CN113917996A - 一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，属于电子控温技术领域。该相变液冷散热系统从上到下依次包括：散热模块、控制模块、吸热模块。散热模块中的散热冷排运用缩放喷管在散热冷排的上下部分形成压力差从而在冷却液流经散热冷排时发生相变，且采用双排冷管交叉排列设计以增大散热面积。吸热底座由纯铜材质制成，安装于CPU上。散热模块、动力模块和吸热模块通过编织网罩水冷软管连接，控制模块通过电线与吸热模块的温度传感器、动力模块的冷却液泵、散热模块的风扇连接。该相变液冷散热系统具有散热能力强，噪音小，易于拆装，工作流程简单等优点。

Description

一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统

技术领域

本发明属于电子控温技术领域，具体涉及一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统。

背景技术

随着科学技术和微电子技术的发展，芯片的集成度越来越高，单位面积上的电子元器件越来越多。单位面积上集成的电子元器件越多，发热量也就越大，在满负荷或超负荷使用过程中发热量巨大并且集中在较小的表面，如果没有有效的散热很可能会导致CPU降频甚至损坏。有报告指出：电子设备失效有55％是由温度引起的。著名的“10℃法则”也指出：半导体器件的温度每上升10℃，其可靠性就会下降50％。因此高效且切实可行的散热方式对提升计算机使用稳定性和性能至关重要。

目前，现有的计算机散热系统主要分为风冷散热系统和水冷散热系统。风冷散热系统在使用过程中通过风扇将CPU传导至散热鳍片上的热量吹走，但风冷散热系统存在着耗电量高，噪音大等明显不足，特别是在CPU满负荷或超负荷工作时风扇不能及时将热量带走从而导致CPU温度过高进而使得CPU性能下降，寿命缩短。而传统的水冷散热系统存在漏液、管道多为插拔式容易松脱和破损，而且随着电脑CPU的不断发展，发热量不断增加，普通的水冷已经越来越难满足高速发展的CPU的散热要求。针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

申请号为202011208539.8名称为“相变液冷散热装置”的发明专利，该装置将相变储能模块安装在水冷模块上方。但由于相变材料并不参与冷却工质的循环，当CPU温度上升到一定程度时，相变材料的吸热能力达到极限，从而限制了该装置的散热能力，同时当CPU从高温降为低温时，相变材料还要释放热量，从而增加了水冷模块的负担。

申请号为202010705193.6名称为“刀片服务器壳内部的自循环浸没射流相变液冷散热装置”的发明专利，该装置将服务器主板整体浸没于冷媒中，这将导致以后维修不便，且不方便移动，只适合刀片式服务器，应用范围有限。

申请号为202010154854.0名称为“一种新型CPU液冷散热器”的发明专利，该装置能同时对多个CPU进行冷却，但冷却工质在循环过程中没有发生相变，且该装置是将多个CPU冷却的流道是串联的，当CPU温度很高时，冷却液在第一个CPU就已经被加热，对之后的CPU冷却效果大大降低，导致整个装置的冷却效果有限。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供了一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，用于解决计算机CPU满负荷或超负荷工作时风冷散热系统和传统水冷散热系统不能及时将热量带走从而导致CPU温度过高而使得CPU性能下降，寿命缩短；同时通过加装分液器还能给CPU散热。

为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，包括：散热模块、动力模块、吸热模块和所需冷却液；其特征在于，所述散热模块中的冷排外壳、散热冷排肋片、风扇组成散热冷排主体；动力模块由冷却液储存箱、冷却液泵组成；吸热模块由塑料外壳、温度显示器、温度传感器、吸热底座组成；

所述散热冷排主体左侧出液口通过第一连接软管与冷却液储存箱上表面的冷却液储存箱加液口连接，所述冷却液储存箱安装于冷却液泵的上方，控制电路板安装于冷却液泵的下方，动力模块的冷却液泵通过第二连接软管连接第一分水器的左端；吸热模块有两个，第一分水器的右端分别通过两根第三连接软管连接于两个吸热模块左端；两个吸热模块右端通过第四连接软管与第二分水器左端面相连；第二分水器右端面通过第五连接软管与散热模块中的散热冷排主体的水路支管连接器相连接。

优选的，所述吸热模块中的吸热底座安装于塑料外壳底面，吸热底座由纯铜材质制成，吸热底座与主板之间连接CPU，吸热底座与CPU接触，吸热底座与CPU接触面涂有导热硅脂用于增加传热效率；温度显示器安装于塑料外壳上表面。

优选的，所述控制电路板通过第二连接电线和第一连接电线分别与散热模块中的风扇、吸热模块中的温度传感器相连接成控制电路；所述冷却液泵驱动散热模块、吸热模块和冷却液储存箱中的冷却液实现循环。

优选的，所述散热冷排主体引入缩放喷管技术，当冷却液流经缩放喷管时会经历突然的压力下降，导致冷却液发生闪急沸腾现象，从而发生相变，且散热冷排主体采用双排冷管交叉排列设计。

优选的，所述冷排外壳为铝合金材料制成，冷排外壳尺寸为394×121×27mm，风扇安装于冷排外壳背面，风扇尺寸为120×120×25mm，数量为3个。

优选的，所述第一连接软管、第二连接软管、第三连接软管、第四连接软管、第五连接软管采用高分子编织网罩水冷软管且接口为螺纹连接。

优选的，所述吸热底座内安装温度传感器，用于测量CPU的实时发热量，并将电信号传递给控制电路板。

优选的，所述散热冷排肋片的厚度为0.3-0.8mm，两片散热冷排肋片之间的间距为8-15mm，所述散热冷排肋片材质为铝合金，在保证散热效率的同时降低了制造成本，减轻了散热散热冷排主体的总体重量，所述散热冷排肋片通过焊接的方式安装于散热散热冷排主体上。

优选的，所述冷却液选用去离子水，在各模块管路连接良好且系统不运行的静止状态去离子水装满冷却液储存箱的三分之二。

本发明的另一目的在于提供一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统的工作方法，其特征在于，CPU所发出的热量通过吸热模块的吸热底座传至流经吸热模块的冷却液；被加热后的冷却液被冷却液泵泵送至散热模块，冷却液在流经散热模块的冷排时将热量传递给冷排壁面，然后热量通过冷排壁面传递给被风扇吹动的周围空气，被冷却后的冷却液通过软管流至动力模块中的冷却液存储箱最后被冷却液泵泵送至吸热模块完成一个循环。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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是根据本申请一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统的结构示意图；

图2是根据本申请实施例一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统散热模块中散热冷排的正面、侧面、俯视剖视图；

图3是根据本申请实施例一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统吸热模块中的吸热底座的内部结构图；

图4是水路支管连接器的局部放大图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、风扇；2、散热冷排主体；3、第一连接软管；4、冷却液储存箱加液口；5、冷却液储存箱；6、冷却液泵；7、控制电路板；8、第一连接电线；9、第二连接电线；10、第二连接软管；11、第一分水器；12、第三连接软管；13、塑料外壳；14、温度显示器；15、CPU；16、主板；17、第四连接软管；18、第二分水器；19、第五连接软管；20、水路支管连接器；21、散热冷排外壳；22、散热冷排肋片；23、散热模块；24、动力模块；25、吸热模块；26、温度传感器；27、微水道散热片；28、第一方向隔板；29第二方向隔板。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，包括：散热模块(23)、动力模块(24)、吸热模块(25)和所需冷却液；其特征在于，所述散热模块(23)中的冷排外壳(21)、散热冷排肋片(22)、风扇(1)组成散热冷排主体(2)；动力模块(24)由冷却液储存箱(5)、冷却液泵(6)组成；吸热模块(25)由塑料外壳(13)、温度显示器(14)、温度传感器(26)、吸热底座组成；

所述散热冷排主体(2)左侧出液口通过第一连接软管(3)与冷却液储存箱(5)上表面的冷却液储存箱加液口(4)连接，所述冷却液储存箱(5)安装于冷却液泵(6)的上方，控制电路板(7)安装于冷却液泵(6)的下方，动力模块(24)的冷却液泵(6)通过第二连接软管(10)连接第一分水器(11)的左端；吸热模块(25)有两个，第一分水器(11)的右端分别通过两根第三连接软管(12)连接于两个吸热模块(25)左端；两个吸热模块(25)右端通过第四连接软管(17)与第二分水器(18)左端面相连；第二分水器(18)右端面通过第五连接软管(19)与散热模块中的散热冷排主体(2)的水路支管连接器(20)相连接。

优选的，所述吸热模块(25)中的吸热底座安装于塑料外壳(13)底面，吸热底座由纯铜材质制成，吸热底座与主板(16)之间连接CPU(15)，吸热底座与CPU(15)接触，吸热底座与CPU(15)接触面涂有导热硅脂用于增加传热效率；温度显示器(14)安装于塑料外壳(13)上表面。

优选的，所述控制电路板(7)通过第二连接电线(9)和第一连接电线(8)分别与散热模块(23)中的风扇(1)、吸热模块(25)中的温度传感器(14)相连接成控制电路；所述冷却液泵(6)驱动散热模块(23)、吸热模块(25)和冷却液储存箱(5)中的冷却液实现循环。

优选的，所述散热冷排主体(2)引入缩放喷管技术，当冷却液流经缩放喷管时会经历突然的压力下降，导致冷却液发生闪急沸腾现象，从而发生相变，且散热冷排主体(2)采用双排冷管交叉排列设计。

优选的，所述冷排外壳(21)为铝合金材料制成，冷排外壳(21)尺寸为394×121×27mm，风扇(1)安装于冷排外壳(21)背面，风扇(1)尺寸为120×120×25mm，数量为3个。

优选的，所述第一连接软管(3)、第二连接软管(10)、第三连接软管(12)、第四连接软管(17)、第五连接软管(19)采用高分子编织网罩水冷软管且接口为螺纹连接。

优选的，所述吸热底座内安装温度传感器，用于测量CPU(15)的实时发热量，并将电信号传递给控制电路板(7)。

优选的，所述散热冷排肋片(22)的厚度为0.3-0.8mm，两片散热冷排肋片(22)之间的间距为8-15mm，所述散热冷排肋片(22)材质为铝合金，在保证散热效率的同时降低了制造成本，减轻了散热散热冷排主体(2)的总体重量，所述散热冷排肋片(22)通过焊接的方式安装于散热散热冷排主体(2)上。

优选的，所述冷却液选用去离子水，在各模块管路连接良好且系统不运行的静止状态去离子水装满冷却液储存箱的三分之二。

实施例2

一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统的工作方法，其特征在于，CPU所发出的热量通过吸热模块(25)的吸热底座传至流经吸热模块的冷却液；被加热后的冷却液被冷却液泵(6)泵送至散热模块(23)，冷却液在流经散热模块(23)的冷排(2)时将热量传递给冷排壁面，然后热量通过冷排壁面传递给被风扇吹动的周围空气，被冷却后的冷却液通过软管流至动力模块(24)中的冷却液存储箱(5)最后被冷却液泵(6)泵送至吸热模块(25)完成一个循环。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，包括：散热模块(23)、动力模块(24)、吸热模块(25)和所需冷却液；其特征在于，所述散热模块(23)中的冷排外壳(21)、散热冷排肋片(22)、风扇(1)组成散热冷排主体(2)；动力模块(24)由冷却液储存箱(5)、冷却液泵(6)组成；吸热模块(25)由塑料外壳(13)、温度显示器(14)、温度传感器(26)、吸热底座组成；

所述散热冷排主体(2)左侧出液口通过第一连接软管(3)与冷却液储存箱(5)上表面的冷却液储存箱加液口(4)连接，所述冷却液储存箱(5)安装于冷却液泵(6)的上方，控制电路板(7)安装于冷却液泵(6)的下方，动力模块(24)的冷却液泵(6)通过第二连接软管(10)连接第一分水器(11)的左端；吸热模块(25)有两个，第一分水器(11)的右端分别通过两根第三连接软管(12)连接于两个吸热模块(25)左端；两个吸热模块(25)右端通过第四连接软管(17)与第二分水器(18)左端面相连；第二分水器(18)右端面通过第五连接软管(19)与散热模块中的散热冷排主体(2)的水路支管连接器(20)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，其特征在于，所述吸热模块(25)中的吸热底座安装于塑料外壳(13)底面，吸热底座由纯铜材质制成，吸热底座与主板(16)之间连接CPU(15)，吸热底座与CPU(15)接触，吸热底座与CPU(15)接触面涂有导热硅脂用于增加传热效率；温度显示器(14)安装于塑料外壳(13)上表面。

3.根据权利要求1所述的一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，其特征在于：所述控制电路板(7)通过第二连接电线(9)和第一连接电线(8)分别与散热模块(23)中的风扇(1)、吸热模块(25)中的温度传感器(14)相连接成控制电路；所述冷却液泵(6)驱动散热模块(23)、吸热模块(25)和冷却液储存箱(5)中的冷却液实现循环。

4.根据权利要求1所述的一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，其特征在于：所述散热冷排主体(2)引入缩放喷管技术，当冷却液流经缩放喷管时会经历突然的压力下降，导致冷却液发生闪急沸腾现象，从而发生相变，且散热冷排主体(2)采用双排冷管交叉排列设计。

5.根据权利要求1所述的一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，其特征在于：所述冷排外壳(21)为铝合金材料制成，冷排外壳(21)尺寸为394×121×27mm，风扇(1)安装于冷排外壳(21)背面，风扇(1)尺寸为120×120×25mm，数量为3个。

6.根据权利要求2所述的一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，其特征在于：所述第一连接软管(3)、第二连接软管(10)、第三连接软管(12)、第四连接软管(17)、第五连接软管(19)采用高分子编织网罩水冷软管且接口为螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，其特征在于：所述吸热底座内安装温度传感器，用于测量CPU(15)的实时发热量，并将电信号传递给控制电路板(7)。

8.根据权利要求1所述的一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，其特征在于：所述散热冷排肋片(22)的厚度为0.3-0.8mm，两片散热冷排肋片(22)之间的间距为8-15mm，所述散热冷排肋片(22)材质为铝合金，在保证散热效率的同时降低了制造成本，减轻了散热散热冷排主体(2)的总体重量，所述散热冷排肋片(22)通过焊接的方式安装于散热散热冷排主体(2)上。

9.根据权利要求1所述的一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统，其特征在于：所述冷却液选用去离子水，在各模块管路连接良好且系统不运行的静止状态去离子水装满冷却液储存箱的三分之二。

10.根据权利要求1-9任意一项所述一种运用缩放喷管的相变液冷散热系统的工作方法，其特征在于，CPU所发出的热量通过吸热模块(25)的吸热底座传至流经吸热模块的冷却液；被加热后的冷却液被冷却液泵(6)泵送至散热模块(23)，冷却液在流经散热模块(23)的冷排(2)时将热量传递给冷排壁面，然后热量通过冷排壁面传递给被风扇吹动的周围空气，被冷却后的冷却液通过软管流至动力模块(24)中的冷却液存储箱(5)最后被冷却液泵(6)泵送至吸热模块(25)完成一个循环。

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