用于计算机芯片散热的微型制冷系统技术方案

一种用于计算机芯片散热的微型制冷系统，包括：压缩机（１），冷凝器（２），干燥过滤器（４），毛细管及蒸发器，分液筒（１３）、控制电路（１９）；压缩机（１）与冷凝器（２）相连通，冷凝器（２）通过干燥过滤器（４）与毛细管及蒸发器相连通，蒸发器通过分液筒（１３）与压缩机（１）相连通以形成蒸汽压缩制冷回路、吸收式制冷回路、蒸汽喷射式制冷回路、压缩气体制冷回路、气体涡流制冷回路、斯特林制冷回路、维勒米尔制冷回路或ＧＭ制冷回路；一冷却风扇（３）安装在冷凝器（２）附近，一电源分别与压缩机（１）和冷却风扇（３）相连。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微型制冷系统，特别涉及一种基于机械制冷而对计算机多个芯片部位进行主动降温的微型制冷系统。
技术介绍
近年来，由于微处理器计算能力的增强和价格的大幅降低，计算机应用已相当普遍。以往计算处理是由放置在隔离的计算机房中的主计算机进行的，而现在越来越多的办公室装备了个人计算机。随之而来的一个重要问题是如何将这些系统内产生的高热量迅速而有效地散走。一些计算机芯片制造商如英特尔、AMD等都不断地在芯片中集成越来越多的晶体管。例如，在不比邮票大的空间内，Pentium 4芯片集成了4200万个晶体管。如此高集成度难免会产生大量的热量，许多时候相当于50瓦灯泡发热量。温度过高会损坏精细的组件，使数据丢失，因此，如何将热量及时而有效地散发出去一直困扰着工程师们。然而，人类的追求是无止境的，计算机的体积虽逐渐变小，但性能、速度却在不断提升。处理速度越快，计算机内的元件和装置，如CPU、图形卡和类似元件，产生的热量就越多，超过一定限度，将可能或导致错误运行甚至停止运行。目前，为冷却各类发热元件或装置，多半采用常规的冷却装置。以CPU为例，在CPU上安装散热片构件和冷却风扇。通过冷却风扇的运行使气流流经散热片四周，将热量传递给计算机周围的空气。计算机还具有一个固定在机箱后部的冷却风扇。该风扇的运行将机箱内的空气抽吸到机箱外部。而与此同时，周围空气则通过缝隙进入机箱内，加强对一些小部件的散热。随之出现了一些对空气冷却的改进技术(张千山，专利电脑CPU散热器，申请号01130819.2)，来进一步强化受迫空气的流动换热。但是这种采用受迫空气对流来冷却发热器件的方案的散热量有限，且冷却效率与风扇速度成正比，因而会造成明显噪音；而且一旦微器件发热密度过高时，空气冷却将难以胜任。随着计算机芯片集成度的飞速增长，所要求的换热强度也越来越高，采用水冷(朱玉如，专利CPU芯片水冷散热器，专利号99253842.4)或相变换热(李穆炯等，专利用于冷却计算机内装置的系统，申请号99804075.4)的方式逐渐提到日程上来，相应产品也零星出现在市场上。采用相变传热与单相传热或导热相比，所需工质少，热传输量大，因而可减轻重量。在这类散热方法中，最典型的莫过于热管技术，它以相变(蒸发与凝结)换热作为传热的主要方式，具有传热能力大、温度控制能力强、传热效率高等特点，在计算机元器件散热方面的应用已引起重视。但热管制做工艺如芯体材料的制备、工质封装、维护等相当复杂，这使其应用受到很大限制。据业界人士分析，水冷可能会成为一个主流。然而，水冷虽然效率较高，但在运行中由于蒸发等会导致器件老化、腐蚀，对水质及流动管道的要求较高，存在泄露，可靠性尚有待提高，据报道，目前采用水冷的芯片易于烧毁，原因在于水冷系统尚不可靠，一旦由于某些故障导致水流停止，则失去冷却的芯片温度将迅速攀升，直至烧毁。在此基础上，计算机行业内不断有新的技术应用到CPU的冷却上。美国桑迪亚国家实验室和乔治亚理工学院联合开发了一种旨在对雷达和便携式野战计算机进行冷却的“智能热导管”。它是一个简单的扁平铜板，上面有非常微小的凹下去的通道，深浅约为7个微米——与人的指纹差不多，这些沟槽用于运输液态甲醇。当与芯片固定在一块儿时，甲醇在毛细作用的驱动下流向温度较高的区域，热量会使甲醇汽化，从而带走热量。甲醇气体能够被引导到温度较低的地方，也就是铜板的另侧。由于温度较低，甲醇会变回液体，重新开始另一个散热过程。另据报道有一种半导体薄片冷却器，它是由硅、锗和碳材料合成制造的集成电路，利用电子来传输过热部分的热能并把热量散发到周围的环境中。这一技术的优势在于它可以将热量从芯片的发热点上直接带走。芯片发热点的温度可以达到80到100摄氏度。而薄片冷却器则可以使发热点的温度下降7或8度，甚至30到40度。惠普公司的研究人员也考虑采用一个全新的思路，即向芯片喷水，水分吸收热量转变为蒸汽，可以给芯片有效降温。现有的CPU冷却技术，在一定程度上可以降低CPU的温度，防止芯片过热而死机等现象出现。目前的趋势是液体冷却方法的应用越来越重要，而空气冷却法似乎已经达到了极限。而且随着计算机芯片集成度的飞速增长，所要求的换热强度也越来越高，这些技术都将势必不能满足这一要求。新出现的一些技术有的在议定上能够解决上述问题，但当CPU的速度提高到一定程度以后，将会带来计算机零部件发热量的大幅提高，目前还没有能够同时对这些零部件进行冷却散热的技术。也正因如此，本专利技术提供一种能够同时对CPU芯片和其他发热部件例如图形卡、总电源和光驱等部件进行冷却的制冷系统。在计算机机箱内放置一个集成化的“微型冰箱”，类似家用冰箱将几个蒸发器端分别放置在需要冷却的零部件上，同时对它们进行冷却。利用机械制冷很容易实现这一目标，制冷的方式可以采用蒸汽压缩、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、压缩气体制冷、气体涡流制冷、斯特林制冷、维勒米尔(VM)制冷、GM制冷等多种方式。在机械制冷中，蒸汽压缩制冷是最经济而且应用最广泛的制冷方法(苏庆瑞和李华春主编，制冷与空调，沈阳辽宁科学技术出版社，1984)，因此可优先选用这一方式。对于一般个人计算机所有发热功率也就在100W左右，利用蒸汽压缩制冷需要的输入功率约20W，这样的蒸汽压缩机目前市面上已经可以做到微型化。因此，基于蒸汽压缩制冷而同时对几个不同的发热部件进行冷却，能够很好的降低各个零部件的热量，这也就提出了一个全新的“微型计算机专用冰箱”概念，可以根据计算机的不同配置选择不同的制冷量，即使同一计算机也可以根据新增加的零部件再另行添加一蒸发器对其进行冷却，从而适合计算机不断升级的要求。对于大型的计算机也可以将“微型计算专用机冰箱”改造成“计算机中央空调”，满足大型计算的冷却要求。如前所述，目前利用风冷、水冷和相变等冷却CPU芯片的技术已经问世，但是还没有利用微型制冷系统特别是蒸汽压缩制冷系统对CPU芯片进行主动降温的方法出现，而可以同时对多个发热部件进行冷却的系统则至今更未见报道，所以本专利技术有望建立一种功能多样化的具有同时冷却多个发热部件能力的制冷系统，其结构紧凑、使用方便，是一种经济、简单而可靠的制冷系统。可望成为一种在计算机芯片或高功率器件散热方面适用很广的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的用于计算机芯片散热的微型制冷系统，对计算机的CPU、图形卡和类似元件进行冷却以达到主动散热目的，其可根据散热量的不同选择不同的制冷量，即使同一计算机也可以根据新增加的零部件再另行添加一蒸发器对其进行冷却，适合计算机不断升级的要求。本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的用于计算机芯片散热的微型制冷系统，包括压缩机1，冷凝器2，干燥过滤器4，毛细管及蒸发器，分液筒13、控制电路19；压缩机1与冷凝器2相连通，冷凝器2通过干燥过滤器4与毛细管及蒸发器相连通，蒸发器通过分液筒13与压缩机1相连通以形成蒸汽压缩制冷回路、吸收式制冷回路、蒸汽喷射式制冷回路、压缩气体制冷回路、气体涡流制冷回路、斯特林制冷回路、维勒米尔制冷回路或GM制冷回路；一冷却风扇3安装在冷凝器2附近，一电源分别与压缩机1和冷却风扇3相连；所述的蒸发器为并联/串联或串并联混合地连接在干燥过滤器4与分液筒13之间连接管道上的单级或多级蒸发器，毛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于计算机芯片散热的微型制冷系统，包括压缩机(1)，冷凝器(2)，干燥过滤器(4)，毛细管及蒸发器，分液筒(13)、控制电路(19)；压缩机(1)与冷凝器(2)相连通，冷凝器(2)通过干燥过滤器(4)与毛细管及蒸发器相连通，蒸发器通过分液筒(13)与压缩机(1)相连通以形成蒸汽压缩制冷回路、吸收式制冷回路、蒸汽喷射式制冷回路、压缩气体制冷回路、气体涡流制冷回路、斯特林制冷回路、维勒米尔制冷回路或GM制冷回路；一冷却风扇(3)安装在冷凝器(2)附近，一电源分别与压缩机(1)和冷却风扇(3)相连。2.按权利要求1所述的用于计算机芯片散热的微型制冷系统，其特征在于所述的蒸发器为并联/串联或串并联混合地连接在干燥过滤器(4)与分液筒(13)之间连接管道上的单级或多级蒸发器，毛细管连接在每一蒸发器的前置连接管道上。3.按权利要求1所述的用于计算机芯片散热的微型制冷系统，其特征在于所述的压缩机(1)为提供10-2000W制冷量的压缩机，其输入功率为10-400W。4.按权利要求3所述的用于计算机芯片散热的微型制冷系统，其特征在于所述制冷回路中使用的制冷剂为无毒无污染且不可燃的HFC-123、HFC-22、HFC-152及HFC134a工质中的一种或两种或多种工质的混合流体工质。5.按权利要求1所述的用于计算机芯片散热的微型制冷系统，其特征在于压缩机(1)，冷凝器(2)，干燥过滤器(4)，毛细管及蒸发器，分液筒(13)、电源和冷却风扇(3)全部或部分地集装在一不锈钢或者铝板材料制成的制冷器箱体(16)中，制冷器箱体(16)设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，吕永钢，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：