TWI280095B - Water-cooled air cooler - Google Patents

Description

1280095 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裝置，特別是指一 散熱裝置。 水冷式 【先前技術】 ^ 丹向響應速率之 電子元件的發展已儼然成為未來的主要發展趨勢

子元件不斷的微小化及處理速度的不端提昇下，使γ = 晶片之單位體積所能容納的電子元件數量亦 ：早 可大幅提高晶片之性能。其中最為大家所熟悉的：： 電腦中扮演核心角色的中央處理器，每隔—段時間便: 高頻高速之繼代產品推出。但巾央處判料作 ，：單位時_位體積所產生之熱量亦越高，再加上，、 目前許多應用上述高速高頻晶片所製造出之產品 縮小產品體積發展的趨勢，在空間縮小而單位體積血單位 時間所產生之熱量增加的情況下，電子元件之散熱降溫問 題亦同時成為眾所關切之課題。 由於高溫會直接影響電子元件之穩定性與壽命，且會 限制高頻高速電子元件的應用舆發展，因此高效率之散二 產品的開發需與高頻高速電子元件同步發展。目前最常見、 之方式便是直接在易產生高溫之電子元件上貼附具較高導 熱係數之導熱鰭片或架設散熱風扇，#由自然熱對流或產 生散熱氣流的方式進行散熱降溫，但上述僅利用氣流之流 動所達到的散熱效果差，已逐漸無法滿足更高頻高速之電 5 1280095 子元件之散熱需求。 【發明内容】 因此’本發明之目的’即在提供一種高散熱效率之水 冷式散熱裝置。 於是’本發明水冷式散熱裝置適用於搭配一發熱元件 使用，並包含一與該發熱元件組接之水冷座、分別組裝於 該水冷座上方的一散熱單元與一風扇，及一中空地形成於 該散熱單元中之流道單元。水冷座包括一與該發熱元件組 接之水平‘熱板，及一組裝於该導熱板頂面並與該導熱板 相配合界定出一容裝有冷卻液之容置空間的幫浦。該散熱 單元包括多數一下一上地依序往上疊接於該幫浦頂面之第 一散熱板與第二散熱板。該一風扇是可產生流經該等散熱 板之氣流地組裝於該幫浦頂端。該中空流道單元是彎折地 形成於該等散熱板中，且兩相反端開口是分別與該容置空 間連通而分別用以供冷卻液注入與排出該容置空間。 【實施方式】 、有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 、下配口苓考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 811〜3所7f，本發明水冷式散熱裝置之較佳實施例 二二：搭配一發熱元件（圖未示）使用，i包含一用以和 二二件組接之中空水冷座3、—組裝於該水冷座3頂端 ^熱早％ 4、—被該散熱單元4環繞地組裝於該水冷座3 了端之風扇5’及—中空地彎折形成於該散熱單元4中之流 6 1280095 道單元6。且該水冷座3與該流道單元6中皆填充有可流動 之冷卻液（圖未示）。 如圖2、4所示，該水冷座3包括一用以貼附固定於發 熱元件表面之水平圓板狀導熱板31、一突設於該導熱板31 頂面之導熱鰭片32，及一組裝於該導熱板31頂面之幫浦 33。該導熱板31是由具高導熱係數之材料製成，且具有一 水平基板部311，及一突設於該基板部311底面並與發熱元

件組接之組接板部312。該導熱鰭片32是突設於該基板部 311頂面並由高導熱係數之材料製成。該幫浦33包括一開 口朝下地組裝於該基板部311頂面並罩蓋該導熱鰭片32之 蓋體狀幫浦主體331，及間隔突設於幫浦主體331外周面的 一中空排水管332與一中空注水管333。且該幫浦主體331 與4基板部311相配合界定出一用以容裝冷卻液之容置空間 30 〇 該散熱單元4是組裝於幫浦主體331頂面，並呈外徑 較該幫浦主體331大之直立環柱狀，且是由具高導熱係數 之材料製成。該散熱單$ 4包括多數-下-上依序往上對 ?疊接之水平第一散熱板41與水平第二散熱板42、一對稱 疊接於最下方之第-散熱板41底面與該幫浦主體331頂面 間的第三散熱板43〜對稱疊接於最上方之第二散熱板42 頂面的第四散熱板44 ’及多數分別組裝於該等散埶板 41〜44相向面間之散熱鰭片45。 .、'、板 散熱板41與第二散熱板42 一散熱板41具有二上下對 如圖2、5所示，該等第_ 之結構是呈上下對稱狀。每—第 7 1280095 稱組接之環板狀第-板體4n、人上下對稱地分別突設於該 等第一板體411相背面之圓柱狀第一抵接凸柱412，及二上 下對稱地突設於該㈣-板體411相㈣之_柱狀第__匯 流凸柱413。而每一第二散熱板42則對稱具有二上下對接 之環板狀第二板體421、八分別與該等第—抵接凸柱412上 下對稱之第二抵接凸柱422’及二分別與該等第—匯流凸柱 413上下對稱之第二匯流凸柱423。 該等第-與第二抵接凸柱412、422是分別沿所對應第 一板體4U與第二板體421内周緣地間隔對稱分佈，並定義 出沿該等板體4U、421内周緣依順時針方向對稱間隔分佈 ’且分別貫穿該等上、下對稱之第—與第二抵接凸柱412、 422的-參考線1()1、—參考線1()2、_參考線⑻及一 參考線104。該等第—與第二匯流凸柱413、423則是分別 凸設於該等板體411、421介於相鄰之參考線1gi與參考線 104間的部位’且定義出一上下延伸地貫穿該等匯流凸柱 413、423之參考線105。 e亥第二散熱板43與第四散熱板44之相向側結構是呈 上：對稱：：其中’該第三散熱板43具有二上下對稱固接 之裱板狀第三板體431、四分別突設於較高之第三板體々η 頂面的圓柱狀第三抵接凸柱432,及-突設於較高之第三板 體431頂面的橢圓柱狀第三匯流凸柱433。該等第三抵:凸 柱432是分別分佈在該等參考線101〜104延伸方向上，而 該第二匯流凸柱433則是位於該參考線105延伸方向上。 該第四散熱板44則具有二上下對接之環板狀第四板體州 !28〇〇95 、四分別與該等第三抵接凸部432上下對稱地突設於較低 之第四板體441底面的第四抵接凸柱442，及—突設於較低 之第四板體441底面並與該第三匯流部433上下對稱之 四匯流凸柱443。 忒等散熱鰭片45是由高導熱係數材料製成，並上下往 覆彎折地固設於兩相鄰散熱板41~44相向面間，且分別位 =參考線101與102㈤、參考線1〇2與103間，及參考線 3與1()4間的區域’而分別在該等散熱板間形成多 數可供氣流流通之間隙。 該風扇5是組接於該幫浦33之幫浦主體331頂面，並 可產生流經該等散熱板41〜44與鮮散熱鰭片4

的氣流。 W 贫如圖3、6、7所示，該流道單元6是中空地形成於古亥 等散熱板41〜44巾並心供冷卻液絲， 下間 隔對稱且分別呈c字型之水平笛冑、“少嚴上下間 子1之水千弟一導流段61與水平第二導 =62、多數分別用以連通料上下相鄰之導流段ο、们 第銜接段63與直立第二銜接段64、—自最上方之 =^段61往下延伸之直立匯流段65，及多數分別位於 μ專導k段61、62上下側之擾流段66。 之兩=第一導流段61是分別形成於該等第-散熱板41 體：::一= 位於夂考绩！ 又61疋自所對應散熱板41、44 证力|考線1 〇丨的 置/〇项日情方向延伸經過參考線102 而延伸至參考線104的位置，並具有—位於參考線 9 1280095 104位置之第一排出端611 入端612 〇 及一位於參考線101位置之注 』又 則刀、別和該等第一導g 、下對稱地分別形成於該等對 & 寻對接之弟二板體421間，及形

成於第三板體431間，且每—第二導流段62具有-與第-導流段61之注人端612上下對稱的排出端621，及-與第 一導流段61之排出端611上下對稱的注入端622。且形成 於該等第三板體431間之第二導流段62的注入端似具有 $成於較低之第二板體43 i底面的朝外開口㈣。 該等第-銜接段63是分別自該等第—導流段61之排 出端6U往上延伸貫穿相鄰之兩抵接凸柱412、422,而分 別/、上方相部之第一導流段6 i的注入端622連通。該等第 ^銜接段64則是分別自該等第二導流段62之排出端621 往上延伸，並分別貫穿相鄰之第三抵接凸柱432與第一抵 接凸柱412、第二抵接凸柱422與第-抵接凸柱412，及第 二抵接凸柱422與第四抵接凸柱442 ,而分別與上方相鄰之 第一導流段61的注入端612連通。 咸匯流段65之橫截面是呈橢圓形狀，其頂端是與位於 最上方之第一導流段61之排出端611連通，並往下延伸貫 穿4專上、下抵接之匯流凸柱443、413、423、433，並具 有一形成於最下方之第三板體431底面的朝外開口 650。 該等擾流段66是分別形成該等位於參考線ι〇2、1〇3 延伸方向上之抵接凸柱412、422、432、442中，並分別與 所對應兩板體411、421、431、441間之導流段61、62連通 10 1280095 ’且截面高度皆較所對應導流段61、62高。 圖6 7所示，该水冷式散熱裝置組裝時，是將 該散熱單元4之該等散熱板41〜44、散熱縛片Μ與該風扇 5分別豐接固定於該幫浦33之幫浦主體331頂面，使最下 方之第三板體431組接覆蓋於該等水管332、333頂端，並 使形成於該第三板體431底面之匯流段65的開口㈣及第 二導流段62的開σ _，分別與該排水管说^口及应該

注水管333開口連通對接，而相配合構成-可供冷卻液流 動之封閉循環迴路。 田/ Κ冷式政熱裝置用以降低一發熱元件之溫度時， 疋直接將Uc冷座3之導熱板31的組接板部312貼附固定 於該發熱元件外表面，然後啟動幫浦主體331與風扇5。當 /幫浦主It 331開始作動後，便會不斷地將位於該容置空 間30内之冷部液，經由該排水f说往外擠壓排入相連通 之第二導流段62巾，同時將容裝於該匯流段65中之冷卻 液經由注水管333而吸入該容置空間30巾。該風扇5則會 不斷地，產生往外流經該散熱單元4的氣流。 因此，發熱兀件產生的熱量會直接經由該導熱板3丨而 傳導至容置空严曰’ 30内之導熱鰭片32，而間接使容置空間 30中之冷卻液溫度上升，當此高溫冷卻液被排至流道單元 6中時，會由下往上依序經由第二導流段62、第二銜接段 64、第一導流段61、第一銜接段63與第二導流段62的方 式流動，並在往上彎折流動的過程中，不斷地將熱量傳導 至散熱單兀4之該等散熱板41〜44中，而傳導至該等散熱 11 1280095 鰭片45，該等散熱板41〜44與散熱鰭片45則會將熱量以熱 對流的方式傳導至周遭空氣中，並藉由風扇5產生之.氣流 強制散除。所以排出容置空間3〇之冷卻液溫度會在流動過 程中逐漸降低，使得經由匯流段65再流入容置空間3〇中 之冷卻液溫度，會恆比原本位於容置空^ 3〇内之冷卻液低 過不斷地以較低溫之冷卻液將傳導至導熱鰭片32的熱 量帶走，便可快速地降低導熱32之溫度，進而可快速 降低發熱元件之溫度。 值得一提的是，當冷卻液於該等導流段61、62中循環 流動並流經空間突然變大之該等擾流段66時，冷卻液會在 該等擾流段66中產生擾流㈣作用，使得流人每—擾流段 66中之冷卻液的溫度混和均一後，再繼續往下一擾流段％ 流動，因而可將單位時間的散熱效率更為提升。 貫施時，該散熱單元4之第三與第四散熱板43、料並 非必要，可直接將位於最下方之第—散熱板41疊接於該幫 浦主體331上，並對應調整該流道單元6之結構設計，使 位於該第-散熱板42中之第一導流段61的注入端612與 排出管332開口連通對接，而該匯流段65頂端則是與最上 第導抓段62的排出端621連通，但實施時，該散熱 單凡4之外形’及該等散熱板41〜44之數量與組裝方式皆 不以上述型態為限，可依實際需要進行調配。 十另外"亥'瓜道單元6可不設置該等第二銜接段64，而 第衡接& 63數量僅為一，並由下往上延伸連通該等第一 導流段61之排出端611與該等第二導流段62的注入端622 12 1280095 ’使冷卻液可直接經由該等第—銜接段63快速地流至該等 下、、上間隔之導流段61、62,而於該匯流段65匯集流入該 幫浦主體331中。該等擾流段66並非必要，且該流道單元 6之結構亦可配合散熱單元4外型調整。 歸納上述，透過該水冷座3與散熱單元4之組接結構 設計，以及該流道單元6之分佈結構設計，可在該水冷座3 與散熱單it 4中形成-可供冷卻液循環流動之腎折封閉迴 路:可不斷地利用注人該容置空間3Q中之較低溫冷卻液將 傳導至導熱鰭# 32的熱量帶走，並於該散熱單元4之該等 散熱板41〜44與散熱鰭片45中散發至週遭環境。該風扇5 產生之氣流，則可更加速該等散熱板41〜44之熱量之強制 散除，而大幅提昇散熱效率，進而可快速降低發熱元件之 溫度。因此，確實可達到本發明之目的。 惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當 不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專 ㈣圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆 仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是本發明水冷式散熱裝置之一較佳實施例的立體 圖； 圖2是該較佳實施例之立體分解圖，· 圖3是該較佳實施例之一流道單元的結構示意圖，說 明冷卻液於流道單元中之流動方向； 圖4是該較佳實施例之一水冷座的側視圖； 13

1280095 圖5是該較佳實施例之一散熱單元的俯視圖； 圖6是圖5沿線VI-VI之側視剖面圖；及 圖7是圖5沿線W-ΥΠ之側視剖面圖。 14 1280095

【主要元件符號說明】 3 ....... ....水冷座 432.... …第二抵接凸柱 30 …·· ....容置空間 433.··· ...第二匯流凸柱 31 …·· 44 ····· ...第四散熱板 311···· ....基板部 441.··· …第四板體 312.... —組接板部 442.··· • ··第四抵接凸柱 32 ….· ....導熱鰭片 443.... …第四匯流凸柱 33 .··.· ....幫浦 45 .···. ...散熱鰭片 331.... •…幫浦主體 5....... …風扇 332···· ....排水管 6....... …流道單元 332.... ....注水管 61 …·· …第一導流段 4....... ....散熱單元 611 .... ...才非出端 41 ….· ....第一散熱板 612·… …注入端 411···· ....第一板體 62 .•… …第二導流段 412··.· —第一抵接凸柱 620···· ·.·開口 413···· _··.第一匯流凸柱 621···· ...出端 42 …·· .···第二散熱板 622···· …注入端 421···· ....第二板體 63 …·· …第一銜接段 422···· —第二抵接凸柱 64 "… …第二銜接段 423···· ….第二匯流凸柱 65 …·· ...匯流段 43 .•… ....第=散熱板 650···· ···開口 431.... •…第二板體 66 ….· ...擾流段 15

Claims (1)

1280095 十、申請專利範圍·· 種水冷式散熱裝置，適用於搭配一發熱元件使用，並 包含： 水冷座’包括一與該發熱元件組接之水平導熱板 ^ 、、且扁於該導熱板頂面並與該導熱板相配合界定出 谷置有冷卻液之容置空間的幫浦; 、放熱單元，包括多數一下一上地由下往上依序疊 接於4幫浦上方且分別呈中空環板狀之第一散熱板與第 一散熱板； 風扇’被該等散熱板環繞並可產生流經該等散熱 板之氣流地組裝於該幫浦頂端；及 、 一中空流道單元，彎折地形成於該等散熱板中且兩 相反端開口是分別與該容置空間連通，而與該容置空間 相配〇構成一用以供冷卻液流動之封閉循環迴路。 2·依據申請專利範圍第1項所述之水冷式散熱裝置，其中 ，每一第一散熱板具有二上下對稱接合之第一板體、多 數分別突設於該等第一板體相背面之第一抵接凸柱，及 二上:對稱地分別突設於該等第_板體相背面之匯流凸 柱，每一第二散熱板則具有二上下對接之第二板體、多 數分別突設於該等第：板體相f面且分別與相鄰第—散 熱板之該等第一抵接凸柱相向抵接的第二抵接凸柱，及 二分別突設於該等第二板體相背面且分別與相鄰之第一 匯流凸柱相向抵接的第二匯流凸柱。 3.依據申請專利範圍第2項所述之水冷式散熱裝置，其中 16 1280095 ，該流道單元包括多數上下對稱且分別形成於該等第一 板體間之c字型第一導流段、多數與該等第一導流段上 下對稱地分別形成於該等第二板體間的c字型第二導流 #又夕數刀別貝牙3亥等上下抵接之抵接凸柱而連通於相 鄰第-與第二導流段間的第_銜接段與第二銜接段，及 -自最上方之第-導流段往下延伸貫穿該等上下抵接之 匯流凸柱的匯流段’且最下方之第—導流段及該匯流段 底端是分別輿該容置空間連通而分別可用以供冷卻液排 出與注入該容置空間。 4.依據t請專利範圍第3項料之水冷式散熱裝置，其中 :每一第：導流段具有相反之一排出端與一注入端，且 取下方之第-導流段的注人端是與該容置空間連通，而 每-第二導流段具有分別與該第一導流段之排出端和注 入端上、下對稱的一注入端及一排出端，該等第一銜接 段便是分別自該等第-導流段之排出端往上延伸連通相

鄰的々第二導流段之注人端，該等第二銜接段則是分別自 該等第二導流段之排出端往上延伸連通相鄰之第一導流 段的注入端。 /；，' 5. 依據巾請專利範圍第4項所述之水冷式散熱$置，盆中 ，該等導流段的排出端與注人端是分別與其中兩對:下 抵接之第-與第二抵接凸柱上下對稱，該等銜接段是分 ，自所對應排出端往上延伸貫穿所對應之相抵接第—與 第一抵接凸柱而分別與所對應注入端連通。 6. 依據中請專利範圍第4項所述之水冷式散熱裝置，其中 17 1280095 ，該流道單元之匯流段是自最上方之第二導流段的排出 端往下延伸而以底端連通於該水冷座之容置空間。 7_依射請料範圍第3項所述之水冷式散㈣S置，其中 ，該流道單元更包括多數分別形成於該等抵接凸柱中且 分別與所對應該等板體間之導流段連通的擾流段。 8.依射請專利範圍第3項所述之水冷式散熱裝置，其令 ，該幫浦具有-開口朝下地組接覆蓋在該導熱板頂面並 與該導熱板相配合界定出該容置空間之幫浦主體，及分 別突設於該幫浦主體外周面並分別與最下方之第一板體 底面組接的一中空排水管與一中空注水管，該排水管之 兩相反端是分別和該容置空間及最下方之第_導流段的 注入端連通，而該注水f之兩相反端是分別 間及該匯流段底端連通。 〃 9.依射請專利範圍第！項所述之水冷式散熱裝置，其中 ，該水冷座更包括一組裝於該導品 空間中之導熱縛片。 導'、、、板頂面且位於該容置 i〇·依據申請專利範圍第i項所述之水冷式散熱裝置，里中 ，該散熱單元更包括多數分別組裝於兩相^ 分別位於該風扇產生之氣流方向上的散熱韓片月。‘'、、0 18