CN109976487A - 一体式水冷散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体式水冷散热器，涉及散热器技术领域，其包括水冷头、外水箱和水冷排；所述水冷头包括接触板、转子组件以及电磁线圈，所述水冷头内形成一内水箱，所述接触板位于所述内水箱的底面，所述电磁线圈磁耦合驱动所述转子组件在所述内水箱中旋转；所述外水箱与所述内水箱连通；所述水冷排包括冷排水箱和扁管组，所述冷排水箱通过所述扁管组与所述外水箱连通。本发明主要解决水冷散热器易漏液的问题；该种一体式水冷散热器的水冷头和水冷排通过外水箱结合为一体，水冷头和水冷排之间不需要设置水冷管，避免水冷管破裂或者连接不稳而导致漏液的风险。
Description
技术领域
本发明涉及散热器技术领域，具体为一种一体式水冷散热器。
背景技术
目前，计算机用户对计算机的图形性能要求越来越高，这样会使显卡（Graphicscard）的发热量越来越大，显卡中发热量最大的部件是图形处理器（Graphics ProcessingUnit，GPU），为了加强显卡的散热性能，采用水冷散热器对显卡的图形处理器进行散热成为趋势。
水冷散热器包括水冷头、水冷排和水冷管，水冷管的两端分别连通水冷头和水冷排，水冷头和显卡中的图形处理器相接触，水冷头吸取图形处理器产生的热量后，传导至水冷头中的水冷液，水冷头中的水泵驱动水冷液在水冷头和水冷排中循环流动，高温水冷液流经水冷排时，热量被散发到空气中，成为低温水冷液并回流至水冷头，从而完成图形处理器的散热。
采用水冷散热器对显卡的图形处理器进行散热具有下述缺点：
1、水冷管是软性水管，水冷管与水冷头的连接处以及水冷管与水冷排的连接处容易连接不稳，同时，水冷液受到高温，或者水冷液与水冷散热器本体发生化学反应，均会产生气体，导致水冷散热器内的压强增大，使水冷管容易破裂或脱出，容易造成水冷散热器漏液，进而损坏计算机；
2、对于性能较高的显卡，需要配合性能较高的中央处理器（Central ProcessingUnit，CPU）使用才能发挥出最佳性能，性能较高的中央处理器的发热量同样比较高，用户常常会采用水冷散热器对这样的中央处理器进行散热，但是，常用的计算机机箱仅有一个水冷排安装位置，若同时采用水冷散热器对中央处理器和图形处理器进行散热，则其中一个水冷排无法安置，需要用户改装机箱或者购买具有至少两个水冷排安装位置的机箱，造成用户投入的成本高，且使用不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体式水冷散热器，其水冷头和水冷排是一体的，不需要使用水冷管连接，且不占据机箱的水冷排安装位置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一体式水冷散热器，包括水冷头、外水箱和水冷排；所述水冷头包括接触板、转子组件以及电磁线圈，所述水冷头内形成一内水箱，所述接触板位于所述内水箱的底面，所述电磁线圈磁耦合驱动所述转子组件在所述内水箱中旋转；所述外水箱与所述内水箱连通；所述水冷排包括冷排水箱和扁管组，所述冷排水箱通过所述扁管组与所述外水箱连通。
上述技术方案中，所述水冷头还包括内壳体和底座，所述接触板和所述内壳体分别固定在所述底座的两面，以形成所述内水箱；所述外水箱套设在所述内壳体上并与所述内水箱连通。
上述技术方案中，所述水冷排还包括鳍片组，所述鳍片组和所述扁管组相间设置。
上述技术方案中，所述冷排水箱设置有两个以上并分列于所述外水箱两侧；所述扁管组包括短扁管和长扁管；所述冷排水箱分别通过所述短扁管与所述外水箱连通，所述冷排水箱通过所述长扁管相互连通。
上述技术方案中，所述鳍片组包括短鳍片和长鳍片，所述短鳍片和所述短扁管相间设置，所述长鳍片和所述长扁管相间设置。
上述技术方案中，所述转子组件包括叶轮和转轴，所述叶轮上形成转轴接座，所述转轴穿设在所述转轴接座中；所述内壳体在所述内水箱中形成上转轴座，所述底座在所述内水箱中形成下转轴座，所述转轴两端分别插入上转轴座和下转轴座中；所述电磁线圈环绕所述转轴并与所述叶轮磁耦合。
上述技术方案中，所述叶轮上形成导向环，所述内壳体中形成与所述导向环形状匹配的导向槽，所述导向环位于所述导向槽内。
上述技术方案中，所述水冷排还包括内扣件和外扣件；所述冷排水箱上开设有扣件槽；所述内扣件扣紧所述鳍片组和所述扁管组并插入所述扣件槽中，所述外扣件扣紧所述内扣件并固定在所述冷排水箱上。
上述技术方案中，该种一体式水冷散热器还包括面盖和底板；所述底板和所述面盖罩住所述水冷排。
上述技术方案中，该种一体式水冷散热器还包括用于为所述水冷排散热的散热风扇。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该种一体式水冷散热器，内水箱、外水箱、扁管组以及冷排水箱内形成水冷液流道，在内水箱中旋转的转子组件驱动水冷液在水冷液流道中循环流动，使该种一体式水冷散热器的水冷头和水冷排通过外水箱结合为一体，水冷头和水冷排之间不需要设置水冷管，避免水冷管破裂或者连接不稳而导致漏液的风险。
2、该种一体式水冷散热器的水冷头可以通过扣具直接装设在显卡的印刷电路板上，水冷头和水冷排为一体，故水冷排不会占据机箱中的水冷排安装位置，使用时，较现有技术中的水冷散热器灵活，而且更为美观简洁。
附图说明
图1为本发明的立体视图。
图2为本发明在另一方向下的立体视图。
图3为本发明的爆炸视图。
图4为图3中的A局部放大图。
图5为图3中的B局部放大图。
图6为本发明中的水冷头和外水箱的立体视图。
图7为本发明中的水冷头和外水箱的爆炸视图。
图8为图7中的C局部放大图。
图9为本发明中的水冷头和外水箱在另一方向下的爆炸视图。
图10为图9中的D局部放大图。
图11为本发明中的水冷头和外水箱的剖面视图。
图12为本发明中的外水箱和水冷排的立体视图。
图13为本发明装设面盖、散热风扇以及底板后的立体视图。
图14为本发明装设面盖、散热风扇以及底板后在另一方向下的立体视图。
附图标记为：1、水冷头；11、接触板；111、导热片；112、凸台部；12、底座；121、下转轴座；122、导流板；123、导流孔；13、转子组件；131、叶轮；132、转轴接座；133、导向环；134、转轴；135、叶片；136、轴套；14、内壳体；141、上转轴座；142、导向槽；143、线圈槽；144、连通管；145、第三密封圈；15、第一密封圈；16、电磁线圈；17、线圈盖；18、扣具；19、内水箱；10、第二密封圈；2、外水箱；21、套环；22、连通孔；23、侧板；231、第一扁管孔；24、连接板；241、第一圆孔；242、第二圆孔；3、水冷排；31、冷排水箱；311、第二扁管孔；312、扣件槽；313、注液口；32、长扁管；33、长鳍片；34、短扁管；35、短鳍片；36、内扣件；37、外扣件；4、面盖；5、散热风扇；6、底板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，一种一体式水冷散热器，用于为显卡的图形处理器进行散热。
该种一体式水冷散热器，包括水冷头1、外水箱2以及水冷排3。
请参阅图6-图12，水冷头1包括接触板11、底座12、内壳体14、转子组件13以及电磁线圈16。
接触板11为导热性能良好的金属板，本实施例中，接触板11为铜板，接触板11上形成一方形的凸台部112。
底座12为工程塑料工件，其两面均形成凹入部；底座12其中一面的中部形成圆筒形的下转轴座121，下转轴座121与底座12一体成型；下转轴座121旁开设有导流孔123，导流孔123为贯穿底座12两面的通孔，本实施例中，导流孔123有四个，四个导流孔123围绕下转轴座121周向设置；底座12的底面设有导流板122，导流板122为工程塑料板件，其扣合在底座12的底面。
内壳体14为工程塑料壳体，其与底座12形状匹配；内壳体14中形成空腔，内壳体14的空腔中部形成圆筒形的上转轴座141，上转轴座141与内壳体14一体成型。内壳体14的主体上设有两根连通管144，连通管144呈圆筒形，两根连通管144均连通内壳体14的空腔和内壳体14的外部。
转子组件13包括叶轮131和转轴134；转轴134为圆柱形的金属轴体或陶瓷轴体；叶轮131的主体为一圆板，该圆板的一面形成若干叶片135；叶轮131的主体上形成一圆筒形的转轴接座132；转轴134穿设在叶轮131的转轴接座132中，且转轴134的两端从转轴接座132中穿出，从而形成转子组件13。叶轮131的材料为塑磁材料，叶轮131的主体充磁，使叶轮131本身具有磁性，进而使叶轮131能够与电磁线圈16磁耦合。
进一步地，转轴134上套设有轴套136，轴套136为圆筒形的陶瓷轴套，轴套136穿设在转轴接座132中，转轴134穿设在轴套136中，且转轴134的两端从轴套136中穿出，设置轴套136以提高转轴134和叶轮131的使用寿命。
接触板11和内壳体14分别固定在底座12的两面，底座12的底面边缘环绕接触板11的凸台部112，接触板11通过螺钉固定在底座12的底面，内壳体14则通过螺钉固定在底座12的顶面，接触板11、底座12以及内壳体14组成的装配体的内部空间形成内水箱19，即水冷头1内形成内水箱19，接触板11位于内水箱19的底面，底座12将内水箱19分隔为上下两部分，导流孔123连通内水箱19的两部分；装配完成后，下转轴座121和上转轴座141均位于内水箱19中，且下转轴座121和上转轴座141相互对置并成一直线；内壳体14上的连通管144连通内水箱19的内部和外部。
进一步地，叶轮131上形成导向环133，导向环133呈环形，其外半径与叶轮131的主体半径一致，导向环133与叶轮131一体成型并与叶片135分列于叶轮131的主体的两面；内壳体14中形成一导向槽142，具体来说，导向槽142是内壳体14内部形成的环形凹槽，导向槽142与导向环133形状匹配，导向槽142与上转轴座141共轴，同时，导向槽142和上转轴座141成型后，均在内壳体14的外侧形成凸起部位，导向槽142和上转轴座141在内壳体14外侧的两个凸起部位之间形成一环形空腔，该环形空腔称为线圈槽143。
电磁线圈16磁耦合驱动转子组件13在内水箱19中旋转，具体来说，电磁线圈16容置在线圈槽143中，并通过一线圈盖17盖住线圈槽143，电磁线圈16的导线穿过线圈盖17后引出，转子组件13容置在内壳体14和底座12之间的内水箱19中，转子组件13的转轴134两端分别插入上转轴座141和下转轴座121中，叶轮131上的导向环133位于内壳体14的导向槽142中，装配完成后，转轴134位于电磁线圈16的内环中，即电磁线圈16环绕转轴134，电磁线圈16通电后产生旋转磁场，电磁线圈16通过该旋转磁场与叶轮131磁耦合，此时，转子组件13的叶轮131在内水箱19中旋转，导向槽142和导向环133用于为转子组件13的旋转导向，即导向环133在导向槽142内旋转，避免转子组件13在旋转中脱位。
进一步地，接触板11的凸台部112上设有导热片111，导热片111相互平行地排列在凸台部112上，导热片111与接触板11一体成型，设置导热片111以增大接触板11与内水箱19中的水冷液的接触面积，提高热传导效率。
进一步地，接触板11和底座12之间设有第一密封圈15，底座12和内壳体14之间设有第二密封圈10，第一密封圈15和第二密封圈10增强接触板11、底座12以及内壳体14三者之间的密封程度。
外水箱2是方形的金属箱体，外水箱2内形成圆筒形的套环21，套环21贯穿外水箱2的上下两面，且套环21内部与外水箱2互不连通；外水箱2其中两个相互对置的侧面分别设有侧板23，侧板23嵌设在外水箱2侧面；每块侧板23上均开设有一排长条形的第一扁管孔231；外水箱2的底面开设有两个圆形的连通孔22。
请参阅图1-图5，水冷排3包括冷排水箱31、扁管组、鳍片组、内扣件36以及外扣件37。
冷排水箱31为方形的铝合金水箱，其内部为液腔；冷排水箱31的一面开设有一排长条形的第二扁管孔311，冷排水箱31开设第二扁管孔311的一面还开设有两个长条形的扣件槽312，两个扣件槽312分列于该排第二扁管孔311的两侧；本实施例中，冷排水箱31设置有两个；其中一个冷排水箱31上开设有注液口313，该注液口313通过螺钉密封。
扁管组包括长扁管32和短扁管34，长扁管32和短扁管34均为铝合金制的扁形管道，即长扁管32和短扁管34内均为液体流道；长扁管32和短扁管34的横截面形状相同，但长度不同，长扁管32的长度较短扁管34更长。
长扁管32、短扁管34、第一扁管孔231以及第二扁管孔311的形状匹配；具体来说，长扁管32和短扁管34的横截面形状均与第一扁管孔231和第二扁管孔311的内壁形状相同，使长扁管32和短扁管34均能插入第一扁管孔231或者第二扁管孔311。
鳍片组包括长鳍片33和短鳍片35；长鳍片33和短鳍片35均为具有波浪形皱褶的铝合金片，长鳍片33和短鳍片35的波浪形皱褶形状相同，但长鳍片33和短鳍片35长度不同，长鳍片33的长度较短鳍片35更长。
内扣件36为铝合金制的扣件，其两端的形状与冷排水箱31的扣件槽312形状匹配，使内扣件36的两端能插入到扣件槽312中，本实施例中，内扣件36有两个；外扣件37也为铝合金制的扣件，外扣件37的长度较内扣件36更长。
两个冷排水箱31分列于外水箱2设有侧板23的两侧，两个冷排水箱31分别通过扁管组中的短扁管34与外水箱2连通，具体来说，所有短扁管34相互平行地设置，每根短扁管34的一端插入到一个冷排水箱31的第二扁管孔311中，另一端插入到外水箱2的第一扁管孔231中，每个第一扁管孔231均插设有相应的短扁管34，使冷排水箱31和外水箱2通过短扁管34连通，短扁管34设置有两组，每组短扁管34连通一个冷排水箱31与外水箱2。
短鳍片35和短扁管34相间设置，具体来说，每相邻的两根短扁管34之间均夹设有一块短鳍片35，短鳍片35和短扁管34之间能够进行热交换；每组短扁管34的两侧也分别设有一块短鳍片35。
两个冷排水箱31还通过长扁管32相互连通，具体来说，所有长扁管32相互平行地设置，且长扁管32与短扁管34也相互平行，每根长扁管32的一端插入到其中一个冷排水箱31的第二扁管孔311中，另一端插入到另外一个冷排水箱31的第二扁管孔311中，使两个冷排水箱31通过长扁管32相互连通，长扁管32设置有两组，两组长扁管32分列于外水箱2的两侧。
长鳍片33和长扁管32相间设置，具体来说，每相邻的两根长扁管32之间均夹设有一块长鳍片33，长鳍片33和长扁管32之间能够进行热交换；每组长扁管32的外侧也设有一块长鳍片33。
所有长扁管32和短扁管34组成扁管组，所有长鳍片33和短鳍片35组成鳍片组，鳍片组和扁管组相间设置，装配完成后，扁管组中的所有长扁管32和短扁管34均能通过冷排水箱31连通。
内水箱19、外水箱2、长扁管32、短扁管34以及冷排水箱31内形成水冷液流道。
内扣件36扣紧鳍片组和扁管组并插入扣件槽312中，具体来说，两个内扣件36分别从两侧压迫鳍片组和扁管组，使鳍片组发生弹性形变，然后内扣件36的两端分别插入两个冷排水箱31的扣件槽312中。两个外扣件37从外侧扣紧两个内扣件36，外扣件37的两端分别通过螺钉固定在两个冷排水箱31的外壁上，使内扣件36、鳍片组、扁管组、外水箱2以及两个冷排水箱31紧密结合，成为一体。装配完成后，外水箱2和水冷排3通过焊炉，以便将外水箱2和水冷排3焊接为一体。
外水箱2套设在内壳体14上并与内水箱19连通，具体来说，外水箱2的套环21套在内壳体14的导向槽142在内壳体14外侧形成的凸起部外，内壳体14的两根连通管144插入外水箱2的两个连通孔22中，使外水箱2与内水箱19连通。
进一步地，外水箱2和内壳体14通过一连接板24连接，连接板24为方形的金属板材；连接板24的中部开设有第一圆孔241，第一圆孔241的两旁开设有两个第二圆孔242，第一圆孔241和第二圆孔242均贯穿连接板24；第一圆孔241的半径与外水箱2的套环21内半径相同，第二圆孔242的半径与内壳体14的连通管144外半径相同；连接板24的第一圆孔241套在内壳体14的导向槽142在内壳体14外侧形成的凸起部外，两个第二圆孔242分别套设在内壳体14的两根连通管144上；外水箱2通过螺钉与连接板24的其中一面固定，内壳体14通过螺钉与连接板24的另一面固定。
进一步地，连通管144上套设有第三密封圈145，连接板24装配后，内壳体14和连接板24压迫第三密封圈145，以提高内壳体14和连接板24之间的密封程度。
该种一体式水冷散热器装配完成后，旋开冷排水箱31的注液口313上的螺钉，即可向该种一体式水冷散热器内部添加水冷液，水冷液依次流过冷排水箱31、短扁管34、长扁管32、外水箱2以及内水箱19，直至充满水冷液流道，水冷液流道被水冷液充满后，向注液口313旋入螺钉，即可完成该种一体式水冷散热器的注液操作。
水冷头1的底座12上安装有扣具18，使用时，通过扣具18将该种一体式水冷散热器固定在显卡的印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）上，使接触板11与显卡上的图形处理器相接触。
请参阅图13和图14，进一步地，该种一体式水冷散热器还包括面盖4、底板6以及散热风扇5；底板6为金属板或工程塑料板，其底面开设有方孔；底板6固定在显卡的印刷电路板上，水冷头1从底板6的方孔中穿过；面盖4为工程塑料材质的盖体，其顶面开设有两个风扇孔，面盖4固定在底板6上；底板6和面盖4罩住水冷排3，以加强水冷排3的防尘性能；散热风扇5有两个，两个散热风扇5的主体分别通过螺钉固定在面盖4上，散热风扇5与面盖4的两个风扇孔位置匹配，即散热风扇5的扇叶在风扇孔中旋转，设置散热风扇5以便加强该种一体式水冷散热器的散热能力。
该种一体式水冷散热器在使用时，接触板11吸收显卡的图形处理器产生的热量，向电磁线圈16通电后，电磁线圈16与转子组件13的叶轮131磁耦合，从而驱动叶轮131旋转，旋转中的叶轮131驱动内水箱19中的水冷液流动，使水冷液在内水箱19、外水箱2、短扁管34、冷排水箱31以及长扁管32之间流动，水冷液流过短扁管34和长扁管32时，分别与鳍片组中的短鳍片35和长鳍片33发生热交换，从而将热量传导至鳍片组，鳍片组将热量散发至空气中，散热风扇5产生的风流吹过鳍片组，增强了鳍片组处的空气对流，使鳍片组更易将热量散发至空气中。
该种一体式水冷散热器，内水箱19、外水箱2、扁管组以及冷排水箱31内形成水冷液流道，在内水箱19中旋转的转子组件13驱动水冷液在水冷液流道中循环流动，使该种一体式水冷散热器的水冷头1和水冷排3通过外水箱2结合为一体，水冷头1和水冷排3之间不需要设置水冷管，避免水冷管破裂或者连接不稳而导致漏液的风险。
同时，该种一体式水冷散热器的水冷头1可以通过扣具18直接装设在显卡的印刷电路板上，水冷头1和水冷排3为一体，故水冷排3不会占据机箱中的水冷排安装位置，使用时，较现有技术中的水冷散热器灵活，而且更为美观简洁。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种一体式水冷散热器，其特征在于，包括水冷头、外水箱和水冷排；
所述水冷头包括接触板、转子组件以及电磁线圈，所述水冷头内形成一内水箱，所述接触板位于所述内水箱的底面，所述电磁线圈磁耦合驱动所述转子组件在所述内水箱中旋转；
所述外水箱与所述内水箱连通；
所述水冷排包括冷排水箱和扁管组，所述冷排水箱通过所述扁管组与所述外水箱连通。
2.根据权利要求1所述的一体式水冷散热器，其特征在于：所述水冷头还包括内壳体和底座，所述接触板和所述内壳体分别固定在所述底座的两面，以形成所述内水箱；
所述外水箱套设在所述内壳体上并与所述内水箱连通。
3.根据权利要求1所述的一体式水冷散热器，其特征在于：所述水冷排还包括鳍片组，所述鳍片组和所述扁管组相间设置。
4.根据权利要求3所述的一体式水冷散热器，其特征在于：所述冷排水箱设置有两个以上并分列于所述外水箱两侧；
所述扁管组包括短扁管和长扁管；所述冷排水箱分别通过所述短扁管与所述外水箱连通，所述冷排水箱通过所述长扁管相互连通。
5.根据权利要求4所述的一体式水冷散热器，其特征在于：所述鳍片组包括短鳍片和长鳍片，所述短鳍片和所述短扁管相间设置，所述长鳍片和所述长扁管相间设置。
6.根据权利要求2所述的一体式水冷散热器，其特征在于：所述转子组件包括叶轮和转轴，所述叶轮上形成转轴接座，所述转轴穿设在所述转轴接座中；
所述内壳体在所述内水箱中形成上转轴座，所述底座在所述内水箱中形成下转轴座，所述转轴两端分别插入上转轴座和下转轴座中；
所述电磁线圈环绕所述转轴并与所述叶轮磁耦合。
7.根据权利要求6所述的一体式水冷散热器，其特征在于：所述叶轮上形成导向环，所述内壳体中形成与所述导向环形状匹配的导向槽，所述导向环位于所述导向槽内。
8.根据权利要求3-5任一所述的一体式水冷散热器，其特征在于：所述水冷排还包括内扣件和外扣件；
所述冷排水箱上开设有扣件槽；
所述内扣件扣紧所述鳍片组和所述扁管组并插入所述扣件槽中，所述外扣件扣紧所述内扣件并固定在所述冷排水箱上。
9.根据权利要求1所述的一体式水冷散热器，其特征在于：还包括面盖和底板；所述底板和所述面盖罩住所述水冷排。
10.根据权利要求1或9所述的一体式水冷散热器，其特征在于：还包括用于为所述水冷排散热的散热风扇。
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