TWI307831B - Liquid cooling system - Google Patents

Description

1307831 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係針對個人電腦或伺服器等電子機器，尤其可 將其內部所裝載之發熱元件亦即半導體元件，以液體冷媒 有效加以冷卻的液冷系統。 【先前技術】 被稱爲桌上型或筆記型之個人電腦或伺服器等電子機 器中的發熱元件亦即半導體元件，尤其以CPU ( Central Processing Unit)爲代表的發熱元件，通常爲了確保其正 常動作是需要冷卻的。因此先前一般上是藉由使用將稱爲 散熱器（Heat Sink)之鰭片一體形成之導熱體，和對該者 送出冷卻風之風扇，來實現該冷卻。然而近年來，上述發 熱元件亦即半導體元件的小型化及高積體化，係於發熱元 件中的發熱部位局部化產生，因此取代先前之氣冷式冷卻 系統，係注目有例如使用水等冷媒，冷卻效率較高的液冷 式冷卻系統。 亦即用於個人電腦或伺服器等之冷卻效率較高的液冷 式冷卻系統，係例如以下之專利文件等所熟知一般，一般 是於發熱體亦即CPU表面直接裝載所謂受熱（冷卻）套的 構件；另一方面在形成於此受熱套內部之流路內流通液體 冷媒，將來自CPU之發熱傳導至流動於上述罩內的冷媒’ 以此將發熱體作高效率冷卻者。另外該液冷式冷卻系統中 ，通常形成以上述受熱套爲受熱部的熱循環’具體來說係 -4 - (2) 1307831 具備爲了使上述液體冷媒在上述循環內循環的循環泵’和 爲了將上述液體冷媒之熱散熱到外部的散熱部也就是輻射 散熱器，還有配合必要而設置於循環之一部分的冷媒槽； 然後將此等經由金屬製之管或例如橡膠製之管來連接，而 構成之。 【專利文件1】日本特開2003-304086號公報 【專利文件2】日本特開2003-022148號公報 【專利文件3】日本特開2002-182797號公報 【專利文件4】日本特開2 0 0 2 - 1 8 9 5 3 5號公報 【專利文件5】日本特開2002- 1 895 3 6號公報 【專利文件6】日本特開2002- 1 8 8876號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 然而成爲上述先前技術之冷卻系統中，一般上設置於 該熱循環之一部分而用以驅動液體冷媒的循環泵，通常爲 了得到較多流量並減少接觸造成之噪音等理由，係廣泛利 用所謂離心泵。另外利用該離心泵之循環泵中，在利用其 他形式之栗時也一樣有必要另外設置用以旋轉驅動該泵的 電動機，因此循環泵整體之大小會變成較大者》 另一方面’近年來包含所謂桌上型之個人電腦或伺服 器等的電子機器’爲了提高其搬運性，尤其在筆記型個人 電腦中’當然對其小型化的要求變得更高；因此成爲上述 錢技術之循環泵’不一定能對應該要求者會成爲困擾的情 -5- (3) 1307831 況。再加上對於該電子機器之動作時的低噪音化要求也變 得更局。 因此本發明中係有件於上述先前技術中的問題點，其 . 目的爲提供一種具備可以小型化，對機器動作時之低噪音 _ 化也有效之新型驅動手段，並適用於上述被稱爲桌上型或 筆記型之個人電腦或伺服器等的冷卻系統。 φ 〔用以解決課題之手段〕 若依本發明，則爲了達成上述目的，首先提供一種對 於殼體內具備發熱元件之電子機器的液冷系統；其中具備 將該發熱元件之發熱傳導至內部之液體冷媒，並加以汽化 的受熱套；和將從上述受熱套所供給之汽化後液體冷媒， 導入內部並冷卻液化的輻射散熱器：和將內部之液體冷媒 流動方向規定爲某方向，且藉由反覆進行對來自上述輻射 散熱器之液化液體冷媒之一部分加熱與冷卻，來賦予使上 # 述液體冷媒循環之驅動力的驅動手段；並且，使上述液體 冷媒在包含上述受熱套、上述輻射散熱器、及上述驅動手 '段的循環迴圈內循環。 > 又本發明中係針對上述液冷系統，於上述受熱套之內 部表面，施加有用以促進液體冷媒之汽化的處理者爲佳； 又’上述驅動手段，係於其內部具有儲存來自上述輻射散 熱器之液化液體冷媒之一部分的部分，並且該儲存部分之 內部表面，施加有用以促進液體冷媒之汽化的處理者爲佳 -6- (5) 1307831 2圖可得知，此受熱套100之內側底面，係該略中央部突起 而形成；且該表面係多數且互相交叉形成有用以保持冷媒 液之液膜，並易於汽化的細溝101。又此受熱套100之內部 . 係安裝有隔板102，藉此分離液體冷媒流入之部分（第2圖 之右側室），和僅流入汽化冷媒之部分（第2圖之左側室 )° 另外此液體冷媒流入之部分（第2圖之右側室）中’ φ 有用以從之後說明之液體驅動裝置3 0 0流入被驅動•供給 之液體冷媒的金屬管（液輸送管）103 ’被延伸配置到其 中央部爲止。另一方面僅流入汽化冷媒之部分（第2圖之 左側室）之內部，則配置有用以將汽化之冷媒導入上述輻 射散熱器200的金屬管（蒸氣輸送管）1〇4。又此圖中的符 號W，係表示內部之冷媒液；然後符號6 00，表示被此受 熱套100冷卻的發熱元件。 又輻射散熱器200，是例如於銅等金屬製之管路表面 P 形成有冷卻鰭片202者，藉由於管路內面施加溝加工.’可 促進汽化之冷媒的凝結。從上述第1圖可得知’將從上述 受熱套1〇〇被供給之氣化後冷媒，從設置於該上部之入口 201導入，藉由多數安裝於該壁面之冷卻鰭片的工作來冷 卻、凝結。亦即從上述受熱套1 〇〇被供給之氣化後冷媒’ 在此輻射散熱器200中會恢復成液體，而貯存於其底部。 然後在該液冷系統中使液體冷媒循環之液體驅動裝置 300，由第1圖可得知，具備第1單向閥（止回閥）30i和第 2單向閥（止回閥）3 02，且例如具備有圓筒狀外型的液體 (6) 1307831 驅動部（輸送室）3 0 3。另外此液體驅動部3 0 3之內壁面， 係使其表面爲粗面而產生表面張力’也就是施加有所謂燈 芯（W i c k )加工（圖中虛線所示）。然後此液體驅動部 • 3 03，於該底面及側壁形成有開口部3〇4、3〇5，並分別於 圖示之方向，安裝有上述第1止回閥301和第2止回閥3 02。 更且上述具有圓筒狀外型之液體驅動部3 0 3的上部，例如 於其周圍環繞有鎳線等所謂的加熱器3 0 6。另外圖中符號 φ 400，則表示用來對此液體驅動裝置300之加熱器3〇6供給 加熱用驅動電力的驅動電路。 接著針對以上述構造所說明之液冷系統的動作，以下 一邊參考附加的第3圖及第4圖，一邊詳細說明。另外此液 冷系統中，在動作之際，係如上述第1圖所示，從驅動電 路400對加熱器3 06供給脈衝狀的加熱器電流。 如第3圖所示，當供給脈衝狀之加熱器電流，上述液 體驅動裝置300之加熱器306就會加熱，造成將液體驅動部 ·(輸送室）303加熱。因此，此液體驅動部303之內部，該 液體冷媒會因加熱而汽化，升高其內部壓力（P1—P2)。 此時若液體驅動部303之內部壓力比受熱套100內的壓力更 高，則如第4圖（a )所示，第1止回閥3 0 1會打開而另一方 面第2止回閥302關閉，所以液體冷媒會通過第1止回閥301 ’往箭頭方向也就是上述受熱套100流動。 之後當若停止供給脈衝狀之加熱器電流，加熱器3 0 6 的加熱也會停止，液體驅動部（輸送室）303就會被冷卻 。因此液體驅動部303之內部，藉由液體蒸發量減少、汽 (7) 1307831 化後冷媒之凝結，來降低其內部壓力（P2— P 1 )。亦即此 時液體驅動部3 03之內部壓力若比輻射散熱器200內的壓力 低，則如第4圖（b)所示，第2止回閥3 02會打開而另一方 面第1止回閥301關閉，所以液體冷媒會通過第2止回閥302 舞 ，往箭頭方向也就是上述液體驅動部3 03內部流動。亦即 藉由反覆進行上述動作，冷媒會從上述受熱套100被供給 並凝結回到液體，而貯存在輻射散熱器2 00內的底部並被 φ 驅動，而於上述液冷系統內依序移動。加熱器306之加熱 量及ON-OFF循環，係以熱輸送量（發熱元件600之發熱量 )、液體冷媒之種類、止回閥301、3 02之動作壓差來決定 。另外加熱器600之加熱量，因爲只要藉由液體蒸發來引 起液體驅動部3 0 3的內部壓力上升，所以可以是遠比輸送 熱量小的熱量。 另外上述說明中，液體驅動部303 (輸送室）之內壁 面施加有燈芯加工，因此液體驅動部3 03內部，液體冷媒 B 會藉由該表面張力而擴散在整個內壁面，所以藉由加熱器 306之加熱可以輕易汽化。又藉由多數形成於上述受熱套 100之內側底面而交叉的溝101，同樣可使內部的液體冷媒 容易汽化；因此如上述第2圖所示，使上述受熱套100接觸 於配置在電子機器殻體內之例如以CPU作代表的發熱元件 60 0表面來安裝時，會提高該冷卻效率。又連接於受熱套 之液輸送管1 〇 3，係使開口延伸到蒸發面之中心附近爲止 ，而容易對蒸發面全體供給液體。另一方面，連接於受熱 套之蒸氣輸送管104，係使受熱套100內之液體冷媒不會與 -10- (8) 1307831 蒸氣一起從蒸氣輸送管104送出者爲佳。因此使蒸氣輸送 管104之開口沿著受熱套100之內壁延伸到轉角部爲止，在 開口與側壁面之間留下蒸氣可通過的縫隙而配置。更且如 . 前述般，以隔板102分離液體冷媒流入之部分（第2圖之右 _ 側室）和只有汽化後冷媒流入之部分（第2圖之左側室） ，而使液體冷媒不會到達蒸氣輸送管1 0 4的開口。另外液 體冷媒流入之部分（第2圖之右側室）中產生的蒸氣，係 φ 可往只有汽化後冷媒流入之部分（第2圖之左側室）移動 ，而於隔板102與受熱套100之天花板面間設置蒸氣可通 過的縫隙。另外在此受熱套1〇〇內汽化的冷媒，係藉由該 壓力及上述第1止回閥301的動作，而如上述般被導入輻射 冷卻器2 0 0內。 如以上所述，若依上述液冷系統，也就是藉由構成利 用所謂熱虹吸之冷媒的輸送機構，則可以小型化，並對機 器動作時之低噪音化也有效，不管受熱套或輻射散熱器之 B 設置ίΐΔ置’都可確實提供能得到冷·0卩效果的冷卻系統，而 發揮優良效果。 又若依以上之實施方式，雖然舉例說明使用加熱器 3 06將上述液體驅動裝置3 00的液體驅動部3 03加熱，然而 本發明並不只限定於該構造；作爲其他實施方式，例如取 代上述加熱器3 06，如附加第5圖所示，亦可利用帕耳帖元 件700。另外此時如圖所示，若對該帕耳帖元件700施加交 流電力，則可主動將此帕耳帖元件700切換爲加熱/冷卻（ 溫度上升/下降），而可發揮較佳效果。 -11 - 1307831

【圖式簡單說明】 [第1圖]表示成爲本發明之一種實施方式之液冷系統其 . 整體構造的圖 „ [第2圖]說明上述液冷系統之受熱套之內部詳細構造的 剖面圖 [第3圖]用以說明上述液冷系統中冷媒之運輸動作的動 • 作波形圖 [第4圖]用以說明上述液冷系統中冷媒之運輸動作的， 液體驅動部之動作說明圖 [第5圖]說明本發明之其他實施方式，表示利用了帕耳 帖元件之液體驅動部的圖 【主要元件符號說明】 100 :受熱套 Φ 101 :溝 1 02 :隔板 103:金屬管（液輸送管） 104:金屬管（蒸氣輸送管） 200:輻射散熱器 201 :入口 2 0 2 :冷卻鰭片 300:液體驅動裝置 301:第1單向閥（止回閥） -12- (10) (10)1307831 3 02 :第2單向閥（止回閥） 3 0 3 :液體驅動部（輸送室） 3 0 4、3 0 5 :開口部 3 0 6 :加熱器 4 0 0 :驅動電路 6 0 0 :發熱元件 700 :帕耳帖元件

Claims (1)

1307831 / 十、申請專利範圍 第_^1 3 5520號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國96年12月14日修正 1. 一種液冷系統，係於殻體內具備發熱元件之電子 機器的液冷系統；其特徵爲：具備有： 將該發熱元件之發熱傳導至內部之液體冷媒，並加以 汽化的受熱套；和 將從上述受熱套所供給之汽化後液體冷媒，導入內部 並冷卻液化的輻射散熱器；和 將內部之液體冷媒流動方向規定爲某方向，且藉由反 覆進行對來自上述輻射散熱器之液化液體冷媒之一部分力口 熱與冷卻，來賦予使上述液體冷媒循環之驅動力的驅動手 段； 並且’使上述液體冷媒在包含上述受熱套、上述輻射 φ 散熱器、及上述驅動手段的循環迴圈內循環； 上述驅動手段，係於把來自上述輻射散熱器之液化液 體冷媒之一部分儲存於其內部的部分，具備有電加熱器。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載之液冷系統，其中 ’上述驅動手段’係於其內部具有儲存來自上述輻射散熱 器之液化液體冷媒之一部分的部分：並且該儲存部分之內 部表面’係施加有用以促進液體冷媒之汽化的處理。 3 .如申請專利範圍第1項所記載之液冷系統，其中 ’上述驅動手段’係具備用以將其內部之液體冷媒流通方 1307831

向規定爲某方向的單向閥。 4.如申請專利範圍第1項所記載之液冷系統，其中 ，於上述受熱套之內部表面，施加有用以促進液體冷媒之 汽化的處理。