以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置及方法
2023-06-11 12:49:41 3
專利名稱：以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置及方法
技術領域：
本發明是關於一種對象之冷卻技術，特別是關於一種以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置及方法。
背景技術：
在計算機設備、量測儀器、通訊裝置、控制裝置等各種電子設備中，由於電子組件在操作時均會消耗電功率，故都會產生相當的熱能。為了要使該電子設備之各項電子組件正常操作，必需確保該電子組件在預設的操作溫度範圍之內操作。因此，散熱功能乃是在設計電子設備極為重要的課題。
在早期的電子設備中，一般是使用空氣冷卻之方式來將電子組件所產生之熱能以較佳的氣流或導流設備予以排出，但此種技術只能符合最基本的電子組件散熱需求。為了要提供較佳之散熱功能，在較後期的電子設備中，業界已普遍採用散熱鰭板等導熱體搭配風扇裝置來達到電子組件(例如計算機系統中之中央處理單元)之散熱需求。
目前中央處理單元及其它電子組件的速度已經提升很多，不論傳統利用空氣或導熱體再加上風扇裝置散熱的設計都已經無法有效的控制溫度。目前，為了符合該需求，都只能一味地增大導熱裝置、購置導熱效果較好的價格昂貴的導熱體、或是搭配更大風量的風扇裝置來應付此一需求，如此使得整個散熱構件佔據了電子設備的大部份的內部空間。故現有業界所使用之電子組件的散熱技術，一直無法超脫舊有散熱或冷卻的思想框架中。
此種已知技術，實在已經無法趕上快速發展的電子組件對散熱的需求。因此，鑑於傳統技術之缺失及日後實際之需求，實在有必要設計出新的電子組件散熱或冷卻方法及控制裝置。
發明內容
本發明之主要目的是提供一種以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，通過冷卻機構之安排及控制電路之控制，將冷卻劑噴出至需要散熱對象上或導熱構件上，利用冷卻劑蒸發吸熱原理，使該需要散熱對象得到有效的冷卻。
本發明之另一目的是提供一種以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制方法，其通過偵測該對象之實際溫度，以控制是否執行冷卻功能，當需要進行對象之冷卻時，以冷卻劑噴出至需要散熱對象上或導熱構件上，利用冷卻劑蒸發吸熱原理，使該需要散熱對象得到有效的冷卻。
本發明為解決已知技術之問題，所採用之技術手段是將一冷卻座設置在該需要散熱對象上，一冷卻劑噴頭對準配置於該冷卻座之一冷卻劑噴口，而一貯存有適量冷卻劑之冷卻劑貯槽則可供應冷卻劑至該冷卻劑噴頭。當該溫度傳感器感測出該需要散熱對象之溫度超過一預定上限溫度值時，即驅動該冷卻劑噴頭，將適量之冷卻劑經由冷卻座之冷卻劑噴口噴入該冷卻座，以使該需要散熱對象得以散熱。較佳地，該控制裝置包括有一冷卻劑偵測器，用以偵測該冷卻劑之異常或不足狀況，其亦可包括有一冷卻劑異常或不足警示單元，以在偵測到冷卻劑異常或不足時，能適時產生警示訊號，其亦可包括有一冷卻劑剩餘量顯示單元，用以顯示冷卻劑剩餘量。
當本發明之技術應用在一筆記型計算機時，該控制裝置可為該筆記型計算機之鍵盤控制裝置(Keyboard Controller)，通過該鍵盤控制裝置之韌體功能來達到冷卻控制之功能。
本發明之另一技術方案，其是在一需要散熱對象上配置一開放式之散熱鰭板，在執行冷卻的功能時，該微控器依據溫度感應器所測得的實際溫度，在符合一定溫度和條件下，可控制冷卻劑噴頭之動作，以使冷卻劑噴口噴灑一定量冷卻劑到該散熱鰭板上，以使該需要散熱對象達到降低溫度之目的。
經由本發明所採用之技術手段，可以使得需要散熱對象在需要冷卻時，通過自動感測及自動控制之方式適時產生冷卻功能。而通過冷卻劑蒸發吸熱原理，使該需要散熱對象得到最有效的冷卻。通過本發明的冷卻技術，使得需要散熱對象不再需要配置大體積的散熱機構。再者，本發明通過自動冷卻之控制方法，使溫度的檢測及冷卻功能之控制更易受到精確的控制。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明
圖1是本發明第一實施例相關構件配置之立體圖；圖2是本發明之控制裝置之連接示意圖；圖3是本發明第二實施例相關構件配置之立體圖；圖4是本發明之控制流程圖。
具體實施例方式
參閱圖1所示，為本發明第一實施例之控制架構立體圖，其是在一需要散熱對象1上配置有一冷卻座2，冷卻座2上之適當位置處可配置一冷卻劑噴口21、風扇裝置22、以及一出風槽口23。在該冷卻座2之內部空間配置有多個散熱鰭板24。而在對準於該冷卻座2之冷卻劑噴口21位置處，則設置有一冷卻劑噴頭3，該冷卻劑噴頭3可經由一導管31連通於一冷卻劑貯槽4，各相關構件經由信號線連接至一控制裝置5。
在實際應用時，本發明之技術可應用在一計算機系統中作為中央處理單元或電子組件之散熱之用。此應用中，該需要散熱對象1是固定在一電路基板10上。當然本發明之技術亦可應用於其它需要散熱的對象。當本發明之技術應用在一筆記型計算機時，該控制裝置5可為該筆記型計算機的鍵盤控制裝置(Keyboard Controller)，通過該鍵盤控制裝置之韌體功能來達到冷卻控制之功能。
圖2為本發明之控制裝置5與前述各構件間之電路連接示意圖。該控制裝置5包括有一微控器51、一溫度傳感器52、一模擬至數字轉換器53、一驅動電路54、一冷卻劑異常偵測器55、一冷卻劑異常或不足警示單元56、以及一冷卻劑剩餘量顯示單元57。
該溫度傳感器52可用來感測需要散熱對象1在操作時之實際溫度，並將所檢測到之溫度信號S1經由模擬至數字轉換器53轉換成數字型態之溫度信號送至微控器51中。
冷卻劑異常偵測器55可用來感測冷卻劑貯槽4中之冷卻劑異常或不足之狀況，並產生一冷卻劑異常或不足信號S2至微控器51中。當該冷卻劑異常偵測器55感測出冷卻劑貯槽4中之冷卻劑異常或不足時，可由該冷卻劑異常或不足警示單元56產生警示，亦可由冷卻劑剩餘量顯示單元57將所感測出之冷卻劑剩餘量予以顯示出。微控器51依據該溫度信號S1及冷卻劑異常或不足信號S2之狀況，可作為控制是否執行冷卻的功能之依據。
該冷卻座2與需要散熱對象1之間可包括有一導熱構件11，以使該需要散熱對象1所散出之熱能可以快速由該導熱構件11所傳導。例如該導熱構件11可為一導熱板。
冷卻劑噴口21的位置需配合風扇裝置22的性能(例如風扇轉速)和需冷卻的位置，必要時，可將冷卻劑噴口21的位置改在需要散熱對象1上的側面或其它適合位置。當然也可以配合可調整噴出量的冷卻劑噴口結構，以控制冷卻劑噴出量，達到控溫的效果。
該冷卻劑貯槽4可為一可重複填充冷卻劑之貯槽，以使該冷卻劑貯槽4中貯存之冷卻劑用完時，可通過簡易之填充口重複補充冷卻劑。該冷卻劑貯槽4中除了貯存冷卻劑之外，亦可添加有其它成份之劑料，例如芳香劑。
在執行冷卻的功能時，該微控器51經由驅動電路54產生一噴頭驅動信號S3以驅動冷卻劑噴頭3動作。如果冷卻劑貯槽4中之冷卻劑狀況一切均正常的話，當該溫度傳感器52感測出該需要散熱對象1之溫度超過一預定上限值(例如攝氏70度)時，即送出噴頭驅動信號S3至該冷卻劑噴頭3，以使該冷卻劑噴頭3將冷卻劑貯槽4中之適量冷卻劑經由冷卻座2之冷卻劑噴口21噴入該冷卻座2內部之散熱鰭板24上，利用冷卻液蒸發時所產生之吸熱效應，將散熱鰭板24之熱量予以吸走，而可以使該需要散熱對象1得以達到高效能之散熱。
冷卻劑成分之選用以吸熱越強越好，但必須為易蒸發無危險性的冷卻劑，目前已達實用化的冷卻劑之主要成份為乙醇酒精和水之融合液。且，由冷卻劑噴頭3所噴灑出的冷卻劑最好是呈現接近霧狀，以使該冷卻劑得以均勻地噴灑在散熱鰭板24上，可增加冷卻的效果。
根據物理實驗結果，每一克的水在55℃蒸發時，它吸收2.36千焦的熱量，而蒸發一克的乙醇酒精會吸收0.85千焦，其它液體蒸發所吸收的熱量也都有實驗數據可查。在實際應用時可依據不同之需求而選擇適合之冷卻劑。
因此，本發明之控制裝置5可根據溫度感應器52所測得的實際溫度，在符合一定溫度和條件下，可控制/啟動冷卻劑噴頭3之動作，以使冷卻劑噴口21噴灑一定量冷卻劑到冷卻座2內部之散熱鰭板24上，而噴灑出之冷卻劑在吸熱蒸發後則會通過風扇裝置22所產生之氣流經由出風槽口23吹/帶出，以使該需要散熱對象1達到降低溫度之目的。
參閱圖3所示，其是本發明第二實施例之控制架構立體圖，其大部份的構件與圖1所示之第一實施例相同，故相同的構件乃標示相同之參照編號，而其差異是在於該需要散熱對象1上配置了一開放式之散熱鰭板6，而在該散熱鰭板6之四個側邊周緣形成冷卻劑溢流防止結構61，例如其可為一短垣或是溝槽，以在冷卻劑之噴灑過程中防止過多的冷卻劑溢流。
類似於前述之第一實施例，在執行冷卻的功能時，該微控器51依據溫度感應器52所測得的實際溫度，在符合一定溫度和條件下，可控制/啟動冷卻劑噴頭3之動作，以使冷卻劑噴口21噴灑一定量冷卻劑到該散熱鰭板6上，而噴灑出之冷卻劑會吸收該散熱鰭板6之熱能，以使該需要散熱對象1達到降低溫度之目的。
基於前述之本發明相關構件之配置以及電路連接架構，本發明在執行需要散熱對象之冷卻功能時之流程圖是如圖4所示，同時配合圖1、圖2、圖3對本發明之控制流程作一說明如下首先，該流程可以在開始時在步驟101中檢測冷卻劑是否有不足或異常之狀況。如果冷卻劑貯槽4中之冷卻劑狀況異常或不足，則在步驟102中由冷卻劑異常或不足警示單元56發出警示。
如果冷卻劑貯槽4中之冷卻劑狀況一切皆正常的話，可進一步在步驟103中，以冷卻劑剩餘量顯示單元57將該冷卻劑之剩餘量予以顯示。然後，在步驟104中，先由溫度傳感器52感測需要散熱對象1之實際溫度T。如果在步驟105中計算出需要散熱對象1之實際溫度T未大於預設上限溫度值Tmax時，則流程回到步驟101，重複執行前述冷卻劑是否有不足或異常之檢測、以及溫度感測之步驟。
步驟105中，若感測出需要散熱對象1之實際溫度T已大於預設上限溫度值Tmax時，則在步驟106中由控制裝置5中之微控器51經由驅動電路54送出驅動信號S3至冷卻劑噴頭3，以使該冷卻劑噴頭3將適量之冷卻劑噴灑出。在圖1所示之第一實施例架構中，該冷卻劑噴頭3所噴灑出之冷卻劑會經由冷卻座2之冷卻劑噴口21噴入該冷卻座2內部之散熱鰭板24上，再配合風扇裝置22所產生之氣流由出風槽口23排出，而使該需要散熱對象1達到降低溫度之目的。而在圖4所示之第二實施例架構中，該冷卻劑噴頭3所噴灑出之冷卻劑會直接噴灑在散熱鰭板6上，而使該需要散熱對象1達到降低溫度之目的。
在該冷卻劑噴口21噴出預設劑量之冷卻劑之後，該控制裝置會再檢測該需要散熱對象1之實際溫度T，並比較該實際溫度T與預設上限溫度值Tmax(步驟107)。如果該實際溫度T已小於預設上限溫度值Tmax時，則即完成冷卻之控制。而當實際溫度T仍未小於預設上限溫度值Tmax時，則其控制流程會回到步驟101前，重複執行前述冷卻劑是否有不足或異常之檢測、以及溫度感測、噴灑冷卻劑之步驟，直到該需要散熱對象1之實際溫度處於預設溫度以下。
由以上之實施例說明可知，本發明確具高度的產業利用價值。但以上之實施例說明，僅為本發明之較佳實施例說明，凡精於此項技術者當可依據本發明之上述實施例說明而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本發明實施例所作的種種改良及變化，當仍屬於本發明之發明精神及權利保護範圍內。
權利要求
1.一種以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於包括有一冷卻座，設置在該需要散熱對象上，該冷卻座上開設有至少一冷卻劑噴口；一冷卻劑噴頭，其對準配置於該冷卻座之冷卻劑噴口；一冷卻劑貯槽，用以貯存適量之冷卻劑，用以供應冷卻劑至該冷卻劑噴頭；一控制裝置，經由一溫度傳感器可感測出該需要散熱對象之實際溫度，以控制該冷卻劑噴頭之噴灑動作；當該溫度傳感器感測出該需要散熱對象之實際溫度超過一預定上限溫度值時，控制裝置即送出一驅動信號至該冷卻劑噴頭，驅使該冷卻劑噴頭將適量之冷卻劑經由冷卻座之冷卻劑噴口噴入該冷卻座內部，以使該需要散熱對象得以散熱。
2.如權利要求1所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該控制裝置包括有一微控器；一模擬至數字轉換電路，連接於該微控器與溫度傳感器之間，用以將該溫度傳感器所感測出該需要散熱對象之溫度信號予以轉換成數位訊號，並送至該微控器；一驅動電路，連接於該微控器與冷卻劑噴頭之間，用以產生驅動信號以驅動該冷卻劑噴頭將冷卻劑噴出。
3.如權利要求2所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該控制裝置還包括有一冷卻劑偵測器，用以偵測該冷卻劑之異常或不足狀況。
4.如權利要求3所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該控制裝置還包括有一冷卻劑異常警示單元。
5.如權利要求3或4所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該控制裝置還包括有一冷卻劑剩餘量顯示單元。
6.如權利要求1或2或3或4所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該需要散熱對象為一計算機系統之中央處理單元。
7.如權利要求1或2或3或4所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該冷卻座上還配置有一風扇裝置以及一出風槽口。
8.如權利要求1或2或3或4所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該冷卻座內部還配置有多個散熱鰭板。
9.如權利要求1或2或3或4所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該冷卻座與需要散熱對象之間還包括有一導熱構件。
10.如權利要求9所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該導熱構件為一導熱板。
11.如權利要求1或2或3或4所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該冷卻劑貯槽為一可重複填充冷卻劑之貯槽。
12.如權利要求1或2或3或4所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該冷卻劑貯槽中所貯存之冷卻劑是含有乙醇酒精和水之融合液。
13.如權利要求1或2或3或4所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該冷卻劑貯槽中除了貯存冷卻劑之外，亦添加有芳香劑。
14.一種以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於包括有一散熱鰭板，設置在該需要散熱對象上；一冷卻劑噴頭，配置於該散熱鰭板上方；一冷卻劑貯槽，用以貯存適量之冷卻劑，用以供應冷卻劑至該冷卻劑噴頭；一控制裝置，經由一溫度傳感器可感測出該需要散熱對象之實際溫度，以控制該冷卻劑噴頭之噴灑動作；當該溫度傳感器感測出該需要散熱對象之實際溫度超過一預定上限溫度值時，控制裝置即送出一驅動信號至該冷卻劑噴頭，驅使該冷卻劑噴頭將適量之冷卻劑噴灑在該散熱鰭板上，以使該需要散熱對象得以散熱。
15.如權利要求14所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該控制裝置包括有一微控器；一模擬至數字轉換電路，連接於該微控器與溫度傳感器之間，用以將該溫度傳感器所感測出該需要散熱對象之溫度信號予以轉換成數位訊號，並送至該微控器；一驅動電路，連接於該微控器與冷卻劑噴頭之間，用以產生驅動信號以驅動該冷卻劑噴頭將冷卻劑噴出。
16.如權利要求14或15所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該控制裝置還包括有一冷卻劑偵測器，用以偵測該冷卻劑之異常或不足狀況。
17.如權利要求16所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該控制裝置還包括有一冷卻劑異常警示單元。
18.如權利要求16所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該控制裝置還包括有一冷卻劑剩餘量顯示單元。
19.如權利要求14或15所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該需要散熱對象為一計算機系統之中央處理單元。
20.如權利要求14或15所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該冷卻劑貯槽中所貯存之冷卻劑是含有乙醇酒精和水之融合液。
21.如權利要求14或15所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該冷卻劑貯槽中除了貯存冷卻劑之外，還添加有芳香劑。
22.如權利要求14或15所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置，其特徵在於該散熱鰭板之側邊周緣還形成有一冷卻劑溢流防止結構，以在冷卻劑之噴灑過程中防止過多的冷卻劑溢流。
23.一種以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制方法，其特徵在於包括下列步驟(a)偵測需要散熱對象之實際溫度；(b)如果需要散熱對象之實際溫度大於一預設上限溫度值時，將適量之冷卻劑噴出至該需要散熱對象之散熱鰭板上，使該需要散熱對象得以散熱；(c)重複監測該需要散熱對象之實際溫度及執行冷卻劑之噴灑控制，以使該需要散熱對象之實際溫度低於一預設溫度以下。
24.如權利要求23所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制方法，其特徵在於在步驟(a)之前還包括有檢測冷卻劑是否異常之步驟，並在偵測出該冷卻劑狀況異常或不足時，產生一冷卻劑異常或不足之警示。
25.如權利要求23或24所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制方法，其特徵在於還包括將該檢測出之冷卻劑之剩餘量予以顯示之步驟。
26.如權利要求23或24所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制方法，其特徵在於還包括通過風扇裝置將吸熱蒸發後之冷卻劑吹出之步驟。
27.如權利要求23或24所述之以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制方法，其特徵在於該冷卻劑噴口所噴出之冷卻劑是呈霧狀。
全文摘要
一種以冷卻劑對需要散熱對象進行冷卻之控制裝置及方法，是為了對需要散熱對象進行高效能散熱。本發明所在該需要散熱對象上配置有一散熱鰭板或冷卻座，一貯存有適量冷卻劑之冷卻劑貯槽可供應冷卻劑至一冷卻劑噴頭。當一溫度傳感器感測出該需要散熱對象之溫度超過一預定上限溫度值時，即驅動該冷卻劑噴頭，將適量之冷卻劑噴灑在該散熱鰭板上或冷卻座內，以使該需要散熱對象得以散熱。該控制裝置還可包括有一冷卻劑偵測器，用以偵測該冷卻劑之異常或不足狀況。本發明之主要用途是作為電氣設備中電子組件之散熱之用。
文檔編號H01L23/34GK1649135SQ200310112270
公開日2005年8月3日 申請日期2004年1月21日 優先權日2004年1月21日
發明者李榮鍾 申請人:順德市順達電腦廠有限公司, 神基科技股份有限公司