TW201927118A - 散熱器及冷卻系統 - Google Patents

Abstract

一種散熱器包含散熱底座、罩蓋、活塞機構及轉動機構。散熱底座具有熱接觸面。罩蓋設置於散熱底座，以令散熱底座與罩蓋共同圍繞出儲液槽，罩蓋具有液體入口及液體出口，液體入口及液體出口連通儲液槽。活塞機構包含缸體及活塞體，缸體具有容置槽，缸體裝設於罩蓋，且容置槽連通儲液槽，活塞體可活動地位於容置槽。轉動機構包含轉動軸及葉輪，轉動軸可轉動地位於儲液槽，並樞接於活塞體，葉輪固定於轉動軸，並對應於液體入口。其中，當液體自液體入口流入儲液槽時，流入之液體會推動葉輪，並透過轉動軸帶動活塞體相對缸體反復移動。

Description

散熱器及冷卻系統

本發明係關於一種散熱器及冷卻系統，特別是一種具有活塞機構的散熱器及冷卻系統。

散熱裝置與電子裝置的發展息息相關。由於電子裝置在運作時，電子元件會產生大量的熱能，如果這些熱能不能有效地排除而累積在電子裝置內部的電子元件上，電子元件便有可能因為不斷升高的溫度而失效或當機。因此，廠商常透過液冷系統將電子裝置內部的溫度降低，以維持電子裝置正常的運作。

然而，目前市面上各廠商所設計的液冷系統在形式上皆大同小異，故對於液冷系統的散熱效率的提升因液體系統本身所存在的限制而難以改善，例如電子元件的熱量難以迅速被冷卻液吸收，或是吸熱後的冷卻液難以迅速排出的問題。此外，廠商目前所生產的液冷系統在外觀的視覺上顯得略微單調。

本發明在於提供一種散熱器及冷卻系統，藉以解決先前技術中液體於液冷系統的散熱效率難以提升及液冷系統外觀單調的問題。

本發明之一實施例所揭露之一種散熱器，適於熱接觸熱源。散熱器包含散熱底座、罩蓋、活塞機構及轉動機構。散熱底座具有熱接觸面，熱接觸面用以供熱源熱接觸。罩蓋設置於散熱底座，以令散熱底座與罩蓋共同圍繞出儲液槽，罩蓋具有液體入口及液體出口，液體入口及液體出口連通儲液槽。活塞機構包含缸體及活塞體，缸體具有容置槽，缸體裝設於罩蓋，且容置槽連通儲液槽，活塞體可活動地位於容置槽。轉動機構包含轉動軸及葉輪，轉動軸可轉動地位於儲液槽，並樞接於活塞體，葉輪固定於轉動軸，並對應於液體入口。其中，當液體自液體入口流入儲液槽時，流入之液體會推動葉輪，並透過轉動軸帶動活塞體相對缸體反復移動。

本發明之另一實施例所揭露之一種冷卻系統包含一水冷頭、二流管、至少一水冷排及一散熱器。水冷頭具有一入水口及一出水口。二流管之一端分別連接於水冷頭之入水口及出水口。至少一水冷排設置於二流管之一。散熱器包含一散熱底座、一罩蓋、至少一活塞機構及一轉動機構。罩蓋設置於散熱底座，以令散熱底座與罩蓋間形成一儲液槽，罩蓋具有一液體入口及一液體出口，液體入口及液體出口連通儲液槽，且二流管之另一端分別連接於液體入口及液體出口。至少一活塞機構包含一缸體及一活塞體，缸體具有一容置槽，缸體裝設於罩蓋，且容置槽連通儲液槽，活塞體可活動地位於容置槽。轉動機構包含一轉動軸及一葉輪，轉動軸可轉動地位於儲液槽，並樞接於活塞體，葉輪固定於轉動軸，並對應於液體入口。其中，當水冷頭驅使一液體自液體入口流入儲液槽時，流入之液體會推動葉輪，並透過轉動軸帶動活塞體相對缸體反復移動。

根據上述實施例所揭露的散熱器及冷卻系統，因液體自液體入口流入儲液槽時，流入之液體會推動葉輪，並透過轉動軸帶動活塞體相對缸體反復移動，藉此可藉由轉動的葉輪及往復運動的活塞，加速液體吸收熱源所散發的熱量，以及有效地排出吸熱後的液體，使得冷卻系統的散熱效率得更進一步提升。

以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

請參閱圖1至圖4。圖1為根據本發明第一實施例所揭露的冷卻系統的正視圖。圖2為圖1的散熱器的立體圖。圖3為圖2的俯視圖。圖4為圖2的前視圖。

本實施例之冷卻系統10包含一水冷頭100、二流管200、二水冷排300 及一散熱器400。

水冷頭100具有一入水口110及一出水口120。二流管200之一端分別連接於水冷頭100之入水口110及出水口120，且二水冷排300分別設置於二流管200。

在本實施例中，水冷排300的數量為二的設置，並非用以限定本發明。在其他實施例中，水冷排的數量可調整為一個或是大於二個。

由圖2所示，散熱器400適於熱接觸一熱源11。散熱器400包含一散熱底座410、一罩蓋420、一分隔板430、一活塞機構440及一轉動機構450。

散熱底座410包含一容置槽體411及一散熱鰭片412。容置槽體411具有一容置空間4111及三個液流口4112，且容置空間4111連通三個液流口4112。散熱鰭片412包含相連的一鰭片部4121及一板部4122。板部4122封閉容置空間4111而令鰭片部4121位於容置空間4111內。板部4122遠離鰭片部4121之一側具有一熱接觸面4123。在本實施例中，散熱鰭片412的板部4122為銅板搭配鋁塊的設置，用以供熱源11熱接觸。

在圖2中，罩蓋420為無法透視的蓋體，但不以此為限。在其他實施例中，部分罩蓋的板體可為透視板，且罩體的材質可採用壓克力的質料。針對罩蓋為可透視的蓋體，後續將詳細說明。

罩蓋420設置於散熱底座410的容置槽體411，以令容置槽體411與罩蓋420共同圍繞出一儲液槽460，罩蓋420具有一液體入口421及一液體出口422。分隔板430位於儲液槽460而將儲液槽460分成兩子空間461。兩子空間461分別連通於液體入口421與液體出口422，且其中兩個液流口4112位於其中一子空間461，另一液流口4112位於另一子空間461，容置槽體411的容置空間4111透過三個液流口4112分別連通二子空間461。二流管200之另一端分別連接於液體入口421及液體出口422。液體入口421之中心軸線P1與液體出口422之中心軸線P2皆與熱接觸面4123之法線N夾一銳角θ1、θ2，且此二銳角θ1、θ2的角度相等。

在本實施例中，液流口4112的數量為三，以及三個液流口4112的其中二個位於一子空間461，另一液流口4112位於另一子空間461的設置，並非用以限定本發明。在其他實施例中，液流口位於二子空間的數量可依據廠商的設計而調整數量。

此外，液體入口421之中心軸線P1與熱接觸面4123之法線N所夾的銳角θ1之角度等於液體出口422之中心軸線P2與熱接觸面4123之法線N所夾的銳角θ2之角度，但並不以此為限。在其他實施例中，液體入口之中心軸線與熱接觸面之法線所夾的銳角可大於或小於液體出口之中心軸線與熱接觸面之法線所夾的銳角之角度。

本實施例的冷卻系統10的循環是透過水冷頭100驅使液體從水冷頭100的出水口120流出，且透過其中一流管200送往水冷排300而使得液體冷卻後，再送至罩蓋420的液體入口421，並沿方向D1令液體進入其中一子空間461。液體進入其中一子空間461後會流過二液流口4112而進入容置槽體411的容置空間4111，以令冷卻後的液體吸取散熱鰭片412從熱源11吸收的熱能。液體吸取熱量後再經由連通於另一子空間461的液流口4112流出且自液體出口422排出罩蓋420而進入另一流管200。此時，吸收熱量的液體經由另一流管200的輸送而抵達另一水冷排300，以令吸收熱量的液體降溫，接著再將冷卻後的液體輸送回水冷頭100，以完成一個冷卻循環。

請再參閱圖1至圖4，活塞機構440包含二個第一活塞機構441及二個第二活塞機構442。二個第一活塞機構441分別與液體入口421沿一直線排列，二個第二活塞機構442分別與液體出口422沿一直線排列。每個第一活塞機構441及每個第二活塞機構442各包含一缸體4411、4421及一活塞體4412、4422。本實施例之缸體4411、4421為無法透視的構造，且每個第一活塞機構441及每個第二活塞機構442的缸體4411、4421具有一容置槽4411a、4421a，缸體4411、4421裝設於罩蓋420，且容置槽4411a、4421a連通儲液槽460的其中一子空間461。每個缸體4411、4421之中心軸線P3、P4、P5、P6與熱接觸面4123之法線N夾一銳角θ3、θ4、θ5、θ6。活塞體4412、4422可活動地位於容置槽4411a、4421a。

在本實施例中，每個缸體4411、4421的中心軸線P3、P4、P5、P6與熱接觸面4123之法線N所夾的銳角θ3、θ4、θ5、θ6之角度皆相等，並且等於液體入口421及液體出口422之中心軸線P1、P2與熱接觸面4123之法線N所夾的銳角θ1、θ2之角度。

每個缸體4411、4421的中心軸線P3、P4、P5、P6與熱接觸面4123的法線N所夾的銳角θ3、θ4、θ5、θ6皆等於液體入口421及液體出口422之中心軸線P1、P2與熱接觸面4123之法線N所夾的銳角θ1、θ2，但並不以此為限。在其他實施例中，每個缸體的中心軸線與熱接處面的法線所夾的銳角分別可大於或小於液體入口之中心軸線與熱接觸面之法線所夾的銳角。

此外，缸體4411、4421之中心軸線P3、P4、P5、P6與熱接觸面4123之法線N夾銳角θ3、θ4、θ5、θ6的設置，即如一般常見的V形引擎中的的缸體的設置形式，但並不以此為限。在其他實施例中，缸體之中心軸線可平行於熱接觸面之法線，即如一般常見的直列式引擎中的缸體的設置形式。或者，缸體之中心軸線可垂直於熱接觸面之法線，即如一般常見的水平對臥式引擎中的缸體的設置形式。

在本實施例的冷卻系統10，因具有活塞機構440的設置，故冷卻系統10可搭配引擎的聲音，使得冷卻系統10的運轉有如引擎運轉的樣態，而可增加冷卻系統10的聲音效果。

轉動機構450包含一轉動軸451、一葉輪452及四連桿453。在本實施例中的轉動軸451例如但不限為引擎中常見的凸輪軸，轉動軸451可轉動地位於儲液槽460，並與每個活塞體4412、4422樞接。葉輪452固定於轉動軸451，並對應於液體入口421。每個連桿453之相對兩端分別樞接於轉動軸451與活塞體4412、4422，且每個連桿453和轉動軸451樞接之樞接軸線R1、R2、R3、R4與轉動軸451之中心軸線C非共軸。

請一併參閱圖2、圖5及圖6。圖5為圖2的第二活塞機構為最低點的剖視示意圖。圖6為圖2的第二活塞機構為最高點的剖視示意圖。

當液體12自液體入口421流入儲液槽460時，流入之液體12會推動葉輪452，並透過轉動軸451帶動活塞體4412、4422相對缸體4411、4421反復移動。如圖5及圖6所示，以本實施例的其中一第二活塞機構442來詳細說明，在前述的冷卻循環中，當液體12自液體入口421進入其中一子空間461的階段時，液體12會推動葉輪452沿方向D2轉動，使得葉輪452帶動轉動軸451同動。因連桿453和轉動軸451樞接之樞接軸線R2與轉動軸451之中心軸線C非共軸，使得當轉動軸451轉動時，連桿453樞接於轉動軸451之樞接處會隨著轉動軸451轉動，而令樞接處與熱接觸面4123的距離來回增減。即連桿453會因轉動軸451轉動而相對熱接觸面4123上下的往復運動，使得樞接於連桿453另一端的活塞體4422相對缸體4421往復的移動而形成如圖5及圖6所示之活塞體4422相對缸體4421靠近或遠離的狀態。

本實施例的冷卻系統10中，透過轉動的葉輪452，以及葉輪452所帶動的多個活塞體4412、4422往復運動的設置，可令儲液槽460內的液體12流動，使得液體12均勻地吸收散熱鰭片4121的熱量，進而達到更佳的冷卻效果。

舉例來說，在電子裝置於滿載運作，以及多個活塞體4412、4422於往復運動的情況下，所偵測到的電子裝置的CPU最高溫度為攝氏82度。相反地，在電子裝置於滿載運作下，若停止多個活塞體4412、4422往復運動，則所偵測到的電子裝置的CPU的最高溫度為攝氏90度。由此可知，轉動的葉輪452與往復運動的多個活塞體4412、4422可有效地幫助散熱。

此外，透過自液體入口421流入的冷液體12帶動葉輪452轉動，有助於將冷液體12灌入二液流口4112內，使得冷液體12可迅速地進入容置空間4111內吸取散熱鰭片4121的熱量，以令散熱的效率提升。另外，轉動的葉輪452帶動多個活塞體4412、4422往復運動的設置，可幫助吸熱後的液體12迅速排出子空間461，使得冷卻系統10的散熱效率可再進一步提升。

再者，可藉由活塞體4412、4422反復移動的速度判斷液體12流經液體入口421的流量之外，亦可判斷冷卻系統10的運作是否正常。

在本實施例中，裝有活塞機構440的罩蓋420為設置散熱底座410的設置，並非用以限定本發明。在其他實施例中，裝有活塞機構的罩蓋可與散熱底座分離，並自成為具有活塞機構的殼體，且透過出水管與入水管分別連接具有活塞機構的殼體及散熱底座，並與水冷頭及水冷排形成一水冷迴路。如此一來，具有活塞結構的殼體可不受空間之限制，而可將具有活塞機構的殼體設置於電子裝置多餘空間之處，並可增加活塞的數量。

在本實施例中，罩蓋420與每個缸體4411、4421皆為非透視的構造，但並不以此為限。在其他實施例中，罩體與缸體可改設為可透視的構造。如此一來，使用者可從冷卻系統的外觀上觀察出位於儲液槽內的液體量是否足夠，以及判斷葉輪的轉動是否正常，使得使用者從冷卻系統的外觀上即可判斷冷卻系統的運作情形。此外，可透視的缸體可幫助使用者直接觀察缸體內部活塞的往復運動狀況，藉此亦可得知冷卻系統的運作情形。

另外，位於冷卻系統內部的液體可採用受熱後可變色的液體，即液體在不同的溫度之下具有不同的顏色，並搭配可透視的罩蓋即可判斷位於儲液槽及容置空間的液體溫度。此外，透過可透視的罩蓋可讓不同溫度下的液體顏色顯露於外，如此可達到美化冷卻系統外觀的效果。

根據上述實施例所揭露的主機板組件，透過轉動的葉輪，以及葉輪所帶動的多個活塞體往復運動的設置，可令儲液槽內的液體流動，使得液體均勻地吸收散熱鰭片的熱量，進而達到更佳的冷卻效果。

此外，因液體自液體入口流入儲液槽時會推動葉輪，並帶動多個活塞體相對缸體往復運動，使得冷卻系統將冷液體灌入容置空間吸熱，以及將吸熱後的液體排出的速度加快。如此一來，冷卻系統在散熱的效率更可進一步提升。

此外，在部分實施例中，因冷卻系統中的罩體及缸體為可透視的構造，使得使用者得以判斷冷卻系統內部的運作情形是否正常。

再者，藉由可透視的罩體及缸體再搭配可隨溫度變化而改變顏色的液體，以令冷卻系統在外觀上有別以往的設計而具有更佳的視覺效果。另外，上述實施例的冷卻系統不僅在外觀上美化，因冷卻系統具有活塞結構的設置，故可搭配引擎的聲音，使得冷卻系統更具有聲光效果。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧冷卻系統

11‧‧‧熱源

12‧‧‧液體

100‧‧‧水冷頭

110‧‧‧入水口

120‧‧‧出水口

200‧‧‧流管

300‧‧‧水冷排

400‧‧‧散熱器

410‧‧‧散熱底座

411‧‧‧容置槽體

412‧‧‧散熱鰭片

4111‧‧‧容置空間

4112‧‧‧液流口

4121‧‧‧鰭片部

4122‧‧‧板部

4123‧‧‧熱接觸面

420‧‧‧罩蓋

421‧‧‧液體入口

422‧‧‧液體出口

430‧‧‧分隔板

440‧‧‧活塞機構

441‧‧‧第一活塞機構

4411、4421‧‧‧缸體

4412、4422‧‧‧活塞體

4411a、4421a‧‧‧容置槽

442‧‧‧第二活塞機構

450‧‧‧轉動機構

451‧‧‧轉動軸

452‧‧‧葉輪

453‧‧‧連桿

460‧‧‧儲液槽

461‧‧‧子空間

P1、P2、P3、P4、P5、P6、C‧‧‧中心軸線

N‧‧‧法線

θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6‧‧‧銳角

R1、R2、R3、R4‧‧‧樞接軸線

D1、D2‧‧‧方向

圖1為根據本發明第一實施例所揭露的冷卻系統的正視圖。 圖2為圖1的散熱器的立體圖。 圖3為圖2的俯視圖。 圖4為圖2的前視圖。 圖5為圖2的第二活塞機構為最低點的剖視示意圖。 圖6為圖2的第二活塞機構為最高點的剖視示意圖。

Claims (10)

1. 一種散熱器，適於熱接觸一熱源，該散熱器包含： 一散熱底座，具有一熱接觸面，該熱接觸面用以供該熱源熱接觸；一罩蓋，設置於該散熱底座，以令該散熱底座與該罩蓋共同圍繞出一儲液槽，該罩蓋具有一液體入口及一液體出口，該液體入口及該液體出口連通該儲液槽；至少一活塞機構，包含一缸體及一活塞體，該缸體具有一容置槽，該缸體裝設於該罩蓋，且該容置槽連通該儲液槽，該活塞體可活動地位於該容置槽；以及一轉動機構，包含一轉動軸及一葉輪，該轉動軸可轉動地位於該儲液槽，並樞接於該活塞體，該葉輪固定於該轉動軸，並對應於該液體入口；其中，當一液體自該液體入口流入該儲液槽時，流入之該液體會推動該葉輪，並透過該轉動軸帶動該活塞體相對該缸體反復移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中該轉動機構更包含至少一連桿，該至少一連桿之相對兩端分別樞接於該轉動軸與該活塞體，且該至少一連桿和該轉動軸樞接的樞接軸線與該轉動軸之中心軸線非共軸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中該缸體之中心軸線與該熱接觸面之法線平行。
4. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中該缸體之中心軸線與該熱接觸面之法線垂直。
5. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中該缸體之中心軸線與該熱接觸面之法線夾一銳角。
6. 如申請專利範圍第5項所述之散熱器，其中該液體入口之中心軸線與該液體出口之中心軸線皆與該熱接觸面之法線夾一銳角，該至少一活塞機構包含多個第一活塞機構及多個第二活塞機構，該些第一活塞機構與該液體入口沿一直線排列，該些第二活塞機構與該液體出口沿一直線排列。
7. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中該罩蓋至少部分為透視板。
8. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中該散熱底座包含一容置槽體及一散熱鰭片，該散熱鰭片設置於該容置槽體。
9. 如申請專利範圍第8項所述之散熱器，更包含一分隔板，該分隔板位於該儲液槽而將該儲液槽分成二子空間，該二子空間分別連通於該液體入口與該液體出口，該容置槽體具有一容置空間及多個液流口，該散熱鰭片包含相連的一鰭片部及一板部，該板部封閉該容置空間而令該鰭片部位於該容置空間，該容置空間透過該些液流口分別連通該二子空間。
10. 一種冷卻系統，包含： 一水冷頭，具有一入水口及一出水口；二流管，該二流管之一端分別連接於該水冷頭之該入水口及該出水口；至少一水冷排，設置於該二流管之一；以及一散熱器，包含：一散熱底座；一罩蓋，設置於該散熱底座，以令該散熱底座與該罩蓋間形成一儲液槽，該罩蓋具有一液體入口及一液體出口，該液體入口及該液體出口連通該儲液槽，且該二流管之另一端分別連接於該液體入口及該液體出口；至少一活塞機構，包含一缸體及一活塞體，該缸體具有一容置槽，該缸體裝設於該罩蓋，且該容置槽連通該儲液槽，該活塞體可活動地位於該容置槽；以及一轉動機構，包含一轉動軸及一葉輪，該轉動軸可轉動地位於該儲液槽，並樞接於該活塞體，該葉輪固定於該轉動軸，並對應於該液體入口；其中，當該水冷頭驅使一液體自該液體入口流入該儲液槽時，流入之該液體會推動該葉輪，並透過該轉動軸帶動該活塞體相對該缸體反復移動。