TWI262761B - Liquid cooling apparatus - Google Patents

Description

1262761 九、發明說明： 【發明所屬之技術頜域】 本發明係與散熱裝置湖，尤其涉及於冷卻電子元件的液 冷散熱裝置。 【先前技術】 目前’液冷散熱裝置已《麵驗電子元件如電财央處理器 的散熱。液冷散熱裝置一般包括由吸熱部、散熱部及泵浦形成之迴路， 該迴路中填充有冷卻液，該冷卻液在該吸熱部吸收電子元件的熱量， 而在散熱部放出熱量。在該泵浦驅動作用下，該冷卻液在該迴路中不 斷循壞’從而源源不斷地帶走該電子元件的熱量。 吸熱體冷卻液通道為一連接液冷散熱裝置的入口與出口的迴流通 道，該吸熱體的型式通常是在導熱性良好的金屬厚板中挖掘凹槽，或 於一内凹形金屬板内設置不同型式的隔板及一與其密封的蓋板使冷卻 液流通於其中’藉由液冷散熱裝置的吸熱體貼服於電子發熱元件(如 CPU)的發熱面而將熱量移出，以維持該電子發熱元件在安全運作的溫 度範圍下正常運作。 吸熱體在液冷散熱裝置的整體移熱效能中具有關鍵性的把關地 位’因為如果無法藉由吸熱體將發熱源的熱量移出，則即使有功能再 強的散熱裝置，亦無法發揮散熱冷卻的效果，而吸熱體移熱性能的優 劣直接與冷卻液通道的設計有密切的關係。 第十圖係展示一種習知吸熱體冷卻液通道1之示意圖，其為一平 1262761 滑槽壁的直通式單一(one way)迴流通道，該通道丨是由一内凹形金屬 板内沒置的隔板形成。針―圖係展示種吸熱體冷卻液通道2之 不意圖，其亦為一平滑槽壁的直通式單一迴流通道，該通道2建構於 一金屬厚板中的凹槽。散熱裝置工作時，通常將低溫冷卻液先通過設 於吸熱板中央的入口，該入口對應於發熱元件的最熱區，以發揮最佳 的冷卻效果。 為獲得改進的冷卻效果，發明人經過潛心研究發現，上述冷卻液 通道有以下待改進之處： (1) 流阻大一由於冷卻液只能沿一條通道吸熱以致壓降大，故需較大 的驅動馬力來推動相同流量的冷卻液。 (2) 熱阻大一由於冷卻液只能沿一條通道吸熱以致不斷使冷卻液積 熱升溫，故沿通道的延伸方向熱傳效果越來越差。 (3) 熱傳不均勻一由於冷卻液沿通道不斷積熱，以致冷卻液流經吸熱 板上任何一區域的熱傳效果均不同，亦即吸熱板各區域的熱傳不均 勻，故降低整體移熱效能。 (4) 紊流效果差一由於通道均勻，且為平滑槽壁致紊流效果差。 ⑸移熱方式浪費—由於通常電子發熱元件(如cpu)的中央為最熱區 並沿其周圍逐漸降低，致全裎以單一高流速的移熱方式十分浪費驅動 馬力’使吸熱板的整體移熱效能難以充分發揮。 【發明内容】 經過潛心研究，本發明人研發出一種具有改進冷卻效果的液冷散 1262761 熱裝置。 根據該液冷散熱裝置之一個實施例，其包括一吸熱體、一散熱體 及一用於驅動冷卻液在吸熱體與散熱體之間循環的冷卻液驅動裝置， 該吸熱體於其内部設有一冷卻液通道。該冷卻液通道包括複數自該吸 熱月豆中央向吸熱體外圍排佈之複數流道，兩相鄰流道連通，且對於該 兩相鄰流道，靠近吸熱體中央之流道設置至少兩條通往遠離吸熱體中

央之流這之支路，可供冷卻液沿所述至少兩條支路流動至遠離吸熱體 中央之流道。 。亥液q政熱裝置中，由於冷部液自吸熱體中央向吸熱體外圍擴 展，且每一流道的複數支路的分流效果，使得每一流道上的冷卻液迅 速擴散且流過各支路的職長度縮小，以朗過健_壓降較低， 而且冷卻液沿流道的積熱升溫效應降低，因此該吸熱體流阻低，熱阻 小’從而有效提昇冷卻效果。 【實施方式】 以下以具體之實施例，對本發明揭示之各形態内容加以詳細說明。 如第-圖所示’係，液冷散熱裝置之第_實施例之示意圖。該液 冷散熱裝置包括-吸熱體5、-散熱體7及_冷卻液驅動裝置9，該冷 卻液驅動裝置9 其_於鶴冷卻液在吸熱體5及散熱 體7之間循環。該吸熱體5包括密封結合之上蓋體5丨及下蓋體52。該 上蓋體51於中央部位設置-入液管5U)，於側邊位置設置—出液管 512。邊下盘板52 S對上盖板51 —側挖掘凹槽形成一冷卻液通道分 1262761 (如第二圖所示）。 如第二圖所示，該冷卻液通道54包括數個環繞於發熱元件發熱中 心的第一同心圓流道54a、第二同心圓流道54b及第三同心圓流道 54c，並藉由數支徑向連接通道542將兩相鄰的同心圓流道導通。該等 連接通道542將每一同心圓流道分成數支供冷卻液流動的支路，比如， 在第二圖中，箭頭方向表示可能的冷卻液流動方向，第一同心圓流道 54a中的冷卻液從數支不同的支路分流至第二同心圓流道54b，同樣第 二同心圓流道54b中的冷卻液經數支不同的支路分流至第三同心圓流 道54c。該冷卻液通道54具有一與上蓋體51的入液管510對應的入液 口 544及一與上蓋體51的出液管512對應的出液口 546。 冷卻液於冷卻液通道54内的流動方式為：低溫的冷卻液由吸熱體 5中心部位的入液管510導入冷卻液通道54的入液口 544，並經一小 段流道後隨即進入第一同心圓流道54a，再由數個相隔某一角度的徑向 連接通道542導入下一較大的第二同心圓流道54b，又再由數個相隔某 一角度但與前述導入第二同心圓流道54b的徑向連接通道542互相交 錯的徑向連接通道542導入下一更大的第三同心圓流道54c，如此冷卻 液由中心向周圍的第一、第二、第三同心圓流道54a、54b、54c擴展， 並匯聚在出液口 546並經由出液管512離開吸熱體5，將熱量移出。 上述實施例中的冷卻液通道54的優點如下： (1) 流阻低一由於冷卻液同時沿多條徑向連接通道542向外擴 展，且每一同心圓流道54a、54b、54c中各支路的分流效果，使得每一 1262761 流運上的冷卻液迅速擴散且流過各支路的路徑長度縮小，以致通過吸 .’·、收5的壓降他，故π需較小的驅動馬力即可轉大於單—通道的 冷卻液流量。 (2) 熱阻小一由於冷卻液沿多條徑向連接通道542自吸熱體5中 央‘向吸熱體5外圍的方向擴展吸熱，以及在每―同心圓流道地、 54b 54c中的分流效果，迅速吸熱並帶走熱能，以致冷卻液沿流道的 積熱升溫效應降低，故冷卻效果佳。 (3) 熱傳均勻一由於冷卻液同時沿同心圓流道54a、54b、54c多 個不π方向吸熱’且與其鄰近的同心圓流道、$物、ye交錯，致使 吸熱體5上所涵盍各區域的熱傳效果均勻，故可提昇整體移熱效能。 (4) 紊流效果佳一由於冷卻液在各同心圓流道54a、54b、54c中 不斷朝多個不同徑向連接通道交錯分流，所造成的高紊流效應增強熱 傳效果。 (5) 高效移熱方式一配合最低溫冷卻液以最高流速進入吸熱體5 的中央入口來冷卻發熱元件的中央最熱區，並以其周圍逐漸增溫及減 速的冷卻液來冷卻發熱元件周邊低發熱區的移熱方式，符合精減驅動 馬力與提昇流體熱傳的經濟效益，故能充分發揮吸熱體的整體移熱效 能。 由於至少上述五個方面的改進，使得該液冷散熱裝置的冷卻效果 得到有效提昇。 10 1262761 上述實施例中設有三個同心圓流道54a、54b、54c，兩相鄰同心圓 流道之間設有徑向連接通道542，根據實際需要，可以設置其他數目之 同心圓流道及徑向流道，此將參照第三圖至第五圖來介紹。 請麥考第三圖，為液冷散熱裝置之吸熱體之冷卻液通道第二實施 例之示意圖。冷卻液通道自内向外分別設有第一、第二、第三同心圚 流道254a、254b、254c，兩相鄰同心圓流道之間藉由徑向連接通道2542 導通。其中，第一同心圓流道254a與第二同心圓流道254b之間設置 兩個徑向連接通道2542，而第二同心圓流道254b與第三同心圓流道 254c之間設置四個徑向流道2542。 請參閱第四圖，為液冷散熱裝置之吸熱體之冷卻液通道第三實施 例之示意圖。該冷卻液通道是藉由在一凹形金屬板352中設置的環形 隔板358合圍形成。該冷卻液通道包括自内向外形成的第一、第二、 苐二同心圓流道354a、354b、354c。兩相鄰同心圓流道藉由連接通道 3542導通。本實施例中，由於隔板358並非完全封閉，而留一缺口， 從而形成連接通道3542。 請參閱第五圖，為液冷散熱裝置之吸熱體之冷卻液通道第四實施 例之示意圖。該冷卻液通道是藉由在凹形金屬板452中設置的環形隔 板458合圍形成，與第三實施例不同的是，隔板458設有兩個缺口， 即形成兩個連接通道4542，該兩缺口將對應的環形隔板458分成兩個 半圓，而兩相鄰隔板458的缺口呈交錯設置，即在徑向上錯開。 上述實施例中由金屬板中心向周圍擴展的流道呈同心圓設置，其 1262761 亦可設置成其他形狀，如矩形。第六圖至第八圖展示了三種不同的矩 形流道。 請參閱第六圖，為液冷散熱裝置之吸熱體之冷卻液通道第五實施 例之示意圖。該冷卻液通道是在金屬板中挖掘凹槽形成，包括自金屬 板中心向周圍擴展的三個流道554a、554b、554C，與第一實施方式不 同的是，該三個流道554a、554b、554c呈矩形。 請參閱第七圖，為液冷散熱裝置之吸熱體之冷卻液通道第六實施 例之示意圖。該冷卻液通道是藉由在凹形金屬板652中設置的矩形隔 板658合圍形成’包括自金屬板652 _心向周圍擴展的三個矩形流道 654a、654b、654c。矩形隔板658於其一直線邊設一缺口，作為連接 通道6542，將兩相鄰的矩形流道導通。 請芩閱第八圖，為液冷散熱裝置之吸熱體之冷卻液通道第七實施 例之示意圖。該冷卻液通道是藉由在凹形金屬板752中設置的矩形隔 板758合圍形成，包括自金屬板752中心向周圍擴展的三個矩形流道 754a、754b、754c。每一矩形隔板758於其相對二轉角位置設置一對 缺口，作為連接通道7542將兩相鄰的矩形流道導通。兩相鄰的矩形隔 板758的缺口相互錯開設置。 上述各貫施方式中，冷卻液通道壁面為光滑面。請參閱第九圖， 冷卻液通道854壁面凹凸不平，可增強紊流效應。 以上介紹的由上蓋體及下蓋體密封結合形成吸熱體的實施例中， 流道設於下蓋體上。該等流道亦可以設置於上蓋體上，或者兩者對應 12 1262761 各設一部y，當上下兩蓋體結合時形成一完整冷卻液通道。 以上貝％例中，是以在金屬板上挖掘溝槽或者藉由隔板合圍等方 式形成對應的冷卻液通道，該兩種方式可根據實際情況加以應用。惟 需要聲明，申請人並未排除其他形成冷卻液通道的方式。 綜上所述，本發明符合發明專利要件，差依法提出”，盼早日 准予專利。 ^ 【圖式簡單說明】 第一圖係液冷散熱裝置之構造示意圖； 第二圖係冷卻液通道第一實施例之示意圖； 第二圖係冷卻液通道第二實施例之示意圖； 第四圖係冷卻液通道第三實施例之示意圖； 第五圖係冷卻液通道第四實施例之示意圖； 第六圖係冷卻液通道第五實施例之示意圖； • 第七圖係冷卻液通道第六實施例之示意圖； 第八圖係冷卻液通道第七實施例之示意圖； 第九圖係冷卻液通道第八實施例之示意圖； 第十圖係一種習知的冷卻液通道之示意圖； • 第十一圖係另一種習知的冷卻液通道之示意圖。 【主要元件符號說明】 吸熱體 5 上蓋體 1 入液管 510 出液管 512 1262761 下蓋體 52 入液口 544 出液口 546 冷卻液通道 卜2 、54 第一冷卻液流道 54a、 * 254a 、354a、 454a、 554a、 654a、 754a 第二冷卻液流道 54b 、254b 、354b 、 454b 、554b 、654b > 7541 第三冷卻液流道 54c、 * 254c 、354c 、 454c、 554c、 654c、 754c 連接通道 542 、2542 、3542 、 4542 、6542 、7542 凹形金屬板 352， 、452、 652、752 隔板 358 、458、 658、758 冷卻液驅動裝置 7 散熱體 9

Claims (1)

1262761 十、申請專利範圍： L種液冷散熱叙置，包括一吸熱體、一散熱體及一用於驅動冷卻液 在吸熱體與散熱體之間循環的冷卻液驅動裝置，該吸熱體於其内部 α又有一冷卻液通道，其特徵在於：該冷卻液通道包括自該吸熱體中 央向吸熱體外圍排佈之複數流道，兩相鄰流道連通，且對於該兩相 郇流道，罪近吸熱體中央之流道設置至少兩條通往遠離吸熱體中央 • 之流返之支路’可供冷卻液沿所述至少兩條支路流動至遠離吸熱體 中央之流道。 2.如申請專利範圍第1項所述之液冷散熱裝置，其中該等流道環繞該 吸熱體中央。 3·如申請專利範圍帛1項所述之液冷散熱裝置，其中任意兩相鄰流道 藉由至少一連接通這連通，該至少兩條支路形成於該等連接通道之 間。 鲁 4•如中請專利範圍第3項所述之液冷散熱裝置，其中該至少—連接通 道將該任意兩相鄰流道在所述自吸熱體中央指向吸熱體外圍的方向 連通。 5.如申清專利範圍第3項所述之液冷散熱裝置，其中在自吸熱體中央 指向吸熱體外圍的方向連續排佈有第一、第二、第三流道，連接第 -及第二流道的連接通道與連接第二及第三流道的連接通道相互錯 開。 6·如申請專利範圍第5項所述之液冷散熱裝置，其中連接第_及第二 15 1262761 流道的連接通道的數目少於連接第二及第三流道的連接通道的數 目0 7.如申請專利範圍第3頊所述之液冷散熱裝置，其中該等流道係以吸 熱體中央為中心的同心圓。 8·如申請專利範圍第7頊所述之液冷散熱裝置，其中該冷卻液通道設 有多個連接通道，該等連接通道將對應圓形流道在圓週上分成數個 等份。 9·如申請專利範圍第3頊所述之液冷散熱裝置，其中該等流道係呈矩 形。 10.如申請專利範圍第9項所述之液冷散熱裝置，其中該至少一連接通 道與矩形流道之轉角位置連通。 U.如申μ專利範圍第9項所述之液冷散熱裝置，其中該至少一連接通 道與矩形流道之直線部分連通。 I2·如申請專纖圍第3項所獻液冷散熱裝置，其巾鱗流道及連接 通這皆由金屬塊上挖掘凹槽而形成。 11如申專利賴第3柄述之液冷散熱裝置，其巾鱗流道係由隔 板合圍形成，該等隔板上設有細從而形成所述連接通道。 Η.如申請專·_丨項所述之液冷散崎置，其_流道之 至少一部分凹凸不平。 土 16