[发明专利]固液相变冷却装置

说明书

技术领域

本发明关于一种冷却装置，特别是一种利用相变材料(phase change material)由固态变为液态时吸热，进而达到降温效果的固液相变冷却装置。

背景技术

近年来，随着科技的发展，无论是CPU、IC、功率芯片或LED灯具等电子产品都需要使用冷却装置以适时地将多余的热带走。为满足电子产品对散热的需要，已发展出许多不同的散热方式，主要可分为被动式冷却及主动式冷却。主动式冷却需要额外使用能量驱动冷却装置，例如：水冷、风扇强制对流(forced convection)，而被动式冷却不需要外加能量，例如可以使用散热鳍片直接对于空气冷却达到自由对流(free convection)的效果，又或者是借由物体表面热辐射达成。

主动式冷却通常具有较佳的冷却效果，例如风扇强制对流可以轻易达成有效热传系数约1,000W/m²*K，然而额外使用能量驱动主动式冷却装置却也使得冷却成本提高，又当主动式冷却装置中的驱动系统失效时，主动式冷却装置也会整个无法运作。

被动式冷却因为不需要额外输入能量，虽然可以有效控制冷却成本，但也因此冷却效果较差且非常有限，例如空气自由对流的有效热传系数仅约为10W/m²*K。此外，利用热辐射冷却则需要在热源与环境温度差越大的情况下才会比热传导及热对流要好，因此对于一般的电子元件散热而言，仅能作为辅助散热之用，也无法具有足够的冷却效果。

因此，如何能够有效设计出一个以被动式冷却原理进行冷却，并且能有效提高冷却效果的冷却装置便为目前急需努力研发的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固液相变冷却装置，其利用固态-液态相变材料直接吸收热源产生的热能，以作为固态-液态相变材料发生相变所需的潜热，固态-液态相变材料于热源的升温过程中会吸热并延迟热源升温的速率，以确保热源的温度可长时间维持在工作温度以内，而在固态-液态相变材料变为液态后，液化的固态-液态相变材料便会在导流管体及壳体内流动，以借由热对流进行散热；于此同时，热能也会借由热传导通过壳体对外散热，以提高冷却效果。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。本发明提供一种固液相变冷却装置，其与热源接触，固液相变冷却装置包括：导流管体，上下两端分别具有导流开口；壳体，将导流管体完全包覆于其中，但不与导流管体直接接触，又壳体具有：斜面导流部，自壳体的中央轴朝离轴方向倾斜，斜面导流部的相对两端设有热源开口及连接部开口，且连接部开口的截面积大于热源开口的截面积，连接部开口的位置低于所述多个导流开口的位置，热源开口的位置又低于连接部开口的位置，热源设置于热源开口处，并覆盖热源开口；垂直部，连接于连接部开口处的斜面导流部，并朝远离热源开口的方向延伸；封口部，连接于垂直部并覆盖垂直部形成的开口，且封口部与导流管体之间存在有间隙；及多个内部鳍片，连接于垂直部，并朝壳体的中央轴的方向延伸；以及固态-液态相变材料，填充于导流管体的内部以及导流管体及壳体之间的空间，固态-液态相变材料的熔点低于热源的操作温度；固态-液态相变材料吸收热源产生的热能并由固态变为液态，已变为液态的固态-液态相变材料自热源开口处朝邻近连接部开口的导流开口流动，再通过导流管体并自另一端的导流开口流出，之后又流入导流管体与壳体之间的空间，并受到斜面导流部的引导再次回流至热源开口处。

本发明的目的还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的固液相变冷却装置，其中每两个内部鳍片之间构成内部流道，而该内部流道方向与该壳体的中央轴平行。

前述的固液相变冷却装置，其中所述多个内部鳍片朝该壳体的中央轴的方向延伸至该导流管体，并与该导流管体连接。

前述的固液相变冷却装置，其进一步包括多个外部鳍片，连接于该垂直部，并朝该壳体的外侧延伸。

前述的固液相变冷却装置，其中每两个外部鳍片之间构成外部流道，而该外部流道方向与该壳体的中央轴平行。

前述的固液相变冷却装置，其中每两个内部鳍片之间构成内部流道，每两个外部鳍片之间构成外部流道，而该内部流道方向及该外部流道方向皆与该壳体的中央轴平行。

前述的固液相变冷却装置，其中该固态-液态相变材料为碱性硝酸盐、醋酸钠、五水偏硅酸钠(Na₂SiO₃·5H₂O)金属或烷烃混合物。

前述的固液相变冷却装置，其中该固态-液态相变材料为石蜡(paraffin wax)。