CN103281890A - 一种水冷板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水冷板，属于水冷装置技术领域。该水冷板由上至下被分割成两个平面水箱，所述上水箱的前端设有分配结构用于将冷却水平铺在所述上水箱平面上，所述下水箱前端设有收集结构用于收集所述下水箱平面上的冷却水，所述上水箱后端与所述下水箱后端通过循环结构连通用于将所述上水箱的冷却水平铺到所述下水箱平面上，所述水冷板侧面设有进水口和出水口，所述进水口与所述分配结构相连，所述出水口与所述收集结构相连。本发明实施例提供了一种冷水板，该水冷板的水路为整个水冷板平面，冷却水平铺到整个水冷板的水箱平面使水冷板与冷却水的热交换面积最大，散热效果好。
Description
技术领域
本发明涉及水冷装置技术领域，特别涉及一种水冷板，尤其涉及一种单层水冷板和双层水冷板。
背景技术
随着电子技术的发展，电子设备的性能迅速提高，整个系统的耗散功率也急剧增大。耗散功率的增加和小型化的要求引起散热问题日益突出，而这个问题如果不能得到较好地解决，不仅影响到设备的性能，还会缩短设备寿命。研究表明，在影响电子装置可靠性的多种因素中，散热至关重要。大功率半导体器件所产生的热量，会导致芯片温度的升高，如果没有适当的散热措施，就可能使芯片的温度超过所允许的最高温度，从而导致器件性能的恶化以致损坏。
现有的散热器通常分为风冷散热系统和水冷散热系统，水冷散热系统由水冷板、水管及一个水泵组成，水冷板有一个进水口及一个出水口，进水口及出水口通过水管和水泵组成循环水路，水冷板内部有多条水道。目前，如图1所示，现有的水冷板为了提高水冷效果，通常采用“M”结构水路。发明人发现：现有的“M型”水路热能交换表面面积有限，不能充分利用整个水冷板的表面，散热效果不好。
发明内容
本发明实施例提供了一种水冷板，该水冷板使水在一定区域平面内完全平铺开做到与热交换面的最大面积接触，从而达到最好的散热效果。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种双层水冷板，该水冷板由上至下被分割成两个平面水箱，所述上水箱的前端设有分配结构用于将冷却水平铺在所述上水箱平面上，所述下水箱前端设有收集结构用于收集所述下水箱平面上的冷却水，所述上水箱后端与所述下水箱后端通过循环结构连通用于将所述上水箱的冷却水平铺到所述下水箱平面上，所述水冷板侧面设有进水口和出水口，所述进水口与所述分配结构相连，所述出水口与所述收集结构相连。
其中，本发明实施例中的水冷板包括基板及两平面盖板，所述基板上下两侧对称地设有凹槽，所述凹槽的底部为平面，所述凹槽上封盖有所述盖板分别形成所述上水箱和所述下水箱。
其中，本发明实施例中的上下水箱的横截面为矩形、平行四边形或者鼓形。
其中，本发明实施例中的分配结构设于所述基板上侧的凹槽底面的前端，包括横向设置的阶梯凹槽、横向设置的斜槽或横向布置的通水孔；所述收集结构设于所述基板下侧的凹槽底面的前端，包括横向设置的阶梯凹槽、横向设置的斜槽或横向布置的通水孔。
优选地，本发明实施例中的分配结构和所述收集结构为由内向外升阶的阶梯凹槽，所述分配结构和所述收集结构的阶梯交错配合设置。
其中，本发明实施例中的循环结构包括横向设置的贯穿所述上下水箱的导水孔或导水开口。
优选地，本发明实施例中的循环结构为一排横向均匀布置的导水孔。
更优选地，本发明实施例中的水冷板包括基板和两盖板，所述基板两侧对称地设有上矩形凹槽和下矩形凹槽，所述上矩形凹槽和所述下矩形凹槽上封盖有所述盖板分别形成所述上水箱和所述下水箱；所述上矩形凹槽和所述下矩形凹槽底部为平面，所述盖板为平面结构，所述上矩形凹槽底部平面前端横向设有由内向外升阶的上阶梯凹槽，所述下矩形凹槽底部平面前端横向设有由内向外升阶的下阶梯凹槽，所述上阶梯凹槽和所述下阶梯凹槽的阶梯交错配合设置，所述上矩形凹槽的后端与所述下阶梯凹槽的后端通过一排横向均匀布置的导水孔连通；所述基板侧面设有所述进水口和所述出水口，所述进水口与所述上阶梯凹槽相连，所述出水口与所述下阶梯凹槽相连。
另一方面，本发明实施例提供了一种单层水冷板，该水冷板内部设有一水箱，所述水箱为平面结构，所述水箱底面两端分别设有分配结构和收集结构，所述分配结构用于将冷却水平铺在所述水箱平面上，所述收集结构用于收集所述水箱平面上的冷却水，所述水冷板侧面设有进水口和出水口，所述进水口与所述分配结构相连，所述出水口与所述收集结构相连。
其中，本发明实施例中的水箱的横截面为矩形，所述分配结构和所述收集结构为横向设置的导水槽。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供了一种冷水板，该水冷板的水路为整个水冷板平面，冷却水平铺到整个水冷板的水箱平面使水冷板与冷却水的热交换面积最大，散热效果好。同时，分配结构和收集结构采用交错配合的阶梯凹槽，不但将冷却水在水冷平面上均匀的分布开还可以在较薄的基板两侧同时开两条凹槽，加工难度低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有水冷板的结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的基板的主视图；
图3是本发明实施例2提供的基板的后视图；
图4是本发明实施例2提供的基板的右视图；
图5是本发明实施例2提供的水冷板的主视图；
图6是本发明实施例2提供的水冷板的后视图；
图7是本发明实施例2提供的水冷板的右视图；
图8是本发明实施例2提供的上阶梯凹槽和下阶梯凹槽组合示意图；
图9是本发明实施例2提供的水冷板中的水流分布主视图；
图10是本发明实施例2提供的水冷板中的水流分布左视图；
图11是本发明实施例2提供的水冷板中的水流分布后视图；
图12是本发明实施例3提供的水冷板的外观示意图；
图13是本发明实施例4提供的水冷板结构示意图。
图中：1基板、2上盖板、3下盖板、4上方形凹槽、5下方形凹槽、6上阶梯凹槽、7下阶梯凹槽、8导水孔、9密封槽、10中心固定结构、11进水口、12出水口、13矩形槽、14前导水槽、15后导水槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种水冷板，该水冷板由上至下被分割成两个水箱（上水箱和下水箱），上水箱和下水箱均为平面结构。其中，平面结构表示的意思是：现有的水冷板的导热面基本都是平面结构，而在本发明实施例中水冷板的上下两表面都为平面结构，而其内部的两个水箱的上下两面都为平面结构且与水冷板的表面平行。
其中，本发明实施例中上水箱的前端设有分配结构，下水箱前端设有收集结构，上水箱的后端和下水箱的后端通过上水箱（下水箱）后端的循环结构连通，即分配结构和收集结构位于上下水箱的同一端，循环结构位于水箱的另一端。其中，分配结构用于将冷却水平铺在上水箱底平面上，优选地，分配结构将冷却水均匀地平铺在上水箱底平面上，即在上水箱的纵截面上，单位长度单位时间内的水量基本相同。下水箱用于收集下水箱顶平面上的冷却水，优选地，收集结构同样均匀地收集下水箱平面上的冷却水。循环结构用于将上水箱的冷却水平铺到下水箱平面上，优选地，循环结构同样也是将冷却水均匀地平铺在下水箱平面上。水冷板侧面设有进水口和出水口，优选地，在水冷板前端侧面的左右两端分别设有进水口和出水口。其中，进水口与分配结构相连，出水口与收集结构相连，进水口和出水口通过管路与水泵相连形成循环水路。
其中，本发明实施例中的水冷板包括基板及基板两侧的两呈平面结构的盖板。该基板上下两侧对称地设有凹槽，该凹槽的底部为平面，基板两侧的凹槽上各封盖有一盖板分别形成上水箱和下水箱。当然，基板的上下两侧也可以为平面结构，相应地，盖板为凹槽结构。
其中，本发明实施例中的上水箱和下水箱的横截面（沿水平方向截取）同时为矩形、平行四边形或者鼓形等；相应地，水冷板的外形为矩形、平行四边形或者鼓形等形状。本发明实施例中的上下水箱最好为前后对称和/或左右对称和/或中心对称的结构以保证冷却水均匀地平铺。
其中，本发明实施例中的分配结构设于基板上侧的凹槽底面的前端，分配结构具体包括横向设置的阶梯凹槽、横向设置的斜槽或横向布置的多个通水孔等结构。其中，收集结构设于基板下侧的凹槽底面的前端，收集结构包括横向设置的阶梯凹槽、横向设置的斜槽或横向布置的通水孔。分配结构和收集结构优选采用相同的结构，如同样采用阶梯凹槽。具体地，阶梯凹槽由内向外（基板中心面朝向同侧盖板方向）升阶，斜槽由内向外倾斜，多个通水孔通过一条设于基板内部的水道与进水口或者出水口相连。其中，阶梯凹槽、斜槽或通水孔都横跨整个基板上的凹槽，从凹槽一端到另一端（从左端到右端）。
其中，本发明实施例中的分配结构和收集结构都为由内向外升阶的阶梯凹槽，且分配结构和收集结构的阶梯交错配合设置，使阶梯凹槽的阶梯能错开，则可以在较薄的基板两侧同时设置阶梯凹槽，阶梯凹槽的深度可以略小于所处基板的厚度。更优选地，分配结构和收集结构为镜像对称且交错配合设置的阶梯凹槽。
其中，本发明实施例中的循环结构包括横向布置且贯穿上水箱和下水箱的多个导水孔或导水开口等。优选地，本发明实施例中的循环结构为一排横向均匀布置的多个导水孔，多个导水孔横向呈一排均匀地从基板上的凹槽的左侧布置到右侧。
本发明实施例提供了一种双层冷水板，该水冷板的水路为整个水冷板平面，冷却水平铺到整个水冷板的水箱平面使水冷板与冷却水的热交换面积最大，散热效果好。同时，分配结构和收集结构采用交错配合的阶梯凹槽，不但将冷却水在水冷平面上均匀的分布开还可以在较薄的基板两侧同时开两条凹槽，加工难度低。
实施例2
参见图2-8，本发明实施例提供了一种双层水冷板，该水冷板包括基板1、基板1上表面凹设的上方形凹槽4，基板1下表面凹设的下方形凹槽5、封盖上方形凹槽4的上盖板2、封盖下方形凹槽5的下盖板3、上阶梯凹槽6、下阶梯凹槽7、贯通基板1的上方形凹槽4与下方形凹槽5的导水孔8、密封槽9、中心固定结构10、进水口11和出水口12。其中，基板1为120*120mm的正方形塑料板，基板1上下两侧的中部对称地设有80*80mm的正方形凹槽（上方形凹槽4和下方形凹槽5），上方形凹槽4上封盖有上盖板2密封形成上水箱，下方形凹槽5上封盖有下盖板3密封形成下水箱。上方形凹槽4和下方形凹槽5的底面为平面，上盖板2和下盖板3为铝制平板结构。本实施例中为方便加工将上方形凹槽4和下方形凹槽5的四个角倒圆角。基板1上下两侧设有围绕上方形凹槽4和下方形凹槽5的密封槽9，密封槽9内设有密封件（图未示）用于提高上下水箱的密封性。其中，上方形凹槽4和下方形凹槽5中部设有中心固定结构10，如可以是定位孔；相应地，上盖板2和下盖板3上对应地设有固定柱用于与定位孔配合来支撑和固定上下盖板。
进一步地，参见图2，本发明实施例中紧邻上方形凹槽4前侧边设有一横向（平行于上方形凹槽4前侧边）的上阶梯凹槽6，即上阶梯凹槽6紧邻上方形凹槽4的前缘设置，上阶梯凹槽6凹设于上方形凹槽4底部平面上且由内向外升阶呈阶梯状。具体地，上阶梯凹槽6从上方形凹槽4右侧边布置到左侧边，即上阶梯凹槽6可以从右到左横跨整个上方形凹槽4的底部平面，也可以从上方形凹槽4右侧边布置到靠近左侧边的位置，上阶梯凹槽6左端与上方形凹槽4左侧边有一段距离可以视为上阶梯凹槽6最后一阶，即可将上阶梯凹槽6视为从上方形凹槽4右侧边布置到左侧边。
进一步地，参见图3，本发明实施例中紧邻下方形凹槽5前侧边设有一横向（平行于下方形凹槽5前侧边）的下阶梯凹槽7，即下阶梯凹槽7紧邻下方形凹槽5的前缘设置，下阶梯凹槽7凹设于下方形凹槽5底部平面上且由内向外升阶呈阶梯状。具体地，下阶梯凹槽7从下方形凹槽5左侧边布置到右侧边，即下阶梯凹槽7可以从左到右横跨整个下方形凹槽5的底部平面，也可以从下方形凹槽5右侧边布置到靠近左侧边的位置，下阶梯凹槽7右端与下方形凹槽5右侧边有一段距离可以视为下阶梯凹槽7最后一阶，即可将下阶梯凹槽7视为从下方形凹槽5左侧边布置到右侧边。
优选地，参见图8，本发明实施例中的上阶梯凹槽6和下阶梯凹槽7的阶梯交错配合设置且镜像对称，则不需要区分进水和入水且适合在薄基板上同时加工两条阶梯凹槽。其中，本发明实施例中的上阶梯凹槽6和下阶梯凹槽7具体包括平行于方形凹槽底面的水平阶和垂直于方形凹槽底面的竖直阶，水平阶和竖直阶交错组成阶梯凹槽。其中，水平阶可以为平面结构或者圆弧面结构，如果为圆弧面结构则每升一阶圆弧面的半径减小。竖直阶可以为平面结构或者弧面结构；优选地，本发明实施例为了降低加工难度，竖直阶采用凸设的弧面结构。
其中，参见图2和图3，本发明实施例中在紧邻上方形凹槽4（或下方形凹槽5）后侧边横向（平行于后侧边）设有一排导水孔8，该导水孔8为贯穿上方形凹槽4与下方形凹槽5的通孔。进一步地，多个导水孔8呈一条直线从上方形凹槽4（或下方形凹槽5）右侧边等距均匀地布置到上方形凹槽4（或下方形凹槽5）左侧边。当然，导水孔8不一定要排成一条直线，如可以呈两排交错排布，但是必须在靠近凹槽边缘的地方。
其中，参见图2-8，本发明实施例中的基板前端侧面的左右两端分别设有进水口11和出水口12，进水口11与上阶梯凹槽6相连，出水口12与下阶梯凹槽7相连，由上阶梯凹槽6与下阶梯凹槽7交错配合设置，则进水口11和出水口12可以设置在同一直线上。当然，将进水口11设在基板1右端侧面和将出水口12设在基板1左端侧面同样可以。同时，本实施例中的基板1上下两侧的结构镜像对称设置，则可以不用区分进水口和出水口。
其中，本发明实施例中的阶梯凹槽的长宽及深度都是经过计算的，在满足流量的同时，还能使水在方形凹槽中均匀分布。而阶梯凹槽的阶数、每阶的长度和每阶的深度最好也能保证冷却水在横向上均匀铺开。同样地，导水孔的数量和直径也要跟流量及方形凹槽相匹配，数量太少，直径太大或太小都会直接影响水冷板效果。导水孔的间距及分布都是有要求的，需尽量等距均匀分布，阶梯凹槽的尺寸设计与导水孔的大小和数量分布互相配合，共同来达到使水流分配均匀的目的。上述参数可以根据水冷板的具体尺寸和设计要求进行设计，但最好能保证在同一纵截面上各个位置的水量基本一致。
本发明实施例中基板很薄，通过将分配结构和收集结构设为阶梯状，不但使冷却水更均匀地分布到上下方形凹槽中，不会产生气泡或者局部不均匀等情况。同时，阶梯形结构的设置保证较薄的基板两侧同一位置上同时可以各设置一条水槽。其中，本发明实施例中的水冷板加工非常简单，在基板上加工方形凹槽和在方形凹槽中加工阶梯凹槽用加工中心甚至普通的铣床和车床都能加工出来，而盖板通过螺钉固定在基板上。
下面结合图1、图9、图10和图11对本发明提供的水冷板的水流分布进行说明：
参见图1，图中为常见的“M”型水路的水冷板的水流分布图，本实施例以120*120mm的水冷板为例进行简要说明。“M”型水路包括4条水路，120mm大小的水冷板，水路能够用到的只有100mm。那么这4条水路两面的总共表面积最大为：6x3.14x100*4=7536（平方毫米）。
参见图9-11，图中为本发明实施例提供的水冷板的水流分布图，本实施例同样以120*120mm的水冷板为例进行简要说明。具体地，这个120*120mm的水冷板中水路能使用到的部分大概为80*80mm左右，水冷板有双面所以还需乘以2，则水路的总表面积为：80x80x2=12800（平方毫米）。由上述计算数据可以看出本水冷板的水路的总换热面积远远大于现有的“M”型水路的水冷板。
同时，经实验验证，上述两组水冷板在相同条件下和在相同时间内，采用本发明实施例提供的水冷板表面的电子器件温度更低，升温更慢。
本发明实施例提供了一种双层冷水板，该水冷板的水路为整个水冷板平面，冷却水平铺到整个水冷板的水箱平面使水冷板与冷却水的热交换面积最大，散热效果好。同时，分配结构和收集结构采用交错配合的阶梯凹槽，不但将冷却水在水冷平面上均匀的分布开还可以在较薄的基板两侧同时开两条凹槽，加工难度低。
实施例3
参见图12，本发明实施例提供了一种水冷板，其结构与实施例2中提供的水冷板的结构基本相同，不同之处在于，基板上下两侧设置的凹槽为鼓形，上阶梯凹槽和下阶梯凹槽分别紧邻鼓形凹槽前侧边（鼓形凹槽的直边）设置。
本发明实施例提供了一种双层冷水板，该水冷板的水路为整个水冷板平面，冷却水平铺到整个水冷板的水箱平面使水冷板与冷却水的热交换面积最大，散热效果好。同时，分配结构和收集结构采用交错配合的阶梯凹槽，不但将冷却水在水冷平面上均匀的分布开还可以在较薄的基板两侧同时开两条凹槽，加工难度低。
实施例4
本发明实施例提供了一种单层水冷板，该水冷板内部设有一水箱，该水箱为平面结构。其中，水箱底面两端分别设有分配结构和收集结构，分配结构用于将冷却水平铺在水箱底平面上；收集结构用于收集水箱底平面上的冷却水。水冷板侧面设有进水口和出水口，进水口与分配结构相连，出水口与收集结构相连。
其中，本发明实施例中的水冷板由基板和盖板密封组成，基板和盖板密封形成水箱。基板上设有方形、鼓形、平行四边形等的凹槽，凹槽底部为平面，盖板为平面结构。本发明实施例中水箱的横截面为方形、鼓形、平行四边形等，优选为矩形。分配结构和收集结构可独立地为横向设置的导水槽、横向设置的阶梯凹槽、横向设置的斜槽、横向布置的多个导水孔等。优选地，为了加工方便，本发明实施例中的分配结构和收集结构同时为横向设置的导水槽，导水槽的深度较浅保证冷却能平铺在水箱底面。
具体地，参见图13，该水冷板包括基板1、基板1上侧中部设置的矩形凹槽13、封盖矩形凹槽13的盖板（图未示）、前导水槽14、后导水槽15、密封槽9、中心固定结构10、进水口11和出水口12。其中，矩形凹槽13底部表面上紧邻矩形凹槽13的前侧边设置有前导水槽14，前导水槽14平行于前侧边设置；矩形凹槽13底部表面上紧邻矩形凹槽13的后侧边设置有后导水槽15，后导水槽15平行于后侧边设置；前导水槽14和前导水槽15从矩形凹槽13左侧边布置到右侧边。前导水槽14和进水口11相连，进水口11设于基板1前侧面；后导水槽15和出水口12相连，进水口12设于基板1后侧面。其中，基板1采用塑料制成，盖板采用铝板制成，密封槽9和中心固定结构10与实施例2中的设置方式相同。
本发明实施例提供了一种单层冷水板，该水冷板的水路为整个水冷板平面，冷却水平铺到整个水冷板的水箱平面使水冷板与冷却水的热交换面积最大，散热效果好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水冷板，其特征在于，所述水冷板由上至下被分割成两个平面水箱，所述上水箱的前端设有分配结构用于将冷却水平铺在所述上水箱平面上，所述下水箱前端设有收集结构用于收集所述下水箱平面上的冷却水，所述上水箱后端与所述下水箱后端通过循环结构连通用于将所述上水箱的冷却水平铺到所述下水箱平面上，所述水冷板侧面设有进水口和出水口，所述进水口与所述分配结构相连，所述出水口与所述收集结构相连。
2.根据权利要求1所述的水冷板，其特征在于，所述水冷板包括基板及两平面盖板，所述基板上下两侧对称地设有凹槽，所述凹槽的底部为平面，所述凹槽上封盖有所述盖板分别形成所述上水箱和所述下水箱。
3.根据权利要求2所述的水冷板，其特征在于，所述上下水箱的横截面为矩形、平行四边形或者鼓形。
4.根据权利要求3所述的水冷板，其特征在于，所述分配结构设于所述基板上侧的凹槽底面的前端，包括横向设置的阶梯凹槽、横向设置的斜槽或横向布置的通水孔；所述收集结构设于所述基板下侧的凹槽底面的前端，包括横向设置的阶梯凹槽、横向设置的斜槽或横向布置的通水孔。
5.根据权利要求4所述的水冷板，其特征在于，所述分配结构和所述收集结构为由内向外升阶的阶梯凹槽，所述分配结构和所述收集结构的阶梯交错配合设置。
6.根据权利要求1所述的水冷板，其特征在于，所述循环结构包括横向布置的贯穿所述上下水箱的导水孔或导水开口。
7.根据权利要求6所述的水冷板，其特征在于，所述循环结构为一排横向均匀布置的导水孔。
8.根据权利要求1所述的水冷板，其特征在于，所述水冷板包括基板和两盖板，所述基板两侧对称地设有上矩形凹槽和下矩形凹槽，所述上矩形凹槽和所述下矩形凹槽上封盖有所述盖板分别形成所述上水箱和所述下水箱；
所述上矩形凹槽和所述下矩形凹槽底部为平面，所述盖板为平面结构，所述上矩形凹槽底部平面前端横向设有由内向外升阶的上阶梯凹槽，所述下矩形凹槽底部平面前端横向设有由内向外升阶的下阶梯凹槽，所述上阶梯凹槽和所述下阶梯凹槽的阶梯交错配合设置，所述上矩形凹槽的后端与所述下阶梯凹槽的后端通过一排横向均匀布置的导水孔连通；
所述基板侧面设有所述进水口和所述出水口，所述进水口与所述上阶梯凹槽相连，所述出水口与所述下阶梯凹槽相连。
9.一种水冷板，所述水冷板内部设有一水箱，其特征在于，所述水箱为平面结构，所述水箱底面两端分别设有分配结构和收集结构，所述分配结构用于将冷却水平铺在所述水箱平面上，所述收集结构用于收集所述水箱平面上的冷却水，所述水冷板侧面设有进水口和出水口，所述进水口与所述分配结构相连，所述出水口与所述收集结构相连。
10.根据权利要求9所述的水冷板，其特征在于，所述水箱的横截面为矩形，所述分配结构和所述收集结构为横向设置的导水槽。
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