CN1606403A - 液冷罩 - Google Patents
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Abstract
在液冷罩，为了改善热传递效率、进而改善展开性和组装性，具有与发热体接合的底座(201)、相对于底座(201)垂直立起的柱子(202)、安装在柱子(202)上与底座(201)平行配置的多个散热片(203)、在多个散热片(203)之间以规定宽度安装的隔墙(204)、和壳体(205)，所述壳体(205)围着柱子(202)以及散热片(203)与底座(201)接合，在由隔墙(204)将冷却液的液流分开的位置安装冷却液的入口和出口。因此，液冷罩内部的冷却液液流确保了多个流路，所以流路阻力低，而且通过使冷却液的出入口的大小与并列的散热片(203)的高度大致相同，可以使各散热片(203)之间的流速均匀。
Description
技术领域
本发明涉及在用于冷却电子设备的液冷系统中安装在发热体上的液冷罩。
背景技术
现有技术中，用于冷却电子设备的液冷罩需要将发热体的热量有效地进行传递。
在此，作为现有的液冷罩的内部的流路的一个例子，如图18所示，有呈S形状的。其使液冷罩1301内部的流路1302呈S形，并使冷却液的液流1303尽量与液冷罩1301接触。这是一种通过尽量加长液冷罩1301内部的流路长度、增加冷却液与液冷罩内部壁面的接触面积、有效地将发热体的热量传递到冷却液的方法。
另外，作为另一个例子，如图19所示，将冷却液的液流1401分配成为多个液流1403a-1403f。这是一种通过具有多个流路分支而降低流路阻力、而且增大冷却液与散热片1402的接触面积、有效地进行热传递的方法(例如参照日本JP-A-2000-340727号公报)。
另外，由于并列配置冷却液出入口在配管方面具有优秀的便利性，所以具有将冷却液出入口并列配置的。如图20所示，这是一种在并列的散热片1501的中央设置隔墙1502，通过使冷却液的液流1401U形折弯而并列配置出入口的方法(例如，参照日本JP-A-2002-170915号公报)。
但是，如图18所示的呈S形形状的流路，流路长度越长就越会增大流路阻力，存在压力损失变大的问题。
而且，如图19所示，将冷却液的液流分配成多个液流的流路，存在着冷却液难以均匀地在散热片间流动的问题。详细地说，由于液流具有直进性，所以存在冷却液在入口附近的散热片难以流动的问题，如图19所示，会产生流速1403a至1403f的偏差。由此，会造成热传递效率降低而无法有效地将发热体的热量向冷却液进行传递。
另外，在如图20所示的构造中，也存在散热片之间产生的液流1503a至1503c的偏差的问题。详细地说，出入口附近的流速1503b最快而其他的1503a或1503c则流速降低。由此，会产生热传递效率降低、无法有效地向冷却液传递发热体的热量。
另外，在上述说明了的任何一个现有技术中，即使为了确保更多的接触面积而加大液冷罩的尺寸，由于从中心的发热体的距离变远，所以存在难以提高热传递效率的问题。详细地说，现有技术中，如图21所示，是由底座301向水平方向扩散热量、向各散热片302传递热量。但是由于重量和高度的关系，底座的厚度t1受到限制，实际上较厚的也只是7mm左右，所以，热量的扩散303滞留在发热体103周围，而无法传递到端缘的散热片302a。即，液冷罩的尺寸越大、端缘的散热片的冷却效果越差。
发明内容
本发明的目的在于，提供热传递效率优良而且扩展性和组装性优良的液冷罩。
本发明的液冷罩，具有与发热体接合的底座；相对于所述底座垂直立起的柱子；安装在柱子上、与底座平行配置的多个散热片；在多个散热片之间以规定宽度安装的隔墙；和壳体，壳体围着柱子以及散热片与底座接合，在由隔墙将冷却液的液流分开的位置安装冷却液的入口和出口。
本发明的效果是：
1)根据本发明，液冷罩内部的冷却液流确保了多个流路，所以流路阻力低，而且冷却液的出入口的大小与并列的散热片的高度几乎相同，这样可使各散热片之间的流速均匀。
2)根据本发明，向各散热片传递热量的柱子粗，其高度可以是离开与发热体接触的底座的近距离，所以热传递效率高。
3)根据本发明，通过设置在散热片之间的隔墙将冷却液的流经路径形成U形折弯，因而可以并列配置冷却液的出入口，具有配管方面优良的方便性。
本发明的其他目的、特征以及优点，清楚记载在附图相关的以下的本发明实施例中。
附图说明
图1是适用本发明的液冷罩的电子设备的轴测图。
图2是本发明的液冷罩的分解图。
图3是用来说明向本发明的散热片传递热量的说明图。
图4是用来说明在本发明的柱子上采用散热管的例子的说明图。
图5是用来说明本发明的冷却液的液流的说明图。
图6是用来说明要减小本发明的入口以及出口口径时的形状的说明图。
图7是用来说明要减小本发明的入口以及出口口径时的另一个形状的说明图。
图8是用来说明考虑了本发明的组装性的液冷罩的构造的说明图。
图9是用来说明考虑了本发明的组装性的液冷罩的构造的说明图。
图10是用来说明液冷罩的隔墙的形状的说明图。
图11是表示将本发明的液冷罩重叠以谋求进一步提高性能的例子的图。
图12是表示在本发明的液冷罩的上部重叠空冷吸热设备以及风扇以谋求进一步提高性能的例子的图。
图13是表示通过与本发明的液冷罩成为一体的空冷吸热设备谋求进一步提高性能的例子的图。
图14是表示改变本发明的液冷罩的冷却液的入口以及出口的配置的例子的图。
图15是表示改变本发明的液冷罩的冷却液的入口以及出口的配置的例子的图。
图16是表示在本发明的液冷罩的散热片上采用螺旋状的散热片的例子的图。
图17是表示在本发明的液冷罩的散热片上采用螺旋状的散热片的例子的图。
图18是表示现有的液冷罩中使流路呈S形的图。
图19是表示现有的液冷罩中具有多个流路的图。
图20是表示现有的液冷罩中流路U形折弯的图。
图21是表示现有的液冷罩的热传递方法的图。
具体实施方式
下面，根据附图详细说明本发明的实施例。在用于说明实施例的全部图中，相同的部件原则上使用相同的附图标记，并省略重复说明。
根据图1说明适用本发明的液冷罩的电子设备的构成。图1是适用本发明的液冷罩的电子设备的轴测图，作为电子设备的例子，举例表示了台式个人电脑的例子。
图1中，箱体101内部的底面附近有母板102，在其上面搭载作为发热体的CPU103、芯片组104、存贮器105。而且，还搭载作为外部存储装置的HDD106、FDD107、CD-ROM驱动器108。在CPU103上安装着本发明的液冷罩131。
该液冷罩131由铜或铝等导热性良好的金属制成。
与CPU103接触的面夹着热复合物(thermal compound)或导热性高的硅橡胶等进行压接，构成将CPU103产生的热量有效地传递到液冷罩131的构造。而且，冷却液在液冷罩131的内部借助泵132流动，形成热量传递到冷却液的构造。
在箱体101的背面外部配置作为散热部的吸热设备135，吸热设备135由底座135a以及散热片135b构成，冷却液在底座135a的内部流动，形成冷却液的热量传递到整个底座135a的构造。而且，还具有在底座135a保持一定的液量的机构。即底座135a也具有作为冷却液的贮液箱的功能。
散热片135b朝向箱体背面侧地进行配置。使得风扇113的风吹到散热片135b上。
安装在箱体101的背面的风扇113与吸热设备135相对地配置，使风扇113的风直接吹到散热片135b。更详细地说，风扇113，其作为轴流风扇的箱体101的内部侧为吸气侧、吸热设备135侧为排气侧。在风扇113的旁边有电源109。
管道133以及金属管134连接液冷罩131和吸热设备135，通过冷却液在内部流动而形成液冷罩131和吸热设备135的热传输路径。
全部配管以金属管134为主体，在局部采用橡胶性的管道133。该管道133可以弯曲，所以容易进行CPU103的更换等维护工作。即，无须拆卸风扇113和吸热设备135，就可以将液冷罩131从CPU103拆除。而且，由于管道133以外的配管为金属管134，所以可以控制水分透过。
冷却液的流动路径，是泵132-液冷罩131-吸热设备135-再度流到泵132这样的路径。这样，冷却液借助泵132流动的方向，是吸入通过吸热设备135后的冷却液、排出到液冷罩131中。由此，在泵132中流过冷却后的冷却液，防止了泵132的加热。
接着，根据附图2-附图7说明本发明的液冷罩的构造。图2是本发明的液冷罩的分解图，图3是说明向本发明的散热片传递热量的说明图。图4是用于说明在本发明的柱子采用散热管的例子的说明图，图5是用来说明本发明的冷却液的液流的说明图，图6是用来说明要减小本发明的入口以及出口口径时的形状的说明图，图7是用来说明要减小本发明的入口以及出口口径时的另一个形状的说明图。
首先，对构成要素进行说明，如图2所示，由与发热体103接合的底座201、相对于所述底座201垂直立起的柱子202、安装在所述柱子202上、与底座201平行安装的散热片203、在所述散热片203之间以规定宽度安装的隔墙204和壳体205构成，所述壳体205围着柱子202以及散热片203与底座201接合，并且设置冷却液和入口206和出口207。
底座201与发热体103以高的平面度进行接触，而且，起到垂直保持柱子202的作用，和与壳体205一起确保水密的作用。另外，为了使热量有效传递到柱子202，最好使用铜那样的热传导效率高的材质。而且，底座201与柱子202形成一体的构造也可以，柱子202贯穿底座201，形成发热体103与柱子202直接接触的构造也可以。此时，底座201的热传导效率变得不那么重要，所以可以采用便宜的材料。
柱子202将发热体103的热量向垂直方向传递，进而向散热片203传递热量。而现有技术中，如上所述，图21的由热量的扩散303所示底座201向水平方向扩散热量、传递到各散热片302。但是由于重量和高度的关系对底座厚度造成限制，实际上厚度大的话也只有7mm左右、所以热阻高，热量的扩散303滞留在发热体103周围，而无法传递到端缘的平板302a。
另一方面，本实施例中，如图3所示，由柱子202承担向各散热片203的热传递，该柱子202为圆柱形，直径r1约为30mm，热阻低。进而即使在柱子202的头顶部，由于柱子202的高度是与冷却液的入口206和出口207的口径相当的高度、可以进行充分冷却，所以，例如入口206和出口207的口径，内径为φ7、外径为φ9时，10mm左右的高度也可以，自发热体103的距离近，所以可以充分传递发热体103的热量401。
而且，为了进一步提高冷却能力，如图4所示，也可以在柱子202上采用散热管209，只要具有散热管209的功能，也可以是图4所示构造以外的构造。
散热片203安装在柱子202上，形成与底座201平行的位置关系。而且，散热片203形成柱子202的同心圆的形状，起到将柱子202的热量传递到冷却液的作用。而且，为了进一步提高与冷却液的热传递效率，也可以在散热片203的表面上设置突起或开口等。
而且，在此实施例中，柱子202是圆形形状，散热片203是柱子202的同心圆的形状，但是柱子202以及散热片203的形状并不限于此，也可以是其他形状。
另外，本实施例的散热片203要设计得与空冷用的散热片不同。详细地说，空气和液体的热容量相当不同，例如，水的热容量是空气热容量的89倍。即，作为液体的冷却液其夺取热量的能力优于空气，所以可以制成比空冷用散热片小型化的散热片。
但是，作为冷却用的散热片应注意的是，如果散热片的热传递能力低的话，热量会被冷却液夺取而使散热片端的温度立刻降低。其结果，散热片端的温度会持续低温，热量难以传递到散热片端，从而会降低冷却能力。即，要求液冷用的散热片有较高的热传递能力。
具体地说，一般的空冷用的散热片，为了散热而需要大量空气，所以较多情况下使散热片之间的宽度安装得比散热片的厚度要大，本实施例中，液冷的场合最好使散热片之间较狭窄，使散热片较厚，提高散热片自身的热传递能力。本实施例的场合，作为水冷用的，使散热片的间隔相对于散热片的厚度较狭窄，例如，散热片203的厚度为2mm，散热片之间的间隙为1mm。
在散热片203中，如图2所示，在各散热片203之间以规定的宽度安装隔墙204。该隔墙204是图2所示用于形成冷却液208的流路的。液流由此而U形折弯，所以入口206和出口207可以平行配置，可以提高配管方面的方便性。而且，如果不需要U形折弯的话，也可以省略隔墙204，将入口206和出口207相反地配置。
入口206和出口207起到使冷却液均等地流到散热片203之间的作用。本实施例中，如图5所示那样，使入口206和出口207的大小与各散热片203的高度大致相等。这样，可以使进入液冷罩的冷却液208、到流过各散热片203之间的冷却液208a变得均匀。
在此，如果由于与液冷罩连接的管道等的原因而要减小口径时，如图6所示，只要将入口206和出口207的形状制成在管道133的插入部分以后呈锥形形状即可。另外，如图7所示，也可以将入口206和出口207相对于散热片203形成角度地进行配置，使入口206和出口207与散热片203之间以斜的壁进行连接。
接着，根据图8-10所示本发明的液冷罩中考虑了组装性的例子。图8和图9是用来说明考虑了本发明的组装性的液冷罩的构造的说明图，图10是用来说明液冷罩的隔墙的形状的说明图。
如图8所示，由旋转机床将底座201和柱子202以及散热片203加工形成一体，并且，在底座201渊周围进行螺纹切削加工701。另一方面，在壳体205也进行对应的螺纹切削加工。
另外，在壳体205，如图9所示，在冷却液的入口206和出口207之间设置夹着隔墙204的槽801。
而且，隔墙204形成图10所示形状，槽901嵌入散热片203。而且，隔墙204如图9的箭头802所示那样，在夹于散热片203中的状态下滑动移动。
而且，也可以使该隔墙204的热膨胀率的值与散热片203的热膨胀率不同，由此，在组装时，容易使隔墙204和散热片203移动地加工隔墙的槽901，实际冷却时，冷却液的热量使隔墙的槽变得狭窄，使隔墙204和散热片203完全地密贴。
作为本实施例中液冷罩的组装顺序，首先，将隔墙204嵌入散热片203。接着，将壳体205置于底座201，此时使隔墙204配合在槽801之间。然后，转动壳体205拧入底座201即可。此时，螺纹切削加工701形成锥形形状，由此可以容易地实现水密。
下面，根据图11-17说明本实施例的液冷罩的其它构造。
图11是表示将本发明的液冷罩重叠以谋求进一步提高性能的例子的图，图12是表示在本发明的液冷罩的上部重叠空冷吸热设备以及风扇以谋求进一步提高性能的例子的图，图13是表示通过与本发明的液冷罩成为一体的空冷吸热设备谋求进一步提高性能的例子的图，图14和15是表示改变本发明的液冷罩的冷却液的入口以及出口的配置的例子的图，图16和17是表示在本发明的液冷罩的散热片上采用螺旋状的散热片的例子的图。
本实施例的液冷罩将发热体的热量向垂直方向传递，所以，如图11所示，可以在液冷罩的上面再重叠液冷罩使热传递效率进一步提高。详细地说，接受发热体103的热量的柱子202与壳体205的顶板1001接触、而实现热连接。因此，发热体103的热量如图中箭头1002所示那样被传递到上部液冷罩的柱子202。这样，发热体103的热量被多个液冷罩传递到冷却液，从而进一步提高热传递效率。
另外，由于柱子202和壳体205的顶板1001实现热连接，所以如图12所示，可以安装空冷吸热设备1101和风扇1102以谋求进一步提高冷却能力。
进而如图13所示，柱子202也可以贯穿顶板1001形成与空冷吸热设备1201一体的形状。
另外，对于液冷罩的入口206和出口207的朝向，如图14和图15所示，也可以改变单侧或两侧的出入口的方向。
另外，也可以通过使用螺旋状的散热片，在不用隔墙204的情况下使冷却液转弯。
如图16和17所示，通过使用螺旋状的散热片1801，使从入口206流入的冷却液呈螺旋状流动，从上部的出口207排出。本实施例的场合，出口207的位置只要在壳体205的上部即可，例如也可以是图16所示207’的位置、或在图17所示的壳体205的顶面。
如上所述，本实施例中，具有与发热体103接合的底座201、相对于底座201垂直立起的柱子202、安装在柱子202上与底座201平行配置的多个散热片203、在多个散热片203之间以规定宽度安装的隔墙204、和壳体205，所述壳体205围着柱子202以及散热片203与底座201接合，在相对于隔墙204对称的位置安装冷却液的入口206和出口207。多个散热片203以比其厚度狭窄的间隔进行配置。所以，液冷罩内部的冷却液液流确保了多个流路，因此，流路阻力低，而且通过使冷却液的出入口的大小与散热片203的高度大致相同，可以使各散热片203之间的流速均匀。
另外，由于将热量传递到各散热片203的柱子202较粗，而且高度可以是从与发热体103接触的底座201的近距离，所以热传递效率高。
另外，由于可以通过设置在散热片203之间的隔墙204使冷却液的流路U形折弯，所以可以并列配置冷却液的出入口，配管方便性良好。
上述对实施例进行的记载，对本领域人员来说，显然本发明可以在其主旨和发明内容的范围内进行种种变更及修正。
Claims (7)
1.一种液冷罩，其特征在于，具有：
与发热体接合的底座；
相对于所述底座垂直立起的柱子；
安装在所述柱子上、与所述底座平行配置的多个散热片；
在所述多个散热片之间以规定宽度安装的隔墙；
和壳体，所述壳体围着所述柱子以及所述散热片与所述底座接合，在由所述隔墙将冷却液的液流分开的位置安装所述冷却液的入口和出口。
2.如权利要求1所述的液冷罩，其特征在于，所述柱子为圆柱；
所述散热片相对于所述柱子呈同心圆形状。
3.如权利要求1或2所述的液冷罩，其特征在于，所述柱子与所述壳体的顶面接触，将所述柱子的热量向所述顶面传递。
4.如权利要求3所述的液冷罩，其特征在于，所述壳体的顶面安装空冷的吸热设备。
5.如权利要求1或2所述的液冷罩，其特征在于，所述柱子具有散热管的功能。
6.如权利要求3所述的液冷罩，其特征在于，所述柱子具有散热管的功能。
7.如权利要求4所述的液冷罩，其特征在于，所述柱子具有散热管的功能。
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