TWI607195B - 液冷式散熱裝置 - Google Patents

Description

液冷式散熱裝置

本發明係有關一種液冷式散熱裝置，尤指一種經由液體循環冷卻方式提升整體散熱效能的散熱裝置。

隨著中央處理器(CPU)處理速度與效能的提升，使得目前CPU的產熱量增加，而較高的工作頻率，也使得工作時的瓦數相對地提昇，其所產生的高溫會使CPU減低壽命，尤其當過多的熱量未能有效排除時，容易造成系統不穩定。為解決CPU過熱的問題，一般皆採用散熱器及風扇的組合，以強制冷卻的方式將熱量排除，而達到維持CPU的正常運作的效果，惟，習知的風扇於高轉速下所產生的擾人噪音及高耗電量，常是製造業者所難以克服的問題。

然，習知水冷頭散熱裝置除接觸熱源的散熱片或導熱板用以吸收熱源所產生的熱量外，蓋體與其他元件多為塑膠材質，無法有效提升整體的散熱效能，有鑑於此，本發明人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人改良之目標。

本發明之一目的，在於提供一種液冷式散熱裝置，其係以水冷頭結合均溫板及導熱柱的結構設計，有效提升整體的散熱效率。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種液冷式散熱裝置，用以冷卻一熱源，包括一導熱模組、一供液模組以及一導流模組，導熱模組包含一均溫板及一至少一導熱柱，均溫板具有至少一腔室且均溫板的一側接觸所述熱源，而腔室供一工作流體流動於其中；導熱柱設置於均溫板遠離所述熱源的一側；供液模組設置於均溫板一側，供液模組包含一罩體及一泵浦，而罩體的外側設有一液體輸入端與一液體排出端；導流模組設置於均溫板一側且和均溫板間形成一容置空間；其中供液模組連通容置空間，以將一冷卻液引導至容置空間，並將冷卻液從液體排出端排出。

本發明一實施例中，其中導熱柱配置有複數個散熱鰭片。

本發明一實施例中，其中該導熱柱係為複數個且彼此平行間隔直立配置。

本發明一實施例中，其中導熱柱係為一實心柱體。

本發明一實施例中，其中導熱柱係為自均溫板的一側延伸之熱管，而熱管具有與均溫板的腔室相通之一空腔，以供工作流體流動於其中。

本發明一實施例中，其中均溫板、導熱柱、散熱鰭片、導流板以及分流板的材質係至少包含有鋁、銅以及石墨中任一者。

相較於先前技術，本發明之液冷式散熱裝置具有以下功效：藉由散熱模組、導流模組以及供液模組的結構配置，將熱源分別傳導或對流至均溫板、導熱柱、散熱鰭片、分流板及導流板並經泵浦運轉引導循環冷卻液進行熱交換並帶至外界，於散熱裝置中具有多道冷卻循環，以更有效提升液冷式散熱 裝置的整體散熱效能。

M1‧‧‧液冷式散熱裝置

M2‧‧‧冷凝裝置

M21‧‧‧循環水出口

M22‧‧‧循環水入口

1‧‧‧導熱模組

2‧‧‧導流模組

3‧‧‧供液模組

10‧‧‧均溫板

11‧‧‧側翼

12‧‧‧毛細結構層

20‧‧‧導熱柱

20a,20b,20c,20d‧‧‧熱管

201a,201b,201c,201d‧‧‧空腔

210a,210b,210c,210d‧‧‧毛細結構層

30‧‧‧分流板

30A‧‧‧凹部

30S‧‧‧蓋板部

30W‧‧‧擋牆部

301‧‧‧第一分流開口

302‧‧‧第二分流開口

31‧‧‧匯流板

31A‧‧‧凸部

311‧‧‧匯流開口

40‧‧‧導流板

40S‧‧‧頂板

401‧‧‧第一導流開口

402‧‧‧第二導流開口

41‧‧‧頂柱

50‧‧‧泵浦

51‧‧‧定子部

52‧‧‧轉子部

60‧‧‧罩體

61‧‧‧液體輸入端

62‧‧‧液體排出端

90,90a,90b,90c‧‧‧散熱鰭片

901‧‧‧槽口

902a,902b‧‧‧穿孔

100‧‧‧外殼蓋

H‧‧‧熱源

H1‧‧‧熱對流

L1‧‧‧冷卻液

L2‧‧‧吸熱後冷卻液

R10‧‧‧腔室

R20‧‧‧第一導流空間

R30‧‧‧第二導流空間

R40‧‧‧容置空間

S1‧‧‧受熱面

S2‧‧‧散熱面

W‧‧‧工作流體

圖1係本發明之液冷式散熱裝置連接冷凝裝置的側視圖。

圖2A係本發明之液冷式散熱裝置外觀分解圖。

圖2B係本發明之液冷式散熱裝置一側外觀分解圖(含散熱鰭片)。

圖3係本發明之液冷式散熱裝置另一側外觀分解圖。

圖4係本發明之液冷式散熱裝置一側外觀組合圖。

圖5係本發明之液冷式散熱裝置另一側外觀組合圖。

圖6係圖5之C-C剖面線的剖面圖。

圖7係圖5之A-A剖面線的剖面圖。

圖8係圖5之B-B剖面線的剖面圖。

圖9a係本發明之導熱柱第一實施例的剖視圖。

圖9b係本發明之導熱柱第二實施例的剖視圖。

圖9c係本發明之導熱柱第三實施例的剖視圖。

圖9d係本發明之導熱柱第四實施例的剖視圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱圖1至3、7、8所示，本發明提供一種液冷式散熱裝置M1，其包括一導熱模組1、一導流模組2以及一供液模組3。

導熱模組1包含一均溫板10以及一導熱柱20，如圖2A所示，進一步說明，更可包含一散熱鰭片90，如圖2B所示，該些散熱鰭片90可為具有穿孔以穿設串接於該導熱柱20中之片體，該串接方式係為導熱柱20和該些散熱鰭片90以緊迫方式或者焊接固定方式，而該些散熱鰭片90分別具有一貫穿該片體且位置對應匯流開口311之槽口901，以構成一冷卻液L1的通道，如圖2B與8所示，但不依此為限，關於散熱鰭片90之結構型態將於以下詳細說明。

呈上所述，均溫板10具有至少一腔室R10(見於圖7所示)且其壁面形成有一毛細結構層12，而該腔室供以一工作流體W流動於其中，而均溫板10的一側(受熱面S1)與一熱源H接觸，如CPU等電子元件，由熱源H傳導至腔室R10中的工作流體W形成一熱對流H1向上，而自均溫板10另一側(散熱面S2)的四周朝上延伸有一具有複數個孔洞的側翼11，而該延伸的部分與該散熱面S2構成一容置空間R40；導熱柱20設置並耦接於均溫板10遠離所述熱源的一側(散熱面S2)，而導熱柱20較佳為複數個且彼此平行間隔直立配置於均溫板10的散熱面S2上，圖式中雖數量表示為4個，但不以此為限，進一步說明，均溫板10的材質係選自至少包含有鋁、銅以及石墨中任一者，進一步說明，複數個導熱柱20亦可彼此交錯間隔直立配置於均溫板10的散熱面S2上，圖式中雖表示複數個導熱柱20為彼此平行間隔直立配置，但不依此為限。

呈上所述，導熱柱20係可為一實心柱體，例如圓柱體、錐狀柱體、方柱體等等，而其材質可包含有鋁、銅以及石墨中任一者或其以上之合金；或者該導熱柱20係可為自均溫板10的散熱面S2延伸的一熱管結構，而關於導熱柱20將於以下詳述說明各種實施態樣。。

供液模組3包含有一泵浦50以及一罩體60，供液模組3係透過螺絲穿設均溫板10的側翼11的孔洞可拆卸地鎖附於均溫板10上，而罩體60的外側分別配置有一液體輸入端61與一液體排出端62；而泵浦50包含一可拆卸地設置於 罩體60和導流模組2之間的一轉子部52以及一對應於該轉子52的一定子部51，而圖式中表示液體輸入端61與液體排出端62配置於罩體60的相同側。

導流模組2係可拆卸地設置於罩體60與均溫板10之間，而導流模組2包含一導流板40和一分流板30，分流板30配置於導流板40和均溫板10之間且覆蓋導熱柱20，分流板30具有一第一分流開口301與一第二分流開口302，且前述兩者配置在分流板30相同側，但不依此為限，而分流板30鄰進該散熱面S2一側具有一凹部30A，以供一匯流板31嵌設於其中，前述匯流板31具有一匯流開口311並分別連通於前述該容置空間R40以及第一分流開口301，而第二分流開口302係連通於前述該液體排出端62；匯流板31鄰進散熱面S2一側具有一凸部31A，而匯流開口311的周壁係自匯流板31頂面至該凸部31A的底面形成一曲面輪廓，另外，分流板30具有抵接均溫板10周壁且向上延伸構成該容置空間R40的一檔牆部30W，以及連接檔牆部30W且覆蓋該些導熱柱20的一蓋板部30S，其中第一分流開口301貫穿蓋板部30S，而第二分流開口302貫穿蓋板部30S且鄰近檔牆部30W，進一步說明，分流板30和匯流板31的材質係選自至少包含有鋁、銅以及石墨中任一者，而熱源H所產生的熱會經由檔牆部30W傳導至蓋板部30S以藉此透過分流板30材質的熱導特性來提升整體結構的散熱效率。

呈上所述，請配合參閱圖6至8所示，導流板40配置於分流板30上且具有一第一導流開口401與一第二導流開口402，且導流板40鄰近分流板30的一側設有複數個頂柱41抵摯於分流板30的蓋板部30S形成一第一導流空間R20以連通於第一導流開口401以及第二導流開口402，另外，前述分流板30鄰近散熱面S2的一側形成有一第二導流空間R30以連通第一導流開口401以及第一分流開口301，而第一導流空間R20、第二導流空間R30以及容置空間R40係彼此相通，進一步說明，導流板40的材質係選自至少包含有鋁、銅以及石墨中任一者。

呈上所述，前述頂柱41係可為圓柱體、圓錐柱體、方柱體、錐柱體或多邊形柱體，且可為實心或中空柱體，再者，每一頂柱41之外徑可為相同或不相同，在此不限定，依實際需求做設計，而頂柱41耦接該頂板40S的方式係可於頂板40S的對應側設有複數個供以該些頂柱41嵌設於其中之孔洞(圖未示)，以使該些頂柱可以穩固的卡固於該些孔洞中，進一步說明，導流板40和頂柱41的材質係選自至少包含有鋁、銅以及石墨中任一者，而由熱源H傳導至分流板30之蓋板部30S的熱可藉由複數個頂柱41均勻傳導至導流板40的一頂板40S上，並藉由導流板40材質的熱導特性來提升整體結構的散熱效率。

請參閱圖9a所示，本發明提供導熱柱20之第一實施態樣，雖圖式中表示為一中空熱管結構，但不以此圖式所限制，僅用以配合圖式作實施例說明，本案所述導熱模組1中的均溫板10於散熱面S2配置有複數個彼此交錯間隔直立的熱管20a，但不依此為限，亦可為複數個彼此平行間隔直立配置的熱管20a，其中熱管20a遠離散熱面S2一側不與分流板30或匯流板31接觸，而前述熱管20a該側的端面可為一平面輪廓、一階梯輪廓、一弧狀輪廓或一曲面輪廓，雖本案圖式中表示為一弧狀輪廓，但依不此為限制；而熱管20a具有與均溫板10之腔室R10連通的一空腔201a，而熱管20a的空腔201a的壁面係形成有毛細結構層210a，且與均溫板10的腔室R10之毛細結構層12相互連接，其中均溫板10以及熱管20a的毛細結構層(12,210a)係分別可選自網狀結構(mesh)、纖維組織(fiber)、粉末燒結成型(sintered powder)以及溝槽結構(groove)中任一者，而該些熱管20的材質係選自至少包含有鋁、銅以及石墨中任一者。

請參閱圖8與圖9b所示，本發明提供導熱柱20之第二實施態樣，雖圖式中表示為一中空熱管結構，但不以此圖式所限制，僅用以配合圖式作實施例說明，本實施例主要說明其與前述第一實施態樣之熱管20a的差異，複數個熱管20b具有與均溫板10之腔室R10連通的一空腔201b，而熱管20b的空腔201b的 壁面係形成有毛細結構層210b，且與均溫板10的腔室R10之毛細結構層12相互連接，複數個散熱鰭片90a具有至少一穿孔902a，該穿孔902a係根據複數個熱管20b設置的型態配置，以使該些散熱鰭片90穿設且彼此間隔串接於該些熱管20b的外周壁，該串接方式係為熱管20b和該些散熱鰭片90a以緊迫方式或者焊接固定方式，進一步說明，該些散熱鰭片90a分別具有如前述貫穿鰭片且對應匯流開口311的槽口901，以構成冷卻液L1的通道，進一步說明，散熱鰭片90a的材質係選自至少包含有鋁、銅以及石墨中任一者。請參閱圖9c所示，本發明提供導熱柱20之第三實施態樣，雖圖式中表示為一中空熱管結構，但不以此圖式所限制，僅用以配合圖式作實施例說明，本實施例主要說明其與前述第一與第二實施態樣之熱管(20a,20b)以及散熱鰭片90a的差異，複數個熱管20c具有與均溫板10之腔室R10連通的一空腔201c，而熱管20c的空腔201c的壁面係形成有毛細結構層210c，且與均溫板10的腔室R10之毛細結構層12相互連接，而複數個熱管20c的外周壁分別設置有複數個散熱鰭片90b，於該些散熱鰭片90b分別開設有一穿孔902b，以使該些散熱鰭片90b穿設且彼此間隔串接於該些熱管20c的外周壁，進一步說明，該些散熱鰭片90b遠離熱管20c的一端係為一自由端(圖未示)，而另一端係為一固定端，配置於各該熱管20c的各該散熱鰭片90b的自由端並不相互接觸，而各該散熱鰭片90b由固定端至自由端的長度可為相等或不相等，在此不限定。

請參閱圖9d所示，本發明提供導熱柱20之第四實施態樣，雖圖式中表示為一中空熱管結構，但不以此圖式所限制，僅用以配合圖式作實施例說明，本實施例主要說明其與前述第一、第二與第三實施態樣之熱管(20a,20b,20c)以及散熱鰭片(90a,90b)的差異，複數個熱管20d具有與均溫板10之腔室R10連通的一空腔201d，而熱管20d的空腔201d的壁面係形成有毛細結構層210d，且與均溫板10的腔室R10之毛細結構層12相互連接，其中一散熱鰭片90c係為複數個分 別自該導熱柱20的外壁表面被鏟起之薄片體，而該薄片體係朝導熱柱20的外部延伸且形成有至少一彎折，如弧狀或波浪狀，以降低散熱鰭片90和導熱柱20之間的熱阻。

呈上所述，本案前述各實施例中之散熱鰭片(90a,90b,90c)係可應用於該實心導熱柱20，而並非限制於與熱管(20a,20b,20c,20d)形成配置，再者，本案前述各實施例中的熱管(20a,20b,20c,20d)以及空腔(201a,201b,201c,201d)的幾何結構可為相同或不相同，例如外徑、內徑、管壁厚度或管長等等，在此不限定，而本案前述各實施例中的毛細結構層(210a,210b,210c,210d)的幾何結構可為相同或不相同，例如厚度、孔隙率等等。

請參閱圖1、5至8所示，本案所述散熱裝置M1於罩體60上設置有一外殼蓋100並鎖附於罩體60，以降低泵浦50運作時的噪音，而當熱源H產生的熱分別傳導及對流至均溫板10的散熱面S2、導熱柱20、散熱鰭片90、分流板30以及導流板40時，經由散熱裝置M1對外連接一冷凝裝置M2，藉由設於罩體60的液體輸入端61與液體排出端62分別連接外部冷凝裝置M2的一循環水出口M22與一循環水入口M21，並透過泵浦50的轉子部52運轉將冷卻液L1經液體輸入端61導入罩體60內，並將冷卻液L1引導並依序進入第一導流空間R20、第二導流空間R30且經匯流後通過槽口901進入容置空間R40中，使冷卻液L1分別吸收傳導及對流至均溫板10的散熱面S2、導熱柱20、散熱鰭片90、分流板30以及導流板40的熱，而一吸熱後冷卻液L2通過第二分流開口302及液體排出端62經管路傳輸至冷凝裝置M2進行冷卻後形成冷卻液體L1再依序重複前述程序，形成有均溫板10中工作流體W於腔室R10中以及罩體60中的冷卻液L1的多道冷卻循環，以更有效提升整體的散熱效能。

綜上所述，本發明之液冷式散熱裝置，確可達到預期之使用目的，而解決習知之缺失，又因極具新穎性及進步性，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障發明人之權利。

以上所述僅為本發明之較佳具體實例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之範圍內，合予陳明。

M1‧‧‧液冷式散熱裝置

10‧‧‧均溫板

12‧‧‧毛細結構層

20‧‧‧導熱柱

30‧‧‧分流板

30S‧‧‧蓋板部

30W‧‧‧擋牆部

301‧‧‧第一分流開口

302‧‧‧第二分流開口

31‧‧‧匯流板

311‧‧‧匯流開口

40‧‧‧導流板

50‧‧‧泵浦

60‧‧‧罩體

61‧‧‧液體輸入端

62‧‧‧液體排出端

90‧‧‧散熱鰭片

901‧‧‧槽口

100‧‧‧外殼蓋

H‧‧‧熱源

H1‧‧‧熱對流

L2‧‧‧吸熱後冷卻液

R10‧‧‧腔室

R20‧‧‧第一導流空間

R30‧‧‧第二導流空間

R40‧‧‧容置空間

S1‧‧‧受熱面

S2‧‧‧散熱面

W‧‧‧工作流體

Claims (10)

1. 一種液冷式散熱裝置，適於冷卻一熱源，該液冷式散熱裝置包括：一導熱模組，包含：一均溫板，具有至少一腔室，該均溫板的一側接觸所述熱源，而該腔室供一工作流體流動於其中；至少一導熱柱，設置於該均溫板遠離所述熱源的一側；一供液模組，設置於該均溫板一側，該供液模組包含一罩體和一泵浦，而該罩體的外側設有一液體輸入端與一液體排出端；以及一導流模組，設置於該均溫板一側且和該均溫板間形成一容置空間；該導熱柱為自該均溫板直立延伸出的一實心柱體，該實心柱體配置有複數散熱鰭片，各該散熱鰭片係以垂直於該實心柱體的方式分別串接固定於該實心柱體上，各該散熱鰭片具有相互對應且連通的一槽口，該實心柱體和各該散熱鰭片皆位在該容置空間內；其中該供液模組連通該容置空間，以將一冷卻液引導至該容置空間內帶走該實心柱體和各該散熱鰭片的熱後，該冷卻液再從該液體排出端排出。
2. 如請求項1所述之液冷式散熱裝置，其中該實心柱體係為複數個且彼此平行間隔直立配置，或者彼此交錯間隔直立配置。
3. 如請求項1所述之液冷式散熱裝置，其中各該散熱鰭片的材質係至少包含有鋁、銅以及石墨中任一者。
4. 如請求項1所述之液冷式散熱裝置，其中該液體輸入端與該液體排出端配置於該罩體的相同側。
5. 如請求項1所述之液冷式散熱裝置，其中該液體輸入端與該液體排出端分別連接外部一冷凝裝置的一循環水出口與一循環水入口，以形成冷卻循環。
6. 如請求項1所述之液冷式散熱裝置，其中該導流模組包含一導流板和一分流板，該分流板設於該導流板和該均溫板之間且覆蓋該導熱柱，該分流板和該均溫板遠離所述熱源的一側形成該容置空間，該導流板和該罩體之間形成有一第一導流空間，該分流板與該導流板之間形成有一第二導流空間，而該液體輸入端、該第一導流空間、該第二導流空間、該容置空間以及該液體排出端係彼此相通。
7. 如請求項6所述之液冷式散熱裝置，其中該導流板鄰近該分流板的一側嵌設有複數個頂柱，該頂柱係為實心圓柱體、實心圓錐柱體、實心方柱體、實心錐柱體、實心多邊形柱體，或者為中空圓柱體、中空圓錐柱體、中空方柱體、中空錐柱體、中空多邊形柱體。
8. 如請求項7所述之液冷式散熱裝置，其中各該頂柱之外徑可為相同或不相同。
9. 如請求項7所述之液冷式散熱裝置，其中該均溫板、該實心柱體、該導流板以及該分流板的材質係至少包含有鋁、銅以及石墨中任一者。
10. 如請求項6所述之液冷式散熱裝置，其中更包含有嵌設於該分流板鄰近該均溫板的一側之一匯流板，而該匯流板具有與該容置空間相通之一匯流開口。