TWI709724B

TWI709724B - 冷卻系統

Info

Publication number: TWI709724B
Application number: TW108120369A
Authority: TW
Inventors: 童凱煬; 陳虹汝
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2020-11-11
Also published as: TW202045881A

Abstract

一種冷卻系統包含殼體、介電液以及介電蒸氣。殼體具有容置空間，容置空間配置以容納一發熱部件。介電液部分填充容置空間，並且配置以接觸發熱部件。介電蒸氣部分填充容置空間，並且接觸殼體。

Description

冷卻系統

本揭示係關於一種電子裝置冷卻系統。

對於一些較為嚴苛的操作環境(例如：部分車用運算、邊緣運算等)，由於環境的限制，無法使用風扇進行冷卻，必須採無風扇的設計。無風扇系統常見的散熱方式係透過機殼內部的金屬塊接觸發熱體，以使發熱體產生的熱傳遞至機殼，再進一步排出至周遭環境。採用上述手段進行散熱時，為了使發熱體能與機殼熱接觸，機殼內部設計須配合發熱體的配置，且針對高度較低的元件需要搭配凸台等結構以使其能接觸機殼，故其加工成本較高、時間較長，且共用性也低。

此外，使用固體傳熱的方式無法有效地將局部高熱密度元件發出的熱導引至機殼，導致系統的熱密度受到侷限，對系統布局產生限制。

有鑑於此，本揭示之一目的在於提出一種能增加設計彈性並提升散熱效率的電子裝置冷卻系統。

為達成上述目的，依據本揭示的一些實施方式，一種冷卻系統包含殼體、介電液以及介電蒸氣。殼體具有容置空間，容置空間配置以容納一發熱部件。介電液部分填充容置空間，並且配置以接觸發熱部件。介電蒸氣部分填充容置空間，並且接觸殼體。

於本揭示的一或多個實施方式中，介電液配置以完全覆蓋發熱部件。

於本揭示的一或多個實施方式中，介電液的黏度小於礦物油的黏度。

於本揭示的一或多個實施方式中，介電液的表面張力小於礦物油的表面張力。

於本揭示的一或多個實施方式中，冷卻系統進一步包含散熱器，其設置於殼體的外表面。

於本揭示的一或多個實施方式中，散熱器位於介電蒸氣遠離介電液的一側。

於本揭示的一或多個實施方式中，散熱器為散熱鰭片。

於本揭示的一或多個實施方式中，冷卻系統進一步包含管件，其連通容置空間，並且延伸於殼體外。介電蒸氣配置以至少部分流動進入管件。

於本揭示的一或多個實施方式中，冷卻系統進一步包含散熱器，其設置於殼體的外表面，並且具有至少一貫孔。管件穿越貫孔，並且接觸散熱器。

於本揭示的一或多個實施方式中，管件為銅管。

綜上所述，本揭示之冷卻系統利用介電液相變化來協助發熱部件散熱，相較於傳統上單仰賴發熱部件與殼體間熱傳導的散熱方式，本揭示之冷卻系統至少具有以下優點：(1)結構簡單且製造成本較低；(2)冷卻系統結構設計不需隨所搭配的發熱部件不同的結構配置來做變更，單一種設計即可與多種發熱部件搭配，共用性較高；(3)介電液會因密度差自行移動，故受到遮蔽而未接觸殼體的元件同樣能有效地散熱；(4)對於局部高熱密度的元件耐受度較高。

為使本揭示之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施方式。圖式中之各元件未按比例繪製，且僅為說明本揭示而提供。以下描述許多實務上之細節，以提供對本揭示的全面理解，然而，相關領域具普通技術者應當理解可在沒有一或多個實務上之細節的情況下實施本揭示，因此，該些細節不應用以限定本揭示。

請參照第1圖，其為繪示依據本揭示一實施方式之冷卻系統100的剖視圖。冷卻系統100係用以冷卻一發熱部件900，舉例而言，發熱部件900可為諸如各式晶片、插卡等電子元件，或包含上述電子元件的電子裝置。冷卻系統100包含殼體110、介電液120以及介電蒸氣130。殼體110內部具有氣密的容置空間111，其配置以容納發熱部件900。介電液120部分填充容置空間111，並且配置以接觸發熱部件900。介電蒸氣130部分填充容置空間111，並且接觸殼體110。

如第1圖所示，具體而言，容置空間111劃分為位於底部的液體區域112以及液體區域112以外的蒸氣區域113，介電液120位於液體區域112內，而介電蒸氣130位於蒸氣區域113內，液體區域112與蒸氣區域113之間的介面係介電液120的液面。於一些實施方式中，介電液120的液面高於發熱部件900，換言之，發熱部件900位於液體區域112內而被介電液120完全覆蓋。

舉例而言，在介電液120與發熱部件900被裝入殼體110的容置空間111內後，介電液120上方保留部分未填充介電液120的區域(即蒸氣區域113)，隨後抽去所述區域中的空氣，並密封容置空間111。在低壓下介電液120具有較低的沸點，故容易氣化形成填充於蒸氣區域113內的介電蒸氣130。

發熱部件900開始運作生熱後，覆蓋發熱部件900的介電液120吸收發熱部件900所產生的熱，並在吸熱後部分轉變為氣態的介電蒸氣130。介電蒸氣130在壓力差的驅使下朝向低溫處移動(例如是殼體110遠離發熱部件900的頂壁114)，並在低溫處碰觸到殼體110而冷凝轉變回液態的介電液120。殼體110自介電蒸氣130吸取的熱可進一步透過自然對流或熱傳導的方式傳遞至周遭環境，而冷凝產生的介電液120則回流至下方的液體區域112並重複上述程序。

如前段所述，冷卻系統100係利用介電液120相變化來協助發熱部件900散熱，相較於傳統上單仰賴發熱部件與殼體間熱傳導的散熱方式，冷卻系統100可達到較高的散熱效率，且承受發熱部件900局部高溫的能力較佳。此外，由於介電液120比熱高於空氣，環境溫度變化對沉浸於介電液120的發熱部件900影響較小，於是能降低發熱部件900的故障率。

理想上，在發熱部件900的操作溫度範圍內，容置空間111為介電液120與介電蒸氣130共存的狀態，才能有效利用相變化的原理來冷卻發熱部件900。所屬技術領域中具有通常知識者可選擇適當種類的介電液120來配合發熱部件900的操作溫度範圍，亦可藉由調整容置空間111內部的壓力(或真空度)來控制介電液120的沸點。若介電液120的沸點太高，發熱部件900產生的熱可能不足以使介電液120沸騰氣化，反之，若介電液120的沸點太低，則介電液120可能全部氣化為介電蒸氣130。

於一些實施方式中，介電液120的黏度小於礦物油的黏度，及/或介電液120的表面張力小於礦物油的表面張力。具有上述特性的介電液120容易清除，使得系統維護較為便利。於一些實施方式中，介電液120例如可以是冷媒。

如第1圖所示，於一些實施方式中，冷卻系統100進一步包含散熱器140，其設置於殼體110的外表面115，並且位於介電蒸氣130遠離介電液120的一側。散熱器140可增加冷卻系統100的表面積，促進冷卻系統100與周遭環境的熱交換。於一些實施方式中，散熱器140為裝設於殼體110的頂壁114之散熱鰭片。於一些實施方式中，殼體110側壁的外表面上亦可設置散熱鰭片。

請參照第2圖，其為繪示依據本揭示另一實施方式之冷卻系統200的剖視圖。冷卻系統200包含殼體210、介電液120、介電蒸氣130以及管件250。本實施方式與第1圖所示之實施方式的一差異處，在於本實施方式的冷卻系統200進一步包含管件250，管件250連通殼體210內部的容置空間111 (具體而言，管件250連通容置空間111的蒸氣區域113)，並且延伸於殼體210外。管件250內部的空間與殼體210的容置空間111形成一氣密空間。

承上所述，管件250供至少部分介電蒸氣130進入，以增加介電蒸氣130與外界的熱交換。部分介電蒸氣130會在管件250中冷凝而轉變回液態的介電液120，冷凝產生的介電液120在管件250的導引下回流至殼體210內部的容置空間111。於一些實施方式中，殼體210的頂壁214具有兩開口216，管件250的兩端連接開口216，並且延伸於殼體210之上。於一些實施方式中，於管件250中冷凝產生的介電液120在重力的導引下回流至殼體210內部的容置空間111。於一些實施方式中，管件250的內壁具有毛細結構251，於管件250中冷凝產生的介電液120在毛細結構251的導引下回流至殼體210內部的容置空間111。

於一些實施方式中，管件250可搭配散熱器240以進一步提升散熱能力。散熱器240具有至少一貫孔241，管件250穿越貫孔241，並且接觸散熱器240。於一些實施方式中，散熱器240包含複數個散熱鰭片，貫孔241開設於散熱鰭片上，並且排列為複數排，管件250來回延伸穿越複數排的貫孔241 (以及相鄰散熱鰭片之間的空間)，以增加與散熱器240的接觸面積。於一些實施方式中，部分貫孔241位於散熱鰭片的末端(亦即，散熱鰭片遠離殼體210的一端)，介電蒸氣130在管件250的導引下通過散熱鰭片溫度較低的末端部分，藉此提升散熱效果。舉例而言，管件250可為銅管，或者管件250可包含其他高熱導率材料。

儘管本揭示已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示，任何熟習此技藝者，於不脫離本揭示之精神及範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200:冷卻系統 110、210:殼體 111:容置空間 112:液體區域 113:蒸氣區域 114、214:頂壁 115:外表面 120:介電液 130:介電蒸氣 140、240:散熱器 216:開口 241:貫孔 250:管件 251:毛細結構 900:發熱部件

為使本揭示之上述及其他目的、特徵、優點與實施方式能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為繪示依據本揭示一實施方式之冷卻系統的剖視圖。第2圖為繪示依據本揭示另一實施方式之冷卻系統的剖視圖。

100:冷卻系統

110:殼體

111:容置空間

112:液體區域

113:蒸氣區域

114:頂壁

115:外表面

120:介電液

130:介電蒸氣

140:散熱器

900:發熱部件

Claims

一種冷卻系統，包含：一殼體，具有一容置空間，該容置空間配置以容納一發熱部件；一介電液，部分填充該容置空間，並且配置以接觸該發熱部件；一介電蒸氣，部分填充該容置空間，並且接觸該殼體；一管件，連通該容置空間，並且延伸於該殼體外，其中該介電蒸氣配置以至少部分流動進入該管件，其中該管件係具有一毛細結構，且於該管件中冷凝產生的該介電液在該毛細結構的導引下回流至該容置空間；以及一散熱器，設置於該殼體的一外表面，並且具有至少一貫孔，該管件穿越該至少一貫孔，並且接觸該散熱器。
如請求項1所述之冷卻系統，其中該介電液配置完全覆蓋該發熱部件。
如請求項1所述之冷卻系統，其中該介電液的一黏度小於礦物油的一黏度。
如請求項1所述之冷卻系統，其中該介電液的一表面張力小於礦物油的一表面張力。
如請求項1所述之冷卻系統，其中該管件為一銅管。