專利名稱：用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型制冷系統(tǒng)，特別涉及一種基于機械制冷而對計算機多個芯片部位進行主動降溫的微型制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，由于微處理器計算能力的增強和價格的大幅降低，計算機應(yīng)用已相當(dāng)普遍。以往計算處理是由放置在隔離的計算機房中的主計算機進行的，而現(xiàn)在越來越多的辦公室裝備了個人計算機。隨之而來的一個重要問題是如何將這些系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的高熱量迅速而有效地散走。一些計算機芯片制造商如英特爾、AMD等都不斷地在芯片中集成越來越多的晶體管。例如，在不比郵票大的空間內(nèi)，Pentium 4芯片集成了4200萬個晶體管。如此高集成度難免會產(chǎn)生大量的熱量，許多時候相當(dāng)于50瓦燈泡發(fā)熱量。溫度過高會損壞精細的組件，使數(shù)據(jù)丟失，因此，如何將熱量及時而有效地散發(fā)出去一直困擾著工程師們。然而，人類的追求是無止境的，計算機的體積雖逐漸變小，但性能、速度卻在不斷提升。處理速度越快，計算機內(nèi)的元件和裝置，如CPU、圖形卡和類似元件，產(chǎn)生的熱量就越多，超過一定限度，將可能或?qū)е洛e誤運行甚至停止運行。
目前，為冷卻各類發(fā)熱元件或裝置，多半采用常規(guī)的冷卻裝置。以CPU為例，在CPU上安裝散熱片構(gòu)件和冷卻風(fēng)扇。通過冷卻風(fēng)扇的運行使氣流流經(jīng)散熱片四周，將熱量傳遞給計算機周圍的空氣。計算機還具有一個固定在機箱后部的冷卻風(fēng)扇。該風(fēng)扇的運行將機箱內(nèi)的空氣抽吸到機箱外部。而與此同時，周圍空氣則通過縫隙進入機箱內(nèi)，加強對一些小部件的散熱。隨之出現(xiàn)了一些對空氣冷卻的改進技術(shù)(張千山，專利電腦CPU散熱器，申請?zhí)?1130819.2)，來進一步強化受迫空氣的流動換熱。但是這種采用受迫空氣對流來冷卻發(fā)熱器件的方案的散熱量有限，且冷卻效率與風(fēng)扇速度成正比，因而會造成明顯噪音；而且一旦微器件發(fā)熱密度過高時，空氣冷卻將難以勝任。隨著計算機芯片集成度的飛速增長，所要求的換熱強度也越來越高，采用水冷(朱玉如，專利CPU芯片水冷散熱器，專利號99253842.4)或相變換熱(李穆炯等，專利用于冷卻計算機內(nèi)裝置的系統(tǒng)，申請?zhí)?9804075.4)的方式逐漸提到日程上來，相應(yīng)產(chǎn)品也零星出現(xiàn)在市場上。采用相變傳熱與單相傳熱或?qū)嵯啾?，所需工質(zhì)少，熱傳輸量大，因而可減輕重量。在這類散熱方法中，最典型的莫過于熱管技術(shù)，它以相變(蒸發(fā)與凝結(jié))換熱作為傳熱的主要方式，具有傳熱能力大、溫度控制能力強、傳熱效率高等特點，在計算機元器件散熱方面的應(yīng)用已引起重視。但熱管制做工藝如芯體材料的制備、工質(zhì)封裝、維護等相當(dāng)復(fù)雜，這使其應(yīng)用受到很大限制。據(jù)業(yè)界人士分析，水冷可能會成為一個主流。然而，水冷雖然效率較高，但在運行中由于蒸發(fā)等會導(dǎo)致器件老化、腐蝕，對水質(zhì)及流動管道的要求較高，存在泄露，可靠性尚有待提高，據(jù)報道，目前采用水冷的芯片易于燒毀，原因在于水冷系統(tǒng)尚不可靠，一旦由于某些故障導(dǎo)致水流停止，則失去冷卻的芯片溫度將迅速攀升，直至燒毀。
在此基礎(chǔ)上，計算機行業(yè)內(nèi)不斷有新的技術(shù)應(yīng)用到CPU的冷卻上。美國桑迪亞國家實驗室和喬治亞理工學(xué)院聯(lián)合開發(fā)了一種旨在對雷達和便攜式野戰(zhàn)計算機進行冷卻的“智能熱導(dǎo)管”。它是一個簡單的扁平銅板，上面有非常微小的凹下去的通道，深淺約為7個微米——與人的指紋差不多，這些溝槽用于運輸液態(tài)甲醇。當(dāng)與芯片固定在一塊兒時，甲醇在毛細作用的驅(qū)動下流向溫度較高的區(qū)域，熱量會使甲醇汽化，從而帶走熱量。甲醇氣體能夠被引導(dǎo)到溫度較低的地方，也就是銅板的另側(cè)。由于溫度較低，甲醇會變回液體，重新開始另一個散熱過程。另據(jù)報道有一種半導(dǎo)體薄片冷卻器，它是由硅、鍺和碳材料合成制造的集成電路，利用電子來傳輸過熱部分的熱能并把熱量散發(fā)到周圍的環(huán)境中。這一技術(shù)的優(yōu)勢在于它可以將熱量從芯片的發(fā)熱點上直接帶走。芯片發(fā)熱點的溫度可以達到80到100攝氏度。而薄片冷卻器則可以使發(fā)熱點的溫度下降7或8度，甚至30到40度?；萜展镜难芯咳藛T也考慮采用一個全新的思路，即向芯片噴水，水分吸收熱量轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝梢越o芯片有效降溫。
現(xiàn)有的CPU冷卻技術(shù)，在一定程度上可以降低CPU的溫度，防止芯片過熱而死機等現(xiàn)象出現(xiàn)。目前的趨勢是液體冷卻方法的應(yīng)用越來越重要，而空氣冷卻法似乎已經(jīng)達到了極限。而且隨著計算機芯片集成度的飛速增長，所要求的換熱強度也越來越高，這些技術(shù)都將勢必不能滿足這一要求。新出現(xiàn)的一些技術(shù)有的在議定上能夠解決上述問題，但當(dāng)CPU的速度提高到一定程度以后，將會帶來計算機零部件發(fā)熱量的大幅提高，目前還沒有能夠同時對這些零部件進行冷卻散熱的技術(shù)。也正因如此，本發(fā)明提供一種能夠同時對CPU芯片和其他發(fā)熱部件例如圖形卡、總電源和光驅(qū)等部件進行冷卻的制冷系統(tǒng)。在計算機機箱內(nèi)放置一個集成化的“微型冰箱”，類似家用冰箱將幾個蒸發(fā)器端分別放置在需要冷卻的零部件上，同時對它們進行冷卻。利用機械制冷很容易實現(xiàn)這一目標，制冷的方式可以采用蒸汽壓縮、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、壓縮氣體制冷、氣體渦流制冷、斯特林制冷、維勒米爾(VM)制冷、GM制冷等多種方式。在機械制冷中，蒸汽壓縮制冷是最經(jīng)濟而且應(yīng)用最廣泛的制冷方法(蘇慶瑞和李華春主編，制冷與空調(diào)，沈陽遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1984)，因此可優(yōu)先選用這一方式。對于一般個人計算機所有發(fā)熱功率也就在100W左右，利用蒸汽壓縮制冷需要的輸入功率約20W，這樣的蒸汽壓縮機目前市面上已經(jīng)可以做到微型化。因此，基于蒸汽壓縮制冷而同時對幾個不同的發(fā)熱部件進行冷卻，能夠很好的降低各個零部件的熱量，這也就提出了一個全新的“微型計算機專用冰箱”概念，可以根據(jù)計算機的不同配置選擇不同的制冷量，即使同一計算機也可以根據(jù)新增加的零部件再另行添加一蒸發(fā)器對其進行冷卻，從而適合計算機不斷升級的要求。對于大型的計算機也可以將“微型計算專用機冰箱”改造成“計算機中央空調(diào)”，滿足大型計算的冷卻要求。
如前所述，目前利用風(fēng)冷、水冷和相變等冷卻CPU芯片的技術(shù)已經(jīng)問世，但是還沒有利用微型制冷系統(tǒng)特別是蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)對CPU芯片進行主動降溫的方法出現(xiàn)，而可以同時對多個發(fā)熱部件進行冷卻的系統(tǒng)則至今更未見報道，所以本發(fā)明有望建立一種功能多樣化的具有同時冷卻多個發(fā)熱部件能力的制冷系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，是一種經(jīng)濟、簡單而可靠的制冷系統(tǒng)?？赏蔀橐环N在計算機芯片或高功率器件散熱方面適用很廣的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，對計算機的CPU、圖形卡和類似元件進行冷卻以達到主動散熱目的，其可根據(jù)散熱量的不同選擇不同的制冷量，即使同一計算機也可以根據(jù)新增加的零部件再另行添加一蒸發(fā)器對其進行冷卻，適合計算機不斷升級的要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，包括壓縮機1，冷凝器2，干燥過濾器4，毛細管及蒸發(fā)器，分液筒13、控制電路19；壓縮機1與冷凝器2相連通，冷凝器2通過干燥過濾器4與毛細管及蒸發(fā)器相連通，蒸發(fā)器通過分液筒13與壓縮機1相連通以形成蒸汽壓縮制冷回路、吸收式制冷回路、蒸汽噴射式制冷回路、壓縮氣體制冷回路、氣體渦流制冷回路、斯特林制冷回路、維勒米爾制冷回路或GM制冷回路；一冷卻風(fēng)扇3安裝在冷凝器2附近，一電源分別與壓縮機1和冷卻風(fēng)扇3相連；所述的蒸發(fā)器為并聯(lián)/串聯(lián)或串并聯(lián)混合地連接在干燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上的單級或多級蒸發(fā)器，毛細管連接在每一蒸發(fā)器的前置連接管道上；所述的壓縮機1為提供10-2000W制冷量的壓縮機，其輸入功率為10-400W；所述制冷回路中使用的制冷劑為無毒無污染且不可燃的HFC-123、HFC-22、HFC-152及HFC134a工質(zhì)中的一種或兩種或多種工質(zhì)的混合流體工質(zhì)；壓縮機1，冷凝器2，干燥過濾器4，毛細管及蒸發(fā)器，分液筒13、電源和冷卻風(fēng)扇3全部或部分地集裝在一不銹鋼或者鋁板材料制成的制冷器箱體16中，制冷器箱體16設(shè)有開門15，壓縮機出口連接口17和壓縮機進口連接口18穿過制冷器箱體16的側(cè)壁分別與冷凝器和蒸發(fā)器相連，所述制冷器箱體16的尺寸范圍為5mm×5mm×5mm-500mm×500mm×500mm；所述的電源為計算機主機電源，一與計算機主機電源相連的控制器19分別連接冷卻風(fēng)扇3和壓縮機1，安裝在蒸發(fā)器上的感溫元件與控制器19相連；所述的計算機的蜂鳴器與控制器19相連；冷凝器2的肋管盤繞在制冷器箱體16內(nèi)的一側(cè)，其肋管直徑為1-20mm的銅管、鋁管或鋼管，冷凝器2的肋片為銅、鋁或鋼制作的連續(xù)整片或螺旋繞片，肋片的間距為0.1-5mm；所述蒸發(fā)器為直徑為1-20mm的銅管、無縫鋼管或者鋁管材料制成的蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器扣壓在待散熱的元件上；所述毛細管為直徑為0.1-3.0mm，長度為0.6-6m的紫銅管，或為膨脹閥；連接管道為直徑為1-20mm的銅管、無縫鋼管或者鋁管；所述連接管道上包敷有泡沫類絕熱材料制作的保溫層。
本發(fā)明的計算機芯片散熱用的微型制冷系統(tǒng)，是將多級蒸發(fā)器分散在各個需要降溫冷卻零部件上，其余部件則集成到一個小空間里，直接利用制冷工質(zhì)作為循環(huán)介質(zhì)進行冷卻，充分利用到計算機主機箱20的剩余空間，可以將整個制冷系統(tǒng)做到微型化，這種主動產(chǎn)冷以同時冷卻多個發(fā)熱部件是一個全新的概念。
綜上所述，本發(fā)明的計算機芯片散熱用的微型制冷系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，具有很高的性價比。而現(xiàn)有的多采用風(fēng)冷、水冷和相變等制冷系統(tǒng)，所能達到的冷卻散熱效果往往比較有限，不能主動提供冷量，大多是一種被動式散熱裝置，而本發(fā)明提出的利用機械制冷方式可根據(jù)需要產(chǎn)生冷量，克服了上述方法難以實現(xiàn)同時對多個發(fā)熱部件進行主動冷卻的缺陷，這也是本發(fā)明提出的關(guān)鍵之一。本發(fā)明的核心原理在于利用機械制冷冷卻和蒸發(fā)器連接的發(fā)熱部件，達到對其降溫的目的。本發(fā)明的裝置能夠更加有效是因為機械制冷可以把計算機發(fā)熱部件降到比較低的溫度，而且可以把不同級蒸發(fā)器進行串聯(lián)、并聯(lián)或者混合連在一起同時對多個發(fā)熱部件進行冷卻降溫。這套制冷系統(tǒng)可根據(jù)計算機的不同選擇不同的制冷量，即使同一計算機也可以根據(jù)新增加的零部件自己再加一蒸發(fā)器對其進行冷卻，適合計算機不斷升級的要求，整個系統(tǒng)小型化、低能耗、降溫大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高而操作十分簡單。本發(fā)明提供的裝置的應(yīng)用范圍也不僅僅局限于個人計算機，它也可用到大型計算機上甚至巨型計算機上。不過為簡單起見，如下僅以利用蒸汽壓縮制冷的制冷系統(tǒng)冷卻個人電腦為例闡述本發(fā)明的技術(shù)路線。此前，超微型制冷冰箱的概念尚未被提出，本發(fā)明有望在更多高功率散熱場合發(fā)揮重要作用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)的制冷循環(huán)原理圖；圖3為本發(fā)明的制冷器箱體16結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3所示制冷器箱體16的外表面主視圖；圖5為圖3所示制冷器箱體16的外表面?zhèn)纫晥D；圖6為本發(fā)明的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖1所示的蒸發(fā)器與計算機CPU21扣壓連接的剖面圖；圖9為圖3所示控制器19的電路示意圖；其中壓縮機1 冷凝器2 冷卻風(fēng)扇3干燥過濾器4 毛細管5 毛細管6蒸發(fā)器7 蒸發(fā)器8 毛細管9毛細管10蒸發(fā)器11 蒸發(fā)器12分液筒13連接導(dǎo)管14門15制冷器箱體16壓縮機出口連接口17壓縮機進口連接口18控制器19計算機主機箱20計算機CPU21
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方案對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)的制冷循環(huán)原理圖；由圖可知，本發(fā)明的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，包括壓縮機1，冷凝器2，干燥過濾器4，毛細管及蒸發(fā)器，分液筒13、控制電路19；壓縮機1與冷凝器2相連通，冷凝器2通過干燥過濾器4與毛細管及蒸發(fā)器相連通，蒸發(fā)器通過分液筒13與壓縮機1相連通以形成制冷回路；所述的蒸發(fā)器為并聯(lián)/串聯(lián)或串并聯(lián)混合地連接在干燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上的單級或多級蒸發(fā)器，毛細管連接在每一蒸發(fā)器的前置連接管道上；上述的蒸發(fā)器可以達到1-10級，蒸發(fā)溫度為-100-100℃的之間；由圖1和圖2可知，本實施例中，毛細管5、蒸發(fā)器7、毛細管10和蒸發(fā)器12依次串聯(lián)在干燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上，以形成第一級節(jié)流制冷；毛細管6、蒸發(fā)器8、毛細管9和蒸發(fā)器11依次串聯(lián)在干燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上，以形成第二級節(jié)流制冷；即干燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上并聯(lián)了第一級節(jié)流制冷和第一級節(jié)流制冷。
壓縮機1啟動后排出的高壓過熱蒸汽通過冷凝器2冷凝，分別經(jīng)毛細管5和毛細管6節(jié)流后進入第一級蒸發(fā)器7和蒸發(fā)器8制冷，然后經(jīng)過第二級蒸發(fā)器之間的毛細管9和毛細管10再次節(jié)流，進入蒸發(fā)器11和蒸發(fā)器12進行冷卻(溫度比第一級蒸發(fā)器要低)，最后返回壓縮機1。由于計算機內(nèi)不同的發(fā)熱元件的發(fā)熱量不同，所要求的冷卻溫度也不一樣，可以采用多級蒸發(fā)器多次節(jié)流達到多個不同的蒸發(fā)溫度，這樣可以適應(yīng)不同的冷卻要求。對于個人電腦可以只冷卻CPU芯片，采用單級蒸發(fā)器，也可以選擇制冷量比較小的壓縮機1；對個人電腦的CPU和圖象卡等其他發(fā)熱元件同時冷卻時就可以采用簡單的串聯(lián)或者并聯(lián)，主要是根據(jù)計算機主箱內(nèi)的空間以及個人的愛好選擇，相應(yīng)選擇制冷量較大的壓縮機1；如果所要冷卻的發(fā)熱元件比較多時就可以采用混合串并聯(lián)；對于同時對計算機群甚至大型計算機的發(fā)熱元件進行冷卻對壓縮機的制冷量要求就更大，而且蒸發(fā)器連接的方式就可以更靈活。
最后一級蒸發(fā)器出口裝有分液筒13，以防止制冷劑液體進入壓縮機1的氣缸。冷凝器2出口安裝有干燥過濾器4，對進入各個蒸發(fā)器的制冷劑進行干燥過濾避免結(jié)冰堵塞各個毛細管和對蒸發(fā)器管壁金屬造成腐蝕。
圖3為本發(fā)明用于計算機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3所示制冷器箱體16的外表面主視圖；圖5為圖3所示制冷器箱體16的外表面?zhèn)纫晥D；圖6和圖7是本發(fā)明提供的另外兩個實施例，圖8給出了蒸發(fā)器12與計算機CPU21扣壓連接的剖面圖，其余各級蒸發(fā)器和發(fā)熱部件的連接方式類似；圖9給出了控制器19的電路示意圖，圖中控制器19的電源插座和計算機主機電源連接，控制器19再和安裝在蒸發(fā)器上的感溫元件相連，同時控制連接在控制器19的冷卻風(fēng)扇3上和壓縮機1的開關(guān)以及蜂鳴器的報警。
由圖可知，本發(fā)明的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其中的壓縮機1可根據(jù)計算機所需選擇不同的制冷量，既可對個人電腦進行冷卻，也可以對大型計算機進行冷卻降溫，即使同一計算機也可以根據(jù)新增加的零部件再添加一蒸發(fā)器對其進行冷卻，適合計算機不斷升級的要求。同時盡可能選擇目前市面上已有的制冷機制造方案，以降低生產(chǎn)成本。制冷的方式可以采用蒸汽壓縮、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、壓縮氣體制冷、氣體渦流制冷、斯特林制冷、維勒米爾(VM)制冷、GM制冷等多種制冷方式。本發(fā)明推薦優(yōu)先采用蒸汽壓縮制冷，因為它是目前最經(jīng)濟而且應(yīng)用最廣泛的制冷方法，制冷系數(shù)比較大而能耗低。整個制冷系統(tǒng)中的制冷劑選用無毒無污染且不可燃的工質(zhì)，如HFC-123、HFC-22、HFC-152、HFC134a或其它混合工質(zhì)等。為簡明起見，如下僅以含有蒸汽壓縮制冷的冷卻個人電腦制冷系統(tǒng)為例說明說明本裝置的加工步驟，其余的如大型計算機散熱裝置與此類同，只需保證制冷需求選擇合適的壓縮機并配置合適的蒸發(fā)器形狀、大小即可，這些在此不一而足。帶有蒸汽壓縮制冷的個人電腦制冷系統(tǒng)加工步驟為(參見圖3)(a)根據(jù)計算機的發(fā)熱功率選用合適的制冷量，并計算各個發(fā)熱部件的發(fā)熱量。由制冷量選擇壓縮機1，壓縮機1可以采用蒸汽壓縮、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、壓縮氣體制冷、氣體渦流制冷、斯特林制冷、維勒米爾(VM)制冷、GM制冷等多種制冷方式所配備的機型。為了減少噪音可以選用沒有轉(zhuǎn)動部件的壓縮機，綜合考慮噪音和能耗等因素推薦優(yōu)先采用蒸汽壓縮制冷，之所以采用蒸汽壓縮制冷是因為它是目前最經(jīng)濟且應(yīng)用最廣泛的制冷方法，制冷系數(shù)比較大能耗小，市面上已經(jīng)有合適的蒸汽壓縮機，可供購買。
(b)選用直徑為1-20mm的銅管、無縫鋼管或者鋁管等材料制成多級蒸發(fā)器7、8、11和12，每級蒸發(fā)器的形狀和大小根據(jù)需要冷卻的發(fā)熱器件例如CPU、圖形卡和顯卡等確定，通過扣壓等形式固定在相應(yīng)的元件上對其進行冷卻散熱。
(c)采用直徑為0.1-3.0mm，長度為0.6-6m細而長的紫銅管制成毛細管5、6、9和10，毛細管也可以從市面上購買現(xiàn)成的膨脹閥代替。
(d)選購合適的分液筒13和干燥過濾器4，其中分液筒13防止制冷劑液體進入壓縮機1的氣缸，干燥過濾器4對進入各個蒸發(fā)器的制冷劑進行干燥過濾，避免結(jié)冰堵塞各個毛細管和對蒸發(fā)器管壁金屬造成腐蝕。
(e)冷凝器2可以制成肋管盤繞在制冷器箱體16的一側(cè)通過冷卻風(fēng)扇3進行散熱，肋管采用直徑為1-20mm的銅管鋁片，也可以采用鋼管鋼片或者鋼管銅片，肋片可采用連續(xù)整片，制成肋片組，也可以采用螺旋繞片，肋片的間距為1-5mm，其中冷卻風(fēng)扇3可以選用例如120mm×120mm，100mm×120mm等系列比較大的風(fēng)扇，通過增加葉片尺寸從而降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，降低噪音。這種冷卻方式結(jié)構(gòu)比較緊湊，冷卻風(fēng)扇3在對冷凝器2進行冷卻的同時也有利于壓縮機1的降溫和計算機機箱20內(nèi)的空氣流動。另外冷凝器2還可以直接利用銅管、鋼管或者鋁管等緊貼著計算機主箱20壁面盤繞，這樣可大大增加散熱面積，可以不用冷卻風(fēng)扇3(如圖6所示)。這種方式減少了噪音的來源，同時在計算機機箱20內(nèi)形成一個相對比較封閉的空間有利于減少機箱內(nèi)的灰塵，但是它需要用戶改造計算機主箱20的外殼，同時計算機長時間工作時計算機主箱20的外殼溫度可能略高于室溫。不過可在冷凝器2和計算機主箱20考慮采用一定的低熱導(dǎo)率材料連接，以免因其發(fā)熱而造成箱體溫度過高。
(f)控制電路19是一塊帶有已經(jīng)編好程序的芯片的電路板，可以通過接口與計算機連接，從顯示屏監(jiān)視壓縮機1和冷卻風(fēng)扇3的運行情況，以及各個蒸發(fā)器端的溫度參數(shù)，并且可以通過計算機顯示器輸入?yún)?shù)對制冷系統(tǒng)的運行狀況進行調(diào)節(jié)。在蒸發(fā)器端不能滿足發(fā)熱元件的散熱要求時及時通過計算機的蜂鳴器和屏幕給出警告提示。
(g)把壓縮機1，冷凝器2，冷卻風(fēng)扇3，干燥過濾器4，毛細管5，毛細管6，分液筒13，控制電路19等元件集成到制冷器箱體16中，可以通過門15進行檢修和調(diào)整，壓縮機出口連接口17和壓縮機進口連接口18用于連接不同的蒸發(fā)器端，制冷器箱體16由不銹鋼或者鋁板等材料制成的5mm×5mm×5mm~50mm×50mm×50mm。同時也可以根據(jù)不同計算機主箱20中零部件的分布將這些部分靈活安裝在計算機主箱20中不同的位置，甚至是不要制冷器箱體16，直接將制冷循環(huán)的各個部件安裝在計算機主箱20中不同的位置(如圖7所示)。
(h)將制作好的多級蒸發(fā)器7、8、11和12緊扣壓例如CPU、圖形卡和顯卡等發(fā)熱元件上(如圖8所示)。多級蒸發(fā)器可以根據(jù)需要擴充，這樣很適應(yīng)現(xiàn)代計算機的兼容性和擴充性，不至于出現(xiàn)新加了一個元件就無法對其進行冷卻的現(xiàn)象。同時多級蒸發(fā)器也不局限于簡單的串聯(lián)或者并聯(lián)連接，可以根據(jù)需要方便的進行混合連接。不同級的蒸發(fā)器之間的接頭包括其他部件的接頭可以用螺紋連接也可以直接焊接還可以為方便實用采用塑料軟管連接。
(i)將壓縮機1和冷卻風(fēng)扇3的電源連接到計算機主機，讓他們同時受控制電路19控制。
(j)采用直徑為1-20mm的銅管、無縫鋼管或者鋁管等材料連接好各個部件，各個接頭處可以焊接也可以是利用螺紋連接，為了方便安裝也可以利用塑料軟管作為接頭。
(k)檢查完畢，充灌無毒無污染且不可燃制冷劑，例如HFC-123、HFC-22、HFC-152、HFC134a或其它混合工質(zhì)等，最后封裝好整個系統(tǒng)的管道即可。
本發(fā)明提供的計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)與普通家用冰箱的區(qū)別在于減少例如冷藏室和冷凍室等冷卻空間，將多級蒸發(fā)器分散在各個需要降溫冷卻零部件上，其余部件集成到一個小空間里，很類似直接利用制冷工質(zhì)作為循環(huán)介質(zhì)的中央空調(diào)系統(tǒng)。減少了例如冷藏室和冷凍室等冷卻空間，同時充分利用計算機主箱20的剩余空間，可以將整個制冷系統(tǒng)做到微型化。
本發(fā)明提供的裝置可以在個人電腦和大型計算機等上得到應(yīng)用。目前，利用風(fēng)冷、水冷和相變換熱等方法應(yīng)用在CPU上冷卻散熱的專利已經(jīng)問世，利用蒸汽壓縮制冷制成的集成化微型制冷機應(yīng)用在CPU上還未見報道，利用它同時對計算機內(nèi)多個發(fā)熱部件進行降溫冷卻的更為少見。但就目前的技術(shù)利用蒸汽壓縮制冷可以很容易將它安裝在計算機主箱內(nèi)，根據(jù)各個發(fā)熱部件的熱量調(diào)節(jié)多個蒸發(fā)器的制冷量，達到同時降溫冷卻的目的。本發(fā)明利用的正是這個機理即利用蒸汽壓縮制冷冷卻降溫，提出一個全新的冷卻計算機發(fā)熱部件的裝置。
本發(fā)明具有很多優(yōu)點，其由機械制冷同時對計算機多個發(fā)熱部件進行主動降溫冷卻，其可根據(jù)計算機散熱需求選擇不同的制冷量，既可以對家用個人電腦進行冷卻，也可以給大型計算機進行冷卻降溫，即使同一計算機也可以根據(jù)新增加的零部件再添加一蒸發(fā)器對其進行冷卻，適合計算機不斷升級的要求，整個系統(tǒng)小型化、低能耗、降溫大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高而操作十分簡單。正是由于這些綜合因素，使得本發(fā)明提供的方法和裝置簡單易行，相比以往利用風(fēng)冷、水冷和相變換熱冷卻計算機發(fā)熱部件的方案有很大的優(yōu)勢，可望成為新一代通用型計算機芯片散熱裝置。
為了便于安裝到計算機機箱上，壓縮機1，冷凝器2，冷卻風(fēng)扇3，干燥過濾器4，毛細管5，毛細管6，分液筒13，控制電路19等可以集成到制冷器箱體16中，通過門15進行檢修和調(diào)整，壓縮機出口連接口17和壓縮機進口連接口18用于連接不同的蒸發(fā)器端。同時也可以根據(jù)不同計算機主箱20中零部件的分布將這些部分靈活安裝在計算機主箱20中不同的位置，甚至是不要制冷器箱體16，直接將制冷循環(huán)的各個部件安裝在計算機主箱20中不同的位置。但連接管道可根據(jù)需要外敷一定的絕熱套管。
多級蒸發(fā)器7、8、11和12可以根據(jù)需要冷卻的發(fā)熱器件例如CPU、圖形卡和顯卡等的形狀設(shè)計成不同的形狀和大小，在滿足各個發(fā)熱元件所需制冷量的同時又方便地緊扣壓在相應(yīng)的元件上。多級蒸發(fā)器可以根據(jù)需要擴充，這樣能適應(yīng)現(xiàn)代計算機的兼容性和擴充性，不至于出現(xiàn)新加了一個元件就無法對其進行冷卻的現(xiàn)象。同時多級蒸發(fā)器也不局限于簡單的串聯(lián)或者并聯(lián)連接，可以根據(jù)方便進行多種混合連接。不同級蒸發(fā)器之間的接頭包括其他部件的接頭可以用螺紋連接也可以直接焊接，還可以考慮到方便實用性采用塑料軟管連接。
冷凝器2可以制成肋管盤繞在制冷器箱體16的一側(cè)通過冷卻風(fēng)扇3進行散熱，肋管采用銅管鋁片也可以采用鋼管鋼片或者鋼管銅片，肋片可以采用連續(xù)整片，制成肋片組，也可以采用螺旋繞片，肋片的間距為1~5mm，其中冷卻風(fēng)扇3可以選用尺寸如120mm×120mm，100mm×120mm等系列大風(fēng)扇，通過增加葉片尺寸來減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，降低噪音。這種冷卻方式結(jié)構(gòu)比較緊湊，冷卻風(fēng)扇3在對冷凝器2進行冷卻的同時也有利于壓縮機1的降溫和計算機機箱20內(nèi)的空氣流動，但是同時這樣也會帶來增加噪音的弊病。另外冷凝器2也可以直接利用銅管、鋼管或者鋁管等緊貼著計算機主箱20壁面盤繞，這樣顯著增加了散熱面積，可以不用冷卻風(fēng)扇3。這種方式可減少噪音來源，同時在計算機機箱20內(nèi)形成一個相對比較封閉的空間有利于減少機箱內(nèi)的灰塵，但是它需要用戶改造計算機主箱20的外殼，同時計算機長時間工作時計算機主箱20的外殼溫度可能略高于室溫。不過本發(fā)明提供的微型制冷系統(tǒng)與計算機機箱之間可考慮采用一定的低熱導(dǎo)率材料連接，以免因其發(fā)熱而造成箱體溫度過高。
制冷系統(tǒng)中壓縮機1和冷卻風(fēng)扇3均由計算機主機電源供電，同時受控制電路19控制，其中控制電路19可以通過接口與計算機連接，從顯示屏可監(jiān)視壓縮機1和冷卻風(fēng)扇3的運行情況，以及各個蒸發(fā)器端的溫度參數(shù)，并且可以通過計算機顯示器輸入?yún)?shù)對制冷系統(tǒng)的運行狀況進行調(diào)節(jié)。在蒸發(fā)器端不能滿足發(fā)熱元件的散熱要求時及時通過計算機的蜂鳴器和屏幕給出警告提示，并在必要時切斷計算機主機電源。控制電路19可以根據(jù)需要進行擴充。
就目前現(xiàn)有的技術(shù)，整個裝置都可以做的比較小并放置在個人電腦的計算機主箱20中。市面上已有的計算機主箱20形狀差異特別大，可以根據(jù)計算機主箱20可以利用的空間決定制冷器箱體16的大小及形狀，同時靈活的布置各部件的位置。另一方面，該制冷系統(tǒng)也不僅僅局限于個人電腦，完全可以應(yīng)用到大型計算機中去，類似于給一個大型建筑配備一套中央空調(diào)系統(tǒng)。甚至于多個微型制冷機同時工作，也可以通過一個大尺寸制冷機提供大冷量。
本發(fā)明裝置的使用過程及注意事項如下①按照上述實例說明安裝好計算機制冷系統(tǒng)后，檢查有無錯誤或遺漏；②檢查完畢打開計算機，通過控制電路19在顯示器上觀察各個閥門、壓力表、溫度傳感器以及其他儀表參數(shù)是否正常；③確認正常后啟動壓縮機，觀察運行參數(shù)是否正常，如果正確無誤后，系統(tǒng)即可進入正常運行，如果發(fā)現(xiàn)有部分發(fā)熱部件達不到要求的冷卻溫度或者其他問題，及時調(diào)整運行參數(shù)或做其他的修理。
④關(guān)閉計算機的同時，可對制冷系統(tǒng)的電源實施關(guān)閉。
⑤由于制冷劑經(jīng)常在490~686kPa壓力范圍內(nèi)，因此，管路中的接頭均不得隨便打開，以免制冷劑泄漏和引起其他事故。
⑥采用冷卻風(fēng)扇3冷卻冷凝器2的系統(tǒng)每隔一段時間(3個月左右)要清除冷凝器肋管上的塵埃。
⑦修理計算機零部件的時候應(yīng)仔細，注意不要損壞制冷系統(tǒng)的連接管道，防止制冷劑泄漏。
⑧對制冷系統(tǒng)本身進行檢修的時候，注意不要啟動計算機，以免燒壞計算機中的發(fā)熱部件。
權(quán)利要求
1.一種用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，包括壓縮機(1)，冷凝器(2)，干燥過濾器(4)，毛細管及蒸發(fā)器，分液筒(13)、控制電路(19)；壓縮機(1)與冷凝器(2)相連通，冷凝器(2)通過干燥過濾器(4)與毛細管及蒸發(fā)器相連通，蒸發(fā)器通過分液筒(13)與壓縮機(1)相連通以形成蒸汽壓縮制冷回路、吸收式制冷回路、蒸汽噴射式制冷回路、壓縮氣體制冷回路、氣體渦流制冷回路、斯特林制冷回路、維勒米爾制冷回路或GM制冷回路；一冷卻風(fēng)扇(3)安裝在冷凝器(2)附近，一電源分別與壓縮機(1)和冷卻風(fēng)扇(3)相連。
2.按權(quán)利要求1所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于所述的蒸發(fā)器為并聯(lián)/串聯(lián)或串并聯(lián)混合地連接在干燥過濾器(4)與分液筒(13)之間連接管道上的單級或多級蒸發(fā)器，毛細管連接在每一蒸發(fā)器的前置連接管道上。
3.按權(quán)利要求1所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于所述的壓縮機(1)為提供10-2000W制冷量的壓縮機，其輸入功率為10-400W。
4.按權(quán)利要求3所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于所述制冷回路中使用的制冷劑為無毒無污染且不可燃的HFC-123、HFC-22、HFC-152及HFC134a工質(zhì)中的一種或兩種或多種工質(zhì)的混合流體工質(zhì)。
5.按權(quán)利要求1所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于壓縮機(1)，冷凝器(2)，干燥過濾器(4)，毛細管及蒸發(fā)器，分液筒(13)、電源和冷卻風(fēng)扇(3)全部或部分地集裝在一不銹鋼或者鋁板材料制成的制冷器箱體(16)中，制冷器箱體(16)設(shè)有開門(15)，壓縮機出口連接口(17)和壓縮機進口連接口(18)穿過制冷器箱體(16)的側(cè)壁分別與冷凝器和蒸發(fā)器相連，所述制冷器箱體(16)的尺寸范圍為5mm×5mm×5mm-500mm×500mm×500mm。
6.按權(quán)利要求1所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于所述的電源為計算機主機電源，一與計算機主機電源相連的控制器(19)分別連接冷卻風(fēng)扇(3)和壓縮機(1)，安裝在蒸發(fā)器上的感溫元件與控制器(19)相連。
7.按權(quán)利要求6所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于所述的計算機的蜂鳴器與控制器(19)相連。
8.按權(quán)利要求1所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于冷凝器(2)的肋管盤繞在制冷器箱體(16)內(nèi)的一側(cè)，其肋管直徑為1-20mm的銅管、鋁管或鋼管，冷凝器(2)的肋片為銅、鋁或鋼制作的連續(xù)整片或螺旋繞片，肋片的間距為0.1-5mm。
9.按權(quán)利要求1或2所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于所述蒸發(fā)器為直徑為1-20mm的銅管、無縫鋼管或者鋁管材料制成的蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器扣壓在待散熱的元件上。
10.按權(quán)利要求1或2所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于所述毛細管為直徑為0.1-3.0mm，長度為0.6-6m的紫銅管，或為膨脹閥。
11.按權(quán)利要求1所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于連接管道為直徑為1-20mm的銅管、無縫鋼管或者鋁管。
12.按權(quán)利要求16所述的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)，其特征在于所述連接管道上包敷有泡沫類絕熱材料制作的保溫層。
全文摘要
本發(fā)明的用于計算機芯片散熱的微型制冷系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)為壓縮機與冷凝器相連，冷凝器通過干燥過濾器與毛細管及蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器通過分液筒與壓縮機相連通以形成制冷回路；蒸發(fā)器為并聯(lián)/串聯(lián)或串并聯(lián)混合地連接在干燥過濾器與分液筒之間連接管道上的單級或多級蒸發(fā)器，毛細管連接在每一蒸發(fā)器的前置連接管道上；壓縮機為蒸汽壓縮制冷機、吸收式制冷機、蒸汽噴射式制冷機、壓縮氣體制冷機、氣體渦流制冷機或斯特林制冷機、維勒米爾制冷或GM制冷機等，制冷量為10－2000W，輸入功率為10－400W，基于機械制冷并同時對計算機內(nèi)多個發(fā)熱部件進行主動降溫冷卻，適合計算機不斷升級的要求，整個系統(tǒng)小型化、低能耗、降溫大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高而操作簡單。
文檔編號H01L23/44GK1567580SQ0313756
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者劉靜, 呂永鋼 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所