雙相變化循環式水冷模塊及其使用方法
2023-10-07 11:15:39 2
雙相變化循環式水冷模塊及其使用方法
【專利摘要】本發明是一種雙相變化循環式水冷模塊及其使用方法，包括一集熱體、一散熱體、一導氣管、一導液管及一散熱介質。其中該集熱體的內部設有一第一氣液共存區，該散熱體的內部設有一第二氣液共存區，其高度高於等於該集熱體，該導氣管連接於該集熱體及該散熱體之間而形成一氣體通道，該導液管連接於該集熱體及該散熱體之間而形成一液體通道，該散熱介質填充設於其內。使用時，利用該散熱介質於該集熱體受熱汽化而移動至該散熱體內，並於該散熱體內降溫而重新變成液態而重新移動回該集熱體，而形成封閉的循環行程以有效驅散熱量。
【專利說明】雙相變化循環式水冷模塊及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子裝置散熱設備的領域，特別涉及ー種利用液相及氣相來達到快速驅散熱量的雙相變化循環式水冷模塊及其使用方法。
【背景技術】
[0002]現行的電腦或電子產業中，大量運用各種處理晶片，如:中央處理器及繪圖晶片，或是其他如南北橋處理晶片等，隨著集成密度越來越高，且運作頻率越來越快，相對在運作時所產生的熱能也隨之增高，也稱的為發熱元件。由於該複數個發熱元件在運作溫度太高時會導致運作不正常的問題，甚至有可能發生燒毀的情況，因此，為了能夠有效降低熱量，市面上也出現了各式各樣的散熱裝置，其緊密貼設於該複數個發熱元件的溢熱表面，從而利用傳導、對流或輻射等方式協助其散熱，以保持該複數個發熱元件在正常的工作溫度下運作。
[0003]一般最常見的散熱裝置利用易導熱金屬(如:鋁或銅等)經各種加工而製得，其由一底座、複數個散熱鰭片及一散熱風扇所構成，利用該底座緊密接觸該發熱元件後，將熱能直接傳導至該複數個散熱鰭片，並利用其表面與外界空氣產生熱對流，進而將熱能散逸至外界。或有結合一熱導管而加強散熱效果的，該熱導管於一封閉管體內填充有呈液態的ー散熱介質，該散熱介質的主要成分為水，其餘則是能増加液體熱傳輸能力的特殊成分所構成。該熱導管的一端是蒸發端而與該發熱元件相接觸，供以吸收其熱量而使該散熱介質吸熱後蒸發成氣態，並移動至該熱導管另一端的冷凝端驅散熱量，使的形成一個封閉的散熱循環行程，且可利用該散熱介質一次帶走大量的熱量，進而達到提升散熱效率的目的。另夕卜，還有單純利用液體循環散熱的水冷散熱模塊，利用一循環泵浦帶動比熱大且可吸熱的ー散熱液體(通常為水)，其流經該發熱元件時可同時吸附熱量，並利用該散熱液體的流動將熱量帶離該發熱元件，而於行經的管路間或儲水槽內排放熱量，以達到驅散熱量的目的。
[0004]然而，以上各種散熱裝置或水冷散熱模塊,都有各自在使用上的缺點,最常見的問題是受到空間的限制，而造成其使用效能不彰。尤其是針對具有大發熱量的該發熱元件，要如何在受空間限制的條件下，增加散熱裝置或水冷散熱模塊的熱傳導面積(ThermalConduction Area)或散熱面積,並利用熱對流效應(Heat Convection)以有效地提升散熱效率，一直是各家廠商戮力的目標。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明的一目的，g在提供ー種雙相變化循環式水冷模塊，俾於ー集熱體及ー散熱體之間利用一散熱介質的氣、液二相變化，而能夠隨著管路的設計而快速驅散大量熱量的功效。
[0006]本發明的次一目的，g在提供ー種雙相變化循環式水冷模塊，俾利用該集熱體及該散熱體之間的管路設計對應該散熱進行二相變化時的體積變化量，同時還能依據空間製作出最大的變化效果。[0007]為實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0008]ー種雙相變化循環式水冷模塊，安裝於ー發熱元件以驅散熱量，其特徵在幹，其包括:
[0009]—集熱體,其內部設有ー第一氣液共存區，且該第一氣液共存區於該集熱體表面形成有至少ー出氣ロ及至少一入液ロ；
[0010]ー散熱體，其高度高於等於該集熱體，該散熱體設有ー第二氣液共存區，且該第二氣液共存區於該散熱體上形成有至少一入氣ロ及至少ー出液ロ；
[0011]至少ー導氣管，其一端接設於該出氣ロ，另一端接設於該入氣ロ，而利用該導氣管形成該集熱體及該散熱體之間的ー氣體通道；
[0012]至少ー導液管，其一端接設於該出液ロ，另一端接設於該入液ロ，而利用該導液管形成該集熱體及該散熱體之間的ー液體通道；及
[0013]—散熱介質，呈液態而以ー設定量填充設於該第一氣液共存區及/或該第二氣液共存區內，該散熱介質於該集熱體受熱後而汽化成氣態，通過該氣體通道而進入該散熱體內，並於該散熱體內降溫而重新變成液態，該散熱介質受到相變化的體積變化及重力等的推動，再通過該液體通道重新回到該集熱體內。
[0014]該散熱體是ー散熱水箱，且包含該第二氣液共存區及複數個散熱鰭片，該複數個散熱鰭片包覆於該散熱體外部。
[0015]該散熱介質在常溫常壓下的汽化點介於30°C?68°C。
[0016]還具有至少ー散熱風扇，設於該散熱體上，供以加速驅散該散熱體的熱量。
[0017]該導氣管的管徑大於等於該導液管的管徑。
[0018]當該發熱元件是ー中央處理器吋，該散熱體設於該集熱體的上方，且該導氣管及該導液管分設於該散熱體及該集熱體的兩側。
[0019]當該發熱元件是ー中央處理器吋，該散熱體設於該集熱體的一側且與的相同高度，該導氣管及該導液管分設於該散熱體及該集熱體的兩側。
[0020]當該發熱元件是ー圖形處理器吋，該散熱體設於該集熱體的ー側且高於該集熱體的位置，該導氣管及該導液管分設於該散熱體及該集熱體的兩側。
[0021]為實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0022]ー種使用根據權利要求1所述的雙相變化循環式水冷模塊的方法，其特徵在幹，包括:
[0023]提供該雙相變化循環式水冷模塊；
[0024]設置該集熱體於該發熱元件的表面；
[0025]利用該集熱體內的該散熱介質吸收該發熱元件所發出的熱量而汽化成氣態，並通過該導液管而進入該散熱體；
[0026]使用該散熱體進行散熱，使該散熱介質降溫至該汽化點溫度以下而成為液態；及
[0027]利用該散熱介質相變化的體積變化及重力等的推動，而通過該導液管重新回到該集熱體，形成ー穩定的散熱循環。
[0028]在該「使用該散熱體進行散熱，使該散熱介質降溫至該汽化點溫度以下而成為液態」的步驟中，還使用一強制冷卻手段，以使該散熱體更快將熱量驅散。
[0029]該強制冷卻手段使用至少ー散熱風扇，而吹送該散熱體進行降溫。[0030]與現有技術相比較，採用上述技術方案的本發明具有的優點在於:使用時，利用該散熱介質於該集熱體受熱汽化而移動至該散熱體內，並於該散熱體內降溫而重新變成液態而重新移動回該集熱體，而形成封閉的循環行程以有效驅散熱量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明第一實施例的結構示意圖；
[0032]圖2是本發明第一實施例的安裝示意圖；
[0033]圖3是本發明第一實施例使用時的狀態示意圖；
[0034]圖4是本發明第一實施例使用方法的步驟流程圖；
[0035]圖5是本發明第二實施例的結構示意圖；
[0036]圖6是本發明第二實施例的安裝示意圖；
[0037]圖7是本發明第二實施例使用時的狀態示意圖；
[0038]圖8是本發明第三實施例的結構示意圖；
[0039]圖9是本發明第三實施例的安裝示意圖；
[0040]圖10是本發明第三實施例使用時的狀態示意圖。
[0041]附圖標記說明:
[0042]第一實施例:1-雙相變化循環式水冷模塊；11_集熱體；111-第一氣液共存區；1111-出氣ロ ；1112_入液ロ ；112_固定孔；113-固定元件；12_散熱體；121_第二氣液共存區;121ト入氣ロ ;1212_出液ロ ；122_散熱鰭片；123_散熱風扇；13_導氣管；131_氣體通道；14_導液管；141_液體通道；15_散熱介質；2_發熱元件；S1?S6-步驟；
[0043]第二實施例:3_雙相變化循環式水冷模塊；31_集熱體；32_散熱體；321_第二氣液共存區；322_散熱鰭片；33_導氣管；34_導液管；35_散熱介質；4_發熱元件；
[0044]第三實施例:5_雙相變化循環式水冷模塊；51_集熱體；52_散熱體；521_第二氣液共存區；522_散熱鰭片；53_導氣管；54_導液管；55_散熱介質；56_散熱風扇；6_發熱兀件。
【具體實施方式】
[0045]為使貴審查委員能清楚了解本發明的內容，僅以下列說明搭配圖式，敬請參閱。
[0046]第一實施例
[0047]請參閱圖1、圖2、圖3、圖4，是本發明第一實施例的結構示意圖及安裝示意圖，以及其使用時的狀態示意圖與步驟流程圖。如圖中所示，本發明的雙相變化循環式水冷模塊I用來安裝於ー發熱兀件2以驅散熱量，於第一實施例中，該發熱兀件2是一中央處理器，而本發明的該雙相變化循環式水冷模塊I包括一集熱體11、一散熱體12、一對導氣管13、ー導液管14及一散熱介質15。
[0048]其中該集熱體11矩形塊狀結構體，於該集熱體11的內部設有ー第一氣液共存區111，且該第一氣液共存區111於該集熱體11表面形成有一對出氣ロ 1111及一入液ロ1112，該對出氣ロ 1111設於該集熱體11的頂面，該入液ロ 1112設於該集熱體11的ー側面。再者，該集熱體11的四個角落分別設有一固定孔112，供以分別固設ー固定元件113於該發熱元件2上，使該集熱體11與該發熱元件2完全緊密地貼合成一體。[0049]該散熱體12同樣為矩形塊體結構體,且垂直設於該集熱體11的上方,該散熱體12的內部設有ー第二氣液共存區121,且該第二氣液共存區121於該散熱體12上形成有ー對入氣ロ 1211及一出液ロ 1212。如圖中所示，其中，該散熱體12是ー散熱水箱，且包含該第ニ氣液共存區121及複數個散熱鰭片122，且該複數個散熱鰭片122包覆於該第二氣液共存區121的外部，該複數個散熱鰭片122間隔且平行於該集熱體11的設置。應注意的是，幹該散熱體12的一側面上設有ー散熱風扇123，使該散熱風扇123的氣流可通過該複數個散熱鰭片122，而將其熱量側向吹出。
[0050]該姆ー導氣管13的一端接設於該姆ー出氣ロ 1111,另一端接設於該姆一入氣ロ1211，使該每ー導氣管13垂直立設於該集熱體11，並接設於該散熱體12的底面，且通過該對導氣管13而形成該集熱體11及該散熱體12之間的ー氣體通道131。
[0051]該導液管14的一端接設於該出液ロ 1212,另一端接設於該入液ロ 1112,使該導液管14的一端接設於該集熱體11的側面，另一端接設於該散熱體12的頂面，形成該集熱體11及該散熱體12之間的ー液體通道141。
[0052]該散熱介質15於常溫常壓下的汽化點介於30°C?68°C的液態物質，因此，於室溫下呈液態，且以ー設定量而填充設於該第一氣液共存區111及/或該第二氣液共存區121內。應注意的是，由於該散熱介質15產生相變化時會有體積變化，故該導氣管13的管徑大於等於該對導液管14的管徑。
[0053]使用時，再請ー並參閱第3、4圖所示，該雙相變化循環式水冷模塊I的使用方法，其步驟包括:
[0054]S1:提供該雙相變化循環式水冷模塊I。
[0055]S2:設置該集熱體11於該發熱元件2的表面。使該發熱元件2所產生的熱量，直接傳導至該集熱體11內。
[0056]S3:利用該集熱體11內的該散熱介質15吸收該發熱元件2所發出的熱量而汽化成氣態，並通過該導液管13而進入該散熱體12。使該散熱介質15於該集熱體11的該第一氣液共存區內受熱後而汽化成氣態，呈氣態的該散熱介質15再通過該氣體通道131而進入該散熱體12的該第二氣液共存區121內。
[0057]S4:使用該散熱體12進行散熱，使該散熱介質15降溫至該汽化點溫度以下而成為液態。受到該散熱鰭片122増加散熱面積，而使該散熱介質15的溫度下降至汽化點以下，則該散熱介質15可重新變成液態。
[0058]S5:使用強制冷卻手段，以使該散熱體更快將熱量驅散。該強制冷卻手段使用該散熱風扇123強制送風後，可更快速使該散熱體12內的該散熱介質15的溫度下降至汽化點以下，則該散熱介質15可重新變成液態。
[0059]S6:利用該散熱介質15相變化的體積變化及重力等的推動，而通過該導液管14重新回到該集熱體12，形成ー穩定的散熱循環。因此，呈液態的該散熱介質15受到相變化時的體積變化及重力等的推動下，通過該液體通道141重新回到該集熱體11內，以形成一封閉的散熱循環行程。
[0060]第二實施例
[0061]再者，請參閱圖5、圖6、圖7，是本發明第二實施例的結構示意圖及安裝示意圖，以及其使用時的狀態示意圖。如圖中所示，本發明第二實施例的該雙相變化循環式水冷模塊3同樣包括一集熱體31、一散熱體32、一對導氣管33、一導液管34及一散熱介質35，且該發熱元件4同樣為一中央處理器，而使用於一體成型電腦主機(ALLINONE)內時，該集熱體31以與前一實施例相同的方式而固設於該發熱兀件4上，而該散熱體32設於該集熱體31的一側且與的相同高度，該對導氣管33及該導液管34則分別設於該散熱體32及該集熱體31的ニ側，該散熱介質35填充設於該集熱體31及/或該散熱體32內。
[0062]應注意的是，該散熱體32同樣為ー散熱水箱，且可利用該對導氣管33及該導液管34而延伸至ー機殼(圖中未顯不)外部，該散熱體32內部具有一第二氣液共存區321及複數個散熱鰭片322，該複數個散熱鰭片322夾設於該第二氣液共存區321內部。據而，利用與該第一實施例同樣的使用方式，對該發熱兀件4進行散熱故於此不再贅述。或可增加ー散熱風扇進行強制散熱，圖中未標示。
[0063]第三實施例
[0064]再者,請參閱圖8、圖9、圖10,是本發明第三ニ實施例的結構示意圖及安裝示意圖，以及其使用時的狀態示意圖。如圖中所示，本發明第三實施例的雙相變化循環式水冷模塊5也同樣包括一集熱體51、一散熱體52、一導氣管53、一導液管54及一散熱介質55，且該發熱元件6是ー圖形處理器吋，該散熱體52設於該集熱體51的ー側而形成水平迭置的態樣，且該散熱體52的位置高於該集熱體51的位置,該導氣管53及該導液管54分設於該散熱體52及該集熱體51的ニ側，該散熱介質55填充設於該集熱體51及/或該散熱體52內。其使用方法與前ニ實施例相同,故於此不再贅述,並可增加ー散熱風扇56於該散熱體52的ー側，以對該散熱體52進行強制散熱，進ー步提升其散熱效率。
[0065]以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離權利要求所限定的精神和範圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，但都將落入本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.ー種雙相變化循環式水冷模塊，安裝於ー發熱元件以驅散熱量，其特徵在於，其包括: ー集熱體，其內部設有ー第一氣液共存區，且該第一氣液共存區於該集熱體表面形成有至少ー出氣ロ及至少一入液ロ； ー散熱體，其高度高於等於該集熱體，該散熱體設有ー第二氣液共存區，且該第二氣液共存區於該散熱體上形成有至少一入氣ロ及至少ー出液ロ； 至少ー導氣管，其一端接設於該出氣ロ，另一端接設於該入氣ロ，而利用該導氣管形成該集熱體及該散熱體之間的ー氣體通道； 至少ー導液管，其一端接設於該出液ロ，另一端接設於該入液ロ，而利用該導液管形成該集熱體及該散熱體之間的ー液體通道；及 一散熱介質，呈液態而以ー設定量填充設於該第一氣液共存區及/或該第二氣液共存區內，該散熱介質於該集熱體受熱後而汽化成氣態，通過該氣體通道而進入該散熱體內，並於該散熱體內降溫而重新變成液態，該散熱介質受到相變化的體積變化及重力等的推動，再通過該液體通道重新回到該集熱體內。
2.根據權利要求1所述的雙相變化循環式水冷模塊，其特徵在於:該散熱體是ー散熱水箱，且包含該第二氣液共存區及複數個散熱鰭片，該複數個散熱鰭片包覆於該散熱體外部。
3.根據權利要求1所述的雙相變化循環式水冷模塊，其特徵在於:該散熱介質在常溫常壓下的汽化點介於30°C ~68°C。
4.根據權利要求1所述的雙相變化循環式水冷模塊，其特徵在於:還具有至少ー散熱風扇，設於該散熱體上，供以加速驅散該散熱體的熱量。
5.根據權利要求1所述的雙相變化循環式水冷模塊，其特徵在於:該導氣管的管徑大於等於該導液管的管徑。
6.根據權利要求1所述的雙相變化循環式水冷模塊，其特徵在於:當該發熱元件是ー中央處理器吋，該散熱體設於該集熱體的上方，且該導氣管及該導液管分設於該散熱體及該集熱體的兩側。
7.根據權利要求1所述的雙相變化循環式水冷模塊，其特徵在於:當該發熱元件是ー中央處理器吋，該散熱體設於該集熱體的一側且與的相同高度，該導氣管及該導液管分設於該散熱體及該集熱體的兩側。
8.根據權利要求1所述的雙相變化循環式水冷模塊，其特徵在於:當該發熱元件是ー圖形處理器吋，該散熱體設於該集熱體的一側且高於該集熱體的位置，該導氣管及該導液管分設於該散熱體及該集熱體的兩側。
9.ー種使用根據權利要求1所述的雙相變化循環式水冷模塊的方法，其特徵在於，包括: 提供該雙相變化循環式水冷模塊； 設置該集熱體於該發熱元件的表面； 利用該集熱體內的該散熱介質吸收該發熱元件所發出的熱量而汽化成氣態，並通過該導液管而進入該散熱體； 使用該散熱體進行散熱，使該散熱介質降溫至該汽化點溫度以下而成為液態；及利用該散熱介質相變化的體積變化及重力等的推動，而通過該導液管重新回到該集熱體，形成ー穩定的散熱循環。
10.根據權利要求9所述的使用方法，其特徵在於:在該「使用該散熱體進行散熱，使該散熱介質降溫至該汽化點溫度以下而成為液態」的步驟中，還使用一強制冷卻手段，以使該散熱體更快將熱量驅散。
11.根據權利要求10所述的使用方法，其特徵在於:該強制冷卻手段使用至少ー散熱風扇，而吹送該散熱體進·行降溫。
【文檔編號】G06F1/20GK103593026SQ201210295614
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月17日 優先權日:2012年8月17日
【發明者】吳安智, 範牧樹, 蘇建志, 蔣政栓 申請人:雙鴻科技股份有限公司