电脑水冷式散热器

电脑水冷式散热器 報告名稱: 水冷式散熱器 系 所:機械工程系 班 級: 奈米三甲 姓名: 許智超 學號 : 49914051 指導老師:魏慶華 電腦水冷式散熱器 摘要 電腦水冷式散熱器是由散熱器、水管及一個水泵組成。散熱器有一個進水口及出水口,內部有多條水道,這樣可以充分發揮水冷的優勢,帶走更多的熱量。目前最先進的散熱系統,但大部份電腦CPU廠商仍未使用該水冷系統來控制CPU溫度,而這不是沒有理由的,因為有許多使用者都會發現,水冷式系統會有漏水的顧慮,若是有漏水的情形發生,那主機上的零組件可能就會有全部「泡湯」的命運了。僅管有的使用者會使用「電焊」的方式,將水管接頭給焊死在一起,不過使用水冷式冷卻系統的消費者仍屬有限,可見大夥對「水」還是有點顧慮的。本文以電腦水冷式散熱器來做介紹,並研究期發展現況,以及未來值得繼續研發的項目。 關鍵字: 電腦水冷式散熱器、水冷式散熱器、渦流水冷散熱器、散熱器 一、 簡介: 主機中主要產生熱源的零組件有 CPU、硬碟機、主機板上的晶片組以及顯示介面卡上的顯示晶片等四樣元件,其中尤以 CPU 的散熱是否良善最為重要。雖然廠商往往會在 CPU 的熱源發散處加上散熱片來幫助散熱,有時還會在散熱片上面再加上一個與散熱片一樣大小的風扇,利用風扇所引起的氣流,迅速的將留在散熱片上的熱量帶離散熱片,藉以達到降低晶片溫度的效果。然而,這樣的做法僅能讓 CPU 不至於在太高的溫度下工作,但熱量還是留在機殼中,並沒有真正排出機殼外。雖然機殼內的電源供應器裡有風扇可以幫助將機殼中的熱量排出機殼之外,機殼本身的散熱孔也可以幫助散熱,不過效果還是不太好。因此,CPU 的溫度就會隨著電腦使用時間而逐漸上升,有時在不加上散熱片以及風扇的狀況下,溫度達到 60、70 度,甚至於 80 度以上都是很正常的事情。隨著處理器的運算速度日益攀升,所發出的熱量也與日遽增,用傳統空冷式的散熱系統不僅愈來愈吃力,:風扇:噪音也將愈來愈大,以3.06GHz 的P4處理器為例,最大發熱量達到81.9W,一般空冷散熱,噪音值高達43dB左右。下一代的Xeon處理器,發熱量更達到113W。林蔚山強調,汽車引擎最早也是採取空冷方式,最後則是用水冷解決了散熱的瓶頸,「電腦 最後也會走上同樣的路,」林蔚山說。 二、 電腦水冷式散熱原理及構造: 水冷散熱是把水當傳輸(熱源)一種媒介原理,傳輸到散熱排上 面吸附熱能在轉換成冷水過去吸附熱能以達到排熱作用,所以水 冷排熱效果會比一般好很多,一般散熱他是把銅或是鋁鐵材質當 媒介,傳輸熱源有限通常無法傳送到最頂端,所以水冷他的散熱 可以說是全面性散熱吸附在散熱排上..達到排熱效果。 電腦水冷式散熱構造 三、 電腦散熱器不同之比較: 為了讓 CPU 能更穩定地工作,目前已發展出許多不同的散熱方法,如風冷、水冷、熱導管、及液氮制冷…等。 (1) 風冷式散熱法: 風冷式散熱法是由一個風扇加一個散熱片組成一套風冷散熱裝 置,是目前使用最多、最成熟的方法。它的運作原理是將熱透過 散熱片傳導出來,再透過風扇轉動加強空氣流動,以強制對流的 方式將散熱片上的熱量傳到周圍環境。風冷式散熱法的結構簡 單,且相較其它散熱方法的價格來說是較為低廉、安全可靠、成 熟的技術。然其缺點則是不能將溫度降至室溫以下,且由於風扇 的轉動,所以會有噪音;另外風扇的壽命有時間限制,其散熱效 果也只能應付一般的應用。 風冷式散熱器 (2) 水冷式散熱法: 水冷散熱法是由散熱器、水管及一個水泵組成。散熱器有一個 進水口及出水口,內部有多條水道,這樣可以充分發揮水冷的優 勢,帶走更多的熱量。 電腦水冷式散熱原理 (3) 熱導管散熱法: 熱導管散熱法是目前廣泛應用在筆記型電腦上的散熱技術,其 裝置是由極高純度的無氧銅管及銅網製成,內部充填適量的純水 做為工作流體;當受熱端將工作流體蒸發成氣相時,氣流會經過 中空管道到冷卻端,冷卻後將工作流體凝結成液相;冷凝液再藉 由銅網的毛細組織吸回受熱端,如此即完成一個吸?放熱循環。 藉由這樣的相變化,可以在很小的溫差下傳遞大量熱能。由於導 熱管技術是種十分有效的散熱方式,因此目前已廣泛應用於筆記 型電腦、PDA、GPS 等 3C 電子產品的均溫與散熱方面之用途。 熱導管散熱器 (4) 液氮制冷散熱法: 液氮制冷散熱法是藉由液態氮氣來冷卻熱能,藉以達到散熱的 效果 (如下圖所示)。但是液態氮氣並不易取得,且具有有危險 性,因此目前在市面上較為少見。 四、 氣冷式與水冷式的有缺點: 壹、氣冷的優點: (1)構造簡單相對成本低廉,且無須擔心冷卻系統故障的問題。 (2)處理器本身省去冷卻系統的設計,較為輕巧不佔空間。 (3)因不需額外負擔冷卻系統的電力等,不會造成耗電的增加。 氣冷的缺點: (1)不易將處理器工作溫度控制在理想範圍內。 (2)容易散熱不均。 (3)氣冷因散熱有限,所以無法達到高性能的水平。 貳、水冷的優點: (1)水的比熱大、熱傳導性質、穩定性、成本等,在流體中都很適合拿來當做冷卻的媒介。 (2)水冷系統設有風扇等設計,可將處理器工作溫度,控制在理想範圍內,這對於高性能的電腦來說是很重要的。 水冷的缺點: (1)電腦多了冷卻系統,使得成本提高,也間接增加維修的麻煩 (2)電腦本體增加水冷系統,導致體積變大、增加重量 (3)水冷系統機件多而複雜,容易故障導致失效 五、 新興水冷設計 Sunon Waturbo 渦流水冷式的設計 不使用熱導管及水管,以自有技術,催生了新一代水冷散熱模組,結合氣冷與水冷多項優點於一身,摒除了傳統水冷的缺點。一般全套水冷系統,必須以水管連結冷卻器組、水箱組、散熱排組與附件組等十多個零件串接而成,不但必須依循繁複的說明步驟組裝,裝置過程中任一環節的不正確,都可能會因漏水造成主機板毀損,甚至因水阻造成電腦當機, Sunon Waturbo 發明的渦流水冷式設計,將十多個零件化整為一,讓全套水冷系統完美的嵌入 Heat Sink 中,且結構設計不必使用水管及熱導管,大幅降低了組裝的難度、節省了機體的空間及免除漏水的風險。解熱效能之實測值,超越同級產品 30% 以上,噪音值比同級產品低 8dBA ,為目前桌上型電腦的 CPU Cooler 市場投下一顆震撼彈。 : Sunon Waturbo 渦流水冷式的設計概念 Sunon Waturbo 於散熱技術上最大的創新,是應用磁浮的新技術,以單一馬達間接式磁性牽引雙核心,同步啟動的概念,讓氣冷風扇與水冷系統的幫浦同步運作,在水冷系統中製造強大的水渦流,將 CPU 所產生之熱能,在極短的時間轉移到鰭片上,更以同步運轉的靜音氣冷風扇將鰭片的熱能快速帶走,讓 CPU 及週邊的電子元件,能在較低的溫度下運作,提昇系統整體的穩定性。 Sunon Waturbo 渦流水冷循環剖面圖 六、 結論與討論 水冷式散熱器,它的散熱效果比目前的氣冷,導熱管均好,因為水的 熱傳導較優。我們對水冷的觀念可能要改了,不再是以往的水冷散 熱器,需要多風扇及循環幫浦、水箱、配水管、加裝溫控器、流量 計等多出的電源。不管任何散熱器均需要風扇做強制散熱,它是利 用風扇的動能來驅動幫浦起動,使冷却液在散熱器內循環散熱,達 到散熱效果。 六、資料來源: [1] [2] [3] [4] [5] [6]