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CN100373598C - 液冷式散热模块 - Google Patents

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CN100373598C CNB2005100525138A CN200510052513A CN100373598C CN 100373598 C CN100373598 C CN 100373598C CN B2005100525138 A CNB2005100525138 A CN B2005100525138A CN 200510052513 A CN200510052513 A CN 200510052513A CN 100373598 C CN100373598 C CN 100373598C
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Abstract

本发明公开了一种用于循环发散热源所产生的热量的液冷式散热模块，其包括具有基座的风扇；贴附于基座上的泵；与风扇耦合的散热器，该散热器具有一开孔以将泵容纳于其中；以及设置于散热器的开孔内的、与泵相通的导流件，该导流件具有一贯穿孔，且其表面形成有导流通道，借助于泵的运转，驱使散热模块内的工作流体流经贯穿孔、泵和导流通道，从而实现循环散热。本发明的液冷式散热模块可有效减少连接的导水管数量，因而大大提高了可靠度且不易漏水。此外，由于组件少，可减少材料的消耗并缩小总体积；组装模块化，可直接更换。再者，本发明的结构可迅速传导热量，且使热量平均分布于散热器的内壁，故可大幅度提高散热效率。

Description

液冷式散热模块
技术领域
本发明涉及一种液冷式散热模块(Liquid-cooling Type Heat DissipationModule)，尤其涉及一种风扇、泵(Pump)和散热器三位一体的液冷式散热模块。
背景技术
随着对计算机的运行效率及功能的需求日新月异，计算机的处理速度愈来愈快，应用于计算机主机板上的中央处理器(CPU)或其它电子组件在连续使用一段时间后，因高频振荡或电磁效应将产生升温现象，若不实时予以散热，容易导致电子组件受损或影响其效率。一般常用的散热方式是利用散热器(Heat sink)跨置于所需散热的热源上，再借助于风扇产生冷空气，将冷空气吹向散热器的鳍片上，使热源所产生的热传导至散热器上，进而将热量散发至外界。
然而，在高阶系统中，仅用空气直吹的散热方式发散中央处理器运行所产生的热量并不能有效散热，必须使用水冷方式将热带走，并利用大面积的空气散热，方能达到较佳的散热效果，但此散热方式必须额外增加泵，以使冷水与热水交替循环。请参阅图1，该图示出了传统的用于高阶系统的中央处理器中的水冷散热系统，将导热铜座11的底面贴附于中央处理器12表面，使中央处理器12所产生的热迅速传导至导热铜座11，借助于泵13将导水管14中的冷水引导至导热铜座11中的S型散热流道，水由右边的入水口流入，由左边的出水口流出(如图中虚线箭头所示的方向)，从而迅速将中央处理器12所产生的热量带走。此时，导水管14中的水因吸收了中央处理器12所产生的热量而变成热水，泵13再将热水引导至散热器15的热管151中，将热传导至散热鳍片152上，借助于风扇16所吹出的冷空气将累积于散热鳍片上的热发散至外界。此时导水管14中的热水则变成冷水，再流回至导热铜座，如此持续不断地循环，以发散中央处理器所产生的热量。
但是，在所述水冷散热系统中，由于连接的导水管较多，出、入水口接头处与导水管之间容易出现接合可靠度不高以及给水和排气不畅的问题；另外，整个系统所占用的空间和体积相当大，不符合日渐轻薄短小的设计趋势；再者，所需要的组件较多且安装复杂，导致生产成本及装配时间大幅增加。
鉴于现有系统的所述缺陷，本申请的发明人经悉心试验与研究，本着锲而不舍的精神，终于发明了一种能克服所述缺点的液冷式散热模块。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种风扇、泵、散热器三位一体的液冷式散热模块。
本发明的另一目的在于提供一种风扇、泵、散热器和导热座四位一体的液冷式散热模块，其可有效减少连接的导水管数目，大幅度提高可靠度且不易漏水。
本发明的液冷式散热模块用于循环发散热源所产生的热，其包括：具有基座的风扇；贴附于基座上的泵；与风扇耦合的散热器，该散热器具有一开孔以将泵容纳于其中；以及设置于散热器的开孔内、与泵相通的导流件，该导流件具有贯穿孔，导流件表面形成导流通道，借助于泵的运转，使液冷式散热模块内的工作流体流经所述贯穿孔、泵和导流通道，从而实现循环散热。
优选导流件由塑料制成，其与散热器的开孔紧配。或者，导流件与散热器由相同材料制成。
优选导流通道为螺旋纹、斜纹、直条纹、锯齿纹、阶梯纹或其它类似纹路的通道，散热器的开孔内壁为平滑表面，将导流件紧配插入开孔内时，导流通道即形成于散热器的开孔内壁与导流件的外表面之间。更为优选的是，散热器的开孔内壁具有与导流通道形状相应的通道，将导流件紧配插入开孔内时，导流通道即形成在散热器的开孔内壁与导流件的外表面之间。
此外，散热器具有入孔和出孔，入孔与导流件的贯穿孔相通，出孔与导流件的导流通道相通。散热器的入孔和出孔设置于散热器的开孔的末端。
优选散热器具有用以注入工作流体的注入孔。注入孔位于靠近风扇及泵与散热器组接之处。该液冷式散热模块还可包括塞入注入孔中的缓冲阀，缓冲阀可为环形齿状结构，其齿状上段可沿轴向位移，而其齿状上段可与注入孔内壁紧配。缓冲阀材料可为软性橡胶材料。
再者，液冷式散热模块还包括封盖，用以密封散热器的开孔末端。优选封盖可由导热材料或金属制成，封盖的一表面与热源紧贴。
泵可通过锁合、卡合、铆合、黏合或超声波焊接方式与风扇的基座结合。
优选液冷式散热模块还包括贴附于热源的导热座，借助于工作流体可迅速将热源运行时所产生的热量带走。导热座具有底座和上盖，导热座内形成有呈同心圆的涡流状或呈由内向外的螺旋纹状结构的散热流道。散热流道的形成方式为在底座中铣出流道或由与覆盖底座的上盖一体地浇注成型。底座与上盖组合时可装有O型防漏环。导热座可为铜制件。
优选风扇与泵共由一马达驱动。风扇可为直流风扇或交流风扇，散热器具有多个散热鳍片，工作流体为水。
根据本发明的另一结构，用于发散由热源产生的热量的液冷式散热模块包括：第一散热装置；贴附于第一散热装置的泵；与第一散热装置耦合的第二散热装置，该第二散热装置具有一开孔以将泵容纳于其中；以及设置于第二散热装置的开孔内的导流件，该导流件具有贯穿孔，且其表面形成有导流通道，借助于泵的运转，使液冷式散热模块内的工作流体流经贯穿孔、泵和导流通道，从而实现散热。第一散热装置可以为直流风扇或交流风扇，第二散热装置可以为散热器。
附图说明
以下结合附图及实施方式对本发明进行详细说明，以便更深入地理解本发明。附图中：
图1为传统的用于高阶系统的中央处理器的水冷散热系统示意图；
图2为本发明的液冷式散热模块的第一优选实施方式的示意性剖面图；
图3为本发明的液冷式散热模块的第二优选实施方式的示意性剖面图；
图4为本发明的液冷式散热模块的第三优选实施方式的示意性剖面图；
图5为本发明的液冷式散热模块的第四优选实施方式的示意性剖面图；
图6A为本发明的用于高阶系统的中央处理器的一种液冷式散热模块示意性剖面图；
图6B为图6A所示的导热座的内部结构示意图；
图6C为图6A所示的导热座中的散热流道的上视图。
附图标记说明
11  导热铜座        12  中央处理器或热源
13  泵              14  导水管
15  散热器          151  热管
152散热鳍片         16  风扇
2  风扇             21  基座
3    泵             4  散热器
41  中心圆柱开孔    5  导流件
51  贯穿孔          52  导流通道
6  封盖             42入孔
43  出孔            44  散热鳍片
7  注入孔           8  缓冲阀
81  齿状上段        82  齿状下段
10  导管            9  导热座
91  底座            92  上盖
910散热流道         93O型防漏环
921低温入口         922高温出口
具体实施方式
请参阅图2，该图示出了本发明的第一优选实施方式。该液冷式散热模块主要包括具有基座21的风扇2；贴附于基座21上的泵3；与风扇耦合的散热器4，该散热器具有中心圆柱开孔41，以将泵3容纳于其中；以及设置于散热器的中心圆柱开孔41内的导流件5，该导流件为塑料体，其中心具有贯穿孔51，其外表面形成螺旋纹导流通道52。组装时，将导流件紧配塞入散热器的中心圆柱开孔41内，散热器4的圆柱开孔的一端与风扇2及泵3结合，在散热器的圆柱开孔的另一端由封盖6密封。
散热器4的底部设有入孔42，入孔642与导流件的中心贯穿孔相通，以引导流入来自热源所在处所形成的高温工作流体(例如水)；散热器的底部另设有出孔43，该孔与螺旋纹导流通道的底端相通。风扇与泵转动时，驱使工作流体流动，由导流件的中心贯穿孔51吸入的高温工作流体经泵外围流出，并沿形成于导流件外表面与散热器的圆柱开孔的平滑内壁表面之间的螺旋纹导流通道52流至散热器底部(即靠近封盖的一侧)。高温工作流体在经过导流件的贯穿孔51和螺旋纹导流通道52的同时将所携带的热传导给散热器的散热鳍片44，借助于风扇所吹出的冷空气而将累积于散热鳍片上的热迅速发散至外界，此时流至螺旋纹导流通道的底端的工作流体则变成低温，从出孔43流出并流向热源处，借此不断循环地将热源运行时所产生的热量带走，如图2中的虚线箭头所示。
请参阅图3和图4，它们分别示出了本发明的第二和第三优选实施方式。此两实施方式的结构大致与第一优选实施方式相似，唯一的差别是将第一优选实施方式中的螺旋纹导流通道替换成斜纹导流通道52或直条纹导流通道52。当然并不限于此，其它如阶梯状、锯齿纹或其它类似纹路均可。
在所述的几个实施方式中，所使用的导流件也可替换成与散热器相同的铝材。应用时，在散热器的圆柱开孔内壁上形成与导流件外表面的导流通道形状相应的凹纹通道，将导流件紧配塞入散热器的中间圆柱开孔内时，导流件外表面与散热器的圆柱开孔内壁之间形成导流通道。
请参阅图5，其示出了本发明的第四优选实施方式。该实施方式的结构与所述实施方式相似，但散热器底部没有入孔和出孔，散热器4的中心圆柱开孔的一端(即靠近风扇及泵处)设有注入孔7，注入工作流体后，可紧配地塞入缓冲阀8，该缓冲阀的形状可为环形齿状结构，其齿状上段8 1可轴向位移，而齿状下段82可与注入孔内壁紧配。缓冲阀的材料为软性橡胶材料。因此，除了可防止工作流体漏出之外，缓冲阀亦可自动缓和因密闭导流通道热涨冷缩所产生的内部压力。此外，在散热器的圆柱开孔的另一端设置导热金属封盖6，除了密封散热器圆柱开孔的另一端外，导热金属封盖6的外表面直接与热源紧贴。应用时，贴附于导热金属封盖外表面的热源所产生的热可迅速传导至导热金属封盖6，使内部的工作流体变成高温，所述工作流体经由导流件的中心贯穿孔51和泵3外围再流入导流件与散热器圆柱开孔内壁之间所形成的导流通道52，于是工作流体中的热能快速地传导至散热器的散热鳍片44上。借助于风扇吹出的冷空气将累积于散热器的散热鳍片上的热量发散至外界，使得流至散热器底部(即靠近导热金属封盖处)的工作流体变成低温而继续进行循环散热。工作流体的流动方向如图5中的虚线箭头所示。
实际应用时，第一、第二或第三优选实施方式中的风扇、泵与散热器三位一体的液冷式散热模块可借助于导管7外接导热座9，导热座9的底表面紧贴热源12(如中央处理器CPU)，如图6A所示。中央处理器运行时所产生的热将迅速传导至导热座9，借助于流经导热座内的散热流道的工作流体将所产生热量带走，使工作流体变成高温，所述工作流体通过泵的运转而被导引至导流件的中心贯穿孔51内，再经过泵3和导流通道52，而将热量快速传导至大面积的散热鳍片上。借助于风扇所吹出的冷空气，使高温工作流体变成低温工作流体，低温工作流体再经由导管循环流回至位于中央处理器表面的导热座中的散热流道中，如此不断地循环发散中央处理器所产生的热量。
本发明中所使用的泵可为一般常用的泵，或将其设计成与风扇一道由一共用马达同时驱动。
请参阅图6B和6C，导热座9包括底座91和上盖92，导热座内形成散热流道910，散热流道910可为呈同心圆的涡流状或呈由内向外的螺旋纹状，其形成方式可以是在底座91中铣出的流道，或与覆盖于底座上的塑料上盖92一体地注塑成型，将铜制底座91与塑料上盖92组合时，可在它们之间加装O型防漏环93。导管中的低温工作流体自塑料上盖上的低温入口921进入涡流状的散热流道91后，带走中央处理器12所产生的热量而变成高温工作流体自高温出口922流出，再被引向散热器的入孔。
综合以上所述，由于风扇、泵、散热器和导热座为一体或为两个主体，可有效减少连接的导水管数量，甚至没有导水管，从而可大幅度地提高可靠度且不易漏水。此外，由于所需组件少，大大减少了材料的消耗并缩小了总体积，且其组装方式完全模块化，可直接更换。再者，本发明的结构可迅速传导热量，且使热量平均分布于散热器的内壁，故其散热效率可大幅度提高。
显然，本领域的技术人员还可对本发明作出很多变换和修饰，这些变换和修饰皆落入所附的权利要求所限定的保护范围内。

Claims (22)

1.一种用于循环发散热源所产生的热量的液冷式散热模块，其包括：
具有基座的风扇；
贴附于该基座上的泵；
与所述风扇耦合的散热器，该散热器具有一开孔，以将所述泵容纳于其中；以及
设置于所述散热器的开孔内并与所述泵相通的导流件，该导流件具有贯穿孔，且该导流件与该散热器之间形成有导流通道，其中，借助于所述泵的运转，驱使所述液冷式散热模块内的工作流体流经所述贯穿孔、泵和导流通道，从而实现循环散热。
2.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，所述导流件由塑料制成，其与所述散热器的所述开孔紧配。
3.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，所述导流通道为螺旋纹、斜纹、直条纹、锯齿纹或阶梯纹其中之一的通道。
4.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，所述散热器的开孔内壁为平滑表面，将所述导流件紧配插入所述开孔内时，所述导流通道即形成于所述散热器的开孔内壁与所述导流件的外表面之间；或者所述散热器的开孔内壁具有与所述导流通道形状相应的通道，将所述导流件紧配插入所述开孔内时，所述导流通道即形成于所述散热器的开孔内壁与所述导流件的外表面之间。
5.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，所述散热器具有入孔和出孔，所述入孔与所述导流件的贯穿孔相通，所述出孔与所述导流件的导流通道相通。
6.如权利要求5所述的液冷式散热模块，其中，所述散热器的入孔和出孔设置于所述散热器的开孔末端。
7.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，所述散热器具有注入孔，用以注入所述工作流体，该注入孔位于靠近所述风扇及泵与所述散热器组接之处。
8.如权利要求7所述的液冷式散热模块，其中，还包括被塞入所述注入孔中的缓冲阀，该缓冲阀为环形齿状结构，其齿状上段可轴向位移，而其齿状下段与所述注入孔内壁紧配。
9.如权利要求8所述的液冷式散热模块，其中，所述缓冲阀由软性橡胶材料制成。
10.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，还包括封盖，用以密封所述散热器的开孔末端。
11.如权利要求10所述的液冷式散热模块，其中，所述封盖由导热材料制成，该封盖的一表面与所述热源紧贴。
12.如权利要求10所述的液冷式散热模块，其中，所述封盖由金属制成，该封盖的一表面与所述热源紧贴。
13.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，通过锁合、卡合、铆合、黏合或超声波焊接方式使所述泵与所述风扇的基座结合。
14.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，还包括贴附于所述热源的导热座，借助于所述工作流体将所述热源运行时所产生的热量迅速带走，该导热座具有底座和上盖，导热座内形成有呈同心圆的涡流状或呈由内向外的螺旋纹状结构的散热流道。
15.如权利要求14所述的液冷式散热模块，其中，所述散热流道的形成方式为在所述底座中铣出流道，或与覆盖所述底座的上盖一体地浇注成型。
16.如权利要求14所述的液冷式散热模块，其中，组装所述底座与所述上盖时，在它们之间装设O型防漏环，所述导热座为铜制件。
17.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，所述风扇与所述泵共由一马达驱动。
18.如权利要求1所述的液冷式散热模块，其中，所述风扇为直流风扇或交流风扇。
19.一种用于发散热源所产生的热量的液冷式散热模块，其包括：
第一散热装置；
贴附于该第一散热装置的泵；
与所述第一散热装置耦合的第二散热装置，该第二散热装置具有一开孔，以将所述泵容纳于其中；以及
设置于所述第二散热装置的所述开孔内的导流件，该导流件具有一贯穿孔，且该导流件与该散热器之间形成有导流通道，其中，借助于所述泵的运转，驱使所述液冷式散热模块内的工作流体流经所述贯穿孔、泵和导流通道，从而实现散热。
20.如权利要求19所述的液冷式散热模块，其中，所述第一散热装置为直流风扇或交流风扇，所述第二散热装置为散热器。
21.如权利要求19所述的液冷式散热模块，其中，所述导流通道为螺旋纹、斜纹、直条纹、锯齿纹或阶梯纹其中之一的通道。
22.如权利要求19所述的液冷式散热模块，其中，所述开孔的内壁为平滑表面，将所述导流件紧配插入所述开孔内时，所述导流通道即形成于所述开孔内壁与所述导流件的外表面之间；或者所述开孔的内壁具有与所述导流通道形状相应的通道，将所述导流件紧配插入所述开孔内时，所述导流通道即形成于所述开孔内壁与所述导流件的外表面之间；所述第二散热装置具有入孔和出孔，所述入孔与所述导流件的所述贯穿孔相通，所述出孔与所述导流件的所述导流通道相通。
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