CN213690434U - 一种电脑cpu冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电脑CPU冷却装置，由箱体、微型直流制冷压缩机、冷凝器、风扇、节流元件、水箱蒸发器、微型泵、旁通阀、水冷却器、风道、回水接头、出水接头、水冷板、紧固件等组成，其中水箱蒸发器为水箱和蒸发器一体式结构，水冷板通过紧固件与待冷却的CPU表面贴合并与CPU一起固定在电脑机箱中的电脑主板上。空气由所述箱体的进风口流入所述箱体的内部后，依次流经冷凝器、水冷却器，再经由风扇、箱体上的出风口而流出到所述箱体之外。当CPU的热负荷较高或要求CPU温度较低时，所述装置以冷凝散热模式工作，制取温度低于环境温度的低温冷水以对CPU进行降温；当CPU的热负荷较小时，所述装置可切换到水‑空气散热模式，从而节约能耗。

Description

一种电脑CPU冷却装置

技术领域

本实用新型涉及散热技术和制冷技术。

背景技术

台式电脑的CPU通常采用散热翅片或热管散热器的散热方式，CPU的热量先传递到散热翅片或热管散热器，再通过风扇的强制对流将热量散到空气中去。这种散热方式虽可满足电脑在正常条件下的使用，但在CPU超频使用时经常会出现发热量过大、温度过高的现象，严重时将造成CPU损坏而无法使用。

为了使CPU在超频时也可以使用，目前在广大的超频爱好者特别是游戏发烧友中间普通采用一种水冷散热方式。这种水冷散热方式通常由水冷板、水泵，带风扇的散热排（水-空气散热器）以及水箱等构成。水冷板紧贴在CPU表面，散热排安装在电脑机箱外部，水箱则通常安装在电脑机箱的光驱位，即电脑机箱上通常预留的用于安装光驱的安装位。水泵从水箱蒸发器吸水，送至冷板中；在冷板中水吸收CPU的热量，使CPU温度降低；吸收了CPU热量后的水温度升高，流至散热排，在散热排中水将热量散到空气中去，温度降低；最后水流返回水箱蒸发器。可以看出，这种水冷散热方式虽然散热量优于常规的散热翅片和热管散热器，但本质上仍是一种被动散热方式，由于传热需要温差，因此它只能将CPU的温度降到环境空气温度以上，且在CPU表面和环境温度之间存在较大的温度梯度，当环境空气温度升高时，CPU表面温度也随之升高。当要求CPU的工作温度较低时，以及要求CPU的工作温度低于环境温度时，这种散热方式就无能为力了。

还有一种电脑CPU冷却方式是采用制冷剂直接蒸发的方法。这种方法通过将制冷系统的蒸发器直接贴在CPU表面，通过制冷剂在蒸发器中的蒸发使CPU直接得到降温。这种方式由于制冷剂在蒸发器里直接蒸发，具有温度可低于环境空气温度的优点。但当芯片的热负荷较小时，容易造成蒸发温度过低，蒸发器和芯片表面易产生冷凝水，从而易造成芯片和主板短路。采用制冷剂直接蒸发的降温方法也不易实现CPU温度的精确控制，特别是当CPU的瞬时热负荷波动较大时更是如此。

综上所述，现有的台式电脑CPU的冷却方法存在各种各样的缺陷，因此亟待改进。

发明内容

本实用新型针对现有的电脑水冷散热技术存在的各种问题，提出了一种新型电脑CPU冷却装置。

本实用新型所述的电脑CPU冷却装置采用微型蒸气压缩式制冷循环制取低于环境空气温度的冷水，利用冷水来对CPU进行间接冷却；同时，所述的电脑CPU冷却装置在CPU负荷较低、发热量较小的情况下，仍然可以采用常规的向空气散热的方式对CPU进行冷却，以维持较低的能耗。本实用新型是通过以下技术途径实现的：

本实用新型所述的电脑CPU冷却装置，由箱体、微型直流制冷压缩机、冷凝器、风扇、节流元件、水箱蒸发器、微型泵、旁通阀、水冷却器、风道、回水接头、出水接头、水冷板、紧固件等组成。其中微型直流制冷压缩机、节流元件、水箱蒸发器、微型泵、旁通阀、风道安装在所述箱体中，所述冷凝器、水冷却器、风扇安装在所述风道中，回水接头、出水接头安装在所述箱体上，所述水冷板、紧固件安装在需要冷却的电脑机箱中。

在所述箱体上设有进风口、出风口和加水窗。所述风道安装在所述箱体内且所述风道的一端和所述出风口相连。所述冷凝器、水冷却器、风扇安装在所述风道中，所述冷凝器、水冷却器的迎风面互相平行，且冷凝器、水冷却器的迎风面法线方向与风扇或风道的轴线方向一致。

所述水箱蒸发器为水箱和蒸发器一体式结构，其包括蒸发盘管、水箱壳体、水箱加水口、水箱回水口、水箱出水口、水箱盖，水箱盖盖在水箱加水口上且可以打开。所述水箱蒸发器在所述箱体中的安装位置使得所述水箱加水口刚好位于所述箱体上的加水窗处，通过加水窗可以将水箱盖从水箱加水口上取下来。

所述微型直流制冷压缩机具有压缩机吸气口和压缩机排气口，所述冷凝器具有冷凝器进口和冷凝器出口，所述节流元件具有节流进口和节流出口，所述水箱蒸发器的蒸发盘管具有蒸发入口、蒸发出口。所述压缩机排气口、冷凝器进口、冷凝器出口、节流进口、节流出口、蒸发器的蒸发入口、蒸发器的蒸发出口、压缩机吸气口依次相连构成闭合的制冷回路，在制冷回路中充注有制冷剂。

所述微型泵具有泵入口和泵出口，所述水冷却器具有冷却进口和冷却出口。所述旁通阀并联在所述水冷却器的两端，即旁通阀的一端和水冷却器的冷却进口相连，旁通阀的另一端和水冷却器的冷却出口相连。所述微型泵的泵入口和水箱蒸发器的水箱出水口相连，所述微型泵的泵出口与所述水冷却器的冷却进口、旁通阀的一端相连，所述水冷却器的冷却出口和旁通阀的另一端以及设在箱体上的出水接头相连，所述水箱蒸发器的水箱回水口与设在箱体上的回水接头相连。

所述风扇为直流风扇，优选地，为轴流式直流风扇。空气由所述箱体的进风口流入所述箱体的内部后，依次流经冷凝器、水冷却器，再经由风扇、箱体上的出风口而流出到所述箱体之外。

所述水冷板是只有一种流体参与换热的换热器，其具有中空的结构，且具有水冷板第一接口、水冷板第二接口以及一个平滑外表面，在中空结构内部以及与平滑外表面相对应的内表面上设置有可增强流体换热的肋片。所述水冷板的平滑外表面和电脑主板上待冷却的CPU的表面相贴合，所述紧固件将水冷板和CPU夹紧在电脑主板上，以确保水冷板的平滑外表面和CPU的表面紧密接触，从而减小接触热阻，增大热导率。

所述水冷板第一接口通过管路和所述箱体上的出水接头相连，水冷板第二接口通过管路和和箱体上的回水接头相连。

使用时，在所述水箱蒸发器中盛装适量的水，然后分别启动微型泵和风扇运行。视微型直流制冷压缩机是否运行，本实用新型所述的电脑CPU冷却装置可工作于两种模式：水-空气散热模式和冷凝散热模式。这两种工作模式可以自由切换。

当CPU的发热量较小，或允许的CPU表面温度较高时，所述电脑CPU冷却装置工作于水-空气散热模式。在此模式下，旁通阀截止，微型泵和风扇运行，微型直流制冷压缩机不运行。微型泵由水箱蒸发器中吸入温度较高的水，泵入水冷却器。在水冷却器中，温度较高的水的热量以对流方式散到空气中。散热后的温度较低的水进入水冷板，以带走贴在水冷板表面的CPU的热量，使CPU得到冷却。

当CPU的发热量较大，或要求CPU表面温度低于环境空气温度时，所述电脑CPU冷却装置工作于冷凝散热模式。在此模式下，旁通阀处于导通状态，水冷却器被旁路，微型泵、风扇、微型直流制冷压缩机均运行。制冷剂在水箱蒸发器的盘管中蒸发制冷，将水箱蒸发器中的水变成温度低于环境温度的低温冷水。微型泵由水箱蒸发器中吸入低温冷水并直接泵入水冷板，以带走贴在水冷板表面的CPU的热量。在冷凝散热模式下，CPU的温度可以被冷却到环境空气温度以下。

本实用新型所述的CPU冷却装置由于采用了微型直流制冷压缩机为核心的蒸气压缩式制冷循环来制取冷水，再用冷水间来接冷却冷板，可以使CPU被冷却到较低的温度。同时在CPU发热量不大时仍可以采用常规的水-空气散热方式而不需启动压缩机制冷，因此可极大地降低能源消耗。由于在装置中采用了水箱和蒸发器一体式结构，具有结构紧凑、储水容积大、加水和排气操作方便的优点，并且可以利用大容量水体比热较大的特点为水路提供缓冲，使水路中的温度波动和压力波动都很小，因而更容易实现精确的温度控制。

附图说明

图1是本实用新型所述的电脑CPU冷却装置的一个实施例的原理流程图。

图2是本实用新型所述的电脑CPU冷却装置的一个可选实施例的原理流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

如图1所示，根据本实用新型的一个具体实施例，本实用新型所述的电脑CPU冷却装置，由箱体1、微型直流制冷压缩机2、冷凝器3、风扇4、节流元件5、水箱蒸发器6、微型泵7、旁通阀8、水冷却器9、风道10、回水接头11、出水接头12、水冷板13、紧固件14等组成。

所述箱体1上设有进风口1a、出风口1b、加水窗1c。所述微型直流制冷压缩机2、节流元件5、水箱蒸发器6、微型泵7、旁通阀8安装在所述箱体1内。

所述风道10安装在所述箱体1内且所述风道10的一端和所述出风口1b相连。所述冷凝器3、水冷却器9、风扇4安装在所述风道10中，所述冷凝器3、水冷却器9的迎风面互相平行，且冷凝器3、水冷却器9的迎风面法线方向与风扇4、风道10的轴线方向一致。所述回水接头11、出水接头12安装在所述箱体1上。

所述水箱蒸发器6为水箱和蒸发器一体式结构，其包括蒸发盘管6a、水箱壳体6b、水箱加水口6c、水箱回水口6d、水箱出水口6e、水箱盖6f，其中水箱加水口6c位于箱体1上的加水窗1c处，水箱盖6f安装在水箱加水口6c处。

在电脑机箱20内部安装有电脑主板21，在电脑主板21上搭载有需要冷却的CPU22。所述水冷板13通过紧固件14固定在所要冷却的CPU 22的表面。

所述微型直流制冷压缩机2具有压缩机吸气口2a和压缩机排气口2b，所述冷凝器3具有冷凝器进口3a和冷凝器出口3b，所述节流元件5具有节流进口5a和节流出口5b，所述水箱蒸发器6的蒸发盘管6a具有蒸发进口6a-1和蒸发出口6a-2；所述压缩机排气口2b、冷凝器进口3a、冷凝器出口3b、节流进口5a、节流出口5b、蒸发入口6a-1、蒸发出口6a-2、压缩机吸气口2a依次相连构成闭合的制冷回路，在制冷回路中充注有制冷剂。

所述微型泵7具有泵入口7a和泵出口7b。所述水冷却器9具有冷却进口9a和冷却出口9b。所述旁通阀8并联在水冷却器9的两端，即旁通阀8的一端和水冷却器9的冷却进口9a相连，旁通阀8的另一端和水冷却器9的冷却出口9b相连。所述微型泵7的泵入口7a和水箱蒸发器6的水箱出水口6e相连，所述微型泵7的泵出口7b与所述水冷却器9的冷却进口9a、旁通阀8的一端相连，所述水冷却器9的冷却出口9b、旁通阀8的另一端与设在箱体1上的出水接头12相连，所述水箱蒸发器6的水箱回水口6d与设在箱体1上的回水接头11相连。

所述风扇4为直流风扇，优选地，为轴流式直流风扇。空气由所述箱体1的进风口1a流入所述箱体1的内部后，依次流经冷凝器3、水冷却器9，再经由风扇4、箱体1上的出风口1b而流出到所述箱体1之外。

所述水冷板13是只有一种流体参与换热的换热器，其具有中空的结构，且具有水冷板第一接口13a、水冷板第二接口13b以及一个平滑外表面13c，在中空结构内部以及与平滑外表面13c相对应的内表面上设置有可增强流体换热的肋片13f。所述水冷板13的平滑外表面13c和电脑主板21上的CPU 22的表面相贴合，紧固件14将水冷板13和CPU 22夹紧在主板21上，以确保水冷板13的平滑外表面13c和CPU 22的表面紧密接触，从而减小接触热阻，增大热导率。通常，在水冷板13的平滑外表面13c和CPU 22相接触的表面之间还填充有导热硅脂，以进一步减小接触热阻。

水冷板第一接口13a通过管路和箱体1上的出水接头12相连，水冷板第二接口13b通过管路和箱体1上的回水接头11相连。

使用时，通过水箱加水口6c往所述水箱蒸发器6加入适量的水，然后分别启动微型泵7和风扇4运行。视微型直流制冷压缩机2是否运行，本实用新型所述的电脑CPU冷却装置可工作于两种模式：水-空气散热模式和冷凝散热模式。以下分别叙述之。

（一）水-空气散热模式

当CPU 22的发热量较小，或允许的CPU表面温度较高时，所述电脑CPU冷却装置工作于水-空气散热模式。在此种模式下，旁通阀8处于截止状态，微型泵7和风扇4运行，但微型直流制冷压缩机2不运行。

在水-空气散热模式下，水箱蒸发器6中储存的温度较高的水经由水箱出水口6e、泵入口7a进入微型泵7，水在微型泵7中增压后，依次流经泵出口7b、冷却进口9a，进入水冷却器9。在水冷却器9中，水的热量被风扇4所强迫对流的空气所带走，温度降低。降温后的温度较低的水由冷却出口9b流出水冷却器9，再依次经过出水接头12、水冷板第一接口13a进入水冷板13。在水冷板13中，水流过肋片13f的表面，从而带走CPU 22的耗散热（CPU 22的耗散热先是通过导热的方式传递给水冷板13内部的肋片13f，肋片13f再将热量以对流的方式传递给流经肋片13f的水）。吸收了CPU 22热量后的水温度升高，温度升高后的水由水冷板第二接口13b流出水冷板13，再由水箱回水口6d返回到水箱蒸发器6中并和水箱蒸发器6中的水进行混合，从而构成闭合的水路循环。在水箱蒸发器6中混合后的水又不断地被微型泵7吸入并泵入水冷却器9，再次得到降温，从而可持续不断对电脑CPU进行冷却。在水-空气散热模式下，CPU 22虽然得到了冷却，但由于流出水冷却器9的水的温度始终高于环境空气温度，因而CPU 22不能被冷却到低于环境空气温度。

（二）冷凝散热模式

当CPU 22的发热量较大，或要求CPU表面温度低于环境空气温度时，所述电脑CPU冷却装置工作于冷凝散热模式。在此种模式下，旁通阀8处于导通状态，微型泵7、风扇4、微型直流制冷压缩机2均运行。

当微型直流制冷压缩机2运行时，由压缩机吸气口2a进入压缩机的制冷剂气体被压缩成高温高压的气体，从压缩机排气口2b排出，并进入冷凝器3。在冷凝器3中，高温高压的制冷剂气体向由风扇4所强迫对流的空气流放热，制冷剂冷凝，变成高温高压的液体。此高温高压的制冷剂液体经过节流元件5时压力降低，部分制冷剂液体闪发出来，变成低压的气液混和物。低压的制冷剂混和物由蒸发入口6a进入水箱蒸发器6，在水箱蒸发器6中，低压制冷剂混和物吸收水箱蒸发器6中水的热量，使水箱蒸发器中水的温度降低，得到低温冷水，而吸收了水的热量的制冷剂混和物则全部蒸发，变成完全气态的制冷剂。气态制冷剂又从微型直流制冷压缩机的吸气口2a被吸入压缩机，重新被压缩，如此循环往复。

在冷凝散热模式下，微型泵7由水箱蒸发器6的水箱出水口6e吸入低温冷水，冷水在微型泵7中加压后，经过旁通阀8、出水接头12、水冷板第一接口13a而流入水冷板13。由于旁通阀8为导通状态，而旁通阀8和水冷却器9是并联的，水冷却器9的内部流动阻力远大于旁通阀8的流动阻力，因此冷水将主要从旁通阀8流过，而水冷却器9中的水几乎不流动。在水冷板13中，冷水流过肋片13f的表面，从而带走CPU 22的耗散热（CPU 22的耗散热先是通过导热的方式传递给水冷板13内部的肋片13f，肋片13f再将热量以对流的方式传递给流经肋片13f的冷水）。吸收了CPU 22热量后的水温度升高，温度升高后的水由水冷板第二接口13b流出水冷板13，再由回水接头11、水箱回水口6d返回到水箱蒸发器6中并和水箱蒸发器6中的冷水进行混合，再次得到降温，从而可持续不断对CPU 22进行冷却。

在冷凝散热模式下，CPU 22所耗散的热量，先是以导热方式传递给冷板13的肋片13f，肋片13f再将热量以对流方式传递到水中，然后水在水箱蒸发器6中将热量以制冷剂蒸发吸热的方式传递到制冷剂中，最后制冷剂在冷凝器3中以冷凝散热的方式将热量最终散发到环境空气中去，从而实现对CPU的冷却。由于制冷剂蒸发时的温度可以低于环境温度，因此可得到比环境温度低的低温冷水，从而可以将CPU冷却到环境空气温度以下。

如图2所示，根据本实用新型的一个可选实施例，所述旁通阀8也可以用一个三通阀15来代替。三通阀15具有第一阀口15a、第二阀口15b、第三阀口15c。第一阀口15a和微型泵7的泵出口7b相连，第二阀口15b和水冷却器9的冷却进口9a相连，第三阀口15c和水冷却器9的冷却出口9b以及出水接头12相连。当所述的电脑CPU冷却装置工作于水-空气散热模式时，所述三通阀15的第一阀口15a和第二阀口15b导通，第三阀口15c截止，此时由微型泵7出来的水将全部流经水冷却器9；当所述的电脑CPU冷却装置工作于冷凝散热模式时，所述三通阀15的第一阀口15a和第三阀口15c导通，第二阀口15b截止，此时由微型泵7出来的水将不能流经水冷却器9，而被直接旁通至出水接头12处。此可选实施例的工作原理和前述实施例类似，此处不再赘述。

在以上所有实施例中，所述风道10为确保进入箱体1的空气能全部流经冷凝器3和水冷却器9，以避免气流在箱体1内短路的空气流通路径。本实用新型所述的技术方案对风道10的形状不作任何限制。根据本实用新型的一种可选实施例，当所述风道10的一端和箱体1的空气进口1a相连，另一端和箱体1内部相通，同时冷凝器3和水冷却器9仍布置在所述风道10内时，本实用新型所述的技术方案仍然可以正常工作。

本实用新型所述的电脑CPU冷却装置由于采用了以微型直流压缩机为核心的微型蒸气压缩式制冷循环作为冷源，具有制冷量大、制冷效率高、设备紧凑的优点，解决了常规的水冷散热方式不能将CPU冷却到环境温度以下以及散热量受限的缺点，同时在CPU发热量不大时仍可以采用常规散热方式而不需启动压缩机制冷，因此可极大地降低能源消耗。此外，本实用新型所述的电脑CPU冷却装置由于蒸发器盘管和水箱为一体式结构，具有水箱容量大、加水方便、成本较低、结构紧凑的优点。与制冷剂在CPU表面直接蒸发的冷却方法相比，本实用新型所述的技术方案因为采用冷水间接冷却，以及采用了大容量的水箱作为缓冲，因而温度波动更小，可实现较高的温度控制精度，可将水温精确控制在露点温度以上，从而可以避免冷板和CPU表面出现凝露的现象。

本实用新型所述的技术发案不限于对电脑CPU的冷却，也可用于对其它发热量较大的芯片进行冷却，如GPU(图形处理器)、DSP(数字信号处理器)、NPU(嵌入式神经网络处理器)、IGBT等。

在上文中，凡涉及到制冷回路或水路的“相连”，是指通过中空的管路进行相连。在本文中，所涉及的内、外、中、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原理和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电脑CPU冷却装置，由箱体、微型直流制冷压缩机、冷凝器、风扇、节流元件、水箱蒸发器、微型泵、旁通阀、水冷却器、风道、回水接头、出水接头、水冷板、紧固件等组成，其特征是：所述微型直流制冷压缩机、节流元件、水箱蒸发器、微型泵、旁通阀、风道安装在所述箱体中，所述冷凝器、水冷却器、风扇安装在所述风道中，所述回水接头、出水接头安装在所述箱体上，所述水冷板、紧固件安装在需要冷却的电脑机箱中；所述水冷板具有水冷板第一接口、水冷板第二接口，所述水冷板通过所述紧固件与待冷却的CPU表面贴合并与CPU一起固定在电脑机箱中的电脑主板上；在所述箱体上设有进风口、出风口、加水窗；所述风道的一端和所述出风口相连，所述冷凝器、水冷却器的迎风面互相平行，且冷凝器、水冷却器的迎风面法线方向与风扇或风道的轴线方向一致；空气由所述箱体的进风口流入所述箱体的内部后，依次流经冷凝器、水冷却器，再经由风扇、箱体上的出风口而流出到所述箱体之外；所述水箱蒸发器为水箱和蒸发器一体式结构，其包括蒸发盘管、水箱壳体、水箱加水口、水箱回水口、水箱出水口和水箱盖，所述水箱盖盖在水箱加水口上且可以打开，所述水箱蒸发器在所述箱体中的安装位置使得所述水箱加水口刚好位于所述箱体上的加水窗处，通过水箱上的加水窗可以将水箱盖从水箱加水口上取下来。

2.根据权利要求1所述的电脑CPU冷却装置，其特征是：所述微型直流制冷压缩机具有压缩机吸气口和压缩机排气口，所述冷凝器具有冷凝器进口和冷凝器出口，所述节流元件具有节流进口和节流出口，所述水箱蒸发器的蒸发盘管具有蒸发入口、蒸发出口；所述压缩机排气口、冷凝器进口、冷凝器出口、节流进口、节流出口、蒸发盘管的蒸发入口、蒸发盘管的蒸发出口、压缩机吸气口依次相连构成闭合的制冷回路，在制冷回路中充注有制冷剂。

3.根据权利要求1所述的电脑CPU冷却装置，其特征是：所述微型泵具有泵入口和泵出口，所述水冷却器具有冷却进口和冷却出口，所述旁通阀的一端和所述水冷却器的冷却进口相连，所述旁通阀的另一端和所述水冷却器的冷却出口相连；所述微型泵的泵入口和所述水箱蒸发器的水箱出水口相连，所述微型泵的泵出口与所述水冷却器的冷却进口、旁通阀的一端相连，所述水冷却器的冷却出口和旁通阀的另一端以及设在箱体上的出水接头相连，所述水箱蒸发器的水箱回水口与设在箱体上的回水接头相连；所述水冷板第一接口通过管路和箱体上的出水接头相连，水冷板第二接口通过管路和和箱体上的回水接头相连。

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