CN106020392A - 一种基于脉动流的电脑水冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热系统领域，具体涉及一种基于脉动流的电脑水冷系统。包括一体化水冷箱、监控系统，一体化水冷箱包括一体成型的储液腔、导流腔、制冷腔、散热腔、直流水泵，制冷腔和散热腔通过绝热隔板隔离，半导体制冷片的热端面面向散热腔并与散热翅片贴合，冷端面与嵌入绝热隔板的冷翅片基板贴合，冷翅片基板上设有伸入制冷腔内的冷翅片，散热翅片上设有风扇；监控系统包括有控制直流水泵和半导体制冷片的MCU，MCU产生半正弦波形信号驱动直流水泵生成脉动流。半正弦方式驱动直流水泵产生脉动流，方式简便，散热效率高，避免水流通路中杂质的堆积；一体化结构安装方便，漏水可能性小，可靠性高；对漏水、温度进行多方面监控，系统进行多方位保护。

Description

一种基于脉动流的电脑水冷系统

技术领域

本发明涉及一种散热系统，特别是一种基于脉动流的电脑水冷系统。

背景技术

随着半导体技术的发展，芯片的集成度越来越高，单位面积上集成的电子元器件越多，发热量也就越大，大量的热分布在较小的表面，对芯片的可靠性产生很大的威胁。因此芯片的散热显得格外重要。目前的电脑CPU功率越来越大，已经达到一百多瓦，超频玩大型游戏的玩家更是让CPU“发烫”，为了使用电脑顺畅和延长芯片寿命，高效的散热必不可少。

电脑散热主要有风冷、热管、水冷等方法，目前大多数电脑利用风冷。热管一般用于笔记本，同时要结合风冷同时使用。水冷用的比较少，主要是一些超频玩家或者大型游戏玩家用水冷。这些方法各有优缺点，现在就台式机常用的风冷和水冷进行比较。风冷占用空间小，但是散热效率低，噪声大，与CPU直接贴扣风扇的震动对CPU和主板不利；水冷散热效果好、噪声小，但是需要泵、冷排、多根水管，导致占用空间大，多管路万一漏水将会导致主板短路甚至烧坏。此外，也有用半导体制冷片直接为CPU散热的，但当半导体制冷片冷端温度低于环境温度时，其表面易结霜，这对于CPU和电脑主板来说是致命的。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种一体化散热效率高的基于脉动流的电脑水冷系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于脉动流的电脑水冷系统，包括一体化水冷箱、监控系统；一体化水冷箱包括一体成型的储液腔、导流腔、制冷腔、散热腔、直流水泵，储液腔与导流腔之间通过限流孔连通，导流腔与制冷腔之间通过导流孔连通，散热腔通过绝热隔板与制冷腔隔离；绝热隔板中镶嵌有半导体制冷片；半导体制冷片的热端面面向散热腔并与散热翅片贴合，其冷端面与嵌入绝热隔板的冷翅片基板贴合，冷翅片基板上设有伸入制冷腔内的冷翅片，散热翅片上设有风扇；直流水泵进水口连通制冷腔；储液腔设置有进水孔，直流水泵出水口作为系统出水孔；监控系统包括有控制直流水泵和半导体制冷片的MCU，MCU产生半正弦波形信号驱动直流水泵生成脉动流。导流孔使水从冷翅片的一端进入制冷腔，水在制冷腔内保持流动状态，避免冷水在冷翅片表面边界层附着不动状态，保证了进入制冷腔的水都可以充分冷却；脉动流通过监控系统生成半正弦波形驱动直流水泵产生，脉动流场下比定常流场具有更加优越的热量传递特性，同时可以避免水流通路中杂质的堆积。

进一步的，本系统包括有水冷头，水冷头通过水管与一体化水箱的进水孔和出水孔连接，可根据不同散热需要更换不同的水冷头，满足散热需求。

进一步的，绝热隔板上在半导体制冷片周围设置有导线槽，导线槽便于半导体制冷片与其它部件连接，也可方便设置其它部件。

进一步的，半导体制冷片与散热翅片和冷翅片基板的贴合面均涂有导热硅脂，减少界面间的热阻；半导体制冷片、冷翅片基板、绝热隔板间缝隙填充有密封胶，绝热隔板与冷翅片基板之间还设有密封圈，保证半导体制冷片冷端面的气密性，同时防止冷翅片板面暴漏在散热腔使其结霜。

进一步的，监控系统还包括与MCU连接的流量计、第一湿度传感器、第二湿度传感器、温度传感器、控制面板；第一湿度传感器设置于导线槽内，第二湿度传感器设置于水冷头处，温度传感器设置于制冷腔内，流量计检测直流水泵和水冷头间的水流量，MCU通过串口与上位机连接。如果半导体制冷片上结霜形成水珠，水珠必定流进导线槽内，第一湿度传感器能及时通过MCU控制半导体制冷片断电；当检测到漏水情况、制冷腔水温过高、直流水泵水流量异样时，可以通过MCU发出报警提醒，提示电脑操作者关闭电脑。控制面板上设置有显示屏和调节旋钮或按钮，方便显示系统工作状态和控制系统，MCU控制直流水泵进行脉动流频率监测与调节，上位机软件可安装配套软件，软件具有读取CPU内核温度和控制电脑关机功能，方便控制水冷系统。

水从储液腔通过限流孔进入导流腔，再经导流孔进入制冷腔。在制冷腔内水与冷翅片充分接触，降温，冷水通过直流水泵、流量计和水管进入外界的水冷头，对流换热带走电脑部件产生的热量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、半正弦方式驱动直流电机产生脉动流，方式简便，脉动流场下比定常流场具有更加优越的热量传递特性，同时可以避免水流通路中杂质的堆积。

2、半导体制冷和风冷混合使用，提高水流冷却效率。

3、水冷箱一体化结构安装方便，漏水可能性小，可靠性高。

4、对漏水、温度进行多方面监控，系统进行多方位保护。

附图说明

图1为本发明的原理结构示意图；

图2为本发明的一体化水冷箱结构图；

图3为本发明的冷翅片和热翅片结构剖面图；

图4为本发明的绝热隔板示意图；

图5为本发明的控制系统示意图。

图中标记：1为进水孔，2为储液腔，3为导流孔，4为导流腔，5为限流孔，6为控制板，7为显示屏，8为调节旋钮，9为流量计，10为直流水泵，11为固定孔，12-2为冷翅片，12-1为冷翅片基板，13为温度传感器，14为绝热隔板，15为散热翅片，16为风扇，17为密封胶，18为半导体制冷片，18-1制冷片导线，19为制冷腔，20为密封圈，21为水箱壁，22为第一湿度传感器，23为导线槽。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

一种基于脉动流的电脑水冷系统，如图2所示，包括一体化水冷箱、监控系统，特征在于，一体化水冷箱包括一体成型的储液腔2、导流腔4、制冷腔19、散热腔、直流水泵10，储液腔2与导流腔4之间通过限流孔5连通，导流腔4与制冷腔19之间通过导流孔3连通，散热腔通过绝热隔板14与制冷腔隔离；绝热隔板14中镶嵌有半导体制冷片18；半导体制冷片18的热端面面向散热腔并与散热翅片15贴合，其冷端面与嵌入绝热隔板14的冷翅片基板12-1贴合，冷翅片基板12-1上设有伸入制冷腔19内的冷翅片12-2，散热翅片15上设有风扇；直流水泵10进水口连通制冷腔19；储液腔2设置有进水孔1，直流水泵10出水口作为系统出水孔；监控系统包括有控制直流水泵10和半导体制冷片18的MCU，MCU产生半正弦波形信号驱动直流水泵10生成脉动流。本系统还包括有水冷头，水冷头通过水管与一体化水箱的进水孔和出水孔连接。本系统中所有未说明的隔板都是有机玻璃，有机玻璃之间用氯仿粘合。限流孔与导流孔为方形，导流孔可设置多个。

普通家用台式电脑机箱一般至少有三个光驱位，除了放置光驱外，剩余两个光驱位基本闲置，本发明的水冷箱尺寸正式以双光驱位尺寸为基准的。水冷箱的外观整体尺寸为145mm×82mm×71mm，储液腔2尺寸为42mm×100mm×56mm，导流腔3的尺寸为41mm×15mm×71mm，制冷腔19尺寸为76mm×60mm×71mm，散热腔尺寸76mm×20mm×71mm，控制面板6尺寸为145mm×76mm×5mm。导流腔4上开有三个矩形导流孔4，尺寸都是7mm×56mm。冷翅片12与水接触的总面积为57288mm²。绝热隔板14上在半导体制冷片18周围设置有导线槽23，导线槽23内设置有密封圈20。

半导体制冷片18与散热翅片15和冷翅片基板12-1的贴合面均涂有导热硅脂。半导体制冷片18、冷翅片基板12-1、绝热隔板14间缝隙填充有密封胶17，绝热隔板14与冷翅片基板12-1之间还设有密封圈20。

监控系统还包括与MCU连接的流量计9、第一湿度传感器22、第二湿度传感器、温度传感器13、控制面板6；第一湿度传感器22设置于导线槽23内，第二湿度传感器设置于水冷头处，温度传感器13设置于制冷腔内，流量计9检测直流水泵10和水冷头间的水流量9，MCU通过串口与上位机连接。控制面板6上设置有显示屏7和调节旋钮8。MCU采用微控制器STM32。直流水泵10的脉动流产生利用MCU和DA芯片PCF8591产生半正弦波形信号经过LM358放大得到的电流驱动直流水泵10，这个正弦电流的周期为，最小电压是6V，最大电压是12V。温度传感器和湿度传感器为了保证信号采集精度，分别通过电压比较器连接到MCU。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于脉动流的电脑水冷系统，包括一体化水冷箱、监控系统，其特征在于，一体化水冷箱包括一体成型的储液腔、导流腔、制冷腔、散热腔、直流水泵，储液腔与导流腔之间通过限流孔连通，导流腔与制冷腔之间通过导流孔连通，散热腔通过绝热隔板与制冷腔隔离；绝热隔板中镶嵌有半导体制冷片；半导体制冷片的热端面面向散热腔并与散热翅片贴合，其冷端面与嵌入绝热隔板的冷翅片基板贴合，冷翅片基板上设有伸入制冷腔内的冷翅片，散热翅片上设有风扇；直流水泵进水口连通制冷腔；储液腔设置有进水孔，直流水泵出水口作为系统出水孔；

所述监控系统包括有控制直流水泵和半导体制冷片的MCU，MCU产生半正弦波形信号驱动直流水泵生成脉动流。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉动流的电脑水冷系统，其特征在于，还包括有水冷头，水冷头通过水管与一体化水箱的进水孔和出水孔连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于脉动流的电脑水冷系统，其特征在于，所述绝热隔板上在半导体制冷片周围设置有导线槽。

4.根据权利要求1所述的一种基于脉动流的电脑水冷系统，其特征在于，所述半导体制冷片与散热翅片和冷翅片基板的贴合面均涂有导热硅脂，半导体制冷片、冷翅片基板、绝热隔板间缝隙填充有密封胶，绝热隔板与冷翅片基板之间还设有密封圈。

5.根据权利要求3所述的一种基于脉动流的电脑水冷系统，其特征在于，所述监控系统还包括与MCU连接的流量计、第一湿度传感器、第二湿度传感器、温度传感器、控制面板；第一湿度传感器设置于导线槽内，第二湿度传感器设置于水冷头处，温度传感器设置于制冷腔内，流量计检测直流水泵出水流量，MCU通过串口与上位机连接。