翅片同心圓分布的液冷散熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于熱能工程領(lǐng)域，具體涉及一種用于冷卻計(jì)算機(jī)CPU芯片的散熱器
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]計(jì)算機(jī)的CPU芯片可作為高熱流密度發(fā)熱器件的典型代表，一臺(tái)大型服務(wù)器通常具有幾十枚甚至數(shù)百枚多核式CPU芯片，在強(qiáng)勁性能的背后，伴隨著更高的發(fā)熱量和熱流密度，可以說(shuō)CPU芯片的高效冷卻問(wèn)題已成為計(jì)算機(jī)性能進(jìn)一步發(fā)展的桎佶。目前施用于高熱流密度器件冷卻的散熱技術(shù)主要還是以風(fēng)冷為主，即在被冷卻器件的表面加裝一個(gè)散熱器，熱量通過(guò)散熱器上的翅片被強(qiáng)迫流動(dòng)的冷風(fēng)帶走。眾所周知，采用液冷卻方式具有較高的傳熱效率，但是液冷式散熱具有兩大難點(diǎn)，一個(gè)是冷卻液的滲漏；另外一個(gè)是因散熱腔內(nèi)液的流動(dòng)阻力過(guò)大導(dǎo)致散熱效率降低。前者屬于加工的精度以及安裝的問(wèn)題，而后者將涉及到傳熱和流動(dòng)的理論與技術(shù)。例如目前常用的一類液冷散熱器，在液腔內(nèi)加工(刻畫(huà)狀)出一個(gè)正方形或多邊形的針柱矩陣，其主要作用是增大液腔內(nèi)的換熱面積以提高冷卻效果。但是該類型散熱器的缺陷是，刻畫(huà)加工出的針柱并不是各自獨(dú)立的，該結(jié)構(gòu)導(dǎo)致冷卻效果不理想。因此該結(jié)構(gòu)除了加工問(wèn)題以外，關(guān)鍵是傳熱和流動(dòng)理論方面的欠缺。因此如何能夠提高液冷式散熱器的效率及性能，就成為國(guó)內(nèi)外研宄高熱流密度器件冷卻問(wèn)題的難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是，提出一種用于冷卻計(jì)算機(jī)CPU芯片的翅片同心圓分布的液冷散熱器裝置，可減小冷卻流體的流動(dòng)阻力，有效提高CPU芯片的散熱性能。
[0004]為實(shí)現(xiàn)此實(shí)用新型目的而采取的技術(shù)方案是:散熱器由上蓋和底托構(gòu)成，上蓋的背面設(shè)有凹陷的正方形注液腔，上蓋的正面設(shè)有進(jìn)液口，出液口設(shè)在上蓋的側(cè)面。底托為正方形，以上蓋注液腔中心點(diǎn)為圓心，底托上設(shè)有N圈完整同圓心分布的翅片，在翅片第N+1圈、底托的四角位置也設(shè)有同心圓分布的階梯形翅片，每個(gè)翅片是矩形的薄片，并沿翅片厚度的方向依次排列成圓，而且每個(gè)翅片均是各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。
[0005]除了散熱器的結(jié)構(gòu)，冷卻液的流動(dòng)方式與已有技術(shù)的對(duì)比:利用散熱器的上蓋作為注液腔，翅片以注液腔中心呈現(xiàn)為同心圓分布，即使在底托的四角位置也是如此，所以該結(jié)構(gòu)構(gòu)成了順暢的流體通道。冷卻液體從上蓋進(jìn)液口進(jìn)入翅片群，然后向四周散射，進(jìn)、出液口的方向?yàn)?80°，最后冷卻流體從上蓋側(cè)面的出液口流出。這種冷卻液的流動(dòng)方式可使(與散熱器底面接觸的)CPU芯片得到充分的冷卻。全部翅片浸沒(méi)在注液腔內(nèi)，由于每個(gè)翅片的排列方式具有導(dǎo)流作用，所以使流體能夠形成非常均勻的流場(chǎng)。CPU芯片產(chǎn)生的熱量通過(guò)導(dǎo)熱傳至底托本體以及注液腔內(nèi)的翅片，最后熱量以(流體)對(duì)流的方式將熱量散出。
[0006]根據(jù)CPU的熱負(fù)荷(熱流密度)來(lái)調(diào)整冷卻液的溫度和流量，通過(guò)計(jì)算使其達(dá)到良好的參數(shù)匹配。由于導(dǎo)流的作用使得注液腔內(nèi)產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)傳熱學(xué)的原理可知，翅片的散熱是由底托以及(翅片)根部向上進(jìn)行，而冷卻液體是由頂端向下、然后橫向流出，形成逆流換熱，所以該結(jié)構(gòu)能夠具有較好的散熱效果。注液腔中翅片的主要作用并非是直接散熱，而是將底托的熱量以高導(dǎo)熱的方式傳出，最后通過(guò)冷卻液將此熱量散掉。
[0007]本實(shí)用新型的特點(diǎn)以及產(chǎn)生的有益效果是，底托翅片群以及導(dǎo)流通道的設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)化散熱器傳熱的作用，尤其是翅片加工為各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，每一片翅片的溫度梯度與來(lái)流液體溫度相反，因而具有較強(qiáng)的換熱效果。同心圓導(dǎo)流結(jié)構(gòu)能夠形成非常均勻的流場(chǎng)，可有效減小了流動(dòng)阻力。該液冷方式與傳統(tǒng)水冷散熱器相比可明顯提高換熱效率。該種散熱器不僅可以散熱器的體積大為減小，適用于計(jì)算機(jī)服務(wù)器窄小的空間，而且使得CPU芯片的均溫效果更好，可以更有效地降低工作溫度。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型中底托翅片設(shè)置原理及結(jié)構(gòu)的立體簡(jiǎn)圖。
[0009]圖2是本實(shí)用新型中上蓋結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0010]圖3是本實(shí)用新型中上蓋的外部結(jié)構(gòu)立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的原理與結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的說(shuō)明。需要說(shuō)明的是本實(shí)施例是敘述性的，而不是限定性的，不以此實(shí)施例限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0012]翅片同心圓分布的液冷散熱器由上蓋和底托構(gòu)成，其具體結(jié)構(gòu)是:上蓋I的背面是凹陷的正方形注液腔1-1，上蓋的正面設(shè)有進(jìn)液口 1-2;出液口 1-3設(shè)在上蓋的側(cè)面。底托3為正方形，以上蓋注液腔中心點(diǎn)為圓心，底托上設(shè)有N圈完整同圓心分布的翅片3-1，在翅片第N+1圈、底托的四角位置也設(shè)有同心圓分布的階梯形翅片3-2，底托中心點(diǎn)的翅片呈十字形。每個(gè)翅片是矩形的薄片，并沿厚度方向(橫向)依次排列成圓，而且每個(gè)翅片均是各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。
[0013]上蓋進(jìn)液口偏離注液腔的中心，進(jìn)液口設(shè)有直角彎管路接口 ；出液口設(shè)有直通管路接口，進(jìn)液口直角彎管路接口與出液口直通管路接口方向?yàn)?80°。
[0014]上蓋的背面和底托的上面均設(shè)有密封槽，O形密封圈置于密封槽內(nèi)，上蓋和底托的四角設(shè)有通孔，采用不銹鋼螺釘緊固密封。上蓋采用不透明的塑料材質(zhì)制作，或者是采用透明的塑料材質(zhì)制作。底托采用紫銅材料制作；注液腔內(nèi)工作的液體是水。
[0015]作為實(shí)施例，呈完整同心圓分布的翅片設(shè)有8圈(N = 8)，底托四角位置亦呈同心圓分布的階梯形翅片設(shè)有3層。由內(nèi)向計(jì)算:第9圈設(shè)有11個(gè)獨(dú)立內(nèi)弧形翅片；第10圈設(shè)有6個(gè)獨(dú)立內(nèi)弧形翅片；第11圈設(shè)有2個(gè)獨(dú)立內(nèi)弧形翅片。所有的翅片都是矩形并且立放，翅片的厚度為0.3mm ;翅片的高度為4mm ;每一圈(徑向)翅片的間距為Imm ;每個(gè)(軸向)翅片的間距為Imm ;底托的面積為50 X 50mm ;上蓋的厚度為20mm ;底托本體厚度為3mm。
[0016]使用時(shí)散熱底托與被散熱器件緊密接觸固定，底托與被散熱器件之間設(shè)有高導(dǎo)熱率的熱結(jié)合層材料。作為實(shí)施例，上蓋采用透明的塑料材質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)與觀察，證明液體的流動(dòng)不存在“死區(qū)”。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.翅片同心圓分布的液冷散熱器，散熱器由上蓋和底托構(gòu)成，其特征是:上蓋(I)的背面是凹陷的正方形注液腔(1-1)，上蓋的正面設(shè)有進(jìn)液口(1-2)，出液口(1-3)設(shè)在上蓋的側(cè)面；底托(3)為正方形，以上蓋注液腔中心點(diǎn)為圓心，底托上設(shè)有N圈完整同圓心分布的翅片(3-1)，在翅片第N+1圈、底托的四角位置也設(shè)有同心圓分布的階梯形翅片(3-2)，每個(gè)翅片是矩形的薄片，并沿翅片厚度的方向依次排列成圓，而且每個(gè)翅片均是各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的翅片同心圓分布的液冷散熱器，其特征是:所述上蓋進(jìn)液口偏離上蓋注液腔的中心，進(jìn)液口設(shè)有直角彎管路接口；出液口設(shè)有直通管路接口，進(jìn)液口直角彎管路接口與出液口直通管路接口的方向?yàn)?80°。
3.按照權(quán)利要求1所述的翅片同心圓分布的液冷散熱器，其特征是:所述底托中心點(diǎn)的翅片呈十字形。
4.按照權(quán)利要求1所述的翅片同心圓分布的液冷散熱器，其特征是:所述上蓋的背面和底托的上面均設(shè)有密封槽，O形密封圈置于密封槽內(nèi)，上蓋和底托的四角設(shè)有通孔，采用不銹鋼螺釘緊固密封。
5.按照權(quán)利要求1所述的翅片同心圓分布的液冷散熱器，其特征是:所述上蓋采用不透明的塑料材質(zhì)制作，或者是采用透明的塑料材質(zhì)制作。
6.按照權(quán)利要求1所述的翅片同心圓分布的液冷散熱器，其特征是:所述底托采用紫銅材料制作；所述注液腔內(nèi)工作的液體是水。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種翅片同心圓分布的液冷散熱器，其結(jié)構(gòu)是：上蓋的背面是凹陷的正方形注液腔，上蓋的正面設(shè)有進(jìn)液口，側(cè)面設(shè)有出液口。底托為正方形，以注液腔中心點(diǎn)為圓心，底托上設(shè)有N圈同圓心分布的翅片，在翅片第N+1圈、底托的四角位置也設(shè)有同心圓分布的階梯形翅片。每個(gè)翅片均是各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。冷卻液體從上蓋中心進(jìn)液口進(jìn)入翅片群，然后向四周散射，進(jìn)、出液口的方向?yàn)?80°。同心圓導(dǎo)流結(jié)構(gòu)能夠形成非常均勻的流場(chǎng)，可有效減小了流動(dòng)阻力。該液冷方式與傳統(tǒng)水冷散熱器相比可明顯提高換熱效率，不僅體積可相對(duì)減小，適用于計(jì)算機(jī)服務(wù)器窄小的空間，而且使得CPU芯片的均溫效果更好，可以更有效地降低工作溫度。
【IPC分類】G06F1-20
【公開(kāi)號(hào)】CN204537035
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520266507
【發(fā)明人】諸凱, 王雅博, 魏杰
【申請(qǐng)人】天津商業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月28日