用於計算機晶片散熱的微型製冷系統的製作方法
2023-07-21 04:10:36 2
專利名稱：用於計算機晶片散熱的微型製冷系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微型製冷系統，特別涉及一種基於機械製冷而對計算機多個晶片部位進行主動降溫的微型製冷系統。
背景技術：
近年來，由於微處理器計算能力的增強和價格的大幅降低，計算機應用已相當普遍。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內產生的高熱量迅速而有效地散走。一些計算機晶片製造商如英特爾、AMD等都不斷地在晶片中集成越來越多的電晶體。例如，在不比郵票大的空間內，Pentium 4晶片集成了4200萬個電晶體。如此高集成度難免會產生大量的熱量，許多時候相當於50瓦燈泡發熱量。溫度過高會損壞精細的組件，使數據丟失，因此，如何將熱量及時而有效地散發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，計算機內的元件和裝置，如CPU、圖形卡和類似元件，產生的熱量就越多，超過一定限度，將可能或導致錯誤運行甚至停止運行。
目前，為冷卻各類發熱元件或裝置，多半採用常規的冷卻裝置。以CPU為例，在CPU上安裝散熱片構件和冷卻風扇。通過冷卻風扇的運行使氣流流經散熱片四周，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後部的冷卻風扇。該風扇的運行將機箱內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，加強對一些小部件的散熱。隨之出現了一些對空氣冷卻的改進技術(張千山，專利電腦CPU散熱器，申請號01130819.2)，來進一步強化受迫空氣的流動換熱。但是這種採用受迫空氣對流來冷卻發熱器件的方案的散熱量有限，且冷卻效率與風扇速度成正比，因而會造成明顯噪音；而且一旦微器件發熱密度過高時，空氣冷卻將難以勝任。隨著計算機晶片集成度的飛速增長，所要求的換熱強度也越來越高，採用水冷(朱玉如，專利CPU晶片水冷散熱器，專利號99253842.4)或相變換熱(李穆炯等，專利用於冷卻計算機內裝置的系統，申請號99804075.4)的方式逐漸提到日程上來，相應產品也零星出現在市場上。採用相變傳熱與單相傳熱或導熱相比，所需工質少，熱傳輸量大，因而可減輕重量。在這類散熱方法中，最典型的莫過於熱管技術，它以相變(蒸發與凝結)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用已引起重視。但熱管制做工藝如芯體材料的製備、工質封裝、維護等相當複雜，這使其應用受到很大限制。據業界人士分析，水冷可能會成為一個主流。然而，水冷雖然效率較高，但在運行中由於蒸發等會導致器件老化、腐蝕，對水質及流動管道的要求較高，存在洩露，可靠性尚有待提高，據報導，目前採用水冷的晶片易於燒毀，原因在於水冷系統尚不可靠，一旦由於某些故障導致水流停止，則失去冷卻的晶片溫度將迅速攀升，直至燒毀。
在此基礎上，計算機行業內不斷有新的技術應用到CPU的冷卻上。美國桑迪亞國家實驗室和喬治亞理工學院聯合開發了一種旨在對雷達和可攜式野戰計算機進行冷卻的「智能熱導管」。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，這些溝槽用於運輸液態甲醇。當與晶片固定在一塊兒時，甲醇在毛細作用的驅動下流向溫度較高的區域，熱量會使甲醇汽化，從而帶走熱量。甲醇氣體能夠被引導到溫度較低的地方，也就是銅板的另側。由於溫度較低，甲醇會變回液體，重新開始另一個散熱過程。另據報導有一種半導體薄片冷卻器，它是由矽、鍺和碳材料合成製造的集成電路，利用電子來傳輸過熱部分的熱能並把熱量散發到周圍的環境中。這一技術的優勢在於它可以將熱量從晶片的發熱點上直接帶走。晶片發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熱點的溫度下降7或8度，甚至30到40度。惠普公司的研究人員也考慮採用一個全新的思路，即向晶片噴水，水分吸收熱量轉變為蒸汽，可以給晶片有效降溫。
現有的CPU冷卻技術，在一定程度上可以降低CPU的溫度，防止晶片過熱而死機等現象出現。目前的趨勢是液體冷卻方法的應用越來越重要，而空氣冷卻法似乎已經達到了極限。而且隨著計算機晶片集成度的飛速增長，所要求的換熱強度也越來越高，這些技術都將勢必不能滿足這一要求。新出現的一些技術有的在議定上能夠解決上述問題，但當CPU的速度提高到一定程度以後，將會帶來計算機零部件發熱量的大幅提高，目前還沒有能夠同時對這些零部件進行冷卻散熱的技術。也正因如此，本發明提供一種能夠同時對CPU晶片和其他發熱部件例如圖形卡、總電源和光碟機等部件進行冷卻的製冷系統。在計算機機箱內放置一個集成化的「微型冰箱」，類似家用冰箱將幾個蒸發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。利用機械製冷很容易實現這一目標，製冷的方式可以採用蒸汽壓縮、吸收式製冷、蒸汽噴射式製冷、壓縮氣體製冷、氣體渦流製冷、斯特林製冷、維勒米爾(VM)製冷、GM製冷等多種方式。在機械製冷中，蒸汽壓縮製冷是最經濟而且應用最廣泛的製冷方法(蘇慶瑞和李華春主編，製冷與空調，瀋陽遼寧科學技術出版社，1984)，因此可優先選用這一方式。對於一般個人計算機所有發熱功率也就在100W左右，利用蒸汽壓縮製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可以做到微型化。因此，基於蒸汽壓縮製冷而同時對幾個不同的發熱部件進行冷卻，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，可以根據計算機的不同配置選擇不同的製冷量，即使同一計算機也可以根據新增加的零部件再另行添加一蒸發器對其進行冷卻，從而適合計算機不斷升級的要求。對於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」，滿足大型計算的冷卻要求。
如前所述，目前利用風冷、水冷和相變等冷卻CPU晶片的技術已經問世，但是還沒有利用微型製冷系統特別是蒸汽壓縮製冷系統對CPU晶片進行主動降溫的方法出現，而可以同時對多個發熱部件進行冷卻的系統則至今更未見報導，所以本發明有望建立一種功能多樣化的具有同時冷卻多個發熱部件能力的製冷系統，其結構緊湊、使用方便，是一種經濟、簡單而可靠的製冷系統。可望成為一種在計算機晶片或高功率器件散熱方面適用很廣的裝置。
發明內容
本發明的目的是提供一種新型的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，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，其可根據散熱量的不同選擇不同的製冷量，即使同一計算機也可以根據新增加的零部件再另行添加一蒸發器對其進行冷卻，適合計算機不斷升級的要求。
本發明的技術方案如下本發明提供的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，包括壓縮機1，冷凝器2，乾燥過濾器4，毛細管及蒸發器，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通過乾燥過濾器4與毛細管及蒸發器相連通，蒸發器通過分液筒13與壓縮機1相連通以形成蒸汽壓縮製冷迴路、吸收式製冷迴路、蒸汽噴射式製冷迴路、壓縮氣體製冷迴路、氣體渦流製冷迴路、斯特林製冷迴路、維勒米爾製冷迴路或GM製冷迴路；一冷卻風扇3安裝在冷凝器2附近，一電源分別與壓縮機1和冷卻風扇3相連；所述的蒸發器為並聯/串聯或串並聯混合地連接在乾燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上的單級或多級蒸發器，毛細管連接在每一蒸發器的前置連接管道上；所述的壓縮機1為提供10-2000W製冷量的壓縮機，其輸入功率為10-400W；所述製冷迴路中使用的製冷劑為無毒無汙染且不可燃的HFC-123、HFC-22、HFC-152及HFC134a工質中的一種或兩種或多種工質的混合流體工質；壓縮機1，冷凝器2，乾燥過濾器4，毛細管及蒸發器，分液筒13、電源和冷卻風扇3全部或部分地集裝在一不鏽鋼或者鋁板材料製成的製冷器箱體16中，製冷器箱體16設有開門15，壓縮機出口連接口17和壓縮機進口連接口18穿過製冷器箱體16的側壁分別與冷凝器和蒸發器相連，所述製冷器箱體16的尺寸範圍為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分別連接冷卻風扇3和壓縮機1，安裝在蒸發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的肋管盤繞在製冷器箱體16內的一側，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、鋁或鋼製作的連續整片或螺旋繞片，肋片的間距為0.1-5mm；所述蒸發器為直徑為1-20mm的銅管、無縫鋼管或者鋁管材料製成的蒸發器，該蒸發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製作的保溫層。
本發明的計算機晶片散熱用的微型製冷系統，是將多級蒸發器分散在各個需要降溫冷卻零部件上，其餘部件則集成到一個小空間裡，直接利用製冷工質作為循環介質進行冷卻，充分利用到計算機主機箱20的剩餘空間，可以將整個製冷系統做到微型化，這種主動產冷以同時冷卻多個發熱部件是一個全新的概念。
綜上所述，本發明的計算機晶片散熱用的微型製冷系統，結構緊湊，具有很高的性價比。而現有的多採用風冷、水冷和相變等製冷系統，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，而本發明提出的利用機械製冷方式可根據需要產生冷量，克服了上述方法難以實現同時對多個發熱部件進行主動冷卻的缺陷，這也是本發明提出的關鍵之一。本發明的核心原理在於利用機械製冷冷卻和蒸發器連接的發熱部件，達到對其降溫的目的。本發明的裝置能夠更加有效是因為機械製冷可以把計算機發熱部件降到比較低的溫度，而且可以把不同級蒸發器進行串聯、並聯或者混合連在一起同時對多個發熱部件進行冷卻降溫。這套製冷系統可根據計算機的不同選擇不同的製冷量，即使同一計算機也可以根據新增加的零部件自己再加一蒸發器對其進行冷卻，適合計算機不斷升級的要求，整個系統小型化、低能耗、降溫大、結構緊湊、可靠性高而操作十分簡單。本發明提供的裝置的應用範圍也不僅僅局限於個人計算機，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製冷的製冷系統冷卻個人電腦為例闡述本發明的技術路線。此前，超微型製冷冰箱的概念尚未被提出，本發明有望在更多高功率散熱場合發揮重要作用。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統的製冷循環原理圖；圖3為本發明的製冷器箱體16結構示意圖；圖4為圖3所示製冷器箱體16的外表面主視圖；圖5為圖3所示製冷器箱體16的外表面側視圖；圖6為本發明的另一實施例的結構示意圖；圖7為本發明的第三實施例的結構示意圖；圖8為圖1所示的蒸發器與計算機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 冷卻風扇3乾燥過濾器4 毛細管5 毛細管6蒸發器7 蒸發器8 毛細管9毛細管10蒸發器11 蒸發器12分液筒13連接導管14門15製冷器箱體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
下面結合附圖和具體實施方案對本發明作進一步的詳細說明。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統的製冷循環原理圖；由圖可知，本發明的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，包括壓縮機1，冷凝器2，乾燥過濾器4，毛細管及蒸發器，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通過乾燥過濾器4與毛細管及蒸發器相連通，蒸發器通過分液筒13與壓縮機1相連通以形成製冷迴路；所述的蒸發器為並聯/串聯或串並聯混合地連接在乾燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上的單級或多級蒸發器，毛細管連接在每一蒸發器的前置連接管道上；上述的蒸發器可以達到1-10級，蒸發溫度為-100-100℃的之間；由圖1和圖2可知，本實施例中，毛細管5、蒸發器7、毛細管10和蒸發器12依次串聯在乾燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上，以形成第一級節流製冷；毛細管6、蒸發器8、毛細管9和蒸發器11依次串聯在乾燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上，以形成第二級節流製冷；即乾燥過濾器4與分液筒13之間連接管道上並聯了第一級節流製冷和第一級節流製冷。
壓縮機1啟動後排出的高壓過熱蒸汽通過冷凝器2冷凝，分別經毛細管5和毛細管6節流後進入第一級蒸發器7和蒸發器8製冷，然後經過第二級蒸發器之間的毛細管9和毛細管10再次節流，進入蒸發器11和蒸發器12進行冷卻(溫度比第一級蒸發器要低)，最後返回壓縮機1。由於計算機內不同的發熱元件的發熱量不同，所要求的冷卻溫度也不一樣，可以採用多級蒸發器多次節流達到多個不同的蒸發溫度，這樣可以適應不同的冷卻要求。對於個人電腦可以只冷卻CPU晶片，採用單級蒸發器，也可以選擇製冷量比較小的壓縮機1；對個人電腦的CPU和圖象卡等其他發熱元件同時冷卻時就可以採用簡單的串聯或者並聯，主要是根據計算機主箱內的空間以及個人的愛好選擇，相應選擇製冷量較大的壓縮機1；如果所要冷卻的發熱元件比較多時就可以採用混合串並聯；對於同時對計算機群甚至大型計算機的發熱元件進行冷卻對壓縮機的製冷量要求就更大，而且蒸發器連接的方式就可以更靈活。
最後一級蒸發器出口裝有分液筒13，以防止製冷劑液體進入壓縮機1的氣缸。冷凝器2出口安裝有乾燥過濾器4，對進入各個蒸發器的製冷劑進行乾燥過濾避免結冰堵塞各個毛細管和對蒸發器管壁金屬造成腐蝕。
圖3為本發明用於計算機的結構示意圖；圖4為圖3所示製冷器箱體16的外表面主視圖；圖5為圖3所示製冷器箱體16的外表面側視圖；圖6和圖7是本發明提供的另外兩個實施例，圖8給出了蒸發器12與計算機CPU21扣壓連接的剖面圖，其餘各級蒸發器和發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再和安裝在蒸發器上的感溫元件相連，同時控制連接在控制器19的冷卻風扇3上和壓縮機1的開關以及蜂鳴器的報警。
由圖可知，本發明的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其中的壓縮機1可根據計算機所需選擇不同的製冷量，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新增加的零部件再添加一蒸發器對其進行冷卻，適合計算機不斷升級的要求。同時儘可能選擇目前市面上已有的制冷機製造方案，以降低生產成本。製冷的方式可以採用蒸汽壓縮、吸收式製冷、蒸汽噴射式製冷、壓縮氣體製冷、氣體渦流製冷、斯特林製冷、維勒米爾(VM)製冷、GM製冷等多種製冷方式。本發明推薦優先採用蒸汽壓縮製冷，因為它是目前最經濟而且應用最廣泛的製冷方法，製冷係數比較大而能耗低。整個製冷系統中的製冷劑選用無毒無汙染且不可燃的工質，如HFC-123、HFC-22、HFC-152、HFC134a或其它混合工質等。為簡明起見，如下僅以含有蒸汽壓縮製冷的冷卻個人電腦製冷系統為例說明說明本裝置的加工步驟，其餘的如大型計算機散熱裝置與此類同，只需保證製冷需求選擇合適的壓縮機並配置合適的蒸發器形狀、大小即可，這些在此不一而足。帶有蒸汽壓縮製冷的個人電腦製冷系統加工步驟為(參見圖3)(a)根據計算機的發熱功率選用合適的製冷量，並計算各個發熱部件的發熱量。由製冷量選擇壓縮機1，壓縮機1可以採用蒸汽壓縮、吸收式製冷、蒸汽噴射式製冷、壓縮氣體製冷、氣體渦流製冷、斯特林製冷、維勒米爾(VM)製冷、GM製冷等多種製冷方式所配備的機型。為了減少噪音可以選用沒有轉動部件的壓縮機，綜合考慮噪音和能耗等因素推薦優先採用蒸汽壓縮製冷，之所以採用蒸汽壓縮製冷是因為它是目前最經濟且應用最廣泛的製冷方法，製冷係數比較大能耗小，市面上已經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製成多級蒸發器7、8、11和12，每級蒸發器的形狀和大小根據需要冷卻的發熱器件例如CPU、圖形卡和顯卡等確定，通過扣壓等形式固定在相應的元件上對其進行冷卻散熱。
(c)採用直徑為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成的膨脹閥代替。
(d)選購合適的分液筒13和乾燥過濾器4，其中分液筒13防止製冷劑液體進入壓縮機1的氣缸，乾燥過濾器4對進入各個蒸發器的製冷劑進行乾燥過濾，避免結冰堵塞各個毛細管和對蒸發器管壁金屬造成腐蝕。
(e)冷凝器2可以製成肋管盤繞在製冷器箱體16的一側通過冷卻風扇3進行散熱，肋管採用直徑為1-20mm的銅管鋁片，也可以採用鋼管鋼片或者鋼管銅片，肋片可採用連續整片，製成肋片組，也可以採用螺旋繞片，肋片的間距為1-5mm，其中冷卻風扇3可以選用例如120mm×120mm，100mm×120mm等系列比較大的風扇，通過增加葉片尺寸從而降低風扇轉速，降低噪音。這種冷卻方式結構比較緊湊，冷卻風扇3在對冷凝器2進行冷卻的同時也有利於壓縮機1的降溫和計算機機箱20內的空氣流動。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內形成一個相對比較封閉的空間有利於減少機箱內的灰塵，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於室溫。不過可在冷凝器2和計算機主箱20考慮採用一定的低熱導率材料連接，以免因其發熱而造成箱體溫度過高。
(f)控制電路19是一塊帶有已經編好程序的晶片的電路板，可以通過接口與計算機連接，從顯示屏監視壓縮機1和冷卻風扇3的運行情況，以及各個蒸發器端的溫度參數，並且可以通過計算機顯示器輸入參數對製冷系統的運行狀況進行調節。在蒸發器端不能滿足發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，冷卻風扇3，乾燥過濾器4，毛細管5，毛細管6，分液筒13，控制電路19等元件集成到製冷器箱體16中，可以通過門15進行檢修和調整，壓縮機出口連接口17和壓縮機進口連接口18用於連接不同的蒸發器端，製冷器箱體16由不鏽鋼或者鋁板等材料製成的5mm×5mm×5mm~50mm×50mm×50mm。同時也可以根據不同計算機主箱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，甚至是不要製冷器箱體16，直接將製冷循環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)將製作好的多級蒸發器7、8、11和12緊扣壓例如CPU、圖形卡和顯卡等發熱元件上(如圖8所示)。多級蒸發器可以根據需要擴充，這樣很適應現代計算機的兼容性和擴充性，不至於出現新加了一個元件就無法對其進行冷卻的現象。同時多級蒸發器也不局限於簡單的串聯或者並聯連接，可以根據需要方便的進行混合連接。不同級的蒸發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採用塑料軟管連接。
(i)將壓縮機1和冷卻風扇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)採用直徑為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，充灌無毒無汙染且不可燃製冷劑，例如HFC-123、HFC-22、HFC-152、HFC134a或其它混合工質等，最後封裝好整個系統的管道即可。
本發明提供的計算機晶片散熱的微型製冷系統與普通家用冰箱的區別在於減少例如冷藏室和冷凍室等冷卻空間，將多級蒸發器分散在各個需要降溫冷卻零部件上，其餘部件集成到一個小空間裡，很類似直接利用製冷工質作為循環介質的中央空調系統。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的剩餘空間，可以將整個製冷系統做到微型化。
本發明提供的裝置可以在個人電腦和大型計算機等上得到應用。目前，利用風冷、水冷和相變換熱等方法應用在CPU上冷卻散熱的專利已經問世，利用蒸汽壓縮製冷製成的集成化微型制冷機應用在CPU上還未見報導，利用它同時對計算機內多個發熱部件進行降溫冷卻的更為少見。但就目前的技術利用蒸汽壓縮製冷可以很容易將它安裝在計算機主箱內，根據各個發熱部件的熱量調節多個蒸發器的製冷量，達到同時降溫冷卻的目的。本發明利用的正是這個機理即利用蒸汽壓縮製冷冷卻降溫，提出一個全新的冷卻計算機發熱部件的裝置。
本發明具有很多優點，其由機械製冷同時對計算機多個發熱部件進行主動降溫冷卻，其可根據計算機散熱需求選擇不同的製冷量，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新增加的零部件再添加一蒸發器對其進行冷卻，適合計算機不斷升級的要求，整個系統小型化、低能耗、降溫大、結構緊湊、可靠性高而操作十分簡單。正是由於這些綜合因素，使得本發明提供的方法和裝置簡單易行，相比以往利用風冷、水冷和相變換熱冷卻計算機發熱部件的方案有很大的優勢，可望成為新一代通用型計算機晶片散熱裝置。
為了便於安裝到計算機機箱上，壓縮機1，冷凝器2，冷卻風扇3，乾燥過濾器4，毛細管5，毛細管6，分液筒13，控制電路19等可以集成到製冷器箱體16中，通過門15進行檢修和調整，壓縮機出口連接口17和壓縮機進口連接口18用於連接不同的蒸發器端。同時也可以根據不同計算機主箱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，甚至是不要製冷器箱體16，直接將製冷循環的各個部件安裝在計算機主箱20中不同的位置。但連接管道可根據需要外敷一定的絕熱套管。
多級蒸發器7、8、11和12可以根據需要冷卻的發熱器件例如CPU、圖形卡和顯卡等的形狀設計成不同的形狀和大小，在滿足各個發熱元件所需製冷量的同時又方便地緊扣壓在相應的元件上。多級蒸發器可以根據需要擴充，這樣能適應現代計算機的兼容性和擴充性，不至於出現新加了一個元件就無法對其進行冷卻的現象。同時多級蒸發器也不局限於簡單的串聯或者並聯連接，可以根據方便進行多種混合連接。不同級蒸發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採用塑料軟管連接。
冷凝器2可以製成肋管盤繞在製冷器箱體16的一側通過冷卻風扇3進行散熱，肋管採用銅管鋁片也可以採用鋼管鋼片或者鋼管銅片，肋片可以採用連續整片，製成肋片組，也可以採用螺旋繞片，肋片的間距為1~5mm，其中冷卻風扇3可以選用尺寸如120mm×120mm，100mm×120mm等系列大風扇，通過增加葉片尺寸來減小風扇轉速，降低噪音。這種冷卻方式結構比較緊湊，冷卻風扇3在對冷凝器2進行冷卻的同時也有利於壓縮機1的降溫和計算機機箱20內的空氣流動，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，可以不用冷卻風扇3。這種方式可減少噪音來源，同時在計算機機箱20內形成一個相對比較封閉的空間有利於減少機箱內的灰塵，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於室溫。不過本發明提供的微型製冷系統與計算機機箱之間可考慮採用一定的低熱導率材料連接，以免因其發熱而造成箱體溫度過高。
製冷系統中壓縮機1和冷卻風扇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，從顯示屏可監視壓縮機1和冷卻風扇3的運行情況，以及各個蒸發器端的溫度參數，並且可以通過計算機顯示器輸入參數對製冷系統的運行狀況進行調節。在蒸發器端不能滿足發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，並在必要時切斷計算機主機電源。控制電路19可以根據需要進行擴充。
就目前現有的技術，整個裝置都可以做的比較小並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，可以根據計算機主箱20可以利用的空間決定製冷器箱體16的大小及形狀，同時靈活的布置各部件的位置。另一方面，該製冷系統也不僅僅局限於個人電腦，完全可以應用到大型計算機中去，類似於給一個大型建築配備一套中央空調系統。甚至於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製冷系統後，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是否正常；③確認正常後啟動壓縮機，觀察運行參數是否正常，如果正確無誤後，系統即可進入正常運行，如果發現有部分發熱部件達不到要求的冷卻溫度或者其他問題，及時調整運行參數或做其他的修理。
④關閉計算機的同時，可對製冷系統的電源實施關閉。
⑤由於製冷劑經常在490~686kPa壓力範圍內，因此，管路中的接頭均不得隨便打開，以免製冷劑洩漏和引起其他事故。
⑥採用冷卻風扇3冷卻冷凝器2的系統每隔一段時間(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仔細，注意不要損壞製冷系統的連接管道，防止製冷劑洩漏。
⑧對製冷系統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熱部件。
權利要求
1.一種用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，包括壓縮機(1)，冷凝器(2)，乾燥過濾器(4)，毛細管及蒸發器，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)通過乾燥過濾器(4)與毛細管及蒸發器相連通，蒸發器通過分液筒(13)與壓縮機(1)相連通以形成蒸汽壓縮製冷迴路、吸收式製冷迴路、蒸汽噴射式製冷迴路、壓縮氣體製冷迴路、氣體渦流製冷迴路、斯特林製冷迴路、維勒米爾製冷迴路或GM製冷迴路；一冷卻風扇(3)安裝在冷凝器(2)附近，一電源分別與壓縮機(1)和冷卻風扇(3)相連。
2.按權利要求1所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於所述的蒸發器為並聯/串聯或串並聯混合地連接在乾燥過濾器(4)與分液筒(13)之間連接管道上的單級或多級蒸發器，毛細管連接在每一蒸發器的前置連接管道上。
3.按權利要求1所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於所述的壓縮機(1)為提供10-2000W製冷量的壓縮機，其輸入功率為10-400W。
4.按權利要求3所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於所述製冷迴路中使用的製冷劑為無毒無汙染且不可燃的HFC-123、HFC-22、HFC-152及HFC134a工質中的一種或兩種或多種工質的混合流體工質。
5.按權利要求1所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於壓縮機(1)，冷凝器(2)，乾燥過濾器(4)，毛細管及蒸發器，分液筒(13)、電源和冷卻風扇(3)全部或部分地集裝在一不鏽鋼或者鋁板材料製成的製冷器箱體(16)中，製冷器箱體(16)設有開門(15)，壓縮機出口連接口(17)和壓縮機進口連接口(18)穿過製冷器箱體(16)的側壁分別與冷凝器和蒸發器相連，所述製冷器箱體(16)的尺寸範圍為5mm×5mm×5mm-500mm×500mm×500mm。
6.按權利要求1所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於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)分別連接冷卻風扇(3)和壓縮機(1)，安裝在蒸發器上的感溫元件與控制器(19)相連。
7.按權利要求6所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於所述的計算機的蜂鳴器與控制器(19)相連。
8.按權利要求1所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於冷凝器(2)的肋管盤繞在製冷器箱體(16)內的一側，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、鋁或鋼製作的連續整片或螺旋繞片，肋片的間距為0.1-5mm。
9.按權利要求1或2所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於所述蒸發器為直徑為1-20mm的銅管、無縫鋼管或者鋁管材料製成的蒸發器，該蒸發器扣壓在待散熱的元件上。
10.按權利要求1或2所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於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.按權利要求1所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於連接管道為直徑為1-20mm的銅管、無縫鋼管或者鋁管。
12.按權利要求16所述的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統，其特徵在於所述連接管道上包敷有泡沫類絕熱材料製作的保溫層。
全文摘要
本發明的用於計算機晶片散熱的微型製冷系統其結構為壓縮機與冷凝器相連，冷凝器通過乾燥過濾器與毛細管及蒸發器相連，蒸發器通過分液筒與壓縮機相連通以形成製冷迴路；蒸發器為並聯/串聯或串並聯混合地連接在乾燥過濾器與分液筒之間連接管道上的單級或多級蒸發器，毛細管連接在每一蒸發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、維勒米爾製冷或GM制冷機等，製冷量為10－2000W，輸入功率為10－400W，基於機械製冷並同時對計算機內多個發熱部件進行主動降溫冷卻，適合計算機不斷升級的要求，整個系統小型化、低能耗、降溫大、結構緊湊、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 優先權日2003年6月18日
發明者劉靜, 呂永鋼 申請人:中國科學院理化技術研究所