一种负压式计算机散热器及其散热方法与流程

本技术涉及计算机散热，尤其是一种负压式计算机散热器及其散热方法。

背景技术：

1、目前，计算机系统中广泛采用风冷散热方式对cpu、gpu、内存dram、ssd以及电源功率元件等高发热元器件进行热管理，主流方案为热管配合密集鳍片（fin片）结构，并辅以轴流风扇进行正压吹风散热，其基本工作方式为：热管将发热源的热量传导至多片并行排列的金属鳍片，轴流风扇安装于鳍片组一侧，向鳍片间隙内强制吹入环境空气，空气流经鳍片表面时带走热量，实现热交换。为在有限体积内提升散热能力，现有技术普遍采用增加鳍片密度和增大鳍片宽度的方法以提高有效散热面积，同时部分高端产品采用“双塔”结构，即将鳍片组分为两个独立单元并分别配备独立的轴流风扇，以期在增加总面积的同时降低单组鳍片的风阻。

2、经分析，上述正压轴流式散热方案存在以下固有技术问题：第一，密集鳍片引发“风障”效应，显著降低实际通风量，在正压吹风模式下，轴流风扇驱动的高速气流在遇到密集排列的鳍片前沿时，其动压无法完全转化为穿透鳍片间隙的动能，根据伯努利原理，气流在障碍物前积聚，动压快速转换为静压，从而在风扇出口与鳍片组之间形成局部高压区域即“风障”，该高压区对风扇出风产生反向阻力，而轴流风扇本身属于低静压型风机，其特性为大风量、低风压，不具备抵抗高背压的能力，因此风障效应直接导致风扇工作点偏移，实际穿透鳍片组的有效风量显著下降，散热效率随之降低；

3、第二，现有改进方案存在明显局限性，为缓解风障影响，现有技术采取的主要措施及其不足如下：方案一为缩减鳍片宽度，通过缩短气流穿透距离来降低风阻，但此举大幅减少了鳍片总有效散热面积，削弱了热管热量传导至鳍片的散布能力，形成“管多片少”的失衡状态，难以满足高功耗芯片的散热需求，方案二为采用双塔结构并增加风扇数量，即将鳍片组分割为两个独立塔体并为每个塔体配置单独轴流风扇，虽然该方案可在一定程度上分摊风阻并增加总散热面积，但导致散热器整体厚度明显增加，占用过多主板空间，且风扇成本上升，非鳍片区域如双塔之间的空隙利用率低，整体结构不够紧凑，成本与空间效益不佳；

4、第三，轴流风扇出风方向单一，无法实现余风二次利用，现有正压方案中轴流风扇的气流方向固定为从鳍片组一侧吹向另一侧，排出热风的方向受限于风扇轴向，难以灵活导向其他高热区域，因此流经鳍片后的升温气流通常直接排入机箱，未能有效利用其流动动能对周边元器件如cpu供电模组、内存、ssd等进行辅助散热，整机热管理整体效率仍有提升空间。综上所述，现有基于热管加密集鳍片加轴流正压风扇的计算机风冷散热方案，受限于轴流风扇的低静压特性和正压吹风产生的风障效应，存在有效通风量不足、散热面积与穿透性难以兼顾、结构臃肿、出风方向固定且无法二次利用等问题，随着计算机芯片功耗持续上升，上述缺陷愈发突出，亟需种负压式计算机散热器及其散热方法，用于解决上述技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本技术的目的是一种负压式计算机散热器及其散热方法，用于解决上述技术问题。

2、本技术上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种负压式计算机散热器，包括散热鳍片组，由多片并行排列的金属鳍片构成；

3、热管，与所述散热鳍片组热耦合连接，用于将发热元件的热量传导至所述散热鳍片组；

4、离心风机，设置于所述散热鳍片组的气流下游侧，其进风口朝向所述散热鳍片组；

5、所述离心风机工作时在所述散热鳍片组内部形成负压区，以抽吸方式引导环境空气穿过所述散热鳍片组的鳍片间隙，使气流在负压梯度下流经鳍片表面进行热交换。

6、通过采用上述技术方案，离心风机设置于散热鳍片组的气流下游侧并以抽吸方式工作，使散热鳍片组内部形成负压区，外部环境空气在负压梯度下被平稳地吸入并穿过鳍片间隙，这一过程完全避免了传统正压吹风方式中气流在鳍片前积聚形成高压风障的问题，从而使离心风机无需对抗高背压，确保风量衰减极小且气流穿透力稳定；由于风阻不再是设计瓶颈，鳍片的宽度和密度可大幅增加，在相同体积下有效散热面积可提升30%以上，同时无需采用复杂的双塔分体结构，节省了无效占用空间；负压抽吸使整个鳍片组内部压力均匀，气流均匀分布地掠过每一片鳍片，确保多根热管传导的热量均能获得充足的鳍片面积进行换热，避免了传统方案中因风量分布不均导致的“管多鳍少”局部过热问题；此外，离心风机具备多向出风特性，排出的气流可根据需要导向cpu供电模组、内存或ssd等其他发热区域进行辅助散热，从而在核心芯片高效散热之外，进一步提升了整机系统级的散热水平。

7、综上所述，本方案在不增加风机成本的前提下，实现了更大散热面积、更低风阻、更均匀传热及更优整机热管理协同的综合技术效果。

8、进一步的，所述离心风机为具有周向出风口的离心式风机。

9、进一步的，所述离心风机的出风口为四向出风结构。

10、通过采用上述技术方案，离心风机采用具有周向出风口的结构设计，使其在抽吸散热鳍片组热空气后能够沿圆周方向向外排出气流，而四向出风结构则进一步将周向出风具体规整为四个正交方向的定向排风路径，这种多向出风布局使得散热器排出的热风可同时覆盖计算机内部多个空间方位的周边区域，既可以为大范围区域进行整体散热也可通过导流装置进行精准指定区域散热。

11、进一步的，所述散热鳍片组的鳍片宽度大于正压轴流风扇适配的鳍片宽度，以增大有效散热面积。

12、通过采用上述技术方案，由于离心风机以负压抽吸方式工作，气流不再需要在鳍片前克服正向阻力，因此不会形成高压风障，这使得散热鳍片组的宽度不再受制于正压轴流风扇所适配的有限鳍片宽度，设计上可以大幅增加鳍片的延伸尺寸，从而在相同投影面积下显著扩大有效散热面积，为热管提供更充裕的热量传导和辐射空间，使得每根热管携带的热量都能经由更大面积的鳍片表面与气流进行充分热交换，进一步提升了单位体积内的散热上限，同时避免了传统正压方案为降低风阻而被迫削减鳍片面积所导致的散热能力下降问题，实现了散热面积最大化与气流畅通性的统一。

13、进一步的，所述热管设置有多根，且所述散热鳍片组的散热面积足以覆盖所有热管的传热区域，使每根热管的散热负荷均衡分布。

14、通过采用上述技术方案，根热管的设置能够将发热元件产生的大量热量分散传导至散热鳍片组的各个区域，而散热鳍片组所具备的充足散热面积足以全面覆盖每一根热管对应的传热区域，确保每根热管所携带的热量都拥有相应足够大的鳍片表面供其进行热交换，避免了因鳍片面积不足导致部分热管热量无法有效散出而造成的局部热积累现象；同时，负压抽风使得整个鳍片组内部气流分布均匀，各区域均有等量气流掠过，结合面积充足的鳍片布局，使得每根热管的散热负荷趋于均衡一致，不存在某些热管因风量不足或鳍片短缺而过载、另一些热管因气流过剩而闲置的非均衡状态，从而充分发挥出每一根热管的导热能力，延长了热管的工作寿命。

15、进一步的，所述离心风机为单风机结构，且风机数量少于或等于同等散热性能下的正压散热器方案中的风机数量。

16、通过采用上述技术方案，离心风机采用单风机结构且风机数量少于或等于同等散热性能下的正压散热器方案中的风机数量，这一设计在保证甚至提升散热效果的前提下，直接减少了风机的使用数量，从而降低了整机的物料成本和组装工序复杂度，同时也减少了风机运行时的总功耗和整体噪声水平；更为重要的是，由于单颗离心风机配合负压抽吸方式即可驱动足够风量穿透大面积的散热鳍片组，无需像传统正压方案那样为每个鳍片塔或鳍片区单独配备轴流风扇，这使得散热器整体结构更为紧凑，节省了计算机内部宝贵的安装空间，有利于提升主板上其他元器件的布局灵活性和整体机箱内部气流通道的规整性。

17、进一步的，一种负压式计算机散热方法，应用于上述技术方案中任意一项，所述一种负压式计算机散热器，包括以下步骤：

18、s1、通过热管将热源产生的热量传导至散热鳍片组；

19、s2、启动设置于所述散热鳍片组出风侧的离心风机；

20、s3、通过所述离心风机的抽吸作用，使所述散热鳍片组内部形成负压环境；

21、s4、外部空气在负压作用下从所述散热鳍片组的进风侧流入，流经所述散热鳍片组吸收热量后，由所述出风侧被抽出并排出。

22、通过采用上述技术方案，本技术以负压抽吸作为核心驱动力，构建了一套完整且有序的散热流程：首先通过热管将热源产生的热量高效传导至散热鳍片组，完成热量从点热源到面状散热体的快速转移；随后启动设置于散热鳍片组出风侧的离心风机，利用其抽吸作用使散热鳍片组内部形成负压环境，外部空气在负压梯度驱动下自动从进风侧平稳流入，流经鳍片表面进行充分热交换后将热量带离，最终由出风侧被抽出并排出散热区域。整个过程逻辑清晰、环节衔接紧密，充分发挥了负压抽风无风障、风量穿透力稳定、鳍片面积可最大化利用的系列优势，同时该方法无需在进风侧设置正压送风装置，简化了风机组装结构并降低了功耗，且排出气流的方向可根据离心风机出风口设计灵活引导，为后续辅助散热提供了便利，整体上形成了一套从热量采集、传导、交换到排出的高效闭合散热链条，特别适用于高热流密度计算机芯片的持续散热需求，具有良好的实用性和可推广性。

23、综上所述，本技术包括以下有益技术效果：本技术将离心风机设置于散热鳍片组的气流下游侧，采用负压抽吸方式引导气流，外部空气在负压梯度下平稳流入并穿过鳍片间隙，完全避免了传统正压吹风方式中气流在密集鳍片前积聚形成高压风障的问题，使风机无需对抗高背压，确保风量衰减极小且气流穿透力稳定，有效解决了正压方案因风障导致散热效果骤降的行业难题。

24、由于负压抽吸消除了风阻这一设计瓶颈，散热鳍片组的宽度不再受制于正压轴流风扇所适配的有限鳍片宽度，设计上可大幅增加鳍片的延伸尺寸，在相同体积下有效散热面积可提升30%以上，同时无需采用复杂的双塔分体结构，节省了无效占用空间，实现了散热面积最大化与结构紧凑性的统一。

25、负压抽吸使整个鳍片组内部压力均匀，气流均匀分布地掠过每一片鳍片，结合面积充足的鳍片布局，确保多根热管传导的热量均能获得足够的鳍片面积进行换热，各区域热交换效率一致，使每根热管的散热负荷趋于均衡分布，充分发挥每一根热管的导热能力，避免了传统正压方案中因风量分布不均导致的“管多鳍少”、局部过热、热管利用率低下的问题，同时延长了热管的工作寿命。