CN101636068B - 电脑与电器用平板水箱散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电脑与电器用的平板水箱散热装置，装置包括：平板水箱、叶轮窗组件、软管、水冷头和电源模块。叶轮窗组件具有观察叶轮动态、观察冷却液水位和做为平板水箱注水口三种功能。平板水箱兼具机箱外壳与散热两种功能，箱体由平板和波纹板贴合密封焊接而成，其中波纹板的凸起空间内可容纳防冻冷却液，与软管、水冷头及叶轮窗组件闭合装配后形成封闭的水循环装置，利用水的热涨冷缩、热升冷降特性实现自动循环，无须以水泵为动力。水循环将电脑CPU和电源模块的热量带给平板水箱，由平板水箱自然风冷散发热量，达到安静节能地实现冷却的目的。平板水箱与电源模块组合，省去台式电脑的电源风扇。平板水箱还可用于某些即需要冷却、但又不需要风扇噪音的电器设备，以及做为某些制冷设备的散热器，例如对外观有一定要求的饮水机、冰箱等。

Description

电脑与电器用平板水箱散热装置

技术领域

本发明涉及一种平板水箱散热装置，特别涉及一种电脑与电器用平板水箱散热装置。

背景技术

电脑与电器是人们日常生活与工作的得力助手，但电脑与电器机箱内风扇的噪音影响了人们使用的心情，这一点在夜深人静时尤为明显，风扇噪音成了电脑和电器这些高科技产品的一大缺憾。对于笔记本电脑而言，风扇的运行还大量消耗了电能，减少了电池的续航时间，不利于长时间户外工作。

发明内容

为了给人们创造一个更为安静的电脑、电器使用环境，以及延长笔记本电脑的续航时间，本发明装置以水的热涨冷缩、热升冷降特性为动力，不用水泵实现自动水循环，且省去风扇，达到降低噪音、安静节能的目的。

本发明的技术解决方案是：根据各类电脑与电器结构的不同，分别设计了三种安装形式的平板水箱，三种水箱的循环原理与散热方式相同，箱体材质均为防腐金属。其中，I型平板水箱用于笔记本电脑的CPU散热，II型平板水箱用于台式电脑的CPU散热，III型平板水箱用于台式电脑电源模块的散热。而II型和III型平板水箱也可用于一体式电脑的CPU及电源模块的散热，两者还可扩展用于某些即需要冷却、但又不需要风扇噪音的电器设备，以及用于对外观有一定要求的饮水机、冰箱等。

I型平板水箱的技术解决方案是：将一块I型平板水箱、一个用做平板水箱注水口的叶轮窗组件、一个笔记本水冷头、两条用来连接平板水箱与水冷头的软管装配在一起，形成一个完整封闭的水循环装置，装置内注有适量的防冻冷却液，液位高于叶轮，液位上部留出的空间容纳了少量空气。工作时，笔记本水冷头的主体吸收了CPU的热量，而主体内的防冻冷却液又吸收了主体的热量，冷却液变热上浮，流向位置更高的热引流室，同时主体下方冷水被吸进主体内，水循环立即启动。由于笔记本电脑CPU上的垂直空间有限，高度落差过小，不利于热水上浮效应的实现，因此设计了热引流室来加高水冷头垂直落差。三角形热引流室的设计提高了水循环的启动速度和循环成功率，并可让用户在一定角度内前后左右倾斜使用而不影响水循环。携带热量的冷却液从热引流室的出水口流出后，经软管流进平板水箱右侧第一个纵向水道，此时自然风冷散热已开始。因自身浮力和后续热水继续上涌，推动前方热水流进上横向水道，当水流经过安装在最窄处的叶轮时推动叶轮旋转，叶轮的旋转原理与风杯式风速计相同，用户可透过叶轮窗玻璃观看叶轮动态，借以判断水循环是否成功。流进上横向水道的冷却液继续降温，并分路下沉流进相通的其它纵向水道，由于纵向水道表面积最大，故散热效率最高。冷却液在纵向水道内继续冷却下沉，汇聚于相通的下横向水道，再由出水口流出，经过相连另一根软管，从水冷头下方的入水口流进水冷头主体内，填充之前热水上浮后的空间，如此循环。事实上在整个循环过程中，热量传遍到整块平板水箱的外表面，整块平板水箱都参与了自然风冷散热。一块隔热板装在平板水箱与显示器之间，阻挡两者之间相互热量辐射，两者通过折边上的两排透气孔各自散发热量，从而保证了显示器原有的使用寿命。

因平板水箱的外侧面为平面，故称为平板水箱。平面的设计使其可以做为水箱的同时还可以做为机箱的外壳。平板水箱上的叶轮窗组件具有观察叶轮动态、观察冷却液水位和做为冷却液注水口三种功能。水箱内保留的少量空气具有可压缩性，它和弹性的软管一起，吸收冷却液热涨冷缩时产生的正负压。

II型平板水箱的技术解决方案是：用两条软管连接II型平板水箱与台式水冷头，从叶轮窗口注入适量的冷却液，再装配叶轮窗的全部组件以密封。将水箱后端的合页轴插入台式机箱后端的合页座内，平板面向外，此时II型平板水箱可像门窗一样开合，便于维修。固定好水冷头后合上水箱使机箱关闭，再用螺钉紧固，安装完成。II型平板水箱的循环散热原理与I型相同。在工作时，整块箱体的外表面都在散发来自CPU的热量。机箱内的空气吸收了波纹板散发的热量后上升，从II型平板水箱的上透气孔窜出，冷空气则从水箱的下透气孔吸入，空气不断如此对流，不断带走II型平板水箱的热量。

III型平板水箱的技术解决方案是：用压杆将电源模块固定在III型平板水箱的吸热贴面上。电源模块内的稳压整流电子元件和变压器产生热量后，传给周围紧密包裹的环氧树脂，并通过环氧树脂向四周扩散传递，当传递到模块盒盖时，盖体上的翅片帮助散发了小部分热量，当传递到盒底贴面时，热量被紧贴的III型平板水箱吸热贴面吸走。贴面内的冷却液吸热上浮，通过相通的若干纵向水道进入上横向水道，因自身浮力和后续热水推动，继续流向水道的另一侧，流动中推动了叶轮旋转，此时冷却液已有所降温，再经过相通的其它纵向水道下沉，汇聚到下横向水道，最后又流回到相通的水箱吸热贴面处，填充之前热水上浮后的空间，如此循环。III型平板水箱散发了电源模块的大部分热量，使电源模块长期在允许的温度范围内工作。

III型平板水箱与电源模块用于其它电器的技术解决方案是：电源模块固定于III型平板水箱的吸热贴面上，接好电源模块上的导线，然后将水箱安装在电器箱后部。若电器箱散热功率要求较高时，在III型平板水箱的外侧平板面加焊若干条形水箱翅片，以加大散热功率。

本发明的有益效果是，当原本需要风扇冷却的台式电脑、一体式电脑及电器设备使用本装置后，省去了CPU风扇和电源风扇，大幅将低了噪音，使工作与生活环境更加安静舒适；当笔记本电脑使用本装置后，延长了电池的续航时间，更便于户外使用；而饮水机或冰箱类电器使用本装置后，可使外形更加美观。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1a是本发明第一个实施例平板水箱焊接前波纹板的三维立体图。

图1b是本发明第一个实施例平板水箱焊接前平板的三维立体图。

图2a是本发明第一个实施例平板水箱焊接后的三维立体图之一。

图2b是本发明第一个实施例平板水箱焊接后的三维立体图之二。

图3a是本发明第一个实施例结构主视图。

图3b是本发明第一个实施例结构A-A剖视图。

图3c是本发明第一个实施例结构右视图。

图3d是图3c结构视图的A部放大图。

图3e是图3bA-A剖视图的B部放大图。

图4a是本发明第一个实施例叶轮窗组件的结构示意图。

图4b是本发明第一个实施例叶轮窗组件的分解结构示意图。

图4c是本发明第一个实施例叶轮窗组件的剖面图。

图5a是本发明第一个实施例中笔记本水冷头外观立体图。

图5b是本发明第一个实施例中笔记本水冷头结构示意图。

图5c是图5b的C-C剖视图。

图6是本发明第一个实施例完整闭合装配后的水循环示意图(空心箭头代表冷水，实心箭头代表热水)。

图7是第一个实施例隔热板的空间位置示意图。

图8是本发明第一个实施例安装在笔记本电脑中的位置示意图。

图9是本发明第一个实施例在笔记本电脑使用中叶轮窗组件的位置示意图。

图10a是本发明第二个实施例结构的主视图。

图10b是本发明第二个实施例结构的俯视图。

图10c是图10b的D部结构放大视图。

图11a是焊接好的II型平板水箱的三维立体图之一。

图11b是焊接好的II型平板水箱的三维立体图之二。

图12是本发明第二个实施例完整闭合装配后的水循环示意图。

图13是本发明第二个实施例在台式电脑中的位置示意图。

图14是本发明第三个实施例的组装示意图。

图15a是III型平板水箱的主视图。

图15b是III型平板水箱的右视图。

图16是电源模块的三维立体图。

图17a是模块盒体的仰视图。

图17b是模块盒体的主视图。

图17c是模块盒体的三维立体图。

图18a是模块盒盖的仰视图。

图18b是模块盒盖的主视图。

图18c是模块盒盖的左视图。

图19a是电源模块的内部电气结构示意图。

图19b是电源模块的内部电气结构剖视图。

图20是本发明第三个实施例中电源模块安装在台式电脑中的位置示意图。

图21a是本发明第三个实施例安装在电器设备中的位置示意图之一。

图21b是本发明第三个实施例安装在电器设备中的位置示意图之二。

具体实施方式

实施例1：

在图1a、图1b所示的第一个实施例中，I型波纹板1的中部被冲压成若干纵向平行等距分布的波纹状凸起，凸起的空间内侧形成了纵向水道4，在纵向水道的上端与下端各冲压一道横向波纹状凸起，分别形成了上横向水道3与下横向水道5，这两条水道将其它纵向水道4连通，连通后的所有水道呈栅格状布局。其中右侧第一个纵向水道16的下端不与下横向水道5连通，并在其下端焊有入水软管接口7，而下横向水道5的左端下方焊有出水软管接口6。在上横向水道3与右侧第一个纵向水道16相连处内侧焊有叶轮轴座18；做为I型平板2的金属板的上部边缘与左右边缘折起为一定高度的折边8，折边8上有一排水箱透气孔10和一排显示器透气孔11，折边8内侧的四角焊有隔热板底脚12，而金属板中部保持为平面。在与叶轮轴座18相对应的平面位置上冲孔，并在孔内焊有叶轮窗座22。

在图2a、图2b、图3a、图3b、图3c、图3d、图3e所示的第一个实施例中，加工好的I型波纹板1贴合在I型平板2内侧，其中I型波纹板1凸面向外，贴合时I型波纹板1上的叶轮轴座18与I型平板2上的叶轮窗座22同心对齐，然后对两板贴合的边缘及中部接触部位进行焊接，保证边缘密封不漏水。此时I型波纹板1凸起位置的内侧出现水道空间，可容纳所需的防冻冷却液15，I型平板水箱13形成。

在图4a至图9中，叶轮窗组件14中的叶轮轴座18呈圆柱形，并带有螺纹孔，预先焊于I型波纹板1的上横向水道3内侧；在叶轮17上有三只长条状凹面桨叶21，凹面桨叶21以叶轮环20为中心呈圆周等分排列，凹面桨叶21均朝向顺时针方向，其根部和叶轮环20连为一体。用叶轮轴钉19穿过叶轮环20，将其固定于叶轮轴座18上，使叶轮17能绕叶轮轴钉19旋转。叶轮窗座22为圆管形，一端内口有圆形挡圈，另一端有内螺纹，叶轮窗座22预先焊于I型平板2上，螺纹端向外，其圆心与焊在I型波纹板1上的叶轮轴座18同心。在水箱注水后向叶轮窗座22内放入密封圈25、叶轮窗玻璃24，最后拧入螺纹压圈23压紧密封。

笔记本水冷头26的水冷头主体30为中空遍平的长方体，在水冷头主体30下方设有入水管接口29，上方中间平面为CPU贴面，贴面左右两侧各有一个高出贴面的热引流室27，热引流室27纵剖面为等腰三角形，且与水冷头主体30空间相通。笔记本水冷头26在装入笔记本电脑后，热引流室27的最高点不与笔记本主板33碰触。三角形热引流室27的顶部外侧各有一个出水管接口28，这样出水管接口28与入水管接口29的高度落差被加大。另外在水冷头主体30的前后侧面各设有一个压杆挂钩31。

将笔记本水冷头26的贴面涂上导热硅胶，贴在笔记本CPU32上，用压杆嵌入水冷头的压杆挂钩31内，将其固定在笔记本主板33上。用三通管件34将笔记本水冷头26的两个出水管接口28合并为一个，并引出一根软管35，再从入水管接口29引出另一根软管35，将这两根软管35分别穿过主机与显示器36相连接的两个合页机构38，再分别接入I型平板水箱13的入水软管接口7和出水软管接口6。隔热板37被固定于I型平板水箱13内侧的隔热板底脚12上，然后将I型平板水箱13安装到显示器36背面。隔热板37将I型平板水箱13与显示器36之间的空间分开，I型平板2折边8上的水箱透气孔10与显示器透气孔11位于隔热板37两侧。用叶轮轴钉19将叶轮17固定在叶轮轴座18上，固定好后从叶轮窗座22内孔注入防冻冷却液15，液面必须高于叶轮17直径，但要留有少量空气，再将密封圈25、叶轮窗玻璃24放入叶轮窗座22内孔，最后用螺纹压圈23拧入叶轮窗座22内孔压紧密封。其中防冻冷却液15应选用透明或半透明产品，以便观察。

实施例2：

在图10a至图13所示的第二个实施例中，II型平板水箱39由II型波纹板41、II型平板40、叶轮轴座18、叶轮窗座22、S形入水管接口43、L形出水管接口44及合页轴45焊成。其中II型平板40的外形尺寸和台式电脑机箱侧盖相同，在II型平板40的上下端分别冲有一排上透气孔42和一排下透气孔46，上下端和前端边缘有安装孔，后端焊有两只合页轴45，并在平面的预定位置上焊有叶轮窗座22。II型波纹板41的上横向水道3与下横向水道5将所有纵向水道4连通，水道呈栅格状布局。在上横向水道3的后三分之一处焊有叶轮轴座18，S形入水管接口43焊于叶轮轴座18右侧，其内管口47对准叶轮轴座18下方，外管口48朝右。L形出水管接口44焊在下横向水道5上，外管口48朝右。将II型波纹板41与II型平板40贴合密封焊接为一体，叶轮窗座22位置与叶轮轴座18同心。II型波纹板41的尺寸可小于II型平板40，其外形边缘在II型平板40的透气孔和安装孔以内。

两条软管35将II型平板水箱39与台式水冷头49相连，连好后从叶轮窗座22内孔注入防冻冷却液15，再完成叶轮窗组件全部零件的装配，使II型平板水箱39密封。然后将II型平板水箱39后端的合页轴45插入台式机箱后端的合页座50内，此时II型平板水箱39可像门窗一样开合以便维修。用压杆固定好台式水冷头49后合上II型平板水箱39，用螺钉紧固后安装完成。

实施例3：

在图14所示的第三个实施例中，压杆52将电源模块53固定在III型平板水箱51的水箱吸热贴面54上，使电源模块53的热量通过水箱吸热贴面54传给III型平板水箱51。

在图15a、图15b中，III型平板水箱51由III型平板56和III型波纹板57贴合焊接而成。III型波纹板57的水道由波纹状凸起形成，呈栅格状布局，在栅格状水道右下角冲压一块平面区域，平面区域内部空间的下方与下横向水道5相通，上方与若干纵向水道4相通，平面的上下边缘与后侧边缘各焊有一组压杆底脚55，压杆底脚55内侧空出的平面做为水箱吸热贴面54。III型平板51的外形尺寸和台式电脑机箱侧盖相同，在III型平板51的上下端分别冲有一排上透气孔42和一排下透气孔46，周边有安装孔。叶轮窗组件14位于水箱吸热贴面54与其它纵向水道4交界处的上横向水道3内。

在图16中，电源模块53外部呈现的结构由模块盒体58、模块盒盖59、单孔密封圈60、电源导线61、多孔密封圈62、负载导线63组成。

在图17a、图17b、图17c中，模块盒体58为长方形，上端有口，盒口四角有螺纹孔65，盒体底面为电源模块贴面64，底面的上、下及左侧相邻面各有一个向上的压杆挂钩31，其中下侧相邻面两端开有一个较小的输入孔67和一个较大的输出孔66。

在图18a至图19b中，模块盒盖59的盖体69为扁平长方形，四角有安装孔70，其轮廓与模块盒体58的盒口吻合。盖体69背部有若干相连的垂直平行翅片68。

模块盒体58的输入孔67内装入单孔密封圈60，输出孔66内装入多孔密封圈62。变压器C形铁芯72做成扁平状，变压器的外层次级线圈71裸露。稳压整流电路板73做成长条形，放入模块盒体58内开孔一侧，电路板上的发热电子元件靠近盒底，变压器放入模块盒体58内另一侧。电源导线61穿过单孔密封圈60，与变压器初级线圈引线相接，多根负载导线63穿过多孔密封圈62，与稳压整流电路板73的输出焊盘焊接，变压器的次级线圈引线与稳压整流电路板73的输入焊盘焊接。焊好后向盒体内灌满环氧树脂74，完全包裹住变压器与稳压整流电路板73，环氧树脂74的上表面与模块盒体58的盒口持平。螺钉将模块盒盖59固定在模块盒体58上，模块盒盖59与环氧树脂74上表面完全接触。

在图20中，装入的III型平板水箱51与电源模块53不影响电脑主板及其它电脑硬件。

在图21a、图21b中，III型平板水箱51与电源模块53被装在电器箱75上，在III型平板水箱51外侧平面上加焊垂直平行的水箱翅片76，以增加散热功率。

Claims (6)

1.一种电脑与电器用平板水箱散热装置，其特征在于：它是由平板水箱、叶轮窗组件、水冷头和软管装配在一起组成的一个完整封闭的水循环装置，该水循环装置内注有防冻冷却液；所述的叶轮窗组件安装在所述平板水箱上，所述的水冷头通过软管与所述平板水箱连接；

所述平板水箱是由一波纹板贴合在一平板内侧组成，且波纹板凸面向外，所述波纹板与平板贴合的边缘及中部接触部位密封焊接固定，所述波纹板的凸起内侧空间形成若干纵向水道，所述纵向水道的上端与下端各设有一条上横向水道和下横向水道，所述上横向水道与下横向水道将纵向水道连通，连通后的所有水道呈栅格状布局；所述纵向水道的一侧第一个纵向水道上端通向上横向水道，其下端与下横向水道的一端隔绝；且所述纵向水道的一侧第一个纵向水道下端头焊接固定有进水软管接口，而下横向水道的另一端焊接固定有出水软管接口；

所述叶轮窗组件由叶轮、叶轮轴座、叶轮轴钉、叶轮窗座、螺纹压圈、叶轮窗玻璃和密封圈组成；

所述叶轮由长条状凹面桨叶和叶轮环组成，所述凹面桨叶以叶轮环为中心呈圆周等分排列，其根部和叶轮环连为一体；所述叶轮轴座呈圆柱形，该叶轮轴座中心有不穿透的螺纹孔，所述叶轮轴座位于所述平板水箱的波纹板内侧，且位于上横向水道的后三分之一处；

所述的叶轮窗座为圆管形，所述的叶轮窗座位于所述平板水箱的平板上；并与所述位于平板水箱波纹板内侧的叶轮轴座同心，该叶轮窗座的一端口内折形成圆形挡圈，另一端设有内螺纹；所述的叶轮窗座内，在一端口内折形成的圆形挡圈上，由内向外依次设有密封圈、叶轮窗玻璃和与其端口螺接的螺纹压圈；

所述的叶轮轴钉穿过所述叶轮环，将叶轮固定于叶轮轴座上，所述的叶轮能绕叶轮轴钉旋转。

2.根据权利要求1所述的电脑与电器用平板水箱散热装置，其特征在于：所述水冷头的主体为一中空扁平的长方体，其下方设有入水管接口，其上方中间平面为一贴面，该贴面左右两侧各有一个高出贴面的热引流室，所述热引流室纵剖面为等腰三角形，且与水冷头主体相通，热引流室的顶部外侧各设有一个出水管接口；

所述软管分别与平板水箱进出水软管接口连接，同时分别与水冷头进出水管连接；在所述水冷头的主体前后侧面各设有一个压杆挂钩。

3.根据权利要求1所述的电脑与电器用平板水箱散热装置，其特征在于：所述平板水箱的平板上、下两端分别设有一排上透气孔和一排下透气孔，后端焊有两只合页轴；

所述上横向水道焊接固定有所述的叶轮轴座，该叶轮轴座右侧焊接固定有S形入水管接口，该S形入水管接口的内管口对准叶轮轴座下方，所述的下横向水道上焊接固定有L形出水管接口；

所述的平板上设有冲孔，该冲孔内焊固定有所述的叶轮窗座，该叶轮窗座与所述上横向水道所焊接固定的叶轮轴座同心。

4.根据权利要求2所述的电脑与电器用平板水箱散热装置，其特征在于：所述平板水箱的平板上部边缘与左右边缘设有折边，折边上设有一排水箱透气孔和一排显示器透气孔，折边内侧的四角焊有隔热板底脚，所述平板的中部保持为平面，在与叶轮轴座相对应的平面位置上设有冲孔，并在该冲孔内焊接固定有所述的叶轮窗座。

5.一种电脑与电器用平板水箱散热装置，其特征在于：它是由一平板水箱和一个叶轮窗组件装配在一起组成的一个完整封闭的水循环装置；该水循环装置内注有防冻冷却液；所述的叶轮窗组件安装在所述平板水箱上；

所述平板水箱是由一波纹板贴合在一平板内侧组成，且波纹板凸面向外，波纹板上设有一叶轮轴座，其与平板上设有的一叶轮窗座同心对齐，所述波纹板与平板贴合的边缘及中部接触部位密封焊接固定，所述波纹板的凸起内侧空间形成若干纵向水道，所述纵向水道的上端与下端各设有一条上横向水道和下横向水道，所述上横向水道与下横向水道将纵向水道连通，连通后的所有水道呈栅格状布局；所述纵向水道的一侧第一个纵向水道上端通向上横向水道，其下端与下横向水道的一端隔绝；且所述纵向水道的一侧第一个纵向水道下端头焊接固定有进水软管接口，而下横向水道的另一端焊接固定有出水软管接口。

6.根据权利要求5所述的电脑与电器用平板水箱散热装置，其特征在于：所述波纹板上呈栅格状布局的水道右下角冲压有一块平面区域，该平面区域内的空间下方与下横向水道相通，上方与纵向水道相通，该平面的上下边缘与左侧边缘各焊有一组压杆底脚；所述平板的上、下端分别冲有一排上透气孔和一排下透气孔，该平板的四周边缘设有安装孔；所述叶轮窗组件位于水箱吸热贴面与其它纵向水道交界处的上横向水道内。

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