CN111414061A - 一种水冷式冷却装置 - Google Patents

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CN111414061A CN202010212537.XA CN202010212537A CN111414061A CN 111414061 A CN111414061 A CN 111414061A CN 202010212537 A CN202010212537 A CN 202010212537A CN 111414061 A CN111414061 A CN 111414061A
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杨淇钧
王长宏
胡锦鹏
王雪
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Abstract

本申请提供了一种水冷式冷却装置，包括：均热板、水冷板、热管和冷管；均热板内设置有空腔，空腔内装有冷却液，空腔的内壁上刻有仿生叶脉毛细槽结构，均热板的外壁上开设有连通空腔的出气口和第一进液口；水冷板内设置有冷却槽，冷却槽道内设置有水泵，水冷板的外壁上开设有连通冷却槽的第二进液口和出液口；热管的底端管口与出气口连通，热管的顶端管口与第二进液口连通；冷管的底端管口与第一进液口连通，冷管的顶端管口与出液口连通。本申请解决了现有的风扇式冷却器通过高速旋转产生风量吹向CPU使其降温，但是降温效果十分有限，CPU仍然是处于较高的温度状态下运转的，而且运行过程不可避免地会带来噪音干扰，使用体验仍有待提高的技术问题。

Description

一种水冷式冷却装置
技术领域
本申请涉及数据处理器冷却技术领域，尤其涉及一种水冷式冷却装置。
背景技术
计算机CPU是具有高度集成化特点的中央数据处理器，维系着整个计算机设备的运行，在计算机设备的运行过程当中，中央处理器的温度会逐步升高，而中央处理器本身就是一个体积相对较小、极易储蓄热量的电子芯片，因此，在运行当中容易产生高温，随着时间的推移及计算机设备的长时间运转，高温的持续状态会严重影响中央处理器的性能，造成计算机死机及毁坏。为了进一步延长计算机CPU的使用寿命，确保计算机CPU的稳定运行，提高计算机设备的工作效率，采取有效的措施及技术对计算机的CPU进行散热控制及处理显得十分重要。
现有的用于CPU等处理器及服务器的冷却装置多为风扇式冷却器，风扇式冷却器通过高速旋转产生风量吹向CPU使其降温，但是降温效果十分有限，CPU仍然是处于较高的温度状态下运转的，而且运行过程不可避免地会带来噪音干扰，使用体验仍有待提高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种水冷式冷却装置，解决现有的风扇式冷却器通过高速旋转产生风量吹向CPU使其降温，但是降温效果十分有限，CPU仍然是处于较高的温度状态下运转的，而且运行过程不可避免地会带来噪音干扰，使用体验仍有待提高的技术问题。
有鉴于此，本申请提供了一种水冷式冷却装置，包括：均热板、水冷板、热管和冷管；
所述均热板内设置有空腔，所述空腔内装有冷却液，所述空腔的内壁上刻有仿生叶脉毛细槽结构，所述均热板的外壁上开设有连通所述空腔的出气口和第一进液口；
所述水冷板内设置有冷却槽，所述冷却槽道内设置有水泵，所述水冷板的外壁上开设有连通所述冷却槽的第二进液口和出液口；
所述热管的底端管口与所述出气口连通，所述热管的顶端管口与所述第二进液口连通；
所述冷管的底端管口与所述第一进液口连通，所述冷管的顶端管口与所述出液口连通。
优选的，所述仿生叶脉毛细槽结构以所述空腔内壁的中心点位起始点，呈放射向四周延伸为多条毛细槽，每条毛细槽的末端一分为二且宽度减小，分裂级数共有5级。
优选的，所述仿生叶脉毛细槽结构位于所述空腔顶部的内壁上。
优选的，所述热管的内壁上设置有金属烧结毛细槽结构。
优选的，所述水冷板固定于所述均热板的上方，使所述热管的顶端管口高于所述热管的底端管口，所述冷管的顶端管口高于所述冷管的底端管口。
优选的，所述冷却液为去离子水工质。
优选的，所述冷却槽共有五条，五条所述冷却槽并排设置且相互连通。
优选的，所述均热板的底部涂有导热硅胶。
优选的，所述冷却槽沿S形走向设置于所述水冷板内。
优选的，所述冷管的内壁面为光滑面。
与现有技术相比，本申请实施例的优点在于：
本申请提供了一种水冷式冷却装置，包括：均热板、水冷板、热管和冷管；所述均热板内设置有空腔，所述空腔内装有冷却液，所述空腔的内壁上刻有仿生叶脉毛细槽结构，所述均热板的外壁上开设有连通所述空腔的出气口和第一进液口；所述水冷板内设置有冷却槽，所述冷却槽道内设置有水泵，所述水冷板的外壁上开设有连通所述冷却槽的第二进液口和出液口；所述热管的底端管口与所述出气口连通，所述热管的顶端管口与所述第二进液口连通；所述冷管的底端管口与所述第一进液口连通，所述冷管的顶端管口与所述出液口连通。
本申请中的水冷式冷却装置，均热板可贴附于CPU等处理器或服务器上，从而对其进行冷却，均热板内设置有空腔，空腔中装载有冷却液，冷却液吸热后汽化为蒸汽并进入热管中冷凝后进入水冷板的冷却槽中进行冷却降温，降温完成后通过冷管回流至均热板，全称通过水泵提供动力，从而完成整个冷却循环过程，在均热板的内壁上设置有仿生叶脉毛细槽结构，当汽化的冷却液进入仿生叶脉毛细槽结构后，由于毛细力的存在，使气态的冷却液凝结为液态，并处理冷却液在仿生叶脉毛细槽中的流动速度，减少流动阻力，从而加快了蒸汽的冷却速度，进一步提高了散热性能，相对于以往的自然风力冷却来说，本申请的冷却装置在冷却性能上远远超越的风扇式冷却装置，且整个冷却过程十分安静，不会产生噪音，解决了现有的风扇式冷却器通过高速旋转产生风量吹向CPU使其降温，但是降温效果十分有限，CPU仍然是处于较高的温度状态下运转的，而且运行过程不可避免地会带来噪音干扰，使用体验仍有待提高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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为本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的结构示意图；
图2为本申请实施例中的水冷板的结构示意图；
图3为本申请实施例中的水冷板的内部结构图；
图4为本申请实施例中的均热板的机构示意图；
其中，附图标记为：均热板1、水冷板2、热管3、冷管4、仿生叶脉毛细槽结构4、出气口5、第一进液口6、冷却槽7、水泵8、第二进液口9、出液口10。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为了便于理解，请参阅图1至图4，图1为本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的结构示意图；图2为本申请实施例中的水冷板的结构示意图；图3为本申请实施例中的水冷板的内部结构图；图4为本申请实施例中的均热板的机构示意图。
本申请提供一种水冷式冷却装置，包括：均热板1、水冷板2、热管3和冷管4；
均热板1内设置有空腔，空腔内装有冷却液，空腔的内壁上刻有仿生叶脉毛细槽结构4，均热板1的外壁上开设有连通空腔的出气口5和第一进液口6；
水冷板2内设置有冷却槽7，冷却槽7道内设置有水泵8，水冷板2的外壁上开设有连通冷却槽7的第二进液口9和出液口10；
热管3的底端管口与出气口5连通，热管3的顶端管口与第二进液口9连通；
冷管4的底端管口与第一进液口6连通，冷管4的顶端管口与出液口10连通。
需要说明的是，均热板1的材料为导热材料，有助于及时吸收CPU所产生的热量，均热板1的底面为平面，用于与CPU进行贴合，均热板1内设置有空腔，空腔内装有冷却液并抽真空，避免空气阻力阻碍冷却液的流动，冷却液通过均热板1壁对CPU实现冷却，空腔的内壁上刻有仿生叶脉毛细槽结构4，在冷却液吸热汽化后，气态的冷却液夹杂水珠进入仿生叶脉毛细槽结构4中，由于毛细作用力提高了将蒸汽变成水的能力，一部分蒸汽转化为液体，从而减少进入热管3中的气体，从而对气态冷却液起到了部分冷却作用，提高了气态冷却液的冷凝速度。
本实施例中，均热板1上的出气口5和第一进液口6的孔距为5cm，同样的，水冷板2上的第二进液口9和出液口10之间的孔距也为5cm。
热管3的底端管口和顶端管口均通过焊锡分别焊接于出气口5和第二进液口9处，冷管4的底端管口和顶端管口均通过焊锡分别焊接于第一进液口6和出液口10处，从而保证了各管口与各连接口直接连接的稳固性和密封性。
冷却槽7为长条状的槽道，从热管3流入的冷却液经过冷却槽7进行进一步的降温，并通过出液口10流入冷管4中并流入均热板1内，实现整个装置的冷热循环。
本申请中的水冷式冷却装置，均热板1可贴附于CPU等处理器或服务器上，从而对其进行冷却，均热板1内设置有空腔，空腔中装载有冷却液，冷却液吸热后汽化为蒸汽并进入热管3中冷凝后进入水冷板2的冷却槽7中进行冷却降温，降温完成后通过冷管4回流至均热板1，全称通过水泵8提供动力，从而完成整个冷却循环过程，在均热板1的内壁上设置有仿生叶脉毛细槽结构4，当汽化的冷却液进入仿生叶脉毛细槽结构4后，由于毛细力的存在，使气态的冷却液凝结为液态，并处理冷却液在仿生叶脉毛细槽中的流动速度，减少流动阻力，从而加快了蒸汽的冷却速度，进一步提高了散热性能，相对于以往的自然风力冷却来说，本申请的冷却装置在冷却性能上远远超越的风扇式冷却装置，且整个冷却过程十分安静，不会产生噪音，解决了现有的风扇式冷却器通过高速旋转产生风量吹向CPU使其降温，但是降温效果十分有限，CPU仍然是处于较高的温度状态下运转的，而且运行过程不可避免地会带来噪音干扰，使用体验仍有待提高的技术问题。
作为进一步的改进，本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的仿生叶脉毛细槽结构4以空腔内壁的中心点位起始点，呈放射向四周延伸为多条毛细槽，每条毛细槽的末端一分为二且宽度减小，分裂级数共有5级。
具体来说，仿生叶脉毛细槽结构4整体呈圆周阵列排布，其以空腔内壁的中心点为起始点，呈放射状向四周延伸为多条毛细槽，每条毛细槽的末端采用二分裂式结构，分形角度为60°，毛细槽的长宽比为2-1/3，仿生叶脉毛细槽结构4代替以往的金属烧结吸液芯结构，传统的金属烧结吸液芯结构由于采用烧结加工的步骤，需要通过金属煅烧后焊接在装置上，吸液芯容易脱落，且烧结结构吸液芯的孔隙半径相对较大，孔隙的渗透率较低，对蒸汽的冷却凝结效果差，本申请的仿生叶脉毛细槽结构4可采用激光装置直接进行雕刻，从而可将孔隙直径逐步分级减小至最小，毛细力最大，达到最佳的冷凝效果，加快工质回流速度，采用叶脉式的分布格局也有利于提高对于内腔壁的空间利用率。
作为进一步的改机，本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的仿生叶脉毛细槽结构4位于空腔顶部的内壁上，设置于空腔顶部的内壁有利于更好地接收汽化的冷却液，具有更好的冷却效果。
作为进一步的改进，本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的热管3的内壁上设置有金属烧结毛细槽结构，均热板1中的蒸汽进入热管3内部后，会进入到金属烧结毛细槽结构中，通过金属烧结毛细槽结构为其提供毛细力，使蒸汽凝结为液体，从而达到使蒸汽在热管3中快速液化的效果，避免热管3中仍残留有蒸汽，由于均热板1中的水蒸气沿着热管3向上运动，这会导致整个装置内部压力差不平衡问题，影响整个冷却装置的循环速度，进而影响冷却效果，因此，通过在热管3中设置金属烧结毛细结构，使蒸汽进入热管3后立刻液化并通过水泵8抽入至冷却槽7中，从而减少这个冷却装置中的气体，避免出现装置内部压力差过大导致循环速度减弱的现象。
作为进一步的改进，本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的水冷板2固定于均热板1的上方，使热管3的顶端管口高于热管3的底端管口，冷管4的顶端管口高于冷管4的底端管口。
具体来说，热管3和冷管4均为高度方向倾斜设置，对于热管3来说，有利于液化的冷却液蒸汽沿热管3逐步上升并液化，对于冷管4来说，有利于将冷却槽7中经过降温的冷却液从出液依靠重力沿冷管4流动至均热板1中，从而进一步促进冷却装置内的冷却液循环。
作为进一步的改进，本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的冷却液为去离子水工质，去离子工质在真空环境下，其沸点可降到30多度，具有更好的吸热能力，由于重力影响，去离子水会位于均热板1空腔中的，当热源接触到均热板1时，去离子水会受热蒸发，变成气体，向热管3上部运动并逐渐液化，重新凝结成液体。
作为进一步的改进，本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的冷却槽7共有五条，五条冷却槽7并排设置且相互连通，采用5条冷却槽7有利于进一步提高冷却槽7的冷却速度。
作为进一步的改进，本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的均热板1的底部涂有导热硅胶，均热板1通过导热硅胶与CPU基板紧密贴合，从而减少接触热阻，更有利于热量传递，当然，除了采用导热硅胶外，均热板1的底部也可以涂抹纳米银粉。
作为进一步的改进，本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的冷却槽7沿S形走向设置于水冷板2内，且共有三个拐角区域，S形走向的分布有利于增长冷却槽7的长度，以达到更由的冷却效果，在拐角位置采用8mm倒角处理，使冷却液的流动更加顺畅。
作为进一步的改进，本申请实施例所提供的水冷式冷却装置的冷管4的内壁面为光滑面，采用光滑的内壁面有利于减少冷却液在冷管4中的流动阻力，使冷却液的流动更加顺畅，进一步处理冷却液的循环速度。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种水冷式冷却装置，其特征在于，包括：均热板、水冷板、热管和冷管；
所述均热板内设置有空腔，所述空腔内装有冷却液，所述空腔的内壁上刻有仿生叶脉毛细槽结构，所述均热板的外壁上开设有连通所述空腔的出气口和第一进液口；
所述水冷板内设置有冷却槽，所述冷却槽道内设置有水泵，所述水冷板的外壁上开设有连通所述冷却槽的第二进液口和出液口；
所述热管的底端管口与所述出气口连通，所述热管的顶端管口与所述第二进液口连通；
所述冷管的底端管口与所述第一进液口连通，所述冷管的顶端管口与所述出液口连通。
2.根据权利要求1所述的水冷式冷却装置，其特征在于，所述仿生叶脉毛细槽结构以所述空腔内壁的中心点位起始点，呈放射向四周延伸为多条毛细槽，每条所述毛细槽的末端一分为二且宽度减小，分裂级数共有5级。
3.根据权利要求1所述的水冷式冷却装置，其特征在于，所述仿生叶脉毛细槽结构位于所述空腔顶部的内壁上。
4.根据权利要求1所述的水冷式冷却装置，其特征在于，所述热管的内壁上设置有金属烧结毛细槽结构。
5.根据权利要求1所述的水冷式冷却装置，其特征在于，所述水冷板固定于所述均热板的上方，使所述热管的顶端管口高于所述热管的底端管口，所述冷管的顶端管口高于所述冷管的底端管口。
6.根据权利要求1所述的水冷式冷却装置，其特征在于，所述冷却液为去离子水工质。
7.根据权利要求1所述的水冷式冷却装置，其特征在于，所述冷却槽共有五条，五条所述冷却槽并排设置且相互连通。
8.根据权利要求1所述的水冷式冷却装置，其特征在于，所述均热板的底部涂有导热硅胶。
9.根据权利要求1所述的水冷式冷却装置，其特征在于，所述冷却槽沿S形走向设置于所述水冷板内。
10.根据权利要求1所述的水冷式冷却装置，其特征在于，所述冷管的内壁面为光滑面。
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