专利名称：微型计算机用高效清洁无震散热冷却装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微型计算机用高效清洁无震散热冷却装置，主要用于个人台式微型计算机。
背景技术：
随着科学技术的进步，配置超过1GHz的高频CPU和显卡的电脑已成为市场的主流，随之而来的是硬件的散热问题成为了头等大事，如果散热降温不够，就会导致电脑故障甚至崩溃、烧毁。散热降温一般可采用风冷、水冷、半导体制冷和氟(氮)制冷等多种方法，但由于这些方法实现成本比较高且复杂，而且还可能对电脑的安全构成威胁，因此这几种方式并不十分流行。目前个人微型计算机散热所采用的最有效、最方便的方法就是使用风扇和散热片。散热片与CPU或显卡上的芯片紧密贴合在一起，CPU或显卡上芯片所产生的热量通过热传导传递到散热片上，风扇产生的流动空气快速将其散热片上的热量吹到附近的空气中去，降温效果的好坏直接与流动空气温度、风扇和散热片的品质有关。为了提高散热降温效果，采用了高转速、大风量、大直径、大功率的风扇，散热片千方百计地加大表面面积、改变形状，以助于空气流的通过和提高放热系数，材质采用铜合金甚至镀金。这些措施确实有效，但同时也带来了一些问题，如产生很强的噪音、震动、灰尘大量涌入和需要较大的功率。噪音除了对人产生不悦之外，对计算机没有多大影响。但由风扇产生的震动则对CPU和显卡产生不利影响，导致DIE被逐渐磨损，引起CPU与CPU插座、显卡与AGP插槽接触不良。另外由于风量的加大，由外界带入机箱内的灰尘量也相应增加了。灰尘是电脑部件的天敌，它将导致运动部件磨损加快，积聚在电脑元器件表面上的灰尘很容易造成短路而烧毁部件，而积聚在风扇叶片上的灰尘则是产生震动和噪音的主要因素。当积聚在散热片上的灰尘过多将大大影响散热效果而可能导致不正常甚至发生故障。由于风扇功率的加大，需要较大的功率来提供“动力源”，而高动力源又是从主板和电源中的高功率中获得的，主板和电源在超负荷功率下就会经常引起系统的不稳定，为此需要加大电源功率。
分析目前所应用的台式微型计算机的散热冷却系统，也存在一些问题。从传热学的角度来看，CPU和显卡上的风扇将空气吹入散热片并将其热量带走，由于热气流是排放在箱体内而不是直接排放到箱体外，因此箱体内的温度会逐渐升高。为此利用电源风扇将机箱内的热量连续排出箱体，近来也有额外增加1～2个排风扇的实例，其目的是尽快将机箱内的热气流排出，使箱体外的冷空气从各缝隙进入箱体内降温。由此可见，CPU或显卡风扇吹入其散热片的空气是机箱内热气流与引入箱体外冷空气的混合物，其温度必然高于机箱外的空气温度，降温冷却效果显然欠佳。同理，吸入电源线圈的冷却空气即是机箱内的热气流，用温度较高的空气去冷却温度更高的物体，显然不十分合理。从空气动力学的角度来看，机箱内热气流是被风扇抽到机箱外，故在机箱内必然形成负压，带入大量灰尘也是必然的，尤其是增大风量之后尤为突出。安装在CPU和显卡散热片上的风扇，在向散热片鼓风时，由于扇叶中部本无风且装有电机，又是紧贴在散热片上方，距离很近，由于散热片对称设置导致周边压力相当，故散热片中间部位几乎没有空气流动，热量不能由冷气流带走，而主要靠导热传递到周边翅片上，显然对流换热过程不充分。
综上所述，目前所应用的技术和散热降温模式已不十分科学、合理，也不能很好地满足微型计算机对散热降温的要求，所存在的弊病随着热负荷的增大也显现了出来。
发明内容
本实用新型的目的在于降低散热冷却空气温度，提高散热降温效果；设置空气过滤器，在机箱内形成正压，避免空气中灰尘进入机箱；改善空气流动状态，完善换热过程；取消散热片上的风扇，消除震动。
本实用新型是这样实现的在机箱内设置1～3台风机或风扇(以下统称风机)，风机的进气口与机箱外相通，在风机的入口处设置空气过滤器，以使进入风机的空气是洁净的。通过风机提高了压力的空气进入气量均衡装置(也可直接进入输气管)，气量均衡装置对几路输出空气进行分配，然后进入各输气管，在输气管的端头配有喷嘴，将喷嘴以最佳角度对准散热片或电源线圈，将机箱外的冷空气源源不断地喷吹到散热片或电源线圈上，将其所产生的热量吹到附近的空气中，机箱内的热空气从各缝隙排到机箱外。
这样的设计方案可以使①进入机箱内的空气始终保持洁净，②机箱内处于正压，灰尘无法进入机箱内，③喷嘴与散热片不直接接触，或采用塑料、橡胶类弹性软连接，避免了对CPU或显卡的震动，④喷嘴喷射出的空气温度即喷吹在散热片或电源线圈上的空气温度始终是机箱外的大气温度。⑤使喷吹在散热片上的空气流处于最佳流动状态，提高了放热系数；⑥散热片传热面得到了充分利用。这样的设计从根本上解决了灰尘问题、震动问题和大大提高了散热降温效果。如果风机电源采取220V电源直供，则大大减轻了机箱电源的负荷，提高了整个系统的稳定性。如果增设半导体制冷装置，则散热降温效果更佳。
本实用新型只是增设了空气过滤器、气量均衡装置、输气管、喷嘴。机箱内热量的排出由利用风扇将机箱内热气流抽出机箱外的方式，改为机箱外冷空气不断进入机箱内将热空气挤出机箱外的方式，结构并不复杂，所以很容易实现。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型只考虑一台风机的工作流程示意方块图。
图2是具有矩形光滑翅片的CPU和显卡散热片的正视、侧视、俯视和仰视结构示意图。
图3是用于侧面吹入CPU或显卡散热片的矩形喷嘴示意图。
图4是气流均衡装置调节气量工作原理示意图。
图5是非接触矩形喷嘴侧向吹入CPU或显卡散热片示意图。
图6是软连接顶部吹入CPU或显卡散热片示意图。
具体实施方式
为叙述方便以只有一台风机、具有矩形光滑翅片的CPU散热片为例。
由图2可清晰地看出，散热片是由若干个条状物和其构成的沟槽组成，其目的是加大换热面积，提高散热降温效果。C面是一个平面，大小与CPU相当，使用时将其面涂少许适当硅脂与CPU紧密贴合在一起，CPU工作时发出的热量通过该面热传导至散热翅片上。
图3是用于侧面吹入CPU散热片的矩形喷嘴的正视、侧视和俯视图，喷嘴的前端为矩形，其宽度略大于散热片的宽度，高度与散热片高度相当，以确保冷空气流能够均匀地从散热片的表面上掠过。喷嘴的后部宜为圆筒形，并带有一定锥度，以便于与输气管连接。输气管可固定在机箱主体框架上。喷嘴、输气管宜用塑料、橡胶类材料制做。
图4是调节空气流量通常采用的一种方法。在管道中设置一块可以转动的挡板，通过改变挡板的角度f来改变空气的流通面积，以达到调节空气流量的目的。
如图1所示，当计算机工作时，风机(2)同时启动，机箱外的冷空气首先经过空气过滤器(1)将空气中的灰尘等杂物过滤掉，洁净后的冷空气进入风机(2)的吸入口，经加压后由排气口进入气流均衡装置(3)，均衡后的冷气体分别进入电源输气管(4)、CPU输气管(7)、显卡输气管(10)。电源喷嘴(5)通常是圆形的，或直接将电源输气管(4)连接在电源(6)的外壳上。为紧凑起见，有时风机(2)的排气口、气流均衡装置(3)和电源输气管(4)、电源喷嘴(5)设置在一起。CPU喷嘴(8)和显卡喷嘴(11)的排气口端面通常为矩形的，分别将冷空气喷入CPU散热片(9)和显卡散热片(12)中。喷入方式主要有侧向喷入和顶部喷入两种方式，可采用非接触方式也可采用弹性软连接方式。喷嘴(8)和(11)分别与输气管(7)和(10)连接在一起，输气管(7)和(10)可固定在机箱主体框架上。
图5是本实用新型非接触矩形喷嘴侧向吹入CPU散热片的实施例。图中CPU喷嘴(8)的E面对准CPU散热片(9)的A面，中间留有间隙。CPU散热片(9)的水平面与CPU喷嘴(8)的水平中心线有一个角度b，目的是利用对角度b的调节使气流与CPU散热片(9)的表面充分接触，达到最佳的冷却散热降温效果。热气流由CPU散热片(9)的B面和另一侧A面排出。
图6是本实用新型软连接顶部吹入CPU散热片的实施例。机箱外空气首先经过空气过滤器(1)进行除尘，洁净后的空气进入风机(2)加压后，经气流均衡装置(3)、输气管(7)进入CPU喷嘴(8)，CPU喷嘴(8)的矩形面E与CPU散热片(9)的B面相吻合，使其正好扣在上面。CPU喷嘴(8)与CPU散热片(9)D面相接触的两个面长于另两个面，在其内侧制有矩形条状凸台，在CPU散热片(9)的D面上制有凹槽，两者正好匹配。使用时将凸台对准凹槽，由A面插入凹槽即可。也可采用卡子卡在CPU散热片(9)上，或将CPU喷嘴(8)内侧矩形尺寸设计为略小于CPU散热片(9)的B面尺寸，直接套在上面，靠其弹性将CPU喷嘴(8)固定在CPU散热片(9)上。气体由B面进入CPU散热片(9)的沟槽内，从两侧A面排出。这种方式可确保气流与CPU散热片(9)的表面充分接触。在CPU喷嘴(8)的脖颈处制成波纹管状，以避免或减少对CPU的震动。图6是CPU喷嘴(8)垂直于CPU散热片(9)的实施例，也可以设计成小于90°使气流从一侧排出的结构形式，角度多大方能达到最佳效果，尚需根据不同的翅片形状，做比对试验优化后确定。
为便于阐述，上述实施例只涉及到一台风机、矩形光滑直翅片和没有任何制冷降温设施的设计方案。实际应用中，翅片的形状多种多样，如鳍形散热片、涡流式导流散热片等。输气管可采用硬管也可采用波纹软管。为简化起见，有时将输气管和喷嘴二者或者将输气管、喷嘴和与风机或气流均衡装置的连接端头三者制成一个整体输气部件，使用时连接端头与气流出口端相接，喷嘴与散热片相接。由于电源散热需要较大风量，通常自成体系。也可设计成三台风机的模式，电源、CPU、显卡各成体系，此时可省去气流均衡装置。空气过滤器宜设置在机箱外板面上，填装过滤材料的网状框架可以制成矩形空间体或扁圆柱形空间体。矩形空间体的一个侧面制有开口，以便于将过滤材料填入其中，扁圆柱形空间体则采用将过滤材料放入其中后，通过螺扣拧紧在机箱的外板面上。将网状框架设置在机箱板面外的适当部位，是为了便于经常更换过滤材料。过滤材料可采用泡沫塑料、海绵体或其它材料。在网状框架处的机箱内板面上设置风机应是首选方案。整体输气部件的成功实现，将使得散热冷却系统的安装极为便利，其优秀的品质可避免对CPU或显卡的震动，也不必一定要固定在机箱主体框架上。
本实用新型大大提高了散热降温效果，如能在风机排气口后面的适当部位加装半导体制冷装置，效果更佳。半导体制冷装置不需要特殊维护，不会产生液体和气体，所需功率为10～50瓦。需要较大电能才能工作是半导体制冷装置不易用于计算机冷却散热系统之根本所在，但不是不可能实现。
权利要求1.一种微型计算机用高效清洁无震散热冷却装置，其特征在于设于机箱外或设置在机箱的内板上的空气过滤器和风机连接，风机通过气流均衡装置分别和电源输气管、CPU输气管、显卡输气管连接，电源输气管通过电源喷嘴连接在电源外壳上或电源输气管直接连接在电源外壳上，CPU喷嘴和显卡喷嘴以非接触方式或弹性软连接方式分别和CPU散热片及显卡散热片连接。
2.如权利要求1所述的微型计算机用高效清洁无震散热冷却装置，其特征在于上述空气过滤器具有网状矩形空间体或扁圆柱形空间体的外形结构，在网状矩形空间体的一个侧面设有开口。
3.如权利要求1所述的微型计算机用高效清洁无震散热冷却装置，其特征在于上述风机的排气口、气流均衡装置、电源输气管及电源喷嘴设置在一起。
4.如权利要求1所述的微型计算机用高效清洁无震散热冷却装置，其特征在于CPU喷嘴的前端为矩形，其宽度大于散热片，高度与散热片高度相当，喷嘴的后部为圆筒形并带有锥度。
5.如权利要求1所述的微型计算机用高效清洁无震散热冷却装置，其特征在于CPU喷嘴的矩形面和CPU散热片的一个面相吻合，在CPU喷嘴与CPU散热片凹槽相接触的面上设有和CPU散热片凹槽相对应的矩形条状凸台。
专利摘要配置超过1GHz的高频CPU和显卡的电脑，其散热问题是头等大事。为提高散热效果，采用了高转速、大风量、大直径、大功率的风扇，同时也带来了一些问题，如产生很强的噪音、震动、灰尘大量涌入和需要较大的功率。本实用新型从传热学、空气动力学的角度，对目前所应用的电脑散热降温模式进行了分析研究，提出了机箱外空气作为冷却气源，增设空气过滤器、输气管、喷嘴，取消散热片上的风扇而改为由喷嘴喷吹的方式，机箱内热量的排出由利用风扇将机箱内热气流抽出机箱外的方式，改为机箱外冷空气不断进入机箱内将热空气挤出机箱外的方案。由于喷嘴可以不与散热片接触或采用弹性软连接，故从根本上解决了灰尘问题、震动问题和大大提高了散热降温效果。
文档编号G06F1/20GK2702360SQ20042000242
公开日2005年5月25日 申请日期2004年1月18日 优先权日2004年1月18日
发明者赵颖男 申请人:赵颖男