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电脑水冷系统，是使用水冷来为电脑散热的系统。是指以高比热容的液体（比如水）作导热媒介，以协助带走内部零件的热量。
电脑水冷系统会比空气冷却的系统要复杂，需要泵浦、水可以流通的管路、将热排到大气的散热片和风扇。电脑水冷系统也可能会有冷却液会从管路中漏出，腐蚀其他电子元件或是使其短路的风险。
CPU用水冷系统散热的最大好处是热可以从CPU传到特别设计，有大面积冷却表面的散热器，而不是从CPU本身较小、散热效果不佳的引脚或是其表面散热。至少从1982年的Cray-2超级电脑开始，就已设计使用不同流体来为电脑散热，Cray-2是使用Fluorinert。自从1990年代起，一些电脑爱好者开始注意到用水冷为家用电脑散热的方案，不过自从2000年代开始，出现Gigahertz等级时脉的电脑中，家用电脑水冷系统越来越受到注意，许多电脑厂商也开始为其高性能的系统设计水冷方案。
许多电脑元件都可以用水冷散热，不过最主要用水冷散热的元件会是中央处理器及图形处理器。水冷系统会包括水封、水泵，以及将热传递给空气的热交换器。水冷使用的风扇较大、速度较慢，可以降低电脑本身的噪音、提升处理器的速度（超频），或是在上述二者之间取得平衡。有时，电脑中的北桥、南桥、硬盘、随机存储记忆体、电压调节模组甚至电源供应器也会用水冷系统冷却[1]。
电脑内部散热器的大小不一：可能从40mm双风扇（80mm）到140mm四风扇（560mm），厚度从30mm到80mm不等。散热器风扇可能装在散热器的一边，也可能二边都装。电脑外部的散热器不会受电脑尺寸的限制，因此会比内部散热器大很多。高级的水冷系统会在输入及输出水管处加上二个有橡胶垫圈的接口，让外部散热器可以放在远离电脑的地方。
水冷管路中会用T-Line去除冷却液中的气泡。T-Line是由T接头以及一段有盖子的管路组成。这段管路是小型的储液器，若气泡经过T接头时，也可以经由此管路而释放此气体。有盖子的管路也可以用一个填充口配件盖住，可以释放气体，也可以再填充冷却液[来源请求]。
一直到1990年代末为止，桌上电脑的水冷系统都还是使用者自制的。多半会用汽车的引擎散热片（甚至是汽车的加热器芯）、水族箱的泵、自制的water blocks、实验室等级的PVC或硅胶管以及各种的储液器（用塑胶瓶或其他透明容器制作）以及T-Line。最近[何时？]，越来越多的公司制造尺寸小，可以放在电脑机壳内的小型水冷元件[2]。而且CPU的散热量越来越大，因此电脑水冷系统的使用量开始增加。
有些特制的超频电脑会用蒸气压缩制冷或是热电冷却取代常见的标准热交换器。蒸气压缩制冷中，水冷系统的冷却液是直接由冷凝管来冷却，此系统可以将冷却液冷却到低于室温的温度（标准热交换器无法冷却到如此的低温），因此对电脑中发热元件的散热效果会更好。蒸气压缩制冷及热电冷却的缺点是需要的电力比标准热交换器要多很多，而且因为低温，冷却液中需要加入防冻剂。而且需要使用隔热材料，避免空气中的水蒸气在冷的表面凝结，造成对设备的损害，隔热材料一般会包括水管周围的保温层，以及待冷却元件周围的氯丁橡胶垫。蒸气压缩制冷属于相变的冷却系统，日常会用到相变原理的设备有家用的除湿机或是冷气机[3]。
另一种可以让元件冷却到室温以下，而且不需要防冻剂及隔热管路的冷却系统是热电冷却装置（也称为Peltier junction或pelt，得名自记录此一现象的Jean Peltier），热电冷却装置会放在待冷却元件和水封之间。因为低于室温的区域只在待冷却元件的内部，只需要针对局部区域进行隔热。其缺点是能量的耗散会比较大[来源请求]。
为了避免Peltier junction附近的水蒸气凝结成水，造成损坏，需要有适当的隔热，可以用硅氧环氧树脂包裹。在零件的周围用环氧树脂包覆，避免空气进入内部或是从内部排出[来源请求]。
Apple的Power Mac G5是第一款在标准配备中有水冷系统的主流桌上电脑（不过只在其时脉最快的机种）。Dell之后也在其XPS电脑中增加水冷系统[来源请求]，是用热电冷却来使冷却液冷却。Dell目前只有Alienware桌机有提供水冷系统[4]。
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