CN204537035U - 翅片同心圆分布的液冷散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种翅片同心圆分布的液冷散热器，其结构是：上盖的背面是凹陷的正方形注液腔，上盖的正面设有进液口，侧面设有出液口。底托为正方形，以注液腔中心点为圆心，底托上设有N圈同圆心分布的翅片，在翅片第N+1圈、底托的四角位置也设有同心圆分布的阶梯形翅片。每个翅片均是各自独立的结构。冷却液体从上盖中心进液口进入翅片群，然后向四周散射，进、出液口的方向为180°。同心圆导流结构能够形成非常均匀的流场，可有效减小了流动阻力。该液冷方式与传统水冷散热器相比可明显提高换热效率，不仅体积可相对减小，适用于计算机服务器窄小的空间，而且使得CPU芯片的均温效果更好，可以更有效地降低工作温度。

Description

翅片同心圆分布的液冷散热器

技术领域

本实用新型属于热能工程领域，具体涉及一种用于冷却计算机CPU芯片的散热器装置。

背景技术

计算机的CPU芯片可作为高热流密度发热器件的典型代表，一台大型服务器通常具有几十枚甚至数百枚多核式CPU芯片，在强劲性能的背后，伴随着更高的发热量和热流密度，可以说CPU芯片的高效冷却问题已成为计算机性能进一步发展的桎俈。目前施用于高热流密度器件冷却的散热技术主要还是以风冷为主，即在被冷却器件的表面加装一个散热器，热量通过散热器上的翅片被强迫流动的冷风带走。众所周知，采用液冷却方式具有较高的传热效率，但是液冷式散热具有两大难点，一个是冷却液的渗漏；另外一个是因散热腔内液的流动阻力过大导致散热效率降低。前者属于加工的精度以及安装的问题，而后者将涉及到传热和流动的理论与技术。例如目前常用的一类液冷散热器，在液腔内加工(刻画状)出一个正方形或多边形的针柱矩阵，其主要作用是增大液腔内的换热面积以提高冷却效果。但是该类型散热器的缺陷是，刻画加工出的针柱并不是各自独立的，该结构导致冷却效果不理想。因此该结构除了加工问题以外，关键是传热和流动理论方面的欠缺。因此如何能够提高液冷式散热器的效率及性能，就成为国内外研究高热流密度器件冷却问题的难点。

发明内容

本实用新型的目的是，提出一种用于冷却计算机CPU芯片的翅片同心圆分布的液冷散热器装置，可减小冷却流体的流动阻力，有效提高CPU芯片的散热性能。

为实现此实用新型目的而采取的技术方案是：散热器由上盖和底托构成，上盖的背面设有凹陷的正方形注液腔，上盖的正面设有进液口，出液口设在上盖的侧面。底托为正方形，以上盖注液腔中心点为圆心，底托上设有N圈完整同圆心分布的翅片，在翅片第N+1圈、底托的四角位置也设有同心圆分布的阶梯形翅片，每个翅片是矩形的薄片，并沿翅片厚度的方向依次排列成圆，而且每个翅片均是各自独立的结构。

除了散热器的结构，冷却液的流动方式与已有技术的对比：利用散热器的上盖作为注液腔，翅片以注液腔中心呈现为同心圆分布，即使在底托的四角位置也是如此，所以该结构构成了顺畅的流体通道。冷却液体从上盖进液口进入翅片群，然后向四周散射，进、出液口的方向为180°，最后冷却流体从上盖侧面的出液口流出。这种冷却液的流动方式可使(与散热器底面接触的)CPU芯片得到充分的冷却。全部翅片浸没在注液腔内，由于每个翅片的排列方式具有导流作用，所以使流体能够形成非常均匀的流场。CPU芯片产生的热量通过导热传至底托本体以及注液腔内的翅片，最后热量以(流体)对流的方式将热量散出。

根据CPU的热负荷(热流密度)来调整冷却液的温度和流量，通过计算使其达到良好的参数匹配。由于导流的作用使得注液腔内产生的压降很小，根据传热学的原理可知，翅片的散热是由底托以及(翅片)根部向上进行，而冷却液体是由顶端向下、然后横向流出，形成逆流换热，所以该结构能够具有较好的散热效果。注液腔中翅片的主要作用并非是直接散热，而是将底托的热量以高导热的方式传出，最后通过冷却液将此热量散掉。

本实用新型的特点以及产生的有益效果是，底托翅片群以及导流通道的设计，具有强化散热器传热的作用，尤其是翅片加工为各自独立的结构，每一片翅片的温度梯度与来流液体温度相反，因而具有较强的换热效果。同心圆导流结构能够形成非常均匀的流场，可有效减小了流动阻力。该液冷方式与传统水冷散热器相比可明显提高换热效率。该种散热器不仅可以散热器的体积大为减小，适用于计算机服务器窄小的空间，而且使得CPU芯片的均温效果更好，可以更有效地降低工作温度。

附图说明

图1是本实用新型中底托翅片设置原理及结构的立体简图。

图2是本实用新型中上盖结构的立体图。

图3是本实用新型中上盖的外部结构立体图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例对本实用新型的原理与结构作进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此实施例限定本实用新型的保护范围。

翅片同心圆分布的液冷散热器由上盖和底托构成，其具体结构是：上盖1的背面是凹陷的正方形注液腔1-1，上盖的正面设有进液口1-2；出液口1-3设在上盖的侧面。底托3为正方形，以上盖注液腔中心点为圆心，底托上设有N圈完整同圆心分布的翅片3-1，在翅片第N+1圈、底托的四角位置也设有同心圆分布的阶梯形翅片3-2，底托中心点的翅片呈十字形。每个翅片是矩形的薄片，并沿厚度方向(横向)依次排列成圆，而且每个翅片均是各自独立的结构。

上盖进液口偏离注液腔的中心，进液口设有直角弯管路接口；出液口设有直通管路接口，进液口直角弯管路接口与出液口直通管路接口方向为180°。

上盖的背面和底托的上面均设有密封槽，O形密封圈置于密封槽内，上盖和底托的四角设有通孔，采用不锈钢螺钉紧固密封。上盖采用不透明的塑料材质制作，或者是采用透明的塑料材质制作。底托采用紫铜材料制作；注液腔内工作的液体是水。

作为实施例，呈完整同心圆分布的翅片设有8圈(N＝8)，底托四角位置亦呈同心圆分布的阶梯形翅片设有3层。由内向计算：第9圈设有11个独立内弧形翅片；第10圈设有6个独立内弧形翅片；第11圈设有2个独立内弧形翅片。所有的翅片都是矩形并且立放，翅片的厚度为0.3mm；翅片的高度为4mm；每一圈(径向)翅片的间距为1mm；每个(轴向)翅片的间距为1mm；底托的面积为50×50mm；上盖的厚度为20mm；底托本体厚度为3mm。

使用时散热底托与被散热器件紧密接触固定，底托与被散热器件之间设有高导热率的热结合层材料。作为实施例，上盖采用透明的塑料材质进行实验检测与观察，证明液体的流动不存在“死区”。

Claims (6)

1.翅片同心圆分布的液冷散热器，散热器由上盖和底托构成，其特征是：上盖(1)的背面是凹陷的正方形注液腔(1-1)，上盖的正面设有进液口(1-2)，出液口(1-3)设在上盖的侧面；底托(3)为正方形，以上盖注液腔中心点为圆心，底托上设有N圈完整同圆心分布的翅片(3-1)，在翅片第N+1圈、底托的四角位置也设有同心圆分布的阶梯形翅片(3-2)，每个翅片是矩形的薄片，并沿翅片厚度的方向依次排列成圆，而且每个翅片均是各自独立的结构。

2.按照权利要求1所述的翅片同心圆分布的液冷散热器，其特征是：所述上盖进液口偏离上盖注液腔的中心，进液口设有直角弯管路接口；出液口设有直通管路接口，进液口直角弯管路接口与出液口直通管路接口的方向为180°。

3.按照权利要求1所述的翅片同心圆分布的液冷散热器，其特征是：所述底托中心点的翅片呈十字形。

4.按照权利要求1所述的翅片同心圆分布的液冷散热器，其特征是：所述上盖的背面和底托的上面均设有密封槽，O形密封圈置于密封槽内，上盖和底托的四角设有通孔，采用不锈钢螺钉紧固密封。

5.按照权利要求1所述的翅片同心圆分布的液冷散热器，其特征是：所述上盖采用不透明的塑料材质制作，或者是采用透明的塑料材质制作。

6.按照权利要求1所述的翅片同心圆分布的液冷散热器，其特征是：所述底托采用紫铜材料制作；所述注液腔内工作的液体是水。