TW200815968A - Phase change heat dissipation device and method - Google Patents

Description

200815968 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種散熱裝置與方法，特別是指一種 此散發熱能的相變散熱裝置與方法。 【先前技術】 ,參閱圖1，以公告第M29期號「具致冷晶片的水冷 式散熱系統」新型專利案為例，主要包含有一散熱m、 一致冷晶片12、—增壓裝置13、一水冷頭i4、串連：散熱 裔η、該致冷晶片12、該增壓裝置13與該水冷頭μ的三 輸送管15、串連該散熱m與該水冷頭14的-迴送管= ’及—風扇17。該散熱器u是可與外界村氣進行熱交換 。δ亥增壓裝置13是一種加壓馬達或壓縮機，可以使流體循 環流動於該等輸送管15與該迴送管16。該水冷頭Μ是與 一熱源2(如電腦的中央處理器，cpu)接觸。該風扇17是可 產生冷風吹向該散熱器11。 藉此，當該增壓裝置13加壓流體時，該水冷頭14内 的流體會吸收該熱源2的熱能，並循環至該熱交換器u與 外界冷空氣進行熱交換，達到降溫的效果，如此周而復始 ，使該熱源2達到散熱的目的。惟，前述散熱系統雖然可 以達到散熱的目的，然，其卻於實際使用時，乃存有以下 缺失而亟待解決： 1 ·由於前述水冷式的散熱系統必須仰賴該增壓裝置i 3 加壓流體，才能使流體循環流動，不但元件較多、成本較 南、噪音值高，且在增壓同時也會產生熱能，造成流體溫 200815968 χ不斷提高，而增加冷卻負荷。 ^要的是，流體雖然可以藉由熱能的傳導，吸收該敎 :2的熱能，達到降溫的目的，惟， ： 及氣體分子，因此，力勃補工 狀^文羊逖不 在”、、傳面積有限，且長時間使用後， 以…源2與流體的溫度會 熱效果。 又曰丨現知間增長而棱南，嚴重影響散 、3士再者，若前述流體是水，則在寒帶地區氣溫達到（TC ::::水會結冰，使裝置失效，另一嚴重問題是，水如

Hit形’會使電子線路完全毁損，造成嚴重 失0 、 =得一提的是，雖然氣體的散熱效率較好，惟，目前 7要疋利用空虱對流達到降溫的目的，因&，散熱的效果 往往只在局限在該熱源2的表面，而無法帶走該熱源2内 P的…月b所以，整體而論，氣體的散熱效果反而不及水 冷式散熱系統。 【發明内容】 口此本發明之目的，即在提供一種能降低噪音，並 大巾田k幵政熱效果與散熱效率的相變散熱裝置與方法。 於是，本發明的相變散熱裝置，是架置在至少一熱源 上方，包含一熱交換單元、一受熱單元及一管系。該熱交 換單元是與外界冷空氣進行熱交換，使進入的工作流體冷 滅成液悲。該受熱單元是與一熱源接觸且内部流通有工作 流體，使工作流體吸收熱能後氣化成氣態。該管系是連通 4熱父換單元與該受熱單元形成密閉迴路，可導引該熱交 200815968 換單元内液態工作流體由高處向低處進入該腔體，及導引 該受熱單元内氣態工作流體向低濃度擴散至該熱交換單元 本發明的相變散熱方法，包含下列步驟：步驟一 ··使 工作流體循環於一熱交換空間與至少一熱源間。步驟二： 使工作流體在該熱交換空間内冷凝成液態，並向下流經該 熱源。步驟三：使工作流體吸收熱能後氣化成氣態，並向 低濃度擴散至該熱交換空間内。 本發明的功效是能藉由氣-液兩相變化的工作流體，產 生自體循環的流動效果’進而達到降低噪音、提昇散熱效 果與散熱效率的目的。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之數個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 $閱圖2、圖3及圖4，本發明的相變散熱裝置的一第 較佳實施例是安裝於一電腦主機3内，該主機3具有界 =出一上容室31與一下容室32的一機殼33、固設在該下 :至32内的一機板34,及設置在該機板34上的數個晶片 杈組35。該相變散熱裝置包含：一熱交換單元4、一為埶 單元5及一管系6。 又…

13亥熱交換單元4是設置在該主機3的上容室31内，並 具有-熱交換器41、一致冷晶片組42、一散熱器43，及二 風扇44。該熱交換器41具有形成在一頂面的—儲氣室“I 7 200815968 、形成在該一底面的一儲液室412，及連通該儲氣室川盥 該儲液室412的數流道413。該致冷晶片組42是藉由電路 控制，具有維持低溫狀態且與該熱交換器儲液室412接 觸的；;冷端面421，及反向於該冷端面切的—熱端面422 ，5亥冷知面421是具有冷滚作用，可以使該儲液室412呈 ΓΓΓ果。該散熱1143是概呈^，且與該致冷晶片組 42的熱端面42 1貼置並盥唁埶六娘 …亥熱又換為'41平行併列。該風扇 疋產生/々風吹向該熱交換器41與該散熱器43。 该受熱單元5具有二妒―si 〃有—月工肢51、52、53。該等腔體51、 …與熱源溫度低、巾、高的晶片模組35接觸。 該管系6具有依序串連該熱交換器41儲液室412 腔體51、該腔體51與該_、該腔體52與該腔體;;， 及該腔體53與該熱交換器，氣室411的四串接管61、 12^64’使該”^ 61〜64與該熱交換器41、該等 U1〜53形成-㈣迴路。藉此，在該等串接管6^64、、 該等腔體叫3與該熱交換器41中抽取真空後，注入工作 流體，使工作流體循環於一直介 例是-種在常溫下為液態的二:：；工：流體在本實施 導液體。 ϋ可以是-種溫度超傳 參閱圖4、圖5及圖6,當該主 模組35即開始產生高溫， 叉 Θ寻曰曰片 說明如下： 17針對本發明相變散熱方法 步驟71 :該腔體51内的 曰片模& 作流體會藉由熱傳導吸收該 )產生的熱能’使部份液態工作流體氣化 200815968 成氣態。 步驟72 :該腔體5 1内的壓力會提昇，使氣態工作流體 隨同液態工作流體經該_接管62進入該腔體52，此時，該 腔體52内的液態工作流體會藉由熱傳導吸收該晶片模組 3 5 (次低溫）產生的熱能，使部份液態工作流體氣化成氣態。 步驟73 :該腔體52内的壓力會愈提昇，使氣態工作流 體隨同液態工作流體經該_接管63進入該腔體53，此時， 該腔體53内的液態工作流體會藉由熱傳導吸收該晶片模組 35(最高溫）產生的熱能，使餘下的液態工作流體氣化成高溫 的氣態工作流體。 藉此，該等腔體的串接數量可依該等晶片模組的數量 而定，使工作流體由最低溫到最高溫依次流經該等腔體。 步驟74 :高溫的氣態工作流體會依循該串接管64向低 濃度擴散至該熱交換器41的儲氣室411内。 步驟75 :氣體因為比重較重、壓力、及地心引力的影 響，開始沿該等流道413下墜，並與該熱交換器41進行熱 交換，且該風扇44會產生冷風吹向該熱交換器41與該散 熱器43，使該熱交換器41、該散熱器43與外界冷空氣進 行熱交換。 步驟76:高溫的氣態工作流體遇冷開始降溫並凝結為 水滴形成液態工作流體。 步驟77 :液態工作流體流入該熱交換器41的儲液室 412内，受該致冷晶片組42冷端面421的冷凍作用，溫度 繼續下降至預設值，而該致冷晶片組42熱端面422會散發 200815968 月1述冷凍作用而產生的熱能，並 空#( i隹广相 咬30。亥政熱态43與外界冷 二巩進仃熱交換，達到散熱的效果。 乂 I 78 ·由於流體具有由高向 、人 门Π低机動的物理特性，因 ~嘁後的液態工作流體會由上向 61 ^ Λ ^ 上向下，再次由該串接管 6丄/爪入该腔體5 1内。 2步驟71〜步驟78,如此週而復始，使前述工作流 二：二父換器4、該等腔體51〜53與該等串接管㈣間 自月旦# %，達到散熱效果。 〜麥閱圖7，是本發明—第二較佳實施例，其與第-較佳 貫轭例大致相同，不同處在於： 5亥管系6具有連通該熱交換器41儲液室412的一分流 器65、分別連通該分流器65與該等腔體51〜53且可導引工 作:體進人該等腔體51〜53内的三併流液接管Μ、連通該 2交換器41館氣室411❺一匯流器67,及分別連通該匯流 器？7與該等腔體51〜53且可導引氣體進入該熱交換器4i 儲氣室411的數併流氣接管68。 在步~ 78中’液態的工作流體是由該分流器65經該 等併机接：66同時進入該腔體5 1〜53内。藉此，步驟71〜 步私73疋同步進行，也就是說，該液態的工作流體同樣會 吸收該等晶片模組35產生的熱能並氣化成氣態工作流體， 在步驟74中’高溫的氣態工作流體是由該等腔體51〜53經 該等併流氣接管68匯集於該匯流器67，向低濃度擴散至該 熱父換器41的儲氣室411内，並依序進行步驟75〜78。如 此週而復始’使前述工作流體在該熱交換器4、該等腔體 10 200815968 疋本發明一第三較佳實施例，其與第一 Z：A j-m m 參閱圖 第 二較佳實施例大致相同，不同處在於·· 本發明的熱交換單元4 ^ , 了以延過5亥官系6以併連（或串 人Μη ΐα^ 54連通，而該等腔體54可以配 合貝務上應用的笏疇，访$ 靶可與各種會產生熱源的電子元件7接 =以=主機_，料電子。元件7以是—财央處 理為、笔源供應哭 g y y 您如日日片杈组、致冷晶片電源供應器··.·等 〇 ，此’本實施例的工作流體同樣可以在前述液體-氣體 相又化的過&巾’以特有的物理特性自體循環流動，並大 幅提昇散熱效果與散熱效率。 當然，本發明的相變散熱裝置與方法也可以擴充使用 在汽車的引擎散熱、或機械上的散熱、或其他需要散埶的 裝置。 ’ 據上所述可知，本發明之相變散熱裝置與方法具有下 列優點及功效： 1·本發明是藉由前述液態-氣態工作流體在二相變化的 過程中’以液態工作流體由高處向低處流動，及氣態工作 流體由濃度高向濃度低流動的物理特性，產生自體循環的 流動效果’不但可以簡化元件、降低成本與噪音，且不會 有額外的熱源產生。 2 ·重要的是’本發明可以藉由液態工作流體以熱傳導的 方式’有效吸收該等晶片模組35的熱能，再變態為氣態工 200815968 作流體與該熱交換單元4 提昇散熱效果與散熱效率外，且藉此’不但能大幅 片組42以電控方式可程 X明可以配合该致冷晶 工制&度，使該液態的工作流體 效果長短’料以維持在特定的溫度，確保散熱 液二再因t二發明所使用的工作流體是冷媒或溫度超傳導 二7: ’在氣溫低於。t時’不會有結冰的現象，可以 會瞬間氣化，不會影響電漏:工作流體也 性。 此有效提昇使用的實用 限定2料只是本發明之較佳實施例而#不能以此 發明=Μ施之範圍’即大凡依本發明尹請專利範圍及 明專心所作之間早的等效變化與修飾，皆仍屬本發 月專利涵蓋之範圍内。 12 200815968

【圖式簡單說明;I 圖1是一立體圖 圖2是本發3月_ 例的一立體圖； ，說明專利號數第M295424號案； 相變散熱裝置與方法一第一較佳實施 圖3是該第—較佳實施例的-部份剖視圖； 圖4f該ί—較佳實施例安裝在-主機的一正視圖 圖: :二鉸佳貫施例與該主機的一側視圖； 圖6疋帛車交佳實施例的一流程圖； 圖7疋本發明一相變散熱裝置與方法一 例的一立體圖；及 圖8是本發明-相變散熱裝置與方法一 例的一配置示意圖。 第二較佳實施 第三較佳實施 13 200815968 【主要元件符號說明】 3…… *…主機 44···· • ·…風扇 31 ·…· •…上容室 5 .···· …··受熱單元 32♦•… •…下容室 51 ···· ••…腔體 33*·… …·機殼 52.… ••…腔體 34·…· …·機板 53…· ••…腔體 35"… •…晶片模組 54•… •…·腔體 4 ****** 热父換早兀 ..... 0 ……官糸 4 j ..... •…熱交換器 61 ···· •…·串接管 411… …·儲氣至 62·… ••…串接管 412… …·儲液室 63 ••… …··串接管 413… •…流道 64····. •…串接管 42**"· ----致冷晶片組 65 …·. * * * /；IL 421… •…冷端面 66••… —併流液接管 422… •…熱端面 67··.·· …·匯流器 43…… …*散熱器 68••… •…併流氣接管 14

Claims (1)

1. 200815968 十、申請專利範圍： 1. 一種相變散熱裝置，是架置在至少一熱源上方，包含： 熱父換單元’疋與外界冷空氣進行熱交換，使進 入的工作流體冷凝成液態； 一受熱單元，是與該熱源接觸且内部流通有工作流 體’使工作流體吸收熱能後氣化成氣態；及

   2. 3. 4.

   一管系，是連通該熱交換單元與該受熱單元形成密 閉迴路，可導引該熱交換單元内液態工作流體由高處向 低處進入該腔體，及導引該受熱單元内氣態工作流體向 低濃度擴散至該熱交換單元。 依據申請專利範圍第1項所述之相變散熱裝置，其中， 該熱交換單元具有一熱交換器〃該熱交換器具有形成在 —頂面的一儲氣室、形成在該一底面的_儲液室，及連 通該儲氣室與該儲液室的數流道。 依據申請專利範圍第2項所述之相變散熱裝置，其中， =熱父換單it更具有-致冷晶片組及—散熱器，該致冷 曰曰片組具有與該熱交換器儲液室接觸的一冷端面，及反 向於該冷端面的一熱端面，該散熱器是與該致冷晶片組 的熱端面貼置且與該熱交換器平行併列。 二據申巧專利範圍第3項所述之相變散熱裝置，其中， ::熱交換單元更具有一風扇’該風扇是可產生冷風吹向 5亥熱交換器與該散熱器。 依據申請專利範圍第"員所述之相變散熱裝置，其中， σ亥叉熱單元具有數腔體。 15 200815968 6·依據U利範圍第5項所述之相變散熱裝置，其中， 該管系具有串連該熱交換單元與該等腔體的數串接管。 依據申明專利範圍第5項所述之相變散熱裝置，其中， =系具有連通該熱交換單元的-分流器、分別連通該 分流器與該等腔體且可導引液態工作流體進入該腔體的 數併流液接管、連通該熱交換單元的—匯流器，及分別 連j该匯流器與該等腔體且可導引氣態工作流體進入該 熱父換為'的數併流氣接管。 8. 依據申D月專利範圍第i項所述之相變散熱裝置，其中， 該工作流體可以是冷媒、溫度超傳導液體其中一種。 9. 依據中請專利範圍第丨.項所述之相變散熱裝置，其中， 該熱交換單元、該受熱單元與該管系所形成的迴路是呈 真空狀態。 10. 一種相，交散熱方法，包含下列步驟： V私 ·使工作流體循環於一熱交換空間與至少 熱源間； ，步驟二：使工作流體在該熱交換空間内冷凝成液態 ，並向下流經該熱源； γ私一 ·使工作流體吸收熱能後氣化成氣態，並向 低濃度擴散至該熱交換空間内。 η.依據申請專利範圍第10項所述之相變散熱方法，其中， 工作流體可以是冷媒、溫度超傳導液體其中一種。 12.依據申請專利範圍第1〇項所述之相變散熱方法，其中， 工作流體是在真空環境中循環。 16