13，用以接受自氣態冷媒輸出端13送出之氣態冷媒。冷凝裝置本體22是連通於氣態冷媒輸出管路21，用以接收氣態冷媒，並將氣態冷媒冷卻成液態冷媒。
液態冷媒輸入管路23是連通於冷凝裝置本體22與液態冷媒輸入端12，且儲液槽24、幫浦25、過濾器26與感測器27是設置於液態冷媒輸入管路23上，並自鄰近於冷凝裝置本體22處朝液態冷媒輸入端12依序排列設置。其中，儲液槽24是用以接收並儲存液態冷媒，而幫浦25是連通於儲液槽24，用以將儲液槽24所儲存之液態冷媒加壓輸出；過濾器26是連通於幫浦25，用以過濾幫浦25所輸出之液態冷媒；感測器27是連通於過濾器26與液態冷媒輸入端12，藉以在液態冷媒通過感測器27時，利用感測器27偵測液態冷媒的流量。
在實務運用上，感測器27還電性連結於幫浦25，藉此幫浦25可以透過感測器27所偵測到的流量大小來控制液態冷媒的輸出功率，進而使液態冷媒可以穩定的流入冷板本體11內，藉以吸收運算晶片203、204與205於運作狀態時產生之熱量，並透過冷凝裝置2持續將氣態冷媒冷卻成液態冷媒，可藉由冷板本體11循環地帶走熱量。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創作之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的範疇內。
100:二相冷卻系統
1:多重接觸表面高度之散熱冷板
11:冷板本體
111:底側接觸部
1111,1121,1131:接觸表面
112,113:凸塊
114:熱交換空間
12:液態冷媒輸入端
13:氣態冷媒輸出端
14:熱交換鰭片
2:冷凝裝置
21:氣態冷媒輸出管路
22:冷凝裝置本體
23:液態冷媒輸入管路
24:儲液槽
25:幫浦
26:過濾器
27:感測器
200:電路板組件
201:電路基板
202:中介層
203,204,205:運算晶片
h1:第一散熱表面高度
h2:第二散熱表面高度
h3:第三散熱表面高度
D1:第一方向
D2:第二方向
第一圖係顯示本創作較佳實施例所提供之多重接觸表面高度之散熱冷板之立體示意圖；
第二圖為第一圖之A-A剖面示意圖；
第三圖係顯示本創作較佳實施例所提供之多重接觸表面高度之散熱冷板應用於電路板組件之立體分解示意圖；
第四圖係顯示本創作較佳實施例所提供之多重接觸表面高度之散熱冷板應用於電路板組件之立體示意圖；
第五圖係顯示本創作較佳實施例所提供之多重接觸表面高度之散熱冷板應用於電路板組件之平面示意圖；以及
第六圖係顯示本創作較佳實施例所提供之二相冷卻系統之系統示意圖。
1:多重接觸表面高度之散熱冷板
11:冷板本體
111:底側接觸部
1111,1121,1131:接觸表面
12:液態冷媒輸入端
13:氣態冷媒輸出端
200:電路板組件
201:電路基板
202:中介層
203,204,205:運算晶片
h1:第一散熱表面高度
h2:第二散熱表面高度
h3:第三散熱表面高度
Claims (6)
- 一種具有多重接觸表面高度之散熱冷板，包含：一冷板本體，係具有一底側接觸部，且該底側接觸部包含複數個接觸表面，藉以分別在一第一散熱表面高度與一第二散熱表面高度分別接觸一電路基板上之複數個運算晶片，用以吸收該些運算晶片於一運作狀態時產生之熱量，並使流經該冷板本體之一液態冷媒蒸發形成一氣態冷媒；一液態冷媒輸入端，係用以供該液態冷媒輸入該冷板本體；以及一氣態冷媒輸出端，係用以供該氣態冷媒自該冷板本體輸出。
- 如請求項1所述之多重接觸表面高度之散熱冷板，其中，該冷板本體更具有一熱交換空間，該液態冷媒輸入端與該氣態冷媒輸出端係分別連通於該熱交換空間。
- 如請求項2所述之多重接觸表面高度之散熱冷板，其中，該冷板本體更具有複數個熱交換鰭片，該些熱交換鰭片係分別設置於該熱交換空間內。
- 一種二相冷卻系統，係用於對安裝於一電子裝置機體內之一電路基板上之複數個運算晶片於一運作狀態時進行冷卻，在該些運算晶片設置於該電路基板後，係自該電路基板凸出一第一散熱表面高度與一第二散熱表面高度，該二相冷卻系統包含： 一具有多重接觸表面高度之散熱冷板，係對應該電路基板而設置於該電子裝置機體內，且該多重接觸表面高度之散熱冷板包含： 一冷板本體，係具有一底側接觸部，且該底側接觸部包含複數個接觸表面，藉以分別在該第一散熱表面高度與該第二散熱表面高度分別接觸該些運算晶片，用以吸收該些運算晶片於該運作狀態時產生之熱量，並使流經該冷板本體之一液態冷媒蒸發形成一氣態冷媒； 一液態冷媒輸入端，係用以供該液態冷媒輸入該冷板本體；以及 一氣態冷媒輸出端，係用以供該氣態冷媒自該冷板本體輸出；以及 一冷凝裝置，包含： 一氣態冷媒輸出管路，係連通於該氣態冷媒輸出端，用以接收該氣態冷媒； 一冷凝裝置本體，係連通於該氣態冷媒輸出管路，用以將該氣態冷媒冷卻成該液態冷媒；以及 一液態冷媒輸入管路，係連通於該冷凝裝置本體與該液態冷媒輸入端，用以接收該冷凝裝置本體所冷卻形成之該液態冷媒，並將該液態冷媒輸送至該液態冷媒輸入管路，以使該液態冷媒輸入該冷板本體。
- 如請求項4所述之二相冷卻系統，其中，該冷板本體更具有一熱交換空間，該液態冷媒輸入端與該氣態冷媒輸出端係分別連通於該熱交換空間。
- 如請求項5所述之二相冷卻系統，其中，該冷板本體更具有複數個熱交換鰭片，該些熱交換鰭片係分別設置於該熱交換空間內。
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| TW113200901U TWM655500U (zh) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | 二相冷卻系統及其具有多重接觸表面高度之散熱冷板 |
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| TWM655500U true TWM655500U (zh) | 2024-05-11 |
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