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TWI809381B - 具有泵浦的水冷頭裝置 - Google Patents

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TWI809381B
TWI809381B TW110114727A TW110114727A TWI809381B TW I809381 B TWI809381 B TW I809381B TW 110114727 A TW110114727 A TW 110114727A TW 110114727 A TW110114727 A TW 110114727A TW I809381 B TWI809381 B TW I809381B
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Inventor
尼科 蒂瓦達
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美商海盜船記憶體股份有限公司
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Abstract

一種具有泵浦的水冷頭裝置，適用於驅動一流體進行熱交換，其包含一導熱單元、一導流單元及一殼體單元，該導熱單元包括一導熱體，該導流單元包括一導流蓋及一導流平板，該導流蓋與該導熱體相配合界定出一散熱腔室，該導流蓋內具有一擋水部，該導流平板設置於該散熱腔室中，且該導流平板之一端與該擋水部抵接在一起，以將該散熱腔室區分出一上流道及一下流道，該殼體單元包括一殼體及一泵浦模組，該泵浦模組驅動該殼體中的流體經由該上流道進入該下流道再回到該殼體，以與該導熱體進行熱交換。

Description

具有泵浦的水冷頭裝置
本發明是有關於一種水冷頭裝置，尤其是一種具有泵浦的水冷頭裝置。
電腦是由許多半導體晶片所組成，以運算電子訊號，半導體晶片在運算電子訊號時會產生熱量，當熱量聚集過多且無法向外導出時，會導致溫度過高並造成半導體晶片的損壞。
早期，半導體中之電子元件的組成比較不密集，所產生的熱量較少，一般的被動式散熱鰭片就可以有效將半導體產生的熱量向外導出。
但是隨著半導體科技的進步，半導體晶片中之單位體積可以設置更多的電晶體，這會導致半導體晶片會產生大量的熱，因此必須設置主動式散熱器，以有效將半導體晶片產生的熱量向外導出。
參閱圖1，為中華民國專利第202006305A號，說明一種冷水頭1，該水冷頭1包括一殼體11、一設置於該殼體11之液體入口12、一設置於該殼體11之液體出口13、一設置於該殼體11內部之輪葉14、一設置於該殼體11內部之導熱體15，及一設置於該殼體11內部之軸心16。
其中，該輪葉14的旋轉方向與該導熱體15的設置方向平行，該液體入口12設置於該導熱體15的側邊，液體由該導熱體15側邊流往該導熱體15中心處，在被該輪葉14之轉動離心力向外轉出，並向該液體出口13流出。
雖然習知技術揭露了一種水冷頭，但是實際使用時仍具有下列缺點：
一、導流速度慢：
輪葉轉動時中心會產生吸力，以吸取導熱體處的液體，在將液體以離心力向外排出，一般來說，比較相同動力之下的「吸取液體」與「推出液體」，吸收液體的力量較低，液體流速較慢。
二、容易積熱：
於導熱體處，液體的流動方向是從導熱體之周圍向導熱體的中心流動，因此導熱體中心溫度較高，這會造成半導體晶片中心產生積熱且無法有效導出的狀況。
三、容易故障：
軸心穿設於殼體之中，轉子設置於液體之中，中的磁鐵設置在殼體內部，轉子整體於液體中轉動，液體中微小異物會堆積並磨損轉子，造成設置輪葉之轉子容易發生故障。
因此，如何有效對液體進行導流，並有效將半導體晶電產生的熱量導出，是相關技術人員亟需努力的目標。
有鑑於此，本發明之目的是在提供一種具有泵浦的水冷頭裝置，該具有泵浦的水冷頭裝置適用於驅動一流體進行熱交換，該具有泵浦的水冷頭裝置包含一導熱單元、一導流單元，及一殼體單元。
該導熱單元包括一導熱體。
該導流單元包括一設置於該導熱體上的導流蓋，及一導流平板，該導流蓋與該導熱體相配合界定出一散熱腔室，該導流蓋內具有一擋水部，該導流平板設置於該散熱腔室中，且該導流平板之一端與該擋水部抵接在一起，以將該散熱腔室區分出一上流道及一下流道。
該殼體單元包括一罩設於該導流蓋上並可容置該流體之殼體，及一設置於該殼體之泵浦模組，該泵浦模組驅動該殼體中的流體經由該上流道進入該下流道，再回到該殼體，以與該導熱體進行熱交換。
本發明的又一技術手段，是在於上述之泵浦模組具有一設置於該殼體之馬達，及一與該馬達連接且直立設置的葉輪，該殼體具有一用以容置該葉輪的驅動腔室，該馬達驅動該葉輪於該驅動腔室轉動。
本發明的另一技術手段，是在於上述之導流平板界定一XZ平面，該葉輪之旋轉方向界定一XY平面，該XZ平面與該XY平面相互垂直。
本發明的再一技術手段，是在於上述之殼體中設置有一與該驅動腔室連接之第一流道，及一與該第一流道連接可供該流體輸入之第一連接端口。
本發明的又一技術手段，是在於上述之殼體中設置有一與該下流道連接之第二流道、一與該第二流道連接可供該流體輸出之第二連接端口，及一與該第二流道連接之第三連接端口。
本發明的另一技術手段，是在於上述之導熱體上設置有一圍繞壁，及一與該圍繞壁連接之底壁。
本發明的再一技術手段，是在於上述之導熱單元更包括一設置於該底壁上並位於該下流道中之導熱組件。
本發明的又一技術手段，是在於上述之導熱組件是由複數散熱鰭片所組成，且該導熱組件之前後兩端分別設置一傾斜部，以使該複數散熱鰭片形成兩端較低，中間較高的態樣。
本發明的另一技術手段，是在於上述之導流蓋中設置有一入水口，及一出水口，該入水口與該上流道相連通，該出水口與該下流道相連通。
本發明的再一技術手段，是在於上述之具有泵浦的水冷頭裝置更包含一固定單元，該固定單元包括一與該殼體連接之固定架，及一設置於該固定架之設置孔。
本發明之有益功效在於，利用該葉輪轉動時的離心力將流體推入該導流蓋，而該導流蓋將流體導向該導熱組件之一側，並經過該導熱組件流往該導熱組件之另一側，可有效將該導熱體之熱量導出。
有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號來做表示。
參閱圖2、3，及圖7，為本發明一種具有泵浦的水冷頭裝置之一較佳實施例，該具有泵浦的水冷頭裝置適用於驅動一用以導熱之流體流動，該具有泵浦的水冷頭裝置包含一導熱單元3、一導流單元4、一殼體單元5及一固定單元6。
配合參閱圖4、圖5，及圖6，圖4為具有泵浦的水冷頭裝置之俯視圖，圖4中具有線段B-B及線段C-C，圖5是圖4中線段B-B的剖面示意圖，圖6是圖4中線段C-C的剖面示意圖。
配合參閱圖7及圖8。該導熱單元3包括一導熱體31及一設置於該導熱體31之導熱組件32。
該導熱體31的下表面可與一半導體晶片（圖式未示出）接觸，以將半導體晶片的熱量導出。該導熱體31之上表面設置有一圍繞壁311及一與該圍繞壁311底端連接之底壁312，該圍繞壁311與該底壁312相配合於該導熱體31之上表面形成一凹槽。該導熱組件32設置於該凹槽中，且該導熱組件32底端與該底壁312接觸在一起。
參閱圖5，該導流單元4(參閱圖7)包括一設置於該導熱單元3(參閱圖7)之導熱體31上的導流蓋41及一導流平板42，該導流蓋41與該導熱體31相配合界定出一散熱腔室43。
該導流蓋41的內部具有一擋水部411，該導流平板42設置於該散熱腔室43中，該導流平板42之上表面與該擋水部411抵接在一起，並將該散熱腔室43區分出一上流道431及一下流道432，該擋水部411用以隔離進入該下流道432及流出該下流道432之流體。
該導流蓋41中設置有一入水口412及一出水口413，該入水口412與該上流道431相連通，該出水口413與該下流道432相連通，該擋水部411隔離該入水口412及該出水口413。
參閱圖7，該殼體單元5包括一罩設於該導流蓋41上之殼體51及一設置於該殼體51之泵浦模組52，該殼體51內部可容置該流體。
該泵浦模組52具有一設置於該殼體51之馬達521及一與該馬達521連接且直立設置的葉輪522，該殼體51具有一用以容置該葉輪522的驅動腔室511(參閱圖5)，該驅動腔室511的形狀與該葉輪522的轉動空間相配合，以使該馬達521可驅動該葉輪522於該驅動腔室511轉動，進一步驅動該驅動腔室511中之流體流動。
該殼體51中設置有一與該驅動腔室511連接之第一流道512、一與該第一流道512連接並可供該流體輸入之第一連接端口513、一與該下流道432(參閱圖5)連接之第二流道514、一與該第二流道514連接可供該流體輸出之第二連接端口515及一與該第二流道514連接之第三連接端口516(參閱圖3，及圖6)。
其中，該驅動腔室511與該入水口412相連接，該出水口413與該第二流道514相連接。該泵浦模組52驅動該殼體51中的流體流動時，流體會從該第一連接端口513依序進入該第一流道512、該驅動腔室511、該入水口412、該上流道431、該下流道432、該出水口413及該第二流道514後，再經由該第二連接端口515及該第三連接端口516向外流出。根據本發明的某些實施例，該第三連接端口516可供流體流入該第二流道514，流體再統一從該第二連接端口515向外流出，或是依據外接管路的設計，使用該第二連接端口515或該第三連接端口516作為流體流出的出口，不因以此為限。
請配合參閱圖5，該導熱組件32設置於該底壁312（參閱圖7）上，且該導流平板42的底面壓抵住該導熱組件32的頂面，該導熱組件32是由複數散熱鰭片所組成，該複數散熱鰭片的高度與該下流道432的高度相配合。流體該上流道431流進該下流道432後，是從該複數散熱鰭片之右側流往該複數散熱鰭片之左側，流體充分與該複數散熱鰭片接觸，以帶走該複數散熱鰭片的熱量。另外，該複數散熱鰭片可導出該導熱體31的熱量，而該導熱體31可導出半導體晶片的熱量，以達成散熱的效果。
該導熱組件32之前後兩端分別設置一傾斜部321，以使該複數散熱鰭片形成兩端較低，中間較高的態樣。其中之一傾斜部321位於該上流道431與該下流道432之接口的下方，該傾斜部321上方空間可供從該上流道431進入該下流道432的流體可以均勻地散開再流入該複數散熱鰭片間之縫隙。另一傾斜部321是位於該出水口413下方，該傾斜部321上方空間可供複數縫隙中流出之流體集中，再由該出水口413流進該第二流道514。
請參閱圖2、圖3、圖7，及圖8，該導流平板42之平板方向界定一XZ平面，該葉輪522之旋轉方向界定一XY平面，該XZ平面與該XY平面相互垂直。
由於該葉輪522之旋轉方向為該XY平面，因此該葉輪522之旋轉力量可推動流體經過該入水口412並直接沖擊該導流平板42上表面，該導流蓋41將該上流道431設計成扇形流道(請參閱圖8中入水口412旁邊的扇形凹槽)，用以導引沖擊該導流平板42上表面的流體可以均勻地進入該下流道432的一側。
配合參閱圖5、圖6、圖7，及圖8，該固定單元6包括一與該殼體51連接之固定架61及一設置於該固定架61之設置孔62。於該較佳實施例，該殼體51下方具有與該設置孔62形狀相配合的凸體結構，以使該殼體51下方穿設該設置孔62中，實際實施時，該殼體51可不穿過該設置孔62，不應以此為限。
該固定架61與該殼體51鎖固在一起，該導熱體31鎖固於該殼體51底部，該固定架61可與電路板(圖式未示出)鎖固在一起，並使該導熱體31與半導體晶片接觸以與半導體晶片進行熱交換並帶走熱量。
由上述說明可知，本發明一種具有泵浦的水冷頭裝置確實具有下列功效：
一、流速較快：該葉輪522是以XY平面方向進行轉動，該導流平板42是以XZ平面方向進行設置，因此該葉輪522轉動時，是以離心力的方式將流體向外甩出，以使流體沖擊該導流平板42進入該上流道431並導入該下流道432，相較習知以抽取的方式將流體由容置空間中抽出，本案以沖擊的方式可加大流體的壓力，藉此加快流體的流速。
二、散熱較佳：設置於該導熱組件32兩側之傾斜部321可以讓流體均勻地穿過該複數散熱鰭片之間的縫隙，並使流體從該導熱組件32之一端流往該導熱組件32另一端，有效帶走該導熱體31的熱量，具有較佳的散熱效果。
三、耐用度較佳：該泵浦模組52之馬達521鎖設於該殼體51上，流體不會該馬達521直接接觸，轉動該葉輪522的轉軸也非固定於該殼體51中，因此流體不會傷害該馬達521及轉動該葉輪522的轉軸，該泵浦模組52具有較佳的耐用度。
綜上所述，該葉輪522的轉動方向與該導流平板42的平板設置方向相互垂直，可使該葉輪522以離心力驅動之流體可以直接沖擊該導流平板42，可有效減少流動動力的損失，於該下流道432中之流體從該導熱組件32之一端流往另一端時有效帶走該導熱體31的中心處的熱量，不會使該導熱體31產生積熱的狀況，有效提升散熱效果，故確實可以達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之一個較佳實施例而已，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利範圍及發明說明內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內。
1:水冷頭 11:殼體 12:液體入口 13:液體出口 14:輪葉 15:導熱體 16:軸心 3:導熱單元 31:導熱體 311:圍繞壁 312:底壁 32:導熱組件 321:傾斜部 4:導流單元 41:導流蓋 411:擋水部 412:入水口 413:出水口 42:導流平板 43:散熱腔室 431:上流道 432:下流道 5:殼體單元 51:殼體 511:驅動腔室 512:第一流道 513:第一連接端口 514:第二流道 515:第二連接端口 516:第三連接端口 52:泵浦模組 521:馬達 522:葉輪 6:固定單元 61:固定架 62:設置孔 XY:平面 XZ:平面
圖1是一剖面示意圖，說明中華民國專利第202006305A號，一種冷水頭的剖面態樣； 圖2是一立體示意圖，為本發明一種具有泵浦的水冷頭裝置之一較佳實施例，說明該水冷頭裝置的立體態樣； 圖3是一立體示意圖，說明於該較佳實施例中，該水冷頭裝置的另一立體態樣； 圖4是一俯視示意圖，說明於該較佳實施例中，該水冷頭裝置的俯視態樣； 圖5是一剖面示意圖，說明於該較佳實施例中，該水冷頭裝置於圖4中之B-B的剖面態樣 圖6是一剖面示意圖，說明於該較佳實施例中，該水冷頭裝置於圖4中之C-C的剖面態樣； 圖7是一立體分解示意圖，說明於該較佳實施例中，該水冷頭裝置之立體分解態樣；及 圖8是一立體分解示意圖，說明於該較佳實施例中，該水冷頭裝置之另一視角的立體分解態樣。
5:殼體單元
51:殼體
512:第一流道
513:第一連接端口
514:第二流道
515:第二連接端口
52:第三連接端口
6:固定單元
61:固定架
XY:平面
XZ:平面

Claims (10)

  1. 一種具有泵浦的水冷頭裝置，適用於驅動一流體進行熱交換，其包含：一導熱單元(3)，包括一導熱體(31)；一導流單元(4)，包括一設置於該導熱體(31)上的導流蓋(41)，及一導流平板(42)，該導流蓋(41)與該導熱體(31)相配合界定出一散熱腔室(43)，該導流蓋(41)內具有一擋水部(411)，該導流平板(42)設置於該散熱腔室(43)中，且該導流平板(42)之一端與該擋水部(411)抵接在一起，以將該散熱腔室(43)區分出一上流道(431)及一下流道(432)，該導流蓋(41)中間設置有一入水口(412)，該入水口(412)與該上流道(431)相連通，該上流道(431)為扇形流道，並自該入水口(412)向該導流蓋(41)的一側展開；及一殼體單元(5)，包括一罩設於該導流蓋(41)上並可容置該流體之殼體(51)，及一設置於該殼體(51)之泵浦模組(52)，該泵浦模組(52)驅動該殼體(51)中的流體經由該上流道(431)進入該下流道(432)，再回到該殼體(51)，以與該導熱體(31)進行熱交換。
  2. 如請求項1所述之具有泵浦的水冷頭裝置，其中，該泵浦模組(52)具有一設置於該殼體(51)之馬達(521)，及一與該馬達(521)連接且直立設置的葉輪(522)，該殼體(51)具有一用以容置該葉輪(522)的驅動腔室(511)，該馬達(521)驅動該葉輪(522)於該驅動腔室(511)轉動。
  3. 如請求項2所述之具有泵浦的水冷頭裝置，其中，該導流平板(42)界定一XZ平面，該葉輪(522)之旋轉方向界定一XY平面，該XZ平面與該XY平面相互垂直。
  4. 如請求項2所述之具有泵浦的水冷頭裝置，其中，該殼體(51)中設置有一與該驅動腔室(511)連接之第一流道(512)，及一與該第一流道(512)連接可供該流體輸入之第一連接端口(513)。
  5. 如請求項1所述之具有泵浦的水冷頭裝置，其中，該殼體(51)中設置有一與該下流道(432)連接之第二流道(514)、一與該第二流道(514)連接可供該流體輸出之第二連接端口(515)，及一與該第二流道(514)連接之第三連接端口(516)。
  6. 如請求項1所述之具有泵浦的水冷頭裝置，其中，該導熱體(31)上設置有一圍繞壁(311)，及一與該圍繞壁(311)連接之底壁(312)。
  7. 如請求項6所述之具有泵浦的水冷頭裝置，其中，該導熱單元(3)更包括一設置於該底壁(312)上並位於該下流道(432)中之導熱組件(32)。
  8. 如請求項7所述之具有泵浦的水冷頭裝置，其中，該導熱組件(32)是由複數散熱鰭片所組成，且該導熱組件(32)之前後兩端分別設置一傾斜部(321)，以使該複數散熱鰭片形成兩端較低，中間較高的態樣。
  9. 如請求項1所述之具有泵浦的水冷頭裝置，其中，該導流蓋(41)設置有一出水口(413)，該出水口(413)與該下流道(432)相連通。
  10. 如請求項1所述之具有泵浦的水冷頭裝置，更包含一固定單元(6)，該固定單元(6)包括一與該殼體(51)連接之固定架(61)，及一設置於該固定架(61)之設置孔(62)。
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