液冷头及液冷式散热系统

摘要

本发明主要公开一种液冷头，其包括一导热本体、一散热单元及一旋转装置。导热本体具有用于导入冷却液的一导入流道、用于导出冷却液的一导出流道、以及衔接导入流道与导出流道的一热交换区。散热单元设于导热本体的热交换区。旋转装置的一旋转体可转动地设于导热本体内，且能受冷却液的冲击而转动。由于转动的旋转体可打乱冷却液的流向而造成乱流，故能增加冷却液与散热单元的散热鳍片的碰撞，从而增加两者之间的热交换，使得冷却液的吸热效率得以提升。

权利要求

1.一种液冷头，包括：

一导热本体，具有用于导入冷却液的一导入流道、用于导出该冷却液的一导出流道、以及衔接该导入流道与导出流道的一热交换区；

一散热单元，设于该导热本体的该热交换区，且具有间隔排列的多个散热鳍片、及由多个所述散热鳍片所界定的一容室及多个通道，该容室与该导热本体的该导入流道相通，多个所述通道连通该容室与该导热本体的该导出流道；及一旋转装置，包括一旋转体，该旋转体可转动地设于该导热本体内，并位于该散热单元的该容室内，能受该冷却液的冲击而转动；

该旋转体呈圆盘状，并具有环形排列且彼此衔接的多个扇叶，每一扇叶的前缘形成一导引斜面；每一导引斜面与其前一扇叶的后缘之间形成上下贯穿的一贯穿孔。

2.如权利要求1所述的液冷头，其中该导入流 道对应该容室处形成一扩大空间。

3.如权利要求2所述的液冷头，还包括设于该散热单元上且覆盖该容室的一隔板，该隔板分隔该扩大空间与该容室，且该隔板上界定有多个通孔。

4.如权利要求3所述的液冷头，其中该旋转装置包括一转轴，该转轴的两端分别由该隔板及该散热单元所支持。

5.如权利要求4所述的液冷头，其中该旋转体具有一轴孔，该转轴穿过该轴孔。

6.如权利要求5所述的液冷头，其中该旋转装置包括一上凸点，该上凸点位于该旋转体的顶面且靠近该轴孔，并高于该旋转体。

7.如权利要求5所述的液冷头，其中该旋转装置包括一下凸点，该下凸点位于该旋转体的底面且靠近该轴孔，并低于该旋转体。

8.如权利要求7所述的液冷头，其中该转轴还具有一支撑盘，该支撑盘与该散热单元的表面之间有一段间距，并对应支撑该下凸点。

9.如权利要求4所述的液冷头，其中该转轴与该旋转体连结固定或一体成型。

10.如权利要求1所述的液冷头，其中该导出流道具有一引口，该导热本体具有一斜面，该引口连通该热交换区，该斜面位于该引口的一侧。

11.如权利要求1所述的液冷头，其中该导热本体包括依序叠合的一第一块体、一第二块体及一第三块体，该导入流道贯穿第一块体与该第二块体，该导出流道部分形成于第一块体，部分形成于第二块体，并具有形成于该第二块体的至少一引口，该热交换区位于该第三块体，并与该引口相通。

12.如权利要求11所述的液冷头，其中多个所述散热鳍片与该第三块体是一体的，且多个所述散热鳍片为彼此相互平行的薄片。

13.如权利要求1所述的液冷头，其中该旋转装置包括一转轴，该转轴包括一头部及由该头部往下延伸的一杆部，该头部的直径大于该杆部，该杆部穿过该旋转体的一轴孔且固定于该散热单元。

14.如权利要求13所述的液冷头，其中该旋转装置包括一上凸点，该上凸点位于该旋转体的顶面且靠近该轴孔，并高于该旋转体。

15.如权利要求13所述的液冷头，其中该旋转装置包括一下凸点，该下凸点位于该旋转体的底面且靠近该轴孔，并低于该旋转体。

16.如权利要求15所述的液冷头，其中该转轴包括一支撑盘，该支撑盘穿套且固定于该杆部，并与该散热单元的表面之间有一段间距，及对应支撑该下凸点。

17.一种液冷式散热系统，包括：如权利要求1至16任一项所述的液冷头；

一散热排，具有一输入口及一输出口，该输入口连接该液冷头的该导出流道；及一泵，用于驱动该冷却液流动，且具有一排出口及一吸入口，该排出口连接该液冷头的导入流道，该吸入口连接该散热排的该输出口。

说明书

液冷头及液冷式散热系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电子元件的散热装置，特别涉及一种运用于液冷式散热系统中的液冷头

背景技术

[0002] 随着集成电路的布线高度密集化与运算效能的大幅提升，许多诸如中央处理器的电子元件的散热需求也日益升高，以致于传统的风冷式散热装置已不符某些电子元件的散
热需求，从而液冷式散热系统的问题，这种系统具有液冷循环作用，可有效地为电子元件进
行散热。

[0003] 现有的液冷式散热系统的基本构成包括一液冷头、一散热排及一泵浦，此三者彼此以管路连接形成一循环回路，管路内填充有冷却液，例如水或冷媒。使用时，液冷头是贴
附于一热源，例如一中央处理器。在泵浦的驱动下，冷却液会从泵浦流出，并依序流经液冷
头及散热排，并吸收由液冷头从热源所吸收的热，及将所吸收的带至散热排，然后通过散热
排进行散热，以使冷却液降温。

[0004] 为了让冷却液快速吸热，液冷头内部会形成多个间隔排列的散热鳍片，借以增加与冷却液接触的接触面积，从而提高冷却液的吸热效率。现有的散热鳍片大致可为柱状或
薄片式，柱状的散热鳍片可扰乱冷却液的流向而造成乱流，借以加速冷却液和多个所述散
热鳍片的碰撞，达到加速热交换的目的，但有总体导热面积少的问题而影响冷却液的吸热
效率。薄片式的散热鳍片的总体导热面积大，但有乱流制造效果不佳的问题而影响冷却液
的吸热效率。因此，现有液冷头的冷却液的吸热效率尚有改进空间。

发明内容

[0005] 鉴于现有液冷头有冷却液吸热效率尚待进一步改善，本发明提供一种可增进冷却液吸热效率的液冷头。详言之，本发明提供一种液冷头，其包括一导热本体、一散热单元及
一旋转装置。该导热本体具有用于导入冷却液的一导入流道、用于导出该冷却液的一导出
流道、以及衔接该导入流道与导出流道的一热交换区。该散热单元设于该导热本体的该热
交换区，且具有间隔排列的多个散热鳍片、及由多个所述散热鳍片所界定的一容室及多个
通道，该容室与该导热本体的该导入流道相通，多个所述通道连通该容室与该导热本体的
该导出流道。该旋转装置的一旋转体可转动地设于该导热本体内，位于该散热单元的该容
室内，能受该冷却液的冲击而转动。

[0006] 在一实施例中，本发明的上述旋转装置呈圆盘状，且具有环形排列且彼此衔接的多个扇叶，每一扇叶的前缘形成一导引斜面。较佳地，每一导引斜面与其前一扇叶的后缘之
间还形成上下贯穿的一贯穿孔。

[0007] 在一实施例中，本发明的上述导入通道对应该容室处形成一扩大空间。更进一步地，本发明还包括设于该散热单元上且覆盖该容室的一隔板，该隔板分隔该扩大空间与该
容室，且该隔板上界定有多个通孔。

[0008] 在一实施例中，本发明的上述旋转装置包括一转轴，其连结该旋转体并设置于该散热单元上。

[0009] 在一实施例中，本发明的上述旋转体具有一轴孔，该转轴穿过该轴孔。或者，该转轴也可与该旋转体连结固定或一体成型。另外，在一实施例中，该转轴还可包括一头部及由
该头部往下延伸的一杆部，该头部的直径大于该杆部，该杆部穿过该旋转体的该轴孔且固
定于该散热单元，如此，便可省略上述的隔板，以简化结构。

[0010] 在一实施例中，本发明的上述旋转装置包括一上凸点，该上凸点位于该旋转体的顶面且靠近该轴孔，及高于该旋转体。在一实施例中，该旋转装置可再包括一下凸点，该下
凸点位于该旋转体的底面且靠近该轴孔，及低于该旋转体。

[0011] 在一实施例中，本发明的上述转轴还具有一支撑盘，该支撑盘与该散热单元的表面之间有一段间距，并对应支撑该下凸点。其中，该支撑盘可与上述转轴的杆部一体成型，
或是穿套固定于该杆部。

[0012] 在一实施例中，本发明的上述导出流道具有一引口，该导热本体具有一斜面，该引口连通该热交换区，该斜面位于该引口的一侧。

[0013] 在一实施例中，本发明的上述导热本体包括依序叠合的一第一块体、一第二块体及一第三块体，该导入流道贯穿第一块体与该第二块体，该导出流道部分形成于第一块体，
部分形成于第二块体，并具有形成于该第二块体的至少一引口，该热交换区位于该第三块
体，并与该引口相通。较佳地，本发明的上述散热鳍片与该第三块体是一体的，且多个所述
散热鳍片为彼此相互平行的薄片。

[0014] 本发明还提供一种液冷式散热系统，其包括上述液冷头、一散热排及一泵。该散热排具有一输入口及一输出口，该输入口连接该液冷头的该导出流道。该泵用于驱动该冷却
液流动，且具有一排出口及一吸入口，该排出口连接该液冷头的导入流道，该吸入口连接该
散热排的该输出口。

[0015] 相对于现有技术，本发明的液冷头可通过上述旋转装置打乱该冷却液的流向而形成乱流，从而增进该冷却液的吸热效率，解决现有液冷头的冷却液吸热效率尚待改进的问
题，并使运用本发明液冷头的上述液冷式散热系统具备良好散热效果。

附图说明

[0016] 图1显示本发明的液冷头的一个较佳实施例的立体外观图。

[0017] 图2显示该较佳实施例的立体分解图。

[0018] 图3显示该较佳实施例的另一方向立体分解图。

[0019] 图4显示该较佳实施例的立体断面图(图中省略隔板)。

[0020] 图5显示该较佳实施例的部分立体分解图。

[0021] 图6显示该较佳实施例的旋转体的立体外观图。

[0022] 图7显示该较佳实施例的旋转体的俯视图。

[0023] 图8显示该较佳实施例的旋转体倒置时的立体外观图。

[0024] 图9显示该较佳实施例的旋转体的仰视图。

[0025] 图10显示该较佳实施例的旋转装置的部分截面图。

[0026] 图11显示本发明液冷式散热系统的连接示意图。

[0027] 图12显示该较佳实施例的冷却液流动示意图。

[0028] 图13显示本发明另一种旋转装置的部分截面图。

[0029] 图14显示本发明再一种旋转装置的部分截面图。

[0030] 附图标记说明：

[0031] 1：导热本体

[0032] 11：第一块体

[0033] 11a：入口

[0034] 110：顶面

[0035] 11b：出口

[0036] 12：第二块体

[0037] 120：引口

[0038] 121：斜面

[0039] 13：第三块体

[0040] 130：底面

[0041] 101：导入流道

[0042] 102：导出流道

[0043] 101a：扩大空间

[0044] 103：热交换区

[0045] A～F：密封环

[0046] 104：隔板

[0047] 105：通孔

[0048] 2、2b：散热单元

[0049] 20：容室

[0050] 20b：结合部

[0051] 21：散热鳍片

[0052] 210：通道

[0053] 3、3a：旋转装置

[0054] 30、30a、30b：旋转体

[0055] 31、31a、31b：转轴

[0056] 312b：头部

[0057] 311、311b：支撑盘

[0058] 313b：杆部

[0059] 32、32b：轴孔

[0060] 33：扇叶

[0061] 330：导引斜面

[0062] 331：贯穿孔

[0063] 34、34b：上凸点

[0064] 35、35b：下凸点

[0065] 4：泵

[0066] 41：排出口

[0067] 42：吸入口

[0068] 5：散热排

[0069] 51：输入口

[0070] 52：输出口

[0071] 61、62、63：连接管

具体实施方式

[0072] 图1、图2是本发明的液冷头的一个较佳实施例的立体外观图与立体分解图，其包括一导热本体1、一散热单元2、及一旋转装置3。导热本体1可由导热金属制成，例如铜或铝，
其具有用于导入冷却液(图中未示)的一导入流道101、用于导出冷却液的一导出流道102、
以及衔接导入流道101与导出流道102的一热交换区103。

[0073] 在此实施例中，为便于组装，如图2所示，导热本体1包括依序叠合的一第一块体11、一第二块体12、及一第三块体13。这些块体11～13通过多根螺栓组件(图中未示)而紧密
结合在一起，并利用多个密封环的设置，例如图2及图3中所示的密封环A～F，确保流经导热
本体1的导入流道101、热交换区103、及导出流道102的冷却液，不会从这些块体11～13的叠
合处外泄。

[0074] 如图2、图4所示，导入流道101贯穿第一块体11与第二块体12，并具有一入口11a位于第一块体11的一顶面110。导出流道102部分形成于第一块体11，部分形成于第二块体12，
并具有一出口11b位于第一块体11的顶面110，及形成于第二块体12的两个引口120。这两个
引口120分别位于导入流道101左、右两边。热交换区103位于第三块体13，且与前述两个引
口120相通。需说明的是，上述的流道设计仅是示意，并非用以限制本发明。

[0075] 如图4及图5所示，散热单元2设于导热本体1的第三块体13的热交换区103，且具有多个间隔排列的散热鳍片21、及由多个所述散热鳍片21所界定的一容室20及多个通道210。
容室21与导热本体1的导入流道101相通，多个所述通道210连通容室20与导热本体1的导出
流道102。在此实施例中，多个所述散热鳍片21与第三块体13是一体的，并选用薄片式，亦
即，多个所述散热鳍片21为彼此相互平行的薄片，借以具有大的总体散热面积。如图3所示，
第三块体13的一底面130是用于接触一热源(例如一中央处理器、南桥芯片或其他热源，图
中未示)，对应于底面130的多个所述散热鳍片21则可快速吸收热源所产生的热。

[0076] 如图5所示，旋转装置3可转动地设于导热本体1内，且位于散热单元2的容室20内。旋转装置3包括一旋转体30及一转轴31，转轴31连结旋转体30并设置于散热单元2上。在此
实施例中，液冷头还包括设于散热单元2上且覆盖容室20的一隔板104，且隔板104上还界定
有多个通孔105。转轴31的两端分别由隔板104及第三块体13上的散热单元2所支持。在本实
施例中，如图6至图9所示，旋转体30呈圆盘状，且具有一轴孔32供转轴31穿过，故旋转体30
可绕着转轴31转动。又旋转体30还具有环形排列且彼此衔接的多个扇叶33，且每一扇叶33
的前缘形成一导引斜面330，每一导引斜面330与其前一扇叶33的后缘之间形成上下贯穿的
一贯穿孔331。当多个所述扇叶330受到由上而下的流体(例如冷却液)的冲击时，部分流体
会沿着多个所述导斜面330流入贯穿孔331之后继续往下流，在此过程中，多个所述导斜面
330能从所受的冲击力分解出水平分力，使得旋转体30在水平分力的推动下朝预定方向转
动(在此实施例为逆时针转动)，且冲击力愈大，旋转体30的旋转速度愈快。

[0077] 再如图6及图10所示，本实施例中，旋转装置3还可包括一个或多个上凸点34，上凸点34位于旋转体30的一顶面且靠近轴孔32，并高于旋转体30，借以避免旋转体30在转动时
碰撞到隔板104。此外，如图8及图10所示，旋转装置3可再包括一个或多个下凸点35，下凸点
35位于旋转体30的一底面且靠近轴孔32，并低于旋转体30，借以避免旋转体30在转动时碰
撞到散热单元2的表面。又如图5及图10所示，转轴31还可具有一支撑盘311，支撑盘311与散
热单元2的表面之间有一段间距，并对应支撑前述下凸点35，以使旋转体30与散热单元2的
表面保持间距。

[0078] 图11显示使用本发明的液冷头的一液冷式散热系统，其中，导热本体1的入口11a通过一连接管61连接一泵4的一排出口41，而出口11b则通过另一连接管62连接一散热排5
的一输入口51，散热排5的一输出口52再通过一连接管63连接泵4的一吸入口42。如图11及
图12中的箭号所示，在泵4的驱动下，从泵4的排出口41排出的冷却液，例如水或冷媒，会从
入口11a进入导热本体1，并依序流经导入通道101及热交换区103，并在热交换区103中吸取
散热单元2从热源所吸收的热，然后，从两侧引口120进入导出通道102，再沿导出通道102流
动，由出口11b流出导热本体1，接着，流入散热排5进行散热，之后再回流进入泵4的吸入口
42。其中，冷却液一进入热交换区103就会冲击旋转体30，并因此带动旋转体30作转动，转动
的旋转体30会将冷却液往外围喷射，并因此将冷却液的流向打乱而形成乱流，借以增加冷
却液与散热单元2的散热鳍片21的碰撞，从而增加两者之间的热交换，使得冷却液的吸热效
率得以提升，解决现有液冷头的冷却液吸热效率尚待改进的问题。

[0079] 在此实施例中，如图3、图12所示，导入通道101对应容室20处形成一扩大空间101a，以使冷却液可快速流入导热本体1。由于受到隔板104的阻挡，冷却液只能经由通孔
105流入容室20内，此时，因为进液面积减少，故可增加进入容室20的冷却液对旋转体30的
冲击力，并因此增加旋转体30转动速度，产生更乱的乱流，进一步提升冷却液的吸热效率。

[0080] 在本实施例中，如图4、12所示，导热本体1的第二块体12的两个引口120处各形成一斜面121，以导引流经两个引口120的冷却液，这可降低冷却液从热交换区103流向导出通
道102的流阻，借以增加冷却液的流速，进一步提升冷却液的吸热效率。

[0081] 图13显示另一种旋转装置3a，其包括一旋转体30a及一转轴31a，旋转体30a大致相同于上述旋转体30，而转轴31a则与旋转体30a一体成形，或是转轴31a与旋转体30a连结固
定，故旋转体30a与转轴31a会一起转动。这种旋转装置3a的旋转体30a同样能受冷却液的冲
击而转动，以造成可提升冷却液吸热效率的乱流。

[0082] 图14显示再一种旋转装置3b，其包括一旋转体30b及一转轴31b，旋转体30b大致相同于上述旋转体30。在本实施例中，转轴31b包括一头部312b及由头部312b往下延伸的一杆
部313b，头部312b的直径大于杆部313b，杆部313b穿过旋转体30b的轴孔32b且固定于散热
单元2b。散热单元2b与上述散热单元2大致相同，主要差别在于散热单元2b对应杆部313b处
形成一结合部20b，以对应结合杆部313b。杆部313b的末段与结合部20b结合的方式可选择
螺合、焊接、紧配或其他结合方式，以使两者结合固定。在此实施例中，转轴31b为一螺栓或
螺钉，故采取螺合方式结合固定于散热单元2b的结合部20b。如此，整支转轴31b的末段就可
固定于散热单元2b上，使得旋转体30b位于散热单元2b及转轴31b的头部312b之间，且能受
冷却液的冲击而转动，从而造成可提升冷却液吸热效率的乱流。这样做的好处在于，上述隔
板104可省略不用，使得液冷头的结构变简单。另外，在一实施例中，转轴31b还可包括一支
撑盘311b，支撑盘311b穿套且固定于杆部313b上，并与散热单元2b的表面之间有一段间距，
及对应支撑旋转体30b上的下凸点35b，以使旋转体30b与散热单元2b的表面保持间距。支撑
盘311b与杆部313b的固定方式可选择螺合、焊接、紧配或其他固定方式，以使两者结合固
定。

[0083] 相对于现有技术，本发明的液冷头可通过上述配置，特别是利用旋转装置3、3a或3b打乱冷却液的流向而形成乱流，以提升冷却液的吸热效率，使得液冷头及液冷式散热系
统有更好的散热效果。