一种适用于4U机箱的散热组件的制作方法

一种适用于4u机箱的散热组件
技术领域
[0001]
本发明涉及电子机箱结构设计制造技术领域，尤其涉及一种适用于4u机箱的散热组件。


背景技术：

[0002]
随着计算机产业技术的不断发展，出现了越来越多的台式电脑和服务器等计算机电子装置，在电脑和服务器等电子产品装置中，通常采用封闭式机箱来容纳电子装置的各部件模组，如主板、光驱和电源等。当前，计算机的处理能力越来越强，对数学运算，图像处理等的要求也越来越高，随着计算量的增大，计算机的处理器如cpu或者gpu等也由于较快的运算速率而导致发热量过快增加，如果机箱不能及时进行散热，箱内的温度就会快速升高，而较高的温度会导致计算机工作性能变差，甚至出现死机和突然重启现象导致当前重要数据未能及时存档或者保留有已存档的存储设备也突然坏掉，严重情况下会导致贵重的处理器或其他元件受到永久性的损害，对使用者的财产造成损失，同时考虑到制造成本和放置空间的需求，机箱内通常安装有多种高密集的元件，这对机箱的散热带来了不便。且现有技术中的散热方式效率低下，机箱内散热组件的设置较为单一，同时其散热调整方式明显滞后，浪费了大量电能，对不同的外部环境的适应度也低。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种适用于4u机箱的散热组件，以解决现有技术中散热设置不合理，散热方式单一，调整效率低下以及通用性和适应度较低的问题。
[0004]
本发明的实施例是通过如下技术方案来实现的：一种适用于4u机箱的散热组件，该4u机箱按高度被分为底部空间区，中部空间区以及上部空间区，其中，底部空间区和中部空间区由密封隔板进行分割得到，所述底部空间区通过密封隔板分割出电源空间区和液箱空间区，所述上部空间区的中间设置一密封隔板，上部空间区的机箱内壁处设置有通风口，所述中部空间区内设置有主板安装槽，用于承载主板；所述散热组件包括：液箱、水泵、液冷排、风扇以及冷凝管；该液箱设置于液箱空间区，液箱内装有占其空间78%体积的冷却液体；该水泵有8个，分别设置在中部空间区内靠近机箱内壁的两侧，每侧由上下两排构成，每排安装2个水泵；该风扇有8个，风扇的出风口朝向中部空间区的中央，所述风扇与水泵设为一体，每个设为一体的风扇和水泵通过共用的转动电机进行连接，风扇和水泵上分别设置有控制是否机械连接至转动电机转动轴的风扇连接控制单元和水泵连接控制单元；该冷凝管连接至液箱，主板的发热元件表面设置有接触部，所述冷凝管分别连接和贯穿接触部且冷凝管贴合中部空间区的机箱内壁；该液冷排有8个，所述液冷排设置在靠近风扇出风口一侧，液冷排的孔距为d，其中，d大于等于1cm并小于等于2.2cm；所述电源设置于电源空间区，用于提供主板运行电能和散热组件的运行电能。所述散热组件还采用特定的温控策略进行工作。
[0005]
优选地，所述设为一体的水泵和风扇通过整合箱进行封装，其内设置环境传感器和驱动模块，所述风扇连接控制单元和水泵连接控制单元设置在驱动模块上。
[0006]
优选地，所述风扇连接控制单元和水泵连接控制单元通过驱动模块连接至主板。
[0007]
优选地，所述风扇连接控制单元和水泵连接控制单元与主板之间采用i2c通信协议。
[0008]
优选地，所述散热组件还采用温控策略对机箱进行散热调节。
[0009]
优选地，所述温控策略具体为：在主板工作过程中，首先以预定转速r1启动转动电机，并发送第一启动指令至风扇连接控制单元以使风扇机械连接至转动电机转动轴，所述风扇以转速r1工作并进行初步散热；当环境传感器检测到温度大于t1时，主板发送第二启动指令至水泵连接控制单元以使水泵机械连接至转动电机转动轴，所述水泵以转速r1工作并进行再稳散热；当环境传感器检测到温度大于t2时，主板发送第三调整指令至转动电机以使转动电机以转速r2进行工作，所述风扇和水泵以转速r2进行加强散热；当环境传感器检测到温度大于t3时，主板发送第三调整指令至转动电机以使转动电机以转速r3进行工作，所述风扇和水泵以转速r3进行极限散热；其中，r1<r2<r3，t1<t2<t3。
[0010]
优选地，所述r3为转动电机最大转速，且r1=0.4*r3，r2=0.65*r3。
[0011]
优选地，所述上部空间区和底部空间区的高度均为1u，中部空间区的高度为2u。
[0012]
优选地，所述液箱内的冷却液体采用蒸馏水。
[0013]
相较于现有技术，上述适用于4u机箱的散热组件通过在4u机箱内进行按高度划分布局空间和散热架构，在上部空间区设置密封隔板和通风口，中部空间区设置液冷排以及风扇和水泵并在底部空间区设置相互隔离的电源和液箱，同时将散热组件的冷凝管沿机箱中部内壁贴合并贯穿发热元件的接触表面，合理地设置了散热组件的布局和调整方式，提高了4u机箱的散热效率，并在工作过程中通过预置的温控策略进行动态高效调整，能适应各种变化场景，从而提高了计算机的使用性能和元件寿命。
附图说明
[0014]
图1是本发明的包含散热组件的4u机箱结构示意图。
[0015]
图中主要元件符号标记说明底部空间区
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100电源
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101液箱
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102密封隔板
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103冷凝管
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104中部空间区
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200风扇
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201水泵
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202液冷排
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203上部空间区
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300密封隔板
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301通风口
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302。
具体实施方式
[0016]
针为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0017]
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的对象描述在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的方式实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0019]
图1为本发明安装了散热组件的4u机箱的侧视图，如图1所示的适用于4u机箱的散热组件，该散热组件特别地用于4u机箱中，该4u机箱按高度被分为底部空间区100，中部空间区200以及上部空间区300，其中，底部空间区100和中部空间区200由密封隔板进行分割得到，所述底部空间区100通过密封隔板103分割出电源空间区和液箱空间区，所述上部空间区300的中间设置一密封隔板301，上部空间区300的机箱内壁处设置有通风口302，所述中部空间区内设置有主板安装槽，用于承载主板。首先根据4u机箱的高度特点对其内部元件进行合理设置，底部空间区用于容纳供电电源和散热组件的液冷散热模块的液箱，两者之间通过相互隔离的密封隔板进行分割，互不影响。其次，中部空间区为工作主板的核心放置位置，其工作中主要产生的热量在中部空间区，而上部空间区通过隔板进行分离，是流动热气体分别往该上部空间区左右排放的空间。
[0020]
在本发明一实施例中，所述散热组件包括：液箱102、水泵202、液冷排203、风扇201以及冷凝管104；该液箱102设置于液箱空间区，液箱102内装有占其空间78%体积的冷却液体。根据4u机箱的大小，设置相应的液箱进行液冷散热，其中为保持较佳的散热效果，液箱内的冷却液体不应当超过液箱体积空间的80%，本实施例优选为78%，较佳的冷却液体体积能保持与水流速和电机转速相匹配的散热性能。该水泵202有8个，分别设置在中部空间区200内靠近机箱内壁的两侧，每侧由上下两排构成，每排安装2个水泵202。水泵可以设置多个，水泵之间可以采用并联接线方式，但每个水泵的控制可以根据其所在位置进行独立管理。该风扇201有8个，风扇的出风口朝向中部空间区的中央，所述风扇201与水泵202设为一体，每个设为一体的风扇和水泵通过共用的转动电机进行连接，风扇和水泵上分别设置有控制是否机械连接至转动电机转动轴的风扇连接控制单元和水泵连接控制单元。为保证较佳的散热效果，风扇可以设置为多个，其数量可以与水泵的数量相等，且通过与水泵进行绑定的方式，使得散热组件只采用一个转动电机就可以对风扇和水泵进行同时控制，但其对风扇的控制和水泵的控制不必是即时控制，可以通过在风扇和水泵上设置独立的连接控制单元而确定是否启用风扇或水泵的转动功能而执行散热。
[0021]
在本发明一实施例中，该冷凝管104连接至液箱102，主板的发热元件204表面设置有接触部，所述冷凝管104分别连接和贯穿接触部且冷凝管104贴合中部空间区的机箱内壁。冷凝管104可对其内的冷却液进行降温排放，所述冷凝管104还与机械内壁贴合，其部分热量可传递至机箱壳体从而由较大面积的机箱壳体辅助进行热量排放。而主板在工作过程
中，有大量元件温度变高，其本身需要进行散热或者自带的散热模块如铜片和小风机等无法满足当前散热需求时，通过在发热元件204的表面设置贴合的接触部，冷凝管104连接和贯穿该接触部，使得冷凝管104中流动的冷却液可以迅速吸收发热元件204的热量。
[0022]
在本发明的又一实施例中，所述液冷排有8个，所述液冷排203设置在靠近风扇201出风口一侧，液冷排203的孔距为d，其中，d大于等于1cm并小于等于2.2cm。该液冷排203的数量可以与风扇201的数量相同，当冷凝管104中的冷却液体流动时，通过风扇201对液冷排203的散热，可以使循环的冷却液降温，同时由于液冷排203设置于靠近风扇201的出风口，为使风扇201能够进一步对主板发热元件以及发热元件上方空间进行散热，液冷排203设置符合4u机箱空间的孔距以使风扇能对主板及上部空间300的热量进行散热，其热量通过机箱内壁上靠近上部空间区300的通风口302进行向外排放。
[0023]
所述电源101设置于电源空间区，用于提供主板运行电能和散热组件的运行电能。该电源101同时对主板和散热组件进行供电，风扇201和水泵202可均采用并联方式接入到电源101，从而在进行散热的过程中每个风扇201或每个水泵202均独立完成该部分区域的散热，且其中一个风扇201或水泵202的损坏不会影响到其他风扇201或水泵202的正常工作，同时还支持热更换，在保持散热组件工作的基础上，可以随时对风扇201或水泵202进行维修更换。
[0024]
在本发明的一实施例中，所述设为一体的水泵202和风扇201通过整合箱进行封装，其内设置环境传感器和驱动模块，所述风扇连接控制单元和水泵连接控制单元设置在驱动模块上。采用整合的方式，方便安装人员对其整合总成，并且内部设置独立的风扇连接控制单元和水泵连接控制单元，使得风扇201和水泵202可以选择单一工作或者同时工作。
[0025]
所述风扇连接控制单元和水泵连接控制单元通过驱动模块连接至主板。对风扇201和水泵202的控制通过主板进行通讯调整，主板上的温控单元连接至驱动模块而对风扇201和水泵202进行共同操作。其中，所述风扇连接控制单元和水泵连接控制单元与主板之间采用i2c通信协议。当然，本发明不限于该通讯协议。
[0026]
在本发明的又一实施例中，所述散热组件还采用温控策略对机箱进行散热调节。与现有技术相比，本发明采用多阶段多状态以及多模式和适应度强的温控策略，保证了在4u机箱的散热过程中较佳的调整效率。所述温控策略具体为：在主板工作过程中，首先以预定转速r1启动转动电机，并发送第一启动指令至风扇连接控制单元以使风扇201机械连接至转动电机转动轴，所述风扇201以转速r1工作并进行初步散热；当环境传感器检测到温度大于t1时，主板发送第二启动指令至水泵202连接控制单元以使水泵202机械连接至转动电机转动轴，所述水泵202以转速r1工作并进行再稳散热；当环境传感器检测到温度大于t2时，主板发送第三调整指令至转动电机以使转动电机以转速r2进行工作，所述风扇201和水泵202以转速r2进行加强散热；当环境传感器检测到温度大于t3时，主板发送第三调整指令至转动电机以使转动电机以转速r3进行工作，所述风扇201和水泵202以转速r3进行极限散热；其中，r1<r2<r3，t1<t2<t3。在本实施例中，基于主板的不同工作状态，如刚启动时、低负载或高负载工作状态，基于不同位置的温度，包含独立的风扇201和水泵202的每个整合箱可以控制风扇201和水泵202的工作模式，在有效进行散热的同时保持电能的节约，并且，可以使得再次散热时的吸热和排热效果更优。
[0027]
在本发明的又一实施例中，所述r3为转动电机最大转速，且r1=0.4*r3，r2=0.65*
r3。在该实施例中，对各阶段的散热保持转动电机的不同工作负载，或维持在额定转速范围，或采用最大转速进行最大强度的瞬时散热等。
[0028]
在本发明的又一实施例中，所述上部空间区300和底部空间区100的高度均为1u，中部空间区200的高度为2u。基于主板的元件布线和其工作中可能产生的热量，为其设置较大的空间以使满足主板的元件排放和扩展，并配合散热组件的工作空间进行充分和均匀的热量排放。
[0029]
在本发明的又一实施例中，所述液箱内的冷却液体采用蒸馏水。当然，本发明不限于此。
[0030]
综上所述，本发明提供的适用于4u机箱的散热组件具有以下优点：（1）通过按高度划分布局空间和散热架构，合理地设置了散热组件的布局和调整方式。
[0031]
（2）在不同的高度空间区设置散热组件的不同模块如液冷排、风扇、水泵以及液箱等，使得散热路径达到最优化，并且提高了4u机箱的散热效率。
[0032]
（3）采用特定的符合该布局空间和散热架构的温控策略，能动态高效调整热量排放，能基于各种变化场景而采用风扇和液冷的不同模式，从而提高了计算机的使用性能和元件寿命。
[0033]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0034]
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。