TWI248781B - Heat pipe cooling system and thermal connector thereof - Google Patents

Description

1248781 15390twf.doc/g 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種散熱系統及其散熱元件，且特別 是有關於一種熱管冷卻系統及其熱傳遞用連接器。 【先前技術】

為了能夠迅速地移除發熱元件在運作時所產生的熱 量，以避免發熱元件因熱量的累積而造成發熱元件過熱的 問題。習知的散熱技術通常會在發熱元件上配置多個散熱 為（heat sink)並且利用風扇以強制對流的方式，來迅速 地將散熱器之熱量移除，避免熱量於發熱元件上累積。 丨一&田奴恐凡什的赞熱1提昇時，習知之散熱技術便 面臨了瓶頸。為了因應發熱元件發熱量的提昇，並且將發 熱70件之溫度維持在正常的工作溫度範圍内，習知的散熱 技術須相對應地增加散熱鰭片的表面積或是增加風扇的轉' 速然而，當發熱件被配置於一個空間有限的封閉殼體 時’增加散熱則的將會使得散麟片所佔 =工間增加，而使得此—方法變得窒礙難行。增加風扇 ，速的作法__增加_對流的效率，但是卻會伴隨 者震動與料的產纽及能_耗量增加的問題。曰 近，來-種利用相變化的熱傳裝置已逐漸受 目H採用相變化的熱傳裝置例如有迴路 heat pipe)及毛細栗迴踗f ”、、g U〇〇p 作的原耗细财 等’其1 吸收發熱元恤— 1248781 15390twf.doc/g 結構將液態工質與汽態工質 出來為所吸收之熱 可以產生相;大二於Ϊ傳裝⑽ ^ 力以補償工質於熱傳裝置内流動所 的埶曰二’因此這種利用相變化的熱傳裝置具有將埶泝 =遞至長距離以外的地點，再藉由冷凝器將熱量: 有限之電腦^心I央處理器（cpu)被配置於内部空間 熱讀除的優點，因此散熱裝置的配置可 = 高敎傳量、卩㈣更具有強健性、 二寻里s路具可撓曲性、不受地㈣力影響以及 月b源即可運作等諸多優點。 而 【發明内容】 本毛明的目的就是在提供-種熱傳遞用連接器，用以 將熱管冷卻系統之連接管路連接至-個物體，並且以此物 體作為熱管冷卻系統之冷凝器。 本發明的再一目的是提供一種熱管冷卻系統，用以將 發熱兀件之熱量傳遞至-個物體，並且以此物體作為此執 管冷卻系統之冷凝器將熱量排除。 本發明提出一種熱傳遞用連接器包括第一導熱塊、第 1248781 15390twf.doc/g 一導熱塊。第一導熱塊具有多個第一叙合部及一個接觸表 面，其中接觸表面係適於服貼至一件物體之一個表面上。 第二導熱塊具有多個第二嵌合部，這些第二嵌合部適於分 別嵌合至前述之第一嵌合部。當這些第二嵌合部分別嵌合 至第一嵌合部時，第一導熱塊及第二導熱塊會共同構成一 個管路通道，並且此一管路通道適於容納或作為連接管路 之一段。

依照本發明的較佳實施例所述之熱傳遞用連接器，其 中第一嵌合部之一係為凸肋，而第二嵌合部之對應者係 嵌槽。 ' ' 依照本發明的較佳實施例所述之熱傳遞用連接器，其 中第一肷合部之一係為嵌槽，而第二嵌合部之對應者係 一凸肋。 ^ “… 依照本發明的較佳實施例所述之熱傳遞用連接器，其 中管路通道係曲折地延伸於組合後之第一導熱塊及第二 熱塊的内部。 依照本發明的較佳實施例所述之熱傳遞用連接器，其 中、、且a後之第一導熱塊及第二導熱塊的表面縫隙係以 材料加以封閉。 戈 依，本發明的較佳實施例所述之熱傳遞用連接器，其 第一嵌合部之一係緊配地嵌合至第二嵌合部之對應者。、 中照本發明的較佳實施例所述之熱傳遞用連接器，其 當官路通道侧來⑽連鮮路部份時，管路 以 緊配的方式容納連接管路。 7 !248781 15390twf.doc/g 依照本發明的較佳實施例所述之熱傳遞用連接器，其 中組合後之第一導熱塊及第二導熱塊係可拆卸式地連接於 物體’以使接觸表面能夠服貼於物體之表面。 依照本發明的較佳實施例所述之熱傳遞用連接器，其 中、、且S後之第一導熱塊及第二導熱塊係以螺絲鎖固的方式 連接至物體上，以使接觸表面能夠服貼於物體之表面。 依照本發明的較佳實施例所述之熱傳遞用連接器，其 中、、且S後之第一導熱塊及第二導熱塊係以磁性吸附的方式 連接至物體上，以使接觸表面能夠服貼於物體之表面。 本發明提出一種熱管冷卻系統包括蒸發器、連接管 路、工質以及前述之熱傳遞用連接器。其中，蒸發器係連 ，至發熱元件，連接管路係連接至蒸發器，而工質係通入 蒸發益及連接管路所構成之封閉迴路。 依照本發明的較佳實施例所述之熱管冷卻系統，其中 更^括連接於蒸發器之散熱模組，其中此散熱模組例如包 括多個連接於熱傳遞用連接器之鰭片以及於這些鰭 風扇。 本發明能夠將熱源的熱量藉由熱管冷卻系統之連接 官路傳遞至與導熱塊服貼的物體上，並以此物體之表面積 作為散熱面積配合自然對流或強制對流的方式將熱量排 除。因此’採用本發明作為冷卻系統之發熱元件，能夠在 極低的能源成本之下將發熱元件所產生之熱量移除。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易僅’下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 1248781 15390twf.doc/g 明如下。 【實施方式】 圖1係為本發明之一實施例之一種熱管冷卻系統的剖 面示意圖。請參照圖1，熱管冷卻系統1〇〇包括蒸發器 (evaporator)、連接管路12〇、工質13〇以及熱傳遞σ用連 接器140。療發器11〇係連接至發熱元件15〇，而連接管路 120連接至瘵發态11〇，且工質丨3〇被灌注於蒸發器 與連接管路120所構成之封閉迴路中。蒸發器11〇更包括 瘵發态壁112、毛細結構1丨4 (Wick)以及蒸氣溝槽116 (vapor groove)，毛細結構114係配置於蒸發器壁112内， 而条發ϋ壁112與毛細結構114之間具有多條蒸氣溝槽 116。 請繼續參照圖1，當發熱元件150所產生的熱量q傳 遞至蒸發器110時，熱量Q透過蒸發器壁112傳遞至毛細 結構，為毛細結構114所汲取之液態工質吸收熱量q 之後蒸發為Ά恶工質130。之後，汽態工質流經蒸氣 溝槽116及連接管路120，並經由熱傳遞用連接器14〇將 熱篁Q排除。在Ά態工質130將熱量排除的同時，汽態工 質130凝結回液態工質130，之後沿著連接管路120回到 蒸發器11〇，並且再度為毛細結構114所汲取而完成一循 環。 值得注意的是，本發明的主要概念係在於熱傳遞用連 接器140的設計係適於貼附於物體160上，並且以物體160 為熱管冷卻糸統之冷凝器，並可利用自然對流或是強 9 1248781 15390twf.doc/g 制對流的方式將熱量排除，其中物體副例如可以為一個 金屬殼體或是任何適於與外界產生熱交換的材質。以下將 針對熱傳遞用連接器140的結構以及熱管冷卻系統的應用 加以舉例說明。 圖2係為圖！之熱傳遞用連接器的示意圖。圖3係為 圖2之熱傳遞用連接器的爆炸圖。圖4係為圖3第一導埶 塊^示意圖。圖5係為本發明之一實施例之第二導熱塊的 • 不思圖。請共同參照圖丨〜圖5，熱傳遞用連接器14〇包括 第一導熱塊142以及第二導熱塊144，其中第一導熱塊142 具有多個第-嵌合部146，且第-嵌合部146例如為凸肋 (見圖4)。第—導熱塊144具有多個第二嵌合部ι48，其 分別對應於上述之第一嵌合部146，且第二嵌合部148例 如為嵌槽（見圖5)。當然，在其他實施例中，第一嵌合 部146亦可以為嵌槽，而第二嵌合部148亦可以為凸肋。 當第一導熱塊142與第二導熱塊144緊配地結合時，會於 熱傳遞用連接器140之内部形成管路通道149，使得工質 130例如可以流動於管路通道149中。此外，第一導熱塊 142與第二導熱塊144結合的方法例如以焊接材料將兩導 熱塊142及144之間的縫隙加以封閉，以預防工質13〇從 兩導熱塊142及144之間的縫隙滲出。 圖6係為圖1之熱管冷卻系統的外觀示意圖。請共同 參照圖5與圖6，當熱傳遞用連接器14〇與連接管路12〇 銜接時，圖5之管路通道149即可成為連接管路no之一 部份。因此，當汽態工質13〇進入熱傳遞用連接器14〇時， 1248781 15390twf.doc/g 汽態工質130便能夠直接將熱量q傳遞給熱傳遞用連接器 14〇，再經由此熱傳遞用連接器140而傳遞至物體16〇 (見 圖1)。值得注意的是，熱管冷卻系統100更可以配合發 熱元件（未繪示）之幾何形狀，利用適當外型的鞍座UX8 將熱里Q更均勻地傳遞至療發器11 〇。此外，熱管冷卻系 統100更可以視需要而適當地彎折連接管路12〇，使得熱 管冷卻系統100在外形上更具變化的彈性。 圖7係為本發明之另一實施例之一種熱管冷卻系統的 外觀示意圖。熱管冷卻系統1〇〇更例如可以包括一散熱模 組170，其中此散熱模組170包括多個鰭片172以及一配 置於這些韓片172上之風扇174。如以一來，便能夠彈性 地調整熱傳遞用連接器140的大小與風扇174的風量，而 使熱管冷卻系統100之散熱能力最佳化。 圖8係為本發明之另一實施例之一種熱傳遞用連接器 的爆炸圖，而圖9係為圖8之第二導熱塊的示意圖。請共 同參照圖4、圖8與圖9，第一導熱塊142,更可以採用第 二嵌合部146,之凸肋設計，而第二導熱塊144，更可以採用 第二嵌合部148’之嵌槽設計，例如形成直線型之管路通道 149’，來緊配地容納連接管路120。 圖10係為本發明之另一實施例之一種熱管冷卻系統 應用圖8之熱傳遞用連接器的外觀示意圖。請參照圖8與 圖丨〇,當連接管路120配置於熱傳遞用連接器14〇,時，管 路通道149用以容納連接管路12〇之一部份。因此，位在 熱傳遞用連接器14〇,内部之連接管路120的汽態工質13〇 1248781 15390twf.doc/g 便能藉由連接管路120的管壁將熱量q傳遞給熱傳遞用連 接器140,再經由此熱傳遞用連接器14〇而傳遞至物體16〇 (見圖1)。 圖11係為圖6之熱管冷卻系統應用於發光二極體路 燈的示意圖。發光二極體路燈為一種極具潛力的公共照明 设備，若將本發明應用於此一照明設備，可以大幅降低散 熱系統的能源成本。請參照圖1〇，熱管冷卻系統1〇〇之蒸 發器110係藉由一鞍座118而配置於發光二極體路燈2〇〇 之發光二極體燈源220上。熱傳遞用連接器ι4〇例如以可 拆卸的方式緊密地貼附於金屬殼體21〇上。熱傳遞用連接 器140貼附於金屬殼體21〇之方式例如可以是以螺絲鎖固 或者是磁性吸附，且熱傳遞用連接器14()與金屬殼體210 之間更存在一導熱層，例如一層導熱膏或一導熱墊 〇如此 一來’熱管冷卻系統100便可以利用發光二極體路燈2〇〇 之金屬殼體210之表面作為熱管冷卻系統1〇()之冷凝器， 例如利用金屬殼體210與外界環境的自然對流，將發光二 ，體燈源220所發出的熱量移除。值得注意的是，由於熱 官冷卻系統100係為一種被動的熱傳遞元件，不需要額外 的能源供給便可以將熱量自發光二極體燈源22〇傳遞至金 屬殼體210之表面，並且藉由金屬殼體21〇所具有的表面 積將熱量排除至外界。因此，對發光二極體路燈2〇〇這種 需要長時間運作的照明元件而言，熱管冷卻系統1〇〇可以 有效地節省能源的成本。 圖12係為圖6之熱管冷卻系統應用於桌上型電腦的 12 1248781 15390twf.doc/g 12 ’熱管冷卻系統⑽

110係措由一較庙ηβ和里狄占，t Ύ “、U 件320上，其於桌上型電腦的發熱元 片或是其他財 ，則1附於桌上型電腦300的機殼31〇上，其貼附的； i::材C及磁性吸附等可拆卸式連接方式。由於 u h例如可以為齡金等金屬材f，因此+

二 於機殼310時，機殼310便成:;、熱管 外_:二係，7之熱管冷卻系統應用於桌上型電腦的 外觀不思圖/ Μ共同參照圖13，本發明更可將圖7所示之 具有散熱魅170的熱管冷㈣統⑽配置於桌上型電腦 300内並且例如利用將多個熱傳遞用連接器14〇配 機殼側板312’使得熱管冷卻系統1〇〇可利用機殼側板312 作為其冷;破。

綜上所述，因為本發明之導熱塊能夠藉由導熱塊將發 熱元件的熱量傳遞至與導熱塊服貼之物體上，並且利用丄 一物體作為熱管冷卻系統之冷凝器。因此，採用本發明之 熱管卻系統夠在極低的能源成本之下，將熱量自發熱元 移除。 X μ 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 13 1248781 15390twf.doc/g 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 【圖式簡單說明】 種熱營冷卻系統的剖 圖1係為本發明之一實施例之一 面示意圖。 圖2係為圖1之熱傳遞用連接器的示立 圖3係為圖2之熱傳遞用連接器的爆=。 圖4係為圖3之第一導熱塊的示意圖。回

圖5係為圖3之第二導熱塊的示意圖。 圖6係為圖1之熱管冷卻系統的外觀示意圖。 圖7係為本發明之另一實施例之一種熱管冷卻系統的 外觀示意圖。 圖8係為本發明之另一實施例之一種熱傳遞用連接器 的爆炸圖。 圖9係為圖8之第二導熱塊的示意圖。 圖1〇係為本發明之另一實施例之一種熱管冷卻系統 …用圖8之熱傳遞用連接器的外觀示意圖。 圖Π係為圖6之熱管冷卻系統應用於發光二極體路 燈的示意圖。 一 圖12係為圖ό之熱管冷卻系統應用於桌上型電腦的 示意圖。 圖13係為圖7之熱管冷卻系統應用於桌上型電腦的 外觀示意圖。 【主要元件符號說明】 100 :熱管冷卻系統 1248781 15390twf.doc/g 110 :蒸發器 112 :蒸發器壁 114 :毛細結構 116 :蒸氣溝槽 118 :鞍座 120 :連接管路 130 :工質 140 :熱傳遞用連接器 • 142、142,：第-導熱塊 144、144’ ：第二導熱塊 146、146’ ：第一嵌合部 148、 148’ ：第二嵌合部 149、 149’ ：管路通道 150 :發熱元件 160 :物體 170 :散熱模組 • 172 :鰭片 174 :風扇 190 :流動方向 200 :發光二極體路燈 210 :金屬殼體 220 :發光二極體燈源 300 ··桌上型電腦 310 :機殼 15 1248781 15390twf.doc/g 312 :機殼侧板 320 :發熱元件

Claims (1)

1248781 15390twf.d〇c/g 十、申請專利範圍： L一種熱傳遞用連接器，適用於將一熱管冷卻系統之 一連接管路連接至一物體，且該熱管冷卻系統係以該物體 作為一冷凝器，該熱傳遞用連接器包括： 一第一導熱塊，具有多個第一嵌合部及一接觸表面， 其中该接觸表面係適於服貼至該物體之一表面；以及

一第二導熱塊，具有多個第二嵌合部，其中該些第二 嵌合部分別嵌合至該些第一嵌合部， 當該些第二嵌合部分別嵌合至該些第一嵌合部時，該 第導熱塊及該導熱塊共同構成一管路通道，其適於容納 或作為該連接管路之一段。 2·如申請專利範圍第1項所述之熱傳遞用連接器，其 中该些第一嵌合部之一係為凸肋，而該些第二嵌合部之對 應者係為一嵌槽。 ^ τμ專利範圍第1項所述之熱傳遞用連接器，其 中。亥些第一嵌合部之一係為嵌槽，而該些第二嵌合部之對 應者係為一凸肋。 4·如申請專利範圍第1項所述之熱傳遞用連接器，並 t該管路通道曲折地延伸於組合後之該第一導熱塊及該第 一導熱塊的内部。 5·如申咕專利範圍第〗項所述之熱傳遞用連接器，其 之該第—導熱塊及該第二導熱塊的表面縫隙係以 焊接材料加以封閉。 6·如申請專利範圍第1項所述之熱傳遞用連接器，其 17 1248781 I5390twf.doc/g 中違些第-嵌合部之—係緊配地嵌合至該第二歲合部之對 應者。 7.如申請專利範圍第1項所述之熱傳遞用連接哭，置 中當該管路通道係容納該連接管路之該段時，該管ς通道 係緊配地容納該連接管路之該段。 8·如申請專觀圍第1項所述之熱傳遞用連接器，其 中組合後之該第-導熱塊及該第二導熱塊係可拆卸式地連 丨 接至该物體，以使該接觸表面服貼於該物體之該表面。 9·如申請專利範圍第8項所述之熱傳遞用連接器，其 中組合後之該第一導熱塊及該第二導熱塊係以螺絲鎖固的 方式連接至該物體，以使該接觸表面服貼於該物體之該表 面0 10·如申請專利範圍第8項所述之熱傳遞用連接器，其 中組合後之該第一導熱塊及該第二導熱塊係以磁性吸附的 方式連接至該物體，以使該接觸表面服貼於該物體之該表 面0 11·一種熱管冷卻系統，適用於將一發熱元件之熱能導 出至一物體，且該熱管冷卻系統係以該物體作為一冷凝 器，該熱管冷卻系統包括： 一蒸發器，連接至該發熱元件； 一連接管路，連接至該蒸發器； 一工質，通入該蒸發器及該連接管路所構成之一封閉 迴路； 一熱傳遞用連接器，包括： 1248781 15390twf.doc/g 一第一導熱塊，具有多個第一嵌合部及/接觸表面’ 其中該接觸表面係適於服貼至該物體之一表面；以及 一第二導熱塊，具有多個第二嵌合部，其中該些第二 嵌合部分別嵌合至該些第一嵌合部， 當該些第二嵌合部分別嵌合至該些第一嵌合部時’該 第一導熱塊及該導熱塊共同構成一管路通道，其適於容納 或作為該連接管路之一段。 . U·如申請專利範圍第11項所述之熱管冷卻系統’其 中該些第一嵌合部之一係為凸肋，而該些第二嵌合部之對 應者係為一嵌槽。 13·如申請專利範圍第11項所述之熱管冷卻系統’其 中该些第_嵌合部之一係為嵌槽，而該些第二嵌合部之對 應者係為一凸肋。 上14·如申請專利範圍第11項所述之熱管冷卻系統’其 t该管路通道曲折地延伸於組合後之該第一導熱塊及該第 二導熱塊的内部。 έ ^5·如申請專利範圍第11項所述之熱管冷卻系統’其 中組合後之該第一導熱塊及該第二導熱塊的表面縫隙係以 焊接材料加以封閉。 y6·如申請專利範圍第11項所述之熱管冷卻系統，其 =二第一嵌合部之一係緊配地嵌合至該第二嵌合部之對 應者。 1 7 hi w 巾者▲ ί申睛專利範圍第11項所述之熱管冷卻糸統，其 田°亥g路通道係容納該連接管路之該段時，該管路通道 1248781 15390twf.doc/g 係緊配地容納該連接管路之該段。 18·如申請專利範圍第U項所述之熱管冷卻系統，其 中組合後之該第一導熱塊及該第二導熱塊係可拆卸式地連 接至該物體，以使該接觸表面服貼於該物體之該表面。 19·如申請專利範圍第18項所述之熱管冷卻系統，其 中組合後之該第一導熱塊及該第二導熱塊係以螺絲鎖固的 方式連接至該物體，以使該接觸表面服貼於該物體之該表 面0 20·如申請專利範圍第18項所述之熱管冷卻系統，其 中組合後之該第一導熱塊及該第二導熱塊係以磁性吸附的 方式連接至該物體，以使該接觸表面服貼於該物體之該表 面。 21·如申請專利範圍第11項所述之熱管冷卻系統，更 包括一散熱模組，連接於該蒸發器。 22·如申請專利範圍第21項所述之熱管冷卻系統，其 中該散熱模組更包括： 夕數個鰭片，連接於該熱傳遞用連接器；以及 一風扇，配置於該些鰭片上。 20