虹吸式散热装置及吸热头的制作方法

本实用新型有关于一种散热装置，特别是关于一种内部采用虹吸式散热原理的虹吸式散热装置及吸热头。

背景技术：

传统的水冷散热装置，是由吸热头、冷凝排、风扇、泵，以及连接各组成的管路所组成，循环路径中充填有液态的工作介质。水冷散热装置在运作时，被加热的工作介质会从吸热头送往冷凝排，并在风扇以及鳍片的作用下降低温度，最后在泵的作用下传回吸热头。

不过，若是能够在水冷架构下让工作介质能够进行类似虹吸式散热装置的液气转换的话，就能够带走发热源更多的热能，因此，传统的水冷式散热装置，仍然有改善的空间。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种能够在水冷架构下采用虹吸式散热原理进行散热的虹吸式散热装置及吸热头。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种虹吸式散热装置，包括一吸热头以及一冷凝排。吸热头具有一第一出水口、一第一入水口、一蒸气室以及一回水室，第一出水口连接蒸气室，第一入水口连接回水室，蒸气室与回水室之间藉由一间隙连通，且蒸气室的内部空间大于或等于回水室的内部空间。冷凝排具有一第二入水口以及一第二出水口，第二入水口与第一出水口连通，第二出水口与第一入水口连通。

较佳地，该虹吸式散热装置还包括管路，该管路连接该第一出水口与该第二入水口，以及连接该第二出水口与该第一入水口。

较佳地，该管路选自硬管或软管。

较佳地，该管路的材料选自塑胶材料或非塑胶材料。

较佳地，该虹吸式散热装置还包括一泵，该泵设置在该第二出水口与该第一入水口之间。

较佳地，该吸热头包括一上盖以及一底座，该上盖与该底座共同界定出该蒸气室以及该回水室，该底座的一底面用以与一热源做热接触，且该间隙至该底面的最短距离，小于该第一出水口至该底面的最短距离。

较佳地，该上盖具有一导引斜面，用以导引受热的工作介质往该第一出水口的方向传递出去。

较佳地，该冷凝排包括一第一腔体、一第二腔体、一第三腔体以及一第四腔体，该第一腔体与该第二入水口连通，该第四腔体与该第二出水口连通，该第一腔体与该第二腔体藉由一第一组流道而相连通，该第二腔体与该第三腔体藉由一第二组流道做连通，该第三腔体与该第四腔体藉由一第三组流道做连通，该第一组流道的流向与该第二组流道的流向相反，该第二组流道的流向与该第三组流道的流向相反。

较佳地，该第一腔体与该第三腔体位于该冷凝排的一侧，且该第一腔体位于该第三腔体的上方，该第二腔体与该第四腔体位于该冷凝排的另一侧，且该第二腔体位于该第四腔体的上方。

较佳地，该冷凝排包括多个腔体以及连通该多个腔体的流道，在该多个腔体中有一腔体与该第二出水口连通，并且该腔体与其他腔体相比，内部空间最小。

较佳地，该冷凝排包括多个腔体以及多组连通该多个腔体的流道，在该多个腔体中有一第一腔体与该第二出水口连通，并且该第一腔体藉由第一组流道而与一第二腔体连通，其中，该第二腔体的内部空间大于该第一腔体的内部空间。

较佳地，当该虹吸式散热装置安装于一电子装置内时，该第二入水口的垂直高度高于该第二出水口的垂直高度。

较佳地，当该虹吸式散热装置安装于一电子装置内时，该第一出水口的垂直高度高于该第一入水口的垂直高度。

较佳地，该虹吸式散热装置内部填充有一工作介质，该工作介质为低沸点的电子工程液或水，并且在受热与降温的过程中会进行液气以及气液的两相转换。

本实用新型还提供一种虹吸式散热装置，包括一吸热头与一冷凝排。吸热头具有一第一出水口、一第一入水口、一上盖、一底座、一蒸气室、一回水室以及一间隙，上盖以及底座共同界定出蒸气室以及回水室，第一出水口连接蒸气室，第一入水口连接回水室，蒸气室与回水室之间藉由间隙连通，吸热头内填充有工作介质，其中蒸气室内的工作介质受热后会从液态转换为气态并从第一出水口排出，回水室内的工作介质为液态，并藉由间隙的毛细作用而被吸附至蒸气室。冷凝排具有一第二入水口以及一第二出水口，第二入水口与第一出水口连通，第二出水口与第一入水口连通，冷凝排用以将工作介质从气态转换为液态。

较佳地，该虹吸式散热装置还包括一管路，该管路连接该第一出水口与该第二入水口，以及连接该第二出水口与该第一入水口。

较佳地，该虹吸式散热装置还包括一泵，该泵设置在该第二出水口与该第一入水口之间。

较佳地，该底座的一底面用以与一热源做热接触，且该间隙至该底面的最短距离，小于该第一出水口至该底面的最短距离。

较佳地，该上盖具有一导引斜面，用以导引受热的工作介质往该第一出水口的方向传递出去。

较佳地，该冷凝排包括一第一腔体、一第二腔体、一第三腔体以及一第四腔体，该第一腔体与该第二入水口连通，该第四腔体与该第二出水口连通，该第一腔体与该第二腔体藉由一第一组流道而相连通，该第二腔体与该第三腔体藉由一第二组流道做连通，该第三腔体与该第四腔体藉由一第三组流道做连通，该第一组流道的流向与该第二组流道的流向相反，该第二组流道的流向与该第三组流道的流向相反。

较佳地，该第一腔体与该第三腔体位于该冷凝排的一侧，且该第一腔体位于该第三腔体的上方，该第二腔体与该第四腔体位于该冷凝排的另一侧，且该第二腔体位于该第四腔体的上方。

较佳地，该冷凝排包括多个腔体以及连通该多个腔体的流道，在该多个腔体中有一腔体与该第二出水口连通，并且该腔体与其他腔体相比，内部空间最小。

较佳地，该冷凝排包括多个腔体以及多组连通该多个腔体的流道，在该多个腔体中有一第一腔体与该第二出水口连通，并且该第一腔体藉由第一组流道而与一第二腔体连通，其中，该第二腔体的内部空间大于该第一腔体的内部空间。

较佳地，当该虹吸式散热装置安装于一电子装置内时，该第二入水口的垂直高度高于该第二出水口的垂直高度。

较佳地，当该虹吸式散热装置安装于一电子装置内时，该第一出水口的垂直高度高于该第一入水口的垂直高度。

较佳地，该工作介质为低沸点的电子工程液或水，并且在受热与降温的过程中会进行液气以及气液的两相转换。

本实用新型亦提供一种吸热头，包括一出水口、一入水口、一蒸气室以及一回水室，出水口连接蒸气室，入水口连接回水室，当吸热头水平贴附于发热源时，入水口位于吸热头的侧边，而当吸热头直立贴附于热源时，入水口位于吸热头相对的低点。

较佳地，该蒸气室与该回水室藉由一间隙而连通，该间隙包括多个狭缝。

本实用新型通过其结构设计能够实现在水冷架构下利用虹吸式散热原理进行散热，且散热过程中能进行两相转换，从而提高散热效率。

附图说明

图1A是依据本实用新型的一实施例所提供的散热装置平放运作时的立体示意图。

图1B是依据本实用新型的一实施例所提供的散热装置直立运作时的立体示意图。

图2是沿图1A中2-2剖面线所得到关于吸热头的剖面示意图。

图3是依据本实用新型的一实施例所提供的散热装置中吸热头的立体剖面示意图。

图4是依据本实用新型的一实施例所提供的散热装置中吸热头的另一立体剖面示意图。

图5是沿图1A中5-5剖面线所得到关于冷凝排的剖面示意图。

图6是本实用新型所提供另一冷凝排的流道设计示意图。

具体实施方式

依据本实用新型的一实施例提供一种虹吸式散热装置1。虹吸式散热装置1包括一吸热头11以及一冷凝排12。吸热头11具有一出水口111以及一入水口112，冷凝排12具有一出水口121以及一入水口122，其中吸热头11的出水口111与冷凝排12的入水口122连通，而冷凝排12的出水口121则与吸热头11的入水口112连通。此外，吸热头11的出水口111与冷凝排12的入水口122可整合在一起或直接连接在一起，冷凝排12的出水口121与吸热头11的入水口112也可整合在一起或直接连接在一起时。除此之外，虹吸式散热装置1也可额外设置管路来连接吸热头11与冷凝排12，例如设置管路13来连接吸热头11的出水口111与冷凝排12的入水口122，或是设置管路14则连接冷凝排12的出水口121与吸热头11的入水口112。而管路13、14可选自一硬管，例如塑胶硬管或是金属蛇管，或者也可选自一软管，材料上也可视需求或应用标的的特性而选自一塑胶材料或非塑胶材料(例如金属材料)，本实用新型并不予以限制。

此外，在依据本实用新型的其他实施例中，吸热头11也可再额外设置第二个出水口，而冷凝排12也可设置有第二个入水口，彼此之间藉由第二条管路13来连通。同理，吸热头11也可再额外设置第二个入水口，而冷凝排12也可设置有第二个出水口，彼此之间藉由第二条管路14来连通。

请同时参考图1A、图1B以及图2，本实用新型所提供的虹吸式散热装置1，吸热头11能够水平地或是直立地贴附于热源15(位于电子装置18内的PCB 16上)，让应用本虹吸式散热装置1的电子装置18在空间配置上有更多的弹性。

请参照图2，吸热头11是由上盖113与底座114组装而成，底座114的底面1142可与热源15做热接触，包括直接贴附于热源15，或是两者之间夹设有导热膏、黏着剂或是焊料等介质。吸热头的上盖113与底座114共同界定出一回水室115以及一蒸气室116，其中入水口112连接回水室115，出水口111则连接蒸气室116。吸热头11内可预先抽真空并填充有工作介质，其中蒸气室116内填充的工作介质，受热后会从液态转换为气态，并往出水口111方向排出。本实用新型在蒸气室116与回水室115之间，设置有一间隙117，使得蒸气室116及回水室115得以藉该间隙117而互相连通，而设置此间隙117的原因，在于避免蒸气室116的工作介质(图中未示)吸热而转换为气态时往回水室115逆流，同时藉由间隙117的毛细作用，让回水室115内液态的工作介质能够持续地往蒸气室116移动(输送)。此外，吸热头11蒸气室116的内部空间，大于或等于回水室115的内部空间，藉此也可避免蒸气室116的工作介质(图中未示)吸热而转换为气态时往回水室115逆流。

在本实施例中，该间隙117形成于一个自上盖113向下延伸的挡墙1131内(间隙117穿透挡墙1131)，但本实用新型并不予以限制间隙的形成位置或结构，例如在依据本实用新型的其他实施例中，间隙117也可形成于自底座114向上延伸的挡墙上，或是让上盖113与底座114的交界处，彼此不相连或是部分地相连而形成间隙117，其同样都可依照本实用新型的精神而予以实施。此外，在安排间隙117的设置位置时，可将间隙117到底面1142的最短距离D117，小于出水口111至底面1142的最短距离D111，藉此，更能确保受热而蒸发的工作介质，会因为结构以及压力的关系而往较高的出水口111方向移动，不会往较低且充满液态工作介质的间隙117的方向移动。

请同时参照图2的剖面示意体以及图3所示关于吸热头11的立体剖面示意图，本实用新型是在底座114上，形成有帮助沸腾的立体结构1141，例如间隙很小、排列密度非常高的铲削式鳍片(skived fin)，或是其他能够增大表面积的立体结构，此种立体结构1141可在底座114的底面1142与热源15热接触后，吸收热能并且迅速地将工作介质转换为气态，并且因为蒸气室116的结构设计而向出水口111喷发。

在本实用新型中，虹吸式散热装置1于运作时，内部会填充有工作介质，工作介质可选择水或是低沸点的电子工程液，例如3M Fluorinert FC-72(沸点为56℃)、3M Novec Fluids 7000(沸点34℃)、或是3M Novec Fluids 7100(沸点61℃)等，但并不为限，只要工作介质能够在流经立体结构1141时转换为气态，并且在膨胀加压过程中带走大量的热能即可。

本实用新型所提供的吸热头11的蒸气室116的设计，可由图1A、图2以及图3观察得到，是一个由回水室115(或是间隙117)往出水口111方向逐渐变宽的结构，同时由图2所示关于吸热头11的剖面示意图更可观察到，在底座114特别是立体结构1141的上方，上盖113内侧形成有一个导引斜面1132，因此能够导引气态或液气混合的工作介质在受热后，沿着箭头A的方向，往吸热头11出水口111的方向传递出去。

请同时参照图1A与图1B，在本实用新型所提出的虹吸式散热装置1中，为了让工作介质得以稳定地单向传输，特别让冷凝排12的入水口122的垂直高度H122高于吸热头11出水口111的垂直高度H111，同时也让冷凝排12的入水口122的垂直高度H122高于冷凝排12出水口121的垂直高度H121，如此一来，当虹吸式散热装置1运作时，气态的工作介质就会往上蒸发而进入冷凝排12的入水口122，而气态的工作介质在经过冷凝排12的冷凝作用而转换为液态时，也能够藉由重力顺势流至冷凝排12的出水口121，并经由管路14而流回吸热头11的回水室115，达到自行循环的效果。

在本实用新型中，为了确保工作介质能够顺利地从吸热头11移动到冷凝排12，或是从冷凝排12回到吸热头11，也可视需要而在冷凝排12的出水口121与吸热头11的入水口112之间设置泵，例如在图1A中所显示于管路14上额外连接有一泵17，帮助降温后的工作介质可从冷凝排12顺利移动至吸热头11，避免发生回流的情况。此外，也可在其他实施例中，视需要而在吸热头11的出水口111与冷凝排12的入水口122之间设置泵，例如在管路13上额外连接泵(图中未示)，帮助工作介质顺利从吸热头11往冷凝排12移动。而由于本实用新型所采用的工作介质可以是一种会产生两相变化的工作介质，因此在泵的选择上，可以选用抗孔蚀现象(又称空缺现象、汽蚀现象)的泵为佳。在泵17的设置数量上，可以是在一条管路上例如管路13或14设置有串联在一起的多个泵17，若是管路13、14的数量为多个的话，也可在各管路上设置有泵17，让泵17之间呈现并联的设置，本实用新型并不予以限制。

请同时参照图1A与图1B，在本实用新型一实施例所提出的虹吸式散热装置1中，吸热头11的入水口112如图1A所示，位于吸热头11平躺时的侧边位置，如此一来，当吸热头11如图1B所示直立地贴附于热源时，入水口112的位置就可位于吸热头11相对的低点，此时，吸热头11的出水口111的垂直高度H111高于入水口112的垂直高度H112，而吸热头11入水口112的垂直高度H112也可低于冷凝排12出水口121的垂直高度H121或是低于泵17的垂直高度H17。在本实用新型中，各出水口、入水口甚至于是泵的垂直高度是一个相对的比较值，只要是以同一个水平基准起算即可，例如电子装置18的一底板或是一机壳。此外，当本实用新型所提供的虹吸式散热装置1安装有泵17时，就可减少重力对于虹吸式散热装置的影响，不用完全依循前述所提各出水口、入水口以及泵在垂直高度上的设置规则，也能顺利地完成管路内工作介质的循环。

请参考图4，其是本实施例所提供的虹吸式散热装置1中吸热头11的另一立体剖面示意图。在此立体剖面图中，可显示出回水室115与间隙117的设置，当液态的工作介质经由管路14回到吸热头11后，并不直接进入吸热头11的蒸气室116，而是会先储存在吸热头11的回水室115后，经由间隙117的毛细作用而进入蒸气室116。间隙117可以由至少一个狭缝或开口所组成，图4所示的立体示意图是显示间隙117由多个狭缝所组成时的情况，此狭缝水平布设的范围大致与回水室115的宽度相同，或是说触及回水室115的两端，因此即使吸热头11如图1B所示直立设置时，工作介质仍然可藉由部分的间隙117而回到蒸气室116。

请参考图5，其呈现本实施例所提供虹吸式散热装置1中冷凝排12的流道设计。由此剖面示意图中可以看见，冷凝排12内设置有腔体123A、123B、123C、123D、三个流道组以及多个夹设在各流道间的鳍片125。腔体123A与腔体123C位于入水口122一侧，腔体123A位于腔体123C的上方，腔体123A与腔体123C之间设置有挡墙126。而腔体123B和腔体123D则位于出水口121一侧，腔体123B位于腔体123D的上方，且腔体123B和腔体123D之间也设有挡墙127。

请继续参考图5，流道组124A连接于腔体123A与腔体123B之间，使两者得以互相连通。气态(或是液气混合)的工作介质从冷凝排12的入水口122流进腔体123A后，即可被流道组124A分流而往腔体123B移动。流道组124B则连接于腔体123B与腔体123C之间，使两者得以互相连通，并且流道组124B的流向与流道组124A相反，因此工作介质在腔体123B汇集后，可藉由流道组124B而转向往腔体123C移动。流道组124C则连接于腔体123C与腔体123D之间而使两者得以互相连通，并且流道组124C的流向与流道组124B相反，工作介质在腔体123C汇集后，得以藉由流道组124C而转向往腔体123D移动。经由上述S型的流道设计，工作介质可藉由重力而自然地从水平上的高点往低点移动，而各腔体的内部空间比各流道的管径还大的设计，也可确保工作介质维持单向传输而不会回流，最终得以从冷凝排12的出水口121排出。

工作介质在冷凝排12内移动时，内含的热能可经由流道组124A、124B、124C中的各流道而传递至鳍片125，并且藉由配合的风扇(图中未视)或其他可产生气流的装置来将热能带走，过程中除了让工作介质得以从气态转换为液态之外，也降低了温度并回到吸热头11的回水室115，准备下一次的液气循环。而为了确保工作介质在冷凝排12的出水口121排出时呈现液态，更有利于泵17的运作，本实用新型可将冷凝排12内连通出水口121的腔体123D设计为，与其他腔体相比时，其内部空间最小；或者让倒数第二个腔体123C在内部空间上也大于最后一个出水的腔体123D的内部空间，加上两者之间用来连通的流道组124C在管径上也小于腔体123C与123D许多，因此更能确保工作介质会成为液态后才传递至腔体123D并藉由出水口121排出。

关于冷凝排12内腔体与流道的规划与设计，并不限制仅能以图5所示的S型方向来运作，也可有其他不同的实施方式，例如图6所示即为本实用新型所提供另一冷凝排12’的内部结构，结构上是图5冷凝排12的镜像设计，由此剖面示意图中可以看见，冷凝排2’内设置有腔体123A’、123B’、123C’以及123D’、三个流道组以及多个夹设在各流道之间的鳍片125’。腔体123A’与腔体123C’位于入水口122’一侧，而腔体123B’跟腔体123D’则位于出水口121’一侧，而在腔体123A’与腔体123C’之间设置有挡墙126’，腔体123B’和腔体123D’之间同样也设有挡墙127’。流道组124A’连接于腔体123A’与腔体123B’之间，让气态(或是液气混合)的工作介质得以从冷凝排12’的入水口122’流进腔体123A’后，即可被分流而往腔体123B’移动。流道组124B’则连接于腔体123B’与腔体123C’之间，让工作介质在腔体123B’汇集后，转向往腔体123C’移动。流道组124C’则连接于腔体123C’与腔体123D’之间，让工作介质在腔体123C’汇集后，得以转向往腔体123D’移动。经由上述反S型的流道设计，工作介质同样也可藉由重力而自然地从水平上的高点往低点移动，最后从冷凝排12’的出水口121’流出。工作介质在冷凝排12’内移动时，内含的热能仍然会经由流道组124A’、124B’、124C’中各流道而传递至鳍片125’，并且藉由配合的风扇(图中未视)或其他可产生气流的装置来将热能带走。

上述图5与图6所显示的冷凝排的内部流道设计，仅是说明本实用新型的例示，在依据本实用新型的其他实施例中，也可搭配采用从左到右、从右到左，从上到下、左上到右下或是右上到左下的流道设计，腔体的数量上可有更多(例如5个或6个)或是更少(例如3个)，只要确保运作时冷凝排12入水口122的垂直高度大于出水口121即可。

在本实施例所提供的虹吸式散热装置1中，吸热头11的底座114，可选自热传导性佳的金属，例如银、铜、金、铝、铁等或是包含上述金属的合金，或是其他导热性佳的非金属例如石墨，而上盖113也可选自和底座114相同或相异的导热材料，本实用新型并不予以限制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型，因此凡其它未脱离本实用新型所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本实用新型的创作概念中。