TWI670462B

TWI670462B - 水冷頭

Info

Publication number: TWI670462B
Application number: TW107127123A
Authority: TW
Inventors: 陳建安; 范牧樹; 陳建佑
Original assignee: 雙鴻科技股份有限公司
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2019-09-01
Also published as: TW201947178A; CN110440624A; TWI670461B; CN110440624B; TW201947177A; CN110444521A; CN110444521B

Abstract

本發明提供一種水冷頭，包括一殼體、一底座、一進水通道、一排水通道以及一泵浦。底座與殼體共同界定出一作用空間，作用空間可填充工作介質，而底座用以吸收熱能後將熱能傳遞至工作介質。進水通道連通該作用空間，讓冷卻後的工作介質流入該作用空間。排水通道連通該作用空間，供吸熱的工作介質排出該作用空間。泵浦安裝於殼體，泵浦包括一扇葉，扇葉設置於該作用空間內並鄰近排水通道，用以將工作介質引導至排水通道而排出作用空間。扇葉包括一底盤以及一鏤空部。

Description

水冷頭

本案係關於一種散熱裝置，尤其是一種水冷頭。

習知內建有泵浦的水冷頭，很少能夠僅依靠泵浦的扇葉就可帶動工作介質的流動，因此，為了確保工作介質可以穩定地進行單向的循環，就會在水冷頭的殼體或內部結構上形成有很多的導引結構來輔助泵浦的扇葉，例如美國專利公告號8245764所揭露的水冷頭設計，就利用葉輪蓋(impeller cover)、中間件(intermediate member)以及連接的通道(passages)等導引結構，來將水冷頭內分隔成兩個完全獨立的腔室，來確保工作介質可以單向地循環。不過，過多的導引結構往往會增加水冷頭的結構複雜度，並壓縮到水冷頭內部的空間而無法降低水冷頭整體的高度，而且也增加了生產與製作的成本。因此，若是能夠簡化水冷頭的組成，讓泵浦的扇葉可以僅依靠本身的結構就能導引工作介質進行單向的循環，將會更符合業界的需求。

針對傳統水冷頭的缺失，本案提出一種改良式的水冷頭，利用扇葉的結構來吸引並引導作用空間內的工作介質的流動，因而能簡化水冷頭內部的結構，讓水冷頭得已縮小體積，同時還能夠提升散熱的效能。

於一實施例中，底盤將作用空間劃分為一吸熱空間與一排水空間，吸熱空間與排水空間內的工作介質則藉由鏤空部而進行液體耦合(fluidly coupling)。

於一實施例中，扇葉更包括一頂壁，頂壁與底盤間隔設置，底盤與頂壁之間，連接有複數個隔間牆，藉此將排水空間區隔出複數個排水腔室。

於一實施例中，自鏤空部向上傳遞的工作介質，碰觸到頂壁後，會轉向後往排水腔室移動。

於一實施例中，扇葉更包括一凸台，自鏤空部與底盤的交界處向吸熱空間的方向延伸而出，用以讓工作介質從吸熱空間集中往排水空間移動。

於一實施例中，凸台的內側表面上形成有一加壓結構。

於一實施例中，加壓結構可選自一螺旋狀結構或是一渦輪結構。

於一實施例中，底盤具有一擾流結構，自底盤下表面往底座方向延伸而出。

於一實施例中，擾流結構為一離心式葉片結構。

於一實施例中，扇葉具有一軸套，軸套可套設在一軸棒上，讓扇葉沿軸棒而轉動。

於一實施例中，軸棒係安裝在一固定件上，固定件安裝於底座上。

於一實施例中，軸套與底盤係藉由複數個肋而連接在一起。

於一實施例中，在作用空間內，軸套的表面形成有一加壓結構。

於一實施例中，加壓結構可選自一螺旋狀結構或一渦輪結構。

於一實施例中，鏤空部之配置係鄰近軸套。

於一實施例中，底座之外側具有一吸熱底面，可與一發熱源接觸而吸收熱能，底座之內側設置有一傳熱結構，可將熱能傳遞至工作介質。

於一實施例中，進水通道鄰近傳熱結構，冷卻後的工作介質會經過傳熱結構而吸收熱能。

於一實施例中，水冷頭可連接一熱交換裝置，將自排水通道排出工作介質予以降溫，並經由進水通道而流入作用空間。

本發明提供一種水冷頭，包括一作用空間以及一扇葉。作用空間包括一吸熱空間與一排水空間，作用空間內可填充一工作介質。扇葉設置在作用空間，扇葉包括一底盤以及一鏤空部，底盤將作用空間劃分為吸熱空間與排水空間，吸熱空間與排水空間內的工作介質可藉由鏤空部而進行液體耦合。

於一實施例中，更包括一進水通道與一排水通道，進水通道連通吸熱空間，排水通道連通排水空間。

於一實施例中，扇葉更包括一頂壁，頂壁與底盤間隔設置，底盤與頂壁之間，連接有複數個隔間牆，藉此將排水空間區隔出複數個排水腔室，而自鏤空部向上傳遞的工作介質，碰觸到頂壁後，會轉向後往排水腔室移動。

於一實施例中，凸台的內側表面上形成有一加壓結構。

於一實施例中，扇葉具有一軸套，軸套可套設在一軸棒上，讓扇葉沿軸棒而轉動，而鏤空部之配置係鄰近軸套。

於一實施例中，擾流結構為一離心式葉片結構。

1‧‧‧水冷頭

2‧‧‧殼體

2a‧‧‧剖面線

21‧‧‧進水通道

22‧‧‧排水通道

23‧‧‧進水接頭

24‧‧‧排水接頭

3‧‧‧底座

31‧‧‧吸熱底面

32‧‧‧傳熱結構

32A‧‧‧前端

32B‧‧‧後端

4‧‧‧泵浦

41‧‧‧電路板

42‧‧‧第一磁性元件

43‧‧‧第二磁性元件

44‧‧‧扇葉

441‧‧‧頂壁

442‧‧‧底盤

443‧‧‧隔間牆

444‧‧‧軸套

4441‧‧‧加壓結構

445‧‧‧排水腔室

446‧‧‧鏤空部

447‧‧‧凸台

4471‧‧‧加壓結構

448‧‧‧擾流結構

449‧‧‧肋

5‧‧‧作用空間

51‧‧‧吸熱空間

52‧‧‧排水空間

6‧‧‧軸棒

7‧‧‧固定件

圖1A係本發明一實施例所提供之水冷頭的立體圖。

圖1B係本發明一實施例所提供之水冷頭於另一視角的立體圖。

圖2係圖1A中沿2a-2a剖面線所得到關於水冷頭的一剖面圖。

圖3係圖2的部分放大示意圖。

圖4A係本發明一實施例所提供之水冷頭，其內部關於扇葉、軸棒、固定件以及底座的立體圖。

圖4B係本發明所提供之水冷頭內，其內部關於扇葉、軸棒、固定件以及底座的立體爆炸圖。

圖5係顯示本發明所提供之水冷頭，其內部的工作介質從進水通道、經傳熱結構而吸入扇葉的側面示意圖。

圖6係顯示本發明所提供之水冷頭，其內部的工作介質從進水通道、經傳熱結構而吸入扇葉時的上視圖。

圖7係顯示本發明所提供之水冷頭，其內部的工作介質從傳熱結構經扇葉而排出至排水通道的側面示意圖。

圖8A至圖8D係不同視角顯示扇葉的立體圖。

圖9A與9B係顯示扇葉的立體圖與部分剖面圖。

圖9C係顯示扇葉的軸套於表面形成有螺旋狀加壓結構的立體圖。

圖9D係顯示扇葉的凸台於內側表面形成有螺旋狀加壓結構的立體圖。

本發明提供一種內建有泵浦的水冷頭。請同時參照圖1A、圖1B、圖2與圖3。水冷頭1包括一殼體2、一底座3以及一泵浦4。當殼體2跟底座3藉由鎖固或其他固定手段結合在一起後，殼體2與底座3就可共同界定出一可供工作介質流動的作用空間5，讓使用者或是製造廠商之後在此作用空間5內填充工作介質而讓水冷頭1發揮散熱的功能。殼體2包括有一進水通道21以及一排水通道22，進水通道21係連通作用空間5，用以讓冷卻後的工作介質流入作用空間5內，而排水通道22也同樣與作用空間5連通，用以讓吸熱的工作介質排出作用空間5。此外，進水通道21與排水通道22，可分別再向外延伸或是裝設有一進水接頭23與一排水接頭24，進水接頭23與排水接頭24可垂直設置或是水平設置，只要能與其他散熱裝置例如水冷排或是管路做連接即可。

底座3，外側具有一吸熱底面31，內側則設置或是形成有一傳熱結構32，當吸熱底面31與發熱源接觸後，會吸收其熱能並傳遞至傳熱結構32，傳熱結構32則會透過與工作介質(圖中未示)的接觸而將熱能傳遞至工作介質。底座3的傳熱結構32，可選擇切削式鰭片(skivedfin)，或是其他柱狀、片狀、甚至於是不規則的形狀的鰭片，只要能夠增加與工作介質接觸的面積，就可讓熱能更快傳遞至工作介質。而當殼體2跟底座3藉由鎖固或其他固定手段結合在一起後，就可界定出一可供工作介質流動的作用空間5。

請參考圖2與圖3，設置於水冷頭1內的泵浦4，係安裝在殼體2，其包含有一電路板41、一第一磁性元件42、一第二磁性元件43以及一扇葉44，其中，電路板41以及第一磁性元件42設置在殼體2的外部，第二磁性元件43則與扇葉44結合在一起，設置在殼體2的內部，位在作用空間5裡。第一磁性元件42可選自矽鋼片或是磁鐵，第二磁性元件43可選自一磁鐵。而在電路板41、第一磁性元件42以及第二磁性元件43的共同作用下，扇葉44即可被驅動而引導工作介質的移動。此外，水冷頭1也可包含有一軸棒6以及一固定件7用來安裝該軸棒6，讓扇葉44得以套設於軸棒6上，以該軸棒6為旋轉中心而轉動，同時藉由固定件7的輔助，讓扇葉不會產生偏移或脫離的情況。此外，固定件7在水冷頭1組裝完後則安裝在底座3上，例如緊靠著傳熱結構32或是與傳熱結構32卡合在一起。

請同時參考圖2、圖3、圖4A、圖4B、圖5、圖6、圖7以及圖8A-8D，其中圖3係圖2的部分放大示意圖，而圖4A與4B所示的立體圖與立體爆炸圖，則特別顯示出水冷頭1內部的扇葉44、軸棒6、固定件7以及底座3這些元件之間相對的結構關係。如前所述，水冷頭1內的扇葉44，可藉由軸棒6以及固定件7而穩固地轉動，但除此之外，本發明所提供的扇葉44本身，更肩負著讓工作介質得以從進水通道21進入作用空間5並吸收熱能後，順利往排水通道22排出的導引功能。

為了達成上述的功能，本發明所提供的扇葉44係設置在作用空間5內並鄰近排水通道22，用以將工作介質快速引導至排水通道22後排出作用空間5。扇葉44主要包括一底盤442以及一鏤空部446，底盤442用以將作用空間5劃分為一吸熱空間51與一排水空間52，吸熱空間51與排水空間52內的工作介質則可藉由鏤空部446來進行液體的耦合(fluidly coupling)，也就是讓工作介質得以從吸熱空間51流至排水空間52。

此外，扇葉44包括有一頂壁441，頂壁441與底盤442係間隔設置，兩者之間連接有複數個隔間牆443，引此能夠將排水空間區隔出複數個排水腔室445。此外，當工作介質從吸熱空間51向上傳遞經由鏤空部446而進入排水空間的過程中，工作介質會碰觸到頂壁441後，轉向往排水腔室445移動，也就是說，頂壁441在本實施例中，具有一個可以改變流向的導引機制。

請參考圖4A、圖4B、圖8D，扇葉44具有一軸套444，利用此軸套444而套設在軸棒6上，如此就可讓扇葉44沿軸棒6而轉動。此外，軸套444與底盤442之間，可藉由複數個肋449而連接在一起，除增加結構的強度之外，肋449也可與底盤442、隔間牆443跟頂壁441而共同界定出複數個排水腔室445。

請參考圖3、圖5、圖8D與圖9B，在本實施例中，扇葉44的鏤空部446，其配置係鄰近軸套444，或是環繞軸套444而設置，如此一來，工作介質就得以集中地從吸熱空間51穿過鏤空部446而被向上吸引至排水空間52。

當扇葉44開始轉動後，工作介質會從吸熱空間51被吸引至排水空間52內的排水腔室445，並且當各排水腔室445被轉動而經過排水通道22時，工作介質會因為離心力的關係而被甩入排水通道並排出水冷頭1。

此外，在本發明中，扇葉44的頂壁441與底盤442係與軸棒6呈90度角的垂直設置，不過，在其他實施例中，頂壁441與底盤442也可與軸棒6呈非垂直的設置，或是螺旋狀的設置，其同樣也可將工作介質吸入排水腔室445內。

請參考圖3、圖5與圖7，本實施例也可在扇葉44的底盤442與鏤空部446交界處，向吸熱空間51(或是面向底座3)的方向延伸出一凸台447(一圈凸出部)，導引工作介質從底盤442的鏤空部442A而向上被吸入排水腔室445內，也就是讓工作介質得以更集中地從吸熱空間51往排水空間52移動。

請參考圖4A、圖4B與圖6，當工作介質通過傳熱結構32但並未被扇葉44所吸入時，本發明也提供一導流設計，將傳熱結構32的後端32B，設計成圓弧型的排列，以利工作介質沿該圓弧型的通道而再回流到扇葉44的下方，並被底盤442的鏤空部446向上吸入。

請參考圖4A、圖4B、圖5至圖7，其係從不同視角與剖面來說明本案所提供內建有泵浦的水冷頭是如何導引工作介質的流向。首先參考圖5，當工作介質從進水通道21進入作用空間5後，會流經傳熱結構32並吸收其熱能，之後會被扇葉44底盤442的鏤空部442A所吸引而向上傳遞至頂壁441與底盤442之間的排水腔室445。而由圖6所示的上視圖，可以看見工作介質從進水通道21進入後，會從傳熱結構32的前端32A往傳熱結構32的後端32B前進，並從扇葉44的鏤空部446下方被吸入排水空間52的排水腔室445。而當排水腔室445被轉動一角度而接觸到排水通道22時，工作介質會順勢被排出(或甩出)，而由圖7所示的側視圖，更可觀察到位在排水腔室445的工作介質是如何往排水通道22的方向被排出的情形。

請參考圖6，在本發明中，為了考量進水接頭23與排水接頭24的排列方向，同時也讓工作介質盡可能地吸收熱能，因此傳熱結構32與扇葉44並非是共軸的配置，而是採用偏心的配置，以得到更佳的傳熱效率。

請參考圖8B與8D，本實施例所提供的水冷頭1，可在底盤442下表面也就是面對吸熱空間51的方向，向下延伸出一擾流結構448，這個擾流結構可以是如圖8B與圖8D所示，為一離心式的葉片結構，但並不以此種結構為限，也可採用其他的擾流結構。

請參考圖9A與9B，其係對應顯示出本發明一實施例所提供的扇葉的立體圖與部分剖面立體圖，藉此可以看出工作介質要如何從扇葉44的鏤空部446被吸入，碰觸到頂壁441而轉向後，往排水腔室445移動的結構。而在上述實施例中，位在作用空間5內的軸套444，其表面並未有任何的結構，但在本發明的其他實施例中，也可如圖9C所示，在軸套444的表面上形成有一加壓結構例如是螺旋狀結構4441或是渦輪結構(圖中未示)，讓扇葉44下方的工作介質得以往上且旋轉地被吸入排水腔室445之中，提升扇葉44的吸水能力。

請同時參考圖8B與9D，其對應顯示本發明不同實施例所提供的扇葉的立體圖，在圖8D所顯示的扇葉結構中，凸台447的內側表面為平整表面，沒有形成其他的結構，但在本發明之其他實施例中，可如圖9D所示，在凸台447的內側(面對軸套之該側)表面上形成有一加壓結構例如是螺旋狀結構4471或是渦輪結構(圖中未示)，讓扇葉44下方的工作介質得以往上且旋轉地被吸入排水腔室445之中，提升扇葉44的吸水能力。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。

Claims

一種水冷頭，包括：一殼體；一底座，與該殼體共同界定出一作用空間，該作用空間可填充工作介質，而該底座用以吸收熱能後將熱能傳遞至該工作介質；一進水通道，連通該作用空間，讓冷卻後的工作介質流入該作用空間；一排水通道，連通該作用空間，供吸熱的工作介質排出該作用空間；一泵浦，安裝於該殼體，該泵浦包括一扇葉，該扇葉設置於該作用空間內並鄰近該排水通道，用以將工作介質引導至該排水通道而排出該作用空間，該扇葉包括一底盤以及一鏤空部，該底盤將該作用空間劃分為一吸熱空間與一排水空間，該吸熱空間與該排水空間內的工作介質則藉由該鏤空部而進行液體耦合；以及一軸棒，該軸棒係從該排水空間延伸至該吸熱空間，該扇葉套設於該軸棒上，且該扇葉沿該軸棒而轉動。
如請求項1之水冷頭，其中該扇葉更包括一頂壁，該頂壁與該底盤間隔設置，該底盤與該頂壁之間，連接有複數個隔間牆，藉此將排水空間區隔出複數個排水腔室。
如請求項2之水冷頭，其自鏤空部向上傳遞的工作介質，碰觸到該頂壁後，會轉向後往該排水腔室移動。
如請求項1之水冷頭，其中該扇葉更包括一凸台，自該鏤空部與該底盤的交界處向該吸熱空間的方向延伸而出，用以讓工作介質從該吸熱空間集中往該排水空間移動。
如請求項4之水冷頭，其中該凸台的內側表面上形成有一加壓結構。
如請求項5之水冷頭，其中該加壓結構可選自一螺旋狀結構或是一渦輪結構。
如請求項1之水冷頭，其中該底盤具有一擾流結構，自底盤下表面往底座方向延伸而出。
如請求項8之水冷頭，其中該擾流結構為一離心式葉片結構。
如請求項1之水冷頭，其中該扇葉具有一軸套，該軸套套設在該軸棒上。
如請求項9之水冷頭，其中該軸棒係安裝在一固定件上，該固定件安裝於該底座上。
如請求項9之水冷頭，其中該軸套與該底盤係藉由複數個肋而連接在一起。
如請求項9之水冷頭，其中在該作用空間內，該軸套的表面形成有一加壓結構。
如請求項12之水冷頭，該加壓結構可選自一螺旋狀結構或一渦輪結構。
如請求項9之水冷頭，其中該鏤空部之配置係鄰近該軸套。
如請求項1之水冷頭，該底座之外側具有一吸熱底面，可與一發熱源接觸而吸收熱能，該底座之內側設置有一傳熱結構，可將熱能傳遞至工作介質。
如請求項15之水冷頭，該進水通道鄰近該傳熱結構，冷卻後的工作介質會經過該傳熱結構而吸收熱能。
如請求項1之水冷頭，可連接一熱交換裝置，將自該排水通道排出工作介質予以降溫，並經由該進水通道而流入該作用空間。
一種水冷頭，包括：一作用空間，該作用空間包括一吸熱空間與一排水空間，該作用空間內可填充一工作介質；一扇葉，設置在該作用空間，該扇葉包括一底盤以及一鏤空部，該底盤將該作用空間劃分為該吸熱空間與該排水空間，該吸熱空間與該排水空間內的工作介質可藉由該鏤空部而進行液體耦合；以及一軸棒，該軸棒係從該排水空間延伸至該吸熱空間，該扇葉套設於該軸棒上，且該扇葉沿該軸棒而轉動。
如請求項18之水冷頭，更包括一進水通道與一排水通道，該進水通道連通該吸熱空間，該排水通道連通該排水空間。
如請求項18之水冷頭，其中該扇葉更包括一頂壁，該頂壁與該底盤間隔設置，該底盤與該頂壁之間，連接有複數個隔間牆，藉此將該排水空間區隔出複數個排水腔室，而自鏤空部向上傳遞的工作介質，碰觸到該頂壁後，會轉向後往該排水腔室移動。
如請求項18之水冷頭，該扇葉更包括一凸台，自該鏤空部與該底盤的交界處向該吸熱空間的方向延伸而出，用以讓工作介質從該吸熱空間集中往該排水空間移動。
如請求項21之水冷頭，其中該凸台的內側表面上形成有一加壓結構。
如請求項22之水冷頭，其中該加壓結構可選自一螺旋狀結構或是一渦輪結構。
如請求項18之水冷頭，其中該扇葉具有一軸套，該軸套套設在該軸棒上，而該鏤空部之配置係鄰近該軸套。
如請求項18之水冷頭，該底盤具有一擾流結構，自底盤下表面往底座方向延伸而出。
如請求項25之水冷頭，其中該擾流結構為一離心式葉片結構。
一種水冷頭，包括：一殼體；一底座，與該殼體共同界定出一作用空間，該作用空間可填充工作介質，該底座之外側具有一吸熱底面，可與一發熱源接觸而吸收熱能，該底座之內側設置有一傳熱結構，可將熱能傳遞至工作介質；一進水通道，連通該作用空間，讓冷卻後的工作介質流入該作用空間；一排水通道，連通該作用空間，供吸熱的工作介質排出該作用空間；以及一泵浦，安裝於該殼體，該泵浦包括一扇葉，該扇葉設置於該作用空間內並鄰近該排水通道，用以將工作介質引導至該排水通道而排出該作用空間，該扇葉包括一底盤以及一鏤空部，該底盤將該作用空間劃分為一吸熱空間與一排水空間，該傳熱結構位在該吸熱空間內，而位在該吸熱空間內的工作介質藉由該鏤空部而進入該排水空間；其中，當工作介質經過該傳熱結構後，係直接向上被吸入該鏤空部，而不經過其他腔室或隔牆所構成的匯集結構。