TWI739222B

TWI739222B - 氣液冷卻之雙散熱模組

Info

Publication number: TWI739222B
Application number: TW108143301A
Authority: TW
Inventors: 孫源興
Original assignee: 孫源興
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-09-11
Also published as: TW202120884A

Abstract

本發明係一種氣液冷卻之雙散熱模組，其係包含有一第一熱沉熱管及一第二熱沉物件，以第一結合端與第二結合端相組合，第一熱沉熱管另一端套接一熱面散熱鰭片組，有數片致冷晶片入於第一結合端與第二結合端之間，以一第一熱沉熱管散熱致冷晶片，第二熱沉物件傳遞致冷晶片之冷源，而提高發揮效率。

Description

氣液冷卻之雙散熱模組

本發明係有關於一種氣液冷卻之雙散熱模組，更詳而言之，尤指以第一熱沉熱管及第二熱沉物件兩相以凹、凸結構快速方便嵌合，並供數致冷晶片貼觸嵌入，以一第一熱沉熱管散熱致冷晶片，第二熱沉物件傳遞致冷晶片之冷源提高發揮效率的一種氣液冷卻之雙散熱模組。

按，先行所知，致冷晶片使用上僅需輸入電流，就可進行冷卻或加熱，操作簡單也易於維修，因無機械零件、無噪音產生，且不使用冷媒，響應環保概念，致冷晶片應用市場成長極快，主要應用在光通訊精密溫控、生醫與半導體製程設備熱循環、消費性家電、中央處理器(CPU)、電器、電腦、電源控制、儀器等，在處理工作時所產生的高溫會影響其中電子零件的壽命，傳統以散熱片組和散熱風扇裝作散熱；然而，目前並未在散熱效率上有大幅快速的突破，各種散熱技術包括常見的散熱片、風扇、熱管及水冷系統等，大部分都是應用材料本身的熱傳導特性，或是工作流體相變化所吸收的潛熱，將電子元件的熱能帶走，基本上都將熱能由高溫傳導至低溫，或者是將熱能做主動傳輸，熱能由低溫端持續往高溫端傳送的功能，致冷晶片屬於主動式致冷，和壓縮機系統相比較，雖然在能源效益比值尚不及壓縮機系統，但在要求小體積、無動件、低噪音、輕量化且精確控溫等應用需求領域，有獨特的優勢，在民生領域方面，如小尺寸冰箱、或是講究無震動的紅酒櫃等，一直是致冷晶片廣泛應用的市場，工業與科學應用方面，由於致冷晶片易於操控溫度，特別適合用在生醫儀器、冰水機及低溫儀器儀表等需要溫度反覆變化的熱循環應用情境，在生醫領域複製DNA，需要在高熱通量負載下進行長期的溫度循環，特別適合致冷晶片的發揮，在半導體工業方面，致冷晶片也已經被大量導入在半導體晶圓的製程溫度控制上。

傳統應用於致冷晶片之散熱模組只有單純以傳統熱管，或均溫板，或傳統單體迴路管，或迴路熱管貫穿於各散熱器內，其缺失如下：

一、目前有使用傳統熱管，或均溫板，或傳統單體迴路管，或迴路熱管作能傳遞，傳遞速度慢、發揮效率不高，熱能傳遞量較小。

二、致冷晶片與導熱塊之接觸通常是以螺柱定位，組裝上速度慢且不方便。

三、散熱器以散熱鰭片為主，散熱效率有限。

四、目前各式熱管與熱沉之間，皆為分別個體式組裝，容易折損散熱效率。

目前應用於器具散熱或致冷晶片之散熱模組散熱效率未能提高，致應用在光通訊精密溫控、生醫與半導體製程設備熱循環、消費性家電、中央處理器(CPU)、電器、電腦、電源控制、儀器等，高溫影響其中電子零件的壽命，及工作效率。

有鑑於此，本案發明人乃基於上述弊端，積極努力開發、研究改良，並不斷試驗組裝，累積經驗，而終於有一足以上述弊端之本發明產生。

緣是，一種氣液冷卻之雙散熱模組，其係包含有：一第一熱沉熱管，為一熱管，內具有常溫工作液，一端設有一第一結合端，第一結合端為一熱沉，第一結合端為一凹入的嵌入凹槽，上壁面設有複數之溝槽及一隔熱板，另一端套接一熱面散熱鰭片組；一第二熱沉物件，一端設有一第二結合端，第二結合端為一熱沉，第二結合端為一凸出的嵌置塊；數片致冷晶片，致冷晶片有一致冷面及一散熱面，致冷晶片入於第一結合端與第二結合端之間；據此，將第一熱沉熱管之第一結合端與第二熱沉物件之第二結合端相嵌合，並致冷晶片之散熱面貼觸於第一結合端之嵌入凹槽壁面，致冷面貼觸於第二結合端之嵌置塊壁面。

本發明一種氣液冷卻之雙散熱模組，其主要目的係以第一熱沉熱管及第二熱沉物件兩相以凹、凸快速嵌合，並供數致冷晶片貼觸嵌入，提供快速方便嵌置及快速拆卸的作用。

本發明一種氣液冷卻之雙散熱模組，其另一目的係提供以第一熱沉熱管散熱致冷晶片，使致冷晶片可有效地、漸次地快速散熱。

本發明一種氣液冷卻之雙散熱模組，其再一目的係提供以第二熱沉物件傳遞致冷晶片之冷源發揮，使致冷晶片可有效地、漸次地快速冷房或冷源有效傳遞，應用於各式應用物件，供應於應用物件所需能量，或降溫應用物件。

〔本發明〕

10:第一熱沉熱管

20:第二熱沉物件

11:第一結合端

111:嵌入凹槽

12:溝槽

13:隔熱板

14:熱面散熱鰭片組

21:第二結合端

211:嵌置塊

30:致冷晶片

31:致冷面

32:散熱面

22:第二熱管

23:夾持件

24:冷面吸熱鰭片組

25:溝槽

40:第二熱沉物件

400:迴路熱管模組

41:第二熱管

401:第二結合端

42:左鰭片組

43:蒸發管

44:右鰭片組

45:第二副熱管

46:底鰭片組

441:風扇組

461:風扇組

50:第二熱沉物件

51:均溫板

52:第二熱管

60:第二熱沉物件

61:立式鰭片組

62:第二熱管

70:第二熱沉物件

71:第二熱沉

72:傳動軸

721:軸承

73:入力件

74:出力件

700:第二熱沉物件

701:主機板

80:第一熱沉熱管

90:第二熱沉物件

81:第一結合端

82:溝槽

83:隔熱板

84:熱面散熱鰭片組

841:內螺紋

85:風扇架

851:底盤

852:外螺紋

86:第一迴路冷卻水管

87:第一副迴路冷卻水管

88:副散熱鰭片組

881:副風扇

89:幫浦

91:第二結合端

92:第二熱管

93:溝槽

94:冷面吸熱鰭片組

941:內螺紋

95:風扇架

951:底盤

952:外螺紋

96:第二冷卻管

900:第二熱沉物件

901:主機板

第一圖係本發明第一實施例第一結合端、第二結合端與致冷晶片之立體分解示意圖。

第二圖係本發明第一實施例之剖面示意圖。

第三圖係本發明第二實施例第二熱沉物件之平面示意圖。

第四圖係本發明第三實施例第二熱沉物件之俯視平面示意圖。

第五圖係本發明第三實施例第二熱沉物件之前視平面示意圖。

第六圖係本發明第三實施例第二熱沉物件之側視平面示意圖。

第七圖係本發明第四實施例第二熱沉物件之前視平面示意圖。

第八圖係本發明第四實施例第二熱沉物件之側視平面示意圖。

第九圖係本發明第五實施例之剖面示意圖。

第十圖係本發明第六實施例之平面示意圖。

第十一圖係本發明第七實施例之剖面示意圖。

第十二圖係本發明第七實施例熱面散熱鰭片組之剖面示意圖。

第十三圖係本發明第七實施例第一副迴路熱管及副散熱鰭片組之平面示意圖。

第十四圖係本發明第八實施例之平面示意圖。

本發明一種氣液冷卻之雙散熱模組，第一實施例如第一、二圖所示，其係包含有一第一熱沉熱管10及一第二熱沉物件20兩相組合，第一熱沉熱管10為一熱管，內具有常溫工作液，一端設有一第一結合端11，第一結合端11為一熱沉，第一結合端11為一凹入的嵌入凹槽111，內部上壁面設有複數之溝槽12及內部頂面嵌置一隔熱板13，另一端套接一熱面散熱鰭片組14，第二熱沉物件20一端設有一第二結合端21，第二結合端21為一熱沉，第二結合端21為一凸出的嵌置塊211，有數片致冷晶片30，致冷晶片30有一致冷面31及一散熱面32，致冷晶片30入於第一結合端11之嵌入凹槽111與第二結合端21之嵌置塊211之間，致冷晶片30之散熱面32貼觸於第一結合端11之嵌入凹槽111壁面，致冷面31貼觸於第二結合端21之嵌置塊211壁面，第二結合端21(嵌置塊211)連同數片致冷晶片30入於第一結合端11(嵌入凹槽111)內結合，第二熱沉物件20下方為一第二熱管22，內具有低溫工作液，第二熱管22上有一夾持件23，夾持第一熱沉熱管10，夾持件23為陶磁吸附材料，具有除濕、隔熱的功能，另一端套接一冷面吸熱鰭片組24，第二結合端21向下有中空之延伸壁面，延伸壁面設有複數之溝槽25。

藉由上述之結構組合，第一實施例以致冷晶片30之散熱面32貼觸於第一結合端11(嵌入凹槽111)壁面，致冷面31貼觸於第二結合端21(嵌置塊211)壁面，第二結合端21連同數片致冷晶片30入於第一結合端11內結合，一方面第二結合端21及致冷晶片30迫入第一結合端11內，另一方面當致冷面31產生冷源會對第二結合端21凝結而定位，若要自第一結合端11內拆卸第二結合端21，只將電流正負極互換，致冷晶片30冷熱面互換冷熱源，自然解凍第一結合端11與致冷晶片30，而可順利拆卸第一結合端11；致冷晶片30之散熱面32產生之熱源經第一熱沉熱管10(毛細蒸發器，工作液經蒸發向上，凝結液滴後向下，不斷地循環)及熱面散熱鰭片組14散熱，如此循環不斷，將致冷晶片30之散熱面32產生之熱源由第一熱沉熱管10及熱面散熱鰭片組14不斷地快速有效地散出熱流；而致冷晶片30之致冷面31產生冷源經第二熱沉物件20至第二熱管22，由冷面吸熱鰭片組24將周邊空氣溫度吸熱至第二熱管22(內具有低溫工作液，如甲醇、氨水等，一種毛細蒸發器，工作液經蒸發向上，凝結液滴後向下，不斷地循環)，如此循環不斷周邊空氣溫度降溫，將致冷晶片30之致冷面31產生冷源及傳遞冷源，作冷房效果。

第二實施例之第一熱沉熱管10與第一實施例相同，如第三圖所示第二熱沉物件40下方為一迴路熱管模組400，迴路熱管模組400有一框型的第二熱管41，第二熱管41穿越第二結合端401、一左鰭片組42、一蒸發管43及一右鰭片組44，蒸發管43有一第二副熱管45的兩端導入，第二副熱管45穿越一底鰭片組46，右鰭片組44有設立一風扇組441，底鰭片組46有設立一風扇組461；致冷晶片(圖未示)之致冷面產生冷源經第二熱管41、一蒸發管43及第二副熱管45傳導，由右鰭片組44之風扇組441及底鰭片組46之風扇組461散發出冷源，如此循環不斷，將致冷晶片之致冷面不斷地快速有效地散出冷流。

第三實施例之第一熱沉熱管與第一實施例相同，如第四、五、六圖所示，其中該第二熱沉物件50下方為一均溫板51，均溫板51內有複數支第二熱管52穿越，可將均溫板51供其它物件相連接。

第四實施例之第一熱沉熱管與第一實施例相同，如第七、八圖所示，其中該第二熱沉物件60下方為一立式鰭片組61，內有複數支第二熱管62穿越及連接，可搭配數風扇組(圖未示)作散出冷流。

第五實施例之第一熱沉熱管與第一實施例相同，如第九圖所示，其中該第二熱沉物件70下方為一第二熱沉71，內具防凍導熱劑，第二熱沉71內穿越一傳動軸72，傳動軸72左右各有軸承721，傳動軸72一外側接入力件73(馬達)，另側接設出力件74(鑽刀)。

第六實施例之第一熱沉熱管與第一實施例相同，如第十圖所示，其中其中該第二熱沉物件700為一積體電路物件，嵌入於第一結合端11內(第一、二圖)，積體電路物件可為一中央處理器(CPU：Central Processing Unit或GPU：Graphics Processing Unit)，目前電腦、手機及其它電子產品都為單面發熱體，未來的積體電路物件(中央處理器GPU)有往2.5D與3D面產生熱源發展，即頂面、左、右、前、後面產生熱源，第二熱沉物件700下方為主機板701。

第七實施例，如第十一、十二圖所示，其係包含有一第一熱沉熱管80及一第二熱沉物件90兩相組合，第一熱沉熱管80為一熱管，內具有常溫工作液，一端設有一第一結合端81，第一結合端81為一熱沉，第一結合端81為一凹入的嵌入凹槽，上壁面設有複數之溝槽82及一隔熱板83，另一端套接一熱面散熱鰭片組84，第一熱沉熱管80之熱面散熱鰭片組84內有一內螺紋841，螺接一風扇架85，風扇架85有底盤851及外螺紋852組裝於熱面散熱鰭片組84，並有一第一迴路冷卻水管86穿越熱面散熱鰭片組84，再迴繞於風扇架85上方，第一迴路冷卻水管86再外接連通一第一副迴路冷卻水管87，第一副迴路冷卻水管87呈S型入於一副散熱鰭片組88內(如第十三圖所示)，副散熱鰭片組88設有一副風扇881，並第一迴路冷卻水管86與第一副迴路冷卻水管87之間以一幫浦89作循環內部的工作液，第二熱沉物件90一端設有一第二結合端91，第二結合端91為一熱沉，第二結合端91為一凸出的嵌置塊，第二熱沉物件90下方為一第二熱管92，內具有低溫工作液，第二結合端91向下有中空之延伸壁面，延伸壁面設有複數之溝槽93，第二熱管92另一端套接有一冷面吸熱鰭片組94，冷面吸熱鰭片組94內有一內螺紋941，螺接一風扇架95，風扇架95有底盤951及外螺紋952組裝於冷面吸熱鰭片組94，並有一第二冷卻管96穿越冷面吸熱鰭片組94，第二冷卻管96兩端是通達外界，另有數片致冷晶片30，致冷晶片30有一致冷面31及一散熱面32，致冷晶片30入於第一結合端81與第二結合端91之間，致冷晶片30之散熱面32貼觸於第一結合端81(嵌入凹槽)壁面，致冷面31貼觸於第二結合端91(嵌置塊)壁面，第二結合端91連同數片致冷晶片30入於第一結合端81內結合。

第七實施例與第一實施例比較係於第一熱沉熱管80增加了第一迴路熱管86、風扇架85及第一副迴路冷卻水管87，使致冷晶片30之散熱面32更加快速散熱，於第二熱沉物件90增加了風扇架95及第二冷卻管96，致冷晶片30之致冷面31更加快速傳導冷流，第二冷卻管96為中空，兩端不封閉，通達外界可具有冷房效果，第二熱沉物件90如果應用於水中，可將風扇架85去除，由第二冷卻管96作冷卻水。

第八實施例如第十四圖所示，其中該第二熱沉物件900為一積體電路物件，嵌入於第一結合端81內(第十一圖)，積體電路物件可為一中央處理器(CPU：Central Processing Unit或GPU：Graphics Processing Unit)，目前電腦、手機及其它電子產品都為單面發熱體，未來的積體電路物件(中央處理器GPU)有往2.5D與3D面產生熱源發展，即頂面、左、右、前、後面產生熱源，第二熱沉物件900下方為主機板901。

綜上所述，本發明一種氣液冷卻之雙散熱模組，其新穎性、實用性及進步性乃毋庸置疑，完全符合專利之要件，爰依法提請。