专利名称：自调节冷却装置和方法
技术领域：
本发明涉及调节发热设备的温度。
背景技术：
许多类型的设备都具有最佳工作温度范围。为此，大量设计和工程重 点专注于冷却，以避免因暴露于高于阈值温度的温度而缩短组件寿命。通 常，对设备的最大危险是组件过热，从而导致寿命、性能和效率的降低。 但是，低于阈值温度工作也会带来不希望的效果，例如效率损失，或因重 复热循环造成的损坏。此外，在仅控制工作温度范围的上限时，设备必须 被设计为容许较大范围的工作温度。
许多冷却配置采用涉及使用从设备携带走热量的冷却片的系统。然后 在冷却片之间强制流体流动以从冷却片移除热量。此过程被称为强制对流。 冷却片能有效作用是因为它是有效的热导体并拥有可促进与流体热交换的 较大表面区域。通常，通过机械地调整在冷却片间通过的冷却流体的流速 (例如，通过改变风扇速度或流动角度)来控制对设备的冷却量。
控制设备在其间工作的温度范围放宽了对设备的设计要求和技术规 范。严格控制的环境和宽松的设计要求也会降低生产成本，同时提高性能、 可靠性和效率的可预测性。希望具有一种方法来调整具有冷却片的散热器 从发热设备转移热量的速度。还希望所述方法能够逐设备地控制多个发热 设备的温度。更希望具有一种使用普通冷却流体在多个发热设备自己的唯 一温度范围内调节所述设备的温度的方法。
发明内容
在一个实施例中，本发明利用形状记忆材料来在期望范围内调节发热 设备的温度。将冷却片布置为与发热设备具有热接触。通it^所述冷却片 间流动的流体来移除热量。所述流体可以是气体、液体或气体和液体的组 合。响应于激励而伸展和收缩的形状记忆材料位于流体流动的路径中。在 所述发热设备的期望较低工作温度下，所述形状记忆材料将响应于激励而 伸展以限制流体流动，由此减少从设备移除的热量。在所述发热设备的期 望较高工作温度下，所述形状记忆材料将响应于激励而收缩以允许不受限
制的流体流动，从而不影响从i殳备移除的热量。所述激励可以是所M热 设备的温度，或响应于所述发热设备的温度而生成的信号。可以采用多种 形状记忆材料来实现对流体流动的精细控制，其中每种形状记忆材料都响 应不同的激励、或不同级别的激励。
在另 一个实施例中，本发明利用形状记忆材料来在每个发热设备所需 的范围内调节多个发热设备的温度。将冷却片布置为与所述发热设备具有 热接触。通过在所述冷却片间流动的流体来移除热量。所述流体可以是气 体、液体或气体和液体的組合。形状记忆材料被选择为在期望较低温度下 伸展以便限制流体流动并在每个发热设备的期望较高温度下收缩以便不限 制所述流动。所述形状记忆材料可响应于每个发热设备的温度或基于所述 发热设备温度生成的激励而伸展和收缩。可以采用多种形状记忆材料来实 现对流体流动的精细控制，其中每种形状记忆材料都响应不同的激励、或 不同级别的激励。
本发明提供了一种调节发热设备的温度的方法。通过通道传送流体以 冷却发热设备，利用形状记忆材料来调节通过所述通道传送的流体量，其 中所述形状记忆材料在期望较低设备温度下响应于激励而伸展以限制流体 流动，并且在期望较高设备温度下响应于激励而收缩以便不限制流体流动. 可以采用多种形状记忆材料来实现对流体流动的精细控制，其中每种形状 记忆材料都响应不同的激励、或不同级别的激励
图1是布置在发热设备上的冷却片的侧视图，其中形状记忆材料布置
为与冷却片具有热接触，并具有风扇来使空气通过冷却片流动；
图2是布置在发热设备上的冷却片的侧视图，其中形状记忆材料布置 为与冷却片具有热接触，并交替布置风扇(多个)来^f吏空气通过冷却片流 动；
图3是布置在发热设备上的冷却片的平面图，其中形状记忆材料布置
为与冷却片具有热接触；
图4是布置在发热设备上的冷却片的平面图，其中形状记忆材料布置 为与冷却片具有热接触，同时限制流体流动；
图5是布置在发热设备上的冷却片的平面图，其中将形状记忆材料交 替布置为与冷却片具有热接触；
图6是布置在发热设备上的冷却片的平面图，其中将形状记忆材料交 替布置为与冷却片具有热接触，同时限制流体流动；
图7是布置在发热设备上的冷却片的平面图，其中将形状记忆材料交 替布置为与冷却片具有热接触；
图8是在冷却片上布置形状记忆材料的第三备选方案的平面图9是布置在发热i殳备上的冷却片的平面图，其中将多种形状记忆材 料布置为与冷却片具有热接触；
图10是布置在发热设备上的冷却片的平面图，其中将多种形状记忆材 料布置为与冷却片具有热接触；
图11是布置在发热设备上的冷却片的平面图，其中将多种形状记忆材 料布置为与冷却片具有热接触；
图12是布置在发热设备上的冷却片的平面图，其中将形状记忆材料布 置在流体流动的路径中；以及
图13是布置在发热设备上的冷却片的平面图，其中将多种形状记忆材 料布置在流体流动的路径中。
具体实施例方式
本发明通过调节流过布置在发热设备上的散热器的冷却片的流体来在 期望工作温度范围内有效地调节温度。这利用形状记忆材料在流过冷却片 的流体路径中进行伸展和收缩来实现。所散发的热量与穿过冷却片的流体
的流速直接相关。当发热设备的温度降至低于期望工作温度范围时，所述 形状记忆材料将伸展以限制穿过冷却片的流体流动，从而减少歉良的热量。 相反，当发热设备的温度升至高于期望工作温度范围时，所述形状记忆材 料将收缩以允许最大量的流体穿过冷却片，从而最大化散发的热量。通过 调整可供流体流动的开口的大小，可以调节M热设备散发的热量。
流体通常以多种方式流过冷却片。 一种方法是使用风扇将空气推入或 ^冷却片。另一个方法利用风扇将空气拉入或吸入冷却片。由于冷却片 环境中的温度变化，气体也可以被允许被动地流过冷却片。当采用液体冷 却时，可以采用泵来强制流体穿过冷却片或将流体吸入冷却片。同样，可 以采用重力自流来将流体送入冷却片。
本说明书的上下文中的形状记忆材料旨在包括形状记忆聚合物、形状 记忆合金，或上述材料的任意组合。例如， 一种此类形状记忆聚合物是低
聚(e-已内酯)二曱基丙烯酸酯和丙烯酸正丁酯的共聚物，它们以不同的 量组合以形成满足适当的机械强度和适当的转变温度的交联聚合物网络。 一种适当的形状记忆合金是称为Nitinol的镍钬合金。
形状记忆合金是一种"记忆"其几何图形的金属合金。虽然存在"单 向"和"双向"形状记忆合金，但是本说明书中的所有引用都指"双向" 形状记忆合金。"双向"形状记忆M材料记忆两种不同的形状。所述形 状记忆合金改变形状来响应外部激励。例如，对温度变化做出响应的"双 向"形状记忆合金将具有两种完全不同的形状在低温下一种形状，并且 在较高温度下一种形状。以此方式，可以通过调整周围环境的温度来确定 形状记忆合金的期望配置。
形状记忆聚合物是一种"记忆"其几何图形的聚合物。形状记忆聚合 物具有确定的形状并且通过激励，此形状可以按照与上述形状记忆合金类 似的方式容易地变形。
在优选实施例中，将形状记忆材料布置为与冷却片直接接触。所述形 状记忆材料由此置于或接近被保护设备的温度。选择形状记忆材料以在设 备的最低期望工作温度下伸展，以便限制穿过冷却片的流体流动。同样， 还选择形状记忆材料以在较高的规定设计温度下收缩，以便允许最大量的 流体穿过冷却片。以此方式，形状记忆材料调节从设备散发的热量以响应 设备的当前温度，从而维持期望的工作温度范围。通过采用专门与每个设 备配合的形状记忆材料，可以使用单个冷却流体流将多个发热设备调节为 不同的温度。
在第二实施例中，将两种或更多种形状记忆材料布置为与冷却片具有 热接触，有效地实现了与被保护的发热设备具有相同的温度。所述两种或
一形状记忆材料可以在发热设备的第 一指定较低温度下伸展以部分地限制 冷却片间的流体流动。第二形状记忆材料可以在发热设备的第二指定更低 温度下进行伸展以进一步限制通过冷却片的流体流动。相反，第一和第二 形状记忆材料将具有不同的缩短温度，在所述温度下，它们不会限制通过 冷却片的流体流动。因此，可以仔细和被动地控制所限制的流量。
形状记忆材料可以按照各种形式布置为与冷却片具有热接触。形状记 忆材料可以覆盖在冷却片上、被模制并作为固定结构插入、通过夹具固定 到位、通过在冷却片上为此目的形成的插槽或凹槽固定到位，或任何其他 将材料正确地置于流体流动路径中并与冷却片具有热接触的方法。
在第三实施例中，发热设备具有与之接触的冷却片以歉良热量。以限 制穿过冷却片的流体流动的方式布置形状记忆聚合物。从外部源提供使形 状记忆材料伸展或缩短的激励。虽然常用的激励包括电、磁或热，但是可 以应用任何激活形状记忆材料的激励。生成优选的电激励并将其发送到形 状记忆材料，以响应处理器检测到发热设备的温度超出期望工作范围或期 望工作设定点。温度感应器可以是包括处理器的芯片组的一部分并且所述 处理器可以是发热设备自身。可以容易地构想其他使用形状记忆材料的温 度控制方案。
图1是与包含冷却片14的散热器具有热接触12的典型发热设备10 的侧视图。经常《吏用风扇16来强迫空气穿过冷却片14，或将空气吸入冷 却片14。此布置的常见实例是在计算机内的处理器上，其中通过冷却片间 的强制空气对流来移除热量。其中采用流体的另一个常见实例是在汽车中 使用的散热器，或采用流体对住宅进行加热。在此实例中，风扇16强制流 体向上流动18。
图2是与冷却片14具有热接触12的典型发热设备10的侧视图。同时 示出了单个风扇16的两种交替布置，或多个风扇16的使用。风扇(多个) 16可用于强制空气穿过冷却片14，将空气吸入冷却片14,或它们的任意 组合。虽然冷却片14在图1中示为具有顶部开口，但是本发明可等同地应 用于闭合的冷却片组件，例如通过将盖24固定到冷却片顶部并使冷却流体 穿过在冷却片14与盖24以下部分之间限定的路径。盖24的使用还用于增 加对冷却片间流体流动的控制。
图3是布置在发热设备(为筒洁而未示出)上的冷却片14的平面图。 每个冷却片14都具有布置在冷却片的上游末端以在冷却片入口处限制流 体流动18的形状记忆材料20。此形状记忆材料布置假设流体18单向穿过 冷却片，并在入口通道实现对流体流动18的有效限制。形状记忆材料20 (虽然跨冷却片14的整个前沿22)占用尽可能小的冷却片表面积，以便 通过冷却片14的那些未被材料覆盖的部分维持冷却片14的热交换特性。
图4是布置在发热设备(为简洁而未示出)上的冷却片14的平面图。 每个冷却片14都具有布置在冷却片的上游末端以在冷却片入口处限制流 体流动18的形状记忆材料20。形状记忆材料20被示为进行伸展以限制通 过冷却片14的流体流动18。
图5是布置在发热设备(为简洁而未示出)上的冷却片14的平面图。 每个冷却片14都具有布置在冷却片的上游末端以在冷却片入口处限制流 体流动18的形状记忆材料20。此形状记忆材料布置假设流体18单向流过 冷却片，在入口通道处实现对流体流动18的有效限制。形状记忆材料20 占用尽可能小的冷却片14的表面积，以便通过冷却片14的那些未被形状
记忆材料20覆盖的部分维持冷却片14的热交换特性。在此实施例中，将 形状记忆材料20布置在冷却片14的两侧。
图6是具有图5的形状记忆材料20的冷却片14的平面图，其中形状 记忆材料20进行伸展以限制通过冷却片14的流体流动18。
图7是布置在发热设备(为筒洁而未示出)上的冷却片14的平面图。 在此实施例中，将形状记忆材料20布置在冷却片14两端以在任一端处限 制到冷却片14的流体流动18。当流体18在冷却片14的任何一端ii^并 且在其他位置排出(例如通过冷却片14的顶部)时，这将是有效的布置。 形状记忆材料20占用尽可能小的表面积，以便维持冷却片14的热交换特 性。
图8是布置在发热设备(为筒洁而未示出)上的冷却片14的平面图。 在此进一步的实施例中，跨冷却片14的整个长度布置形状记忆材料20以 限制流体流动18。当形状记忆材料20具有所需的热交换特性，或者不影 响冷却片14的热交换特性时，这将是优选的布置方式。
图9是布置在发热设备(为筒洁而未示出)上的冷却片14的平面图。 将多种形状记忆材料20、21布置在冷却片14的一端以在冷却片14的入口 处限制流体流动18。第一形状记忆材料20蜂皮选择为在与第二形状记忆材 料21不同的温度下进行伸展或收缩。通过利用多种形状记忆材料，可以完 全限制、部分限制或不限制流体流动18。此实施例假设流体18单向穿过 冷却片14，在入口通道处实现对流体流动18的有效限制。形状记忆材料 20、 21占用尽可能小的表面积，以便维持冷却片14的热交换特性。
图IO是冷却片14的平面图，冷却片14具有多种布置在冷却片14两 端的形状记忆材料20、 21以在入口处限制到冷却片14的流体流动18。当 流体在冷却片14的任何一端ii^并且在其他位置排出(例如通过冷却片 14的顶部)时，这将是有效的布置。形状记忆材料20、 21占用尽可能小 的表面积，以便维持冷却片14的热交换特性。
图ll是布置在发热i殳备(为简洁而未示出)上的冷却片14的平面图。 将多种形状记忆材料20、 21跨整个冷却片14布置以限制流体流动18。当形状记忆材料20、 21具有所需的热交换特性，或者不影响冷却片14的热 交换特性时，这将是优选的布置方式。
图12是布置在发热设备(为简洁而未示出)上的冷却片14的平面图。 在此备选实施例中，将形状记忆材料20布置在流体18流向冷却片14的路 径中，但并非一定与冷却片14具有热接触。在此实施例中，形状记忆材料 20响应于外部激励而伸展或收缩。所述外部激励可以采取电流、热、磁场、 光或任何其他导致形状记忆材料伸展或收缩的形式。
图13是布置在发热设备(为简洁而未示出)上的冷却片14的平面图。 将多种形状记忆材料20、 21布置在流体18流向冷却片14的路径中，但并 非一定与冷却片14具有热接触。在此实施例中，形状记忆材料20、 21响 应于外部激励而伸展或收缩。响应于外部激励，形状记忆材料20、 21还优 选地具有不同的伸展或收缩特性。所述外部激励可以采取电流、热、磁场、 光或任何其他导致形状记忆材料伸展或收缩的形式。备选地，形状记忆材 料20、 21可以是相同材料，但是接收不同的电激励以便可控地产生不同程 度的限制。
如此处的权利要求和说明书中使用的术语"包括"、"包含"、"具 有"应理解为表示可以包括其他未指定的元素的开放组。术语"一"、"某 一"以及单数形式的词语应理解为包括同一词语的复数形式，以便该术语 表示提供一个或多个事物。术语"一个"或"单个"可用于指示只希望一 个且仅一个某物。类似地，诸如"两个"之类的其他特定的整数值可以在 希望特定数量的事物时使用。术语"优选地"、"优选的"、"优选"、
"可选地"、"可以，，以及类似术语用于指示被引用的项目、条件或步骤 是本发明的可选(并非必需)特性。
虽然参考有限数量的实施例描迷了本发明，但是受益于此公开的本领 域的技术人员将理解，可以设计其他不偏离此处披露的发明范围的实施例。 因此，本发明的范围应仅由所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种在指定范围内调节发热设备的温度的装置，所述装置包括多个布置为与所述发热设备具有热接触的冷却片；用于使流体沿冷却片之间的路径流动的装置；位于所述冷却片之间的流体流动路径中的形状记忆材料；以及所述形状记忆材料与激励具有联系，导致所述形状记忆材料伸展或收缩。
2. 根据权利要求l的装置，其中所述形状记忆材料在温度低于所it^ 热i殳备的期望温度时用于限制流体流动，并且在温度高于所述发热设备的 不同期望温度时不会限制流体流动。
3. 根据权利要求l的装置，其中所述激励是所述发热设备的温度。
4. 根据权利要求l的装置，其中所述形状记忆材料响应于施加的激励 而伸展和收缩。
5. 根据权利要求l的装置，其中从气体、液体及它们的组合中选择所 述流体。
6. 根据权利要求l的装置，还包括多种位于所述冷却片之间的所述流体流动路径中的形状记忆材料，其 中所述形状记忆材料伸展和收缩以响应不同级别的激励。
7. 根据权利要求l的装置，还包括多种位于所述冷却片之间的所述流体流动路径中的形状记忆材料，其 中所述形状记忆材料伸展和收缩以响应不同的激励。
8. 根据权利要求l的装置，还包括 多个发热设备；多个布置为与每个发热设备具有热接触的冷却片； 用于使流体沿冷却片之间的路径流动的装置；以及 位于所述冷却片之间的流体流动5M圣中的形状记忆材料，其中为每个 发热设备选择所述形状记忆材料以调节所述发热设备的期望温度范围。
9. 根据权利要求8的装置，其中所述形状记忆材料响应于所^X热设 备的温度而伸展和收缩。
10. 根据权利要求8的装置，其中所述形状记忆材料响应于施加的激 励而伸展和收缩。
11. 根据权利要求8的装置，其中从气体、液体及它们的组合中选择 所述流体，
12. 根据权利要求8的装置，还包括多种位于所述冷却片之间的所述流体流动路径中的形状记忆材料，其 中每种形状记忆材料伸展和收缩以响应不同级别的激励。
13. —种方法，所述方法包括 通过通道传送流体以冷却发热设备；以及利用布置在所述通道中的形状记忆材料来调节通过所述通道传送的流 体量，其中所述形状记忆材料响应于施加的激励而伸展和收缩。
14. 根据权利要求13的方法，其中所述形状记忆材料在温度低于期 望设备温度时限制流体流动，并且在温度高于不同的期望设备温度时不会 限制流体流动。
15. 根据权利要求13的方法，其中所述形状记忆材料与所述发热设 备具有热接触，并且其中所述形状记忆材料响应于所述发热设备的温度而伸展和收缩。
16. 根据权利要求13的方法，其中所a加的激励是电流。
17. 根据权利要求13的方法，其中利用多种具有不同伸展和收缩特 性的形状记忆材料来调节温度。
全文摘要
本发明公开了使用布置在散热器上的形状记忆材料来在期望范围内调节发热设备的温度。根据一个实施例，将冷却片布置在发热设备上。流体穿过所述冷却片流动以将热量从设备移除。将形状记忆材料布置在流体流动路径中，以响应于在所述发热设备的期望较低和较高工作温度下的激励而调节流体流量。在所述较低的期望设备工作温度下，所述形状记忆材料将限制流过所述冷却片的流体量。在所述较高的期望设备工作温度下，所述形状记忆材料不会限制流过所述冷却片的流体。
文档编号G12B15/02GK101174478SQ200710167580
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月29日 优先权日2006年11月1日
发明者C·麦迪纳, J·G·麦克莱恩, S·P·阿克萨米特 申请人:国际商业机器公司