专利名称：用于冷却计算机内装置的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冷却电子元件或装置，例如计算机内的中央处理器(“CPU”)的系统，更具体地涉及一种具有能够减少有害噪声和灰尘进入到计算机中的结构的冷却系统。
为了冷却这些元件或装置，使用通常的冷却装置。以CPU为例，在CPU上安装散热片构件。在散热片构件的末端安装冷却风扇。冷却风扇的运行会导致气流流经散热片四周。因此，热量传递给计算机内的空气。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出到机箱外部。周围的空气被吸入到机箱内。因此，计算机内的热量随空气传递到周围。那么就防止了温度的升高。
但是，在上述冷却系统中，风扇的运行导致有害的噪声。减小这种令人讨厌的噪声的尝试并未取得令人满意的效果。此外，在空气进入机箱期间，湿气和灰尘可能会随着空气进入。这些会导致计算机的性能退化。为了避免灰尘进入，必须提供过滤器。但是，当过滤器挡住灰尘时，风扇的负荷增加。这可能会引起更高程度的噪声。
发明概述因此，本发明的一个目的在于提供一种冷却系统，具有低噪声级、机械故障概率低并且不需要电能。
本发明的另一个目的在于提供一种冷却系统，具有允许计算机避免受到外部环境影响的结构。
通过提供一种冷却系统实现本发明的上述和其它目的，用来将计算机内装置或元件的热量传递到计算机的周围环境中，计算机具有暴露在计算机周围环境中的热交换表面，该冷却系统包括第一热交换容器，与装置或元件连接，使得能够将热量从装置或元件传递到第一热交换容器；第二热交换容器，与热交换表面连接，使得能够将热量从第二热交换容器传递到热交换表面，并且其位于比第一热交换容器高的位置上；第一和第二管子，连接在第一热交换容器和第二热交换容器之间；由第一热交换容器、第二热交换容器和上述管子限定的内部封闭空间，其中包含冷却介质；和因此依靠冷却介质的相变化和流动来实现装置和元件的冷却。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机，具有暴露在周围环境中的热交换表面，产生热量的装置或元件，以及用于将装置或元件的热量经由热交换表面传递到计算机周围环境的冷却系统，其中所说冷却系统包括第一热交换容器，与装置或元件连接，使得能够将热量从装置或元件传递到第一热交换容器；第二热交换容器，与热交换表面连接，使得能够将热量从第二热交换容器传递到热交换表面，并且其位于比第一热交换容器高的位置上；第一和第二管子，连接在第一热交换容器和第二热交换容器之间；
由第一热交换容器、第二热交换容器和管子限定的内部封闭空间，其中包含冷却介质；和因此依靠冷却介质的相变化和流动来实现装置和元件的冷却。
该计算机包括电源和热交换表面。电源包括产生热量的元件和导热板，将产生热量的元件固定在导热板上，并且导热板与热交换表面相连。
计算机包括硬盘驱动器。驱动器包括机械装置部分，配置在机械装置下面的电路，和覆盖至少一部分电路的导热板。
优选实施例的详细描述下文将描述本发明的优选实施例。为了便于说明，将描述个人计算机的CPU装置的冷却系统。但是应当理解的是，本发明的冷却系统可以用于冷却其它装置，例如图形板、IC、磁盘驱动器、控制卡、以及其它电子元件。
参照
图1和2，计算机具有安装在主板上的CPU。为了交换由CPU3产生的热量，第一热交换容器被固定到CPU3的上表面上。最好是，第一热交换容器4具有对应于CPU3上表面形状的壁。
第二热交换容器6被固定到PC的机箱1内。第二热交换容器6被安装在比第一热交换容器4高的位置。尽管图1中描绘的是第二热交换容器6被固定在计算机后部，本发明不限于这种结构。可以将该容器6固定到任何其它使得热量有效地辐射到计算机的外部的位置。该容器6与热交换表面连接，用于将热量辐射到计算机的外部或周围环境中。
热辐射散热片构件61被固定在第二热交换容器6的外表面上，来增大热交换的表面面积。散热片构件61具有多个散热片。散热片构件可能会另外具有导热板(没有示出)。导热板被固定到容器6上。可以整体制造导热板和散热片。
图1表示机箱具有一个孔并且第二热交换容器6的表面暴露在计算机外部。此外，在改型的实施例中，第二热交换容器被固定在机箱的内部表面上，不再暴露在计算机的外部。在该实施例中，散热片构件被安装在与第二热交换容器邻近的机箱外表面上。也就是，机箱壁置于第二热交换容器和散热片构件之间。机箱最好由具有高导热率的金属构成。散热片构件与机箱之间的接触面积大于与第二热交换容器的接触面积，类似于图7中所示的实施例。
当然，可使用没有散热片构件的机箱结构。在这种情况下，机箱外表面起到将热量辐射到周围环境中的热交换表面的作用。
参照图1和2，利用第一管子7和第二管子8，第一和第二热交换容器4和6相互连接和沟通。第一管子7和第二管子8与第一热交换容器4的侧壁连接。第一管子7和第二管子8与第二热交换容器6的底面连接。热量从CPU 3传递到第一热交换容器4。然后经由第二热交换容器6将热量传送到计算机的机箱1外。
管子7和8可以由例如铝、铜和类似金属构成。当使用HCFC-123的致冷剂时，人们发现通过使用这种金属管可以达到良好的冷却性能。
由于计算机的结构，金属管可能会导致例如短路等电路问题。在这种情况下，管子7和8可以由高密度的塑性树脂构成。最好是，塑性树脂管子的材料不会溶于致冷剂，并且不允许致冷剂渗透。可使用通常在空调和冰箱中使用的塑性树脂管子。
现在参照图1和12，电源5安装在机箱1的后部。电源5具有产生热量的装置，例如变压器P1、恒定电压IC P2以及类似的装置。这些产生热量的装置P1和P2被固定到导热板52上，并且最终与其表面暴露在计算机外部的热辐射散热片构件连接。由于上述结构，电源5没有必要具有任何用于冷却其自身的常规风扇。
在改型的实施例中，可能将电源安装在比较低的位置。在该实施例中，产生热量的元件被固定在导热板上。第一热交换容器被固定在该板上。另外，可把该装置直接固定在第一热交换容器上。
参照图3，表示第一热交换容器4的内部结构，第一热交换容器4具有外壁401和内壁41。内壁41具有毛细管结构。这种毛细管结构增大了热传递的表面面积，以提供良好的热交换性能。用烧结或铜粉的粉末冶金学的方法来制造具有毛细管结构的内壁41。
由于第一热交换容器4的尺寸可能受CPU或其它相邻部件的尺寸和位置限制，最好增大与制冷剂接触的表面面积。同样最好是，内壁41覆盖第一热交换容器4外壁的包括与CPU 3接触的底面在内的整个内表面。液态的制冷剂浸入内壁41的毛细管中。这将提供良好的热交换。除了烧结而成的铜构件，内壁41可以由金属网或织物构成。
第一热交换容器4具有在容器4上形成的入口。入口44与第一管子7相连。第一热交换容器4具有在高于入口44的位置上形成的出口45。出口45与第二管子8相连。
第一热交换容器4的外壁401最好由具有高导热率的例如铜、铝和类似金属构成。
另外，可以这样构造容器，使得其具有由金属构成的壁和由例如尼龙6／6等塑性树脂构成的盖子。在这种情况下，金属壁与CPU相接触。
从图4和5中可以看出，第二热交换容器6具有导热板601和盖子602。多个散热片62相互平行地安装在板601上。散热片在第二热交换容器6内延伸。这种结构具有增大的热交换表面面积，以提供良好的热传导。散热片构件61被固定在导热板601的一个外表面上，以提供增大的向计算机周围环境导热的面积。散热片构件61具有多个相互平行布置的散热片。第二热交换容器6的导热板601和散热片构件61最好由具有高导热率的金属构成。盖子602可以由金属或尼龙等塑料材料制成。
第二热交换容器6具有在底壁上形成的出口63。出口63与第一管子7连接，使得液态的制冷剂流出。第二热交换容器6具有在底面上形成的入口64。第二管子8穿过入口64向高于出口63的位置延伸。最好是第二管子8的末端比包含在容器6内的液态制冷剂的液面L高。(参见图5)密封第一热交换容器4和第二热交换容器6，以防止制冷剂的泄漏或空气的进入。为提供完全密封的容器4和6，当需要时，可以用塑性树脂材料浸渍容器4和6的壁和盖子。塑性材料最好是一种制冷剂不能渗透的高密度塑性树脂。此外，最好选择不会与制冷剂发生化学反应的塑性材料。
将容器4和6与管子7和8的连接部分密封，使得制冷剂不能渗漏以及空气不能进入。在图2至5中，表示的是管子7和8与容器4和6的壁直接相连。此外，在配件提供良好密封的条件下，可以利用传统管子配件将管子7和8与容器4和6的壁连接在一起。
本发明中所使用的制冷剂最好是不会对人体有害或危险。此外，制冷剂最好是很难与冷却系统的部件发生化学反应。最好将HCFC-123的制冷剂用作本发明的制冷剂。HCFC-123可以从U．S．Dupont(美国杜邦公司)获得，如名称为Suva123。
容器4或6具有使制冷剂流进冷却系统的阀门。描述制冷剂的流进过程，首先，将容器4和6以及管子7和8连接和密封，以形成与外部隔离的内部封闭空间。随后，经由阀门将空气从内部空间移走。然后通过阀门使制冷剂流进内部空间。
从图6中可以看出，为防止由于周围环境的温度突然升高导致第二热交换容器6的过热，风扇9可以设在散热片构件61下面。风扇9具有例如双金属开关的开关91。通过根据温度开启或关断开关91来驱动风扇。与常规计算机传统冷却系统中所使用的风扇相比，风扇9可以较小。这是因为通过产生经过散热片构件的空气流有效地增强了热辐射性能。此外，图6中所描述的构造，在具有大量例如灰尘的飘浮物质的环境下是有用的。考虑到飘浮物质不能进入到计算机内，与传统的冷却系统相比，这种结构还是有利的。
参照图1和5，论述根据本发明实施例的冷却系统的运行。通过本发明的冷却系统的热交换容器内完成的热交换，制冷剂的物态从液态变为气态或从气态变为液态。由于制冷剂的各物态的密度不同、以及第一热交换容器4和第二热交换容器6的势位不同，制冷剂如详细描述的那样循环。
CPU3产生热量。热量传递到第一热交换容器4，然后将其传递到容器4的毛细管中。制冷剂的物态从液态变为气态。
蒸发后的制冷剂气体流经第二管子8到达第二热交换容器6。经由导热板601和散热片构件61，第二热交换容器6内气态制冷剂中所含的热量传递到计算机外部。在这个过程中，制冷剂的物态从气态变为液态。液化的制冷剂聚集在第二热交换容器6的底部。
当最初将制冷剂注入冷却系统的内部空间时，控制制冷剂的体积，使得制冷剂的液面L不能高于第二热交换容器6的半高。如果不是，热传导表面面积可能不够。
依靠液化的制冷剂的重力，液化的制冷剂从第二热交换容器6穿过第一管子7流向第一热交换容器4。因此，实现制冷剂的循环。然后依靠来自CPU3的热传递，回流的液态制冷剂再变为气态。
如上所述，可以将由CPU3产生的热量传递到计算机外部。因此，保持CPU3的温度，使得CPU3正常运行。通过改变散热片构件的表面面积，可以控制要保持的温度。通过考虑计算机周围环境的温度，可以决定散热片构件61的表面面积。
如图7中所描述，根据另一实施例的第一热交换容器4a具有多个热交换散热片42。散热片42被安装在与CPU接触的壁上要平行布置。
热交换散热片42具有孔。散热片42的远端末端与容器4a的正对的壁49隔开。这种结构允许制冷剂很好地流动。第一热交换容器4a具有与第一管子7相连的入口44a。入口44a形成在侧壁上。液化的制冷剂穿过入口44a流进容器4a中。第一热交换容器4a具有与第二管子8相连的出口45a。在与CPU接触的底壁正对的顶壁49上形成出口45a。气态制冷剂穿过出口45a流出。
如图8和9中所示，根据另一个实施例的第二热交换容器6a具有多个散热片62a。将容器6a内安装的散热片62a相互平行布置。散热片62a提供了增大的热交换表面。容器6a具有导热板66a。导热板66a扩展到超出容器6a的盖子。具有多个散热片的散热片构件61a被安装在导热板66a上。
第二热交换容器6a具有入口64a和出口63a。入口64a和出口63a的结构以及管子7和8的连接结构类似于上述参照图6所描述的实施例。
图10和11描述的是根据本发明另一个实施例的第一热交换容器4b。第一热交换容器4b可以被固定在安装在垂直设置的主板上的CPU3b上。此外，第一热交换容器4b还可以被固定在安装在水平设置的主板上的CPU上。也就是，图10和11中描述的第一热交换容器4b可以被固定在具有任何安装定向的CPU上。
如图10所示，第一管子7和第二管子8与第一热交换容器4b的顶面连接。第一热交换容器4b具有用于注入制冷剂的阀门46。如上所述，最好是在制冷剂通过阀门进入之前，将空气从冷却系统的内部空间抽走。
参见图11，第一热交换容器4b具有与第二管子8相连的出口44b。出口44b可以是狭缝形状。第一管子7超出第一热交换容器4b的顶面向第一热交换容器4b内侧延伸。因此，当第一热交换容器4b如图10和11所示垂直安装时，第一管子7的末端7b比出口44b低。
出口44b偏离第一管子7。因此，即使水平安装第一热交换容器4b使得得与CPU接触的壁402变成底，出口44b位于比第一管子7的末端71高的位置。即使CPU水平安装，出口44b和第一管子7的上述结构允许使用第一热交换容器4b。
在根据上述实施例的冷却系统中，由CPU3产生的热量传递到第一热交换容器4、4a和4b内的制冷剂中。制冷剂被蒸发并流向第二热交换容器6和6a。经由第二热交换容器6和6a依靠热传导或辐射，热量传递到外部。气态制冷剂被液化并向下流向热交换容器4、4a和4b。
因此，在根据本发明的冷却系统中，无需可能会导致噪音的机械操作的装置或仪器。此外，在根据本发明的冷却系统中，不需要引入计算机中的空气。因此，根据本发明的冷却系统避免灰尘和飘浮物质的进入，灰尘和飘浮物质可能会导致对如电子元件、电路、磁盘驱动器或类似装置的致命的影响。
此外，由于在根据本发明的冷却系统中，不需要机械操作的装置或仪器，可以避免由于长时间运行造成的损坏或失调。根据本发明的冷却系统可以在没有来自外部的电能或能量的情况下运行，因而可以减少计算机的能量消耗。
在上述实施例中，描述了用来冷却CPU的冷却系统。但是，应该理解，该冷却系统可以冷却任何其它装置。例如，可使得用根据本发明的冷却系统来冷却安装在计算机内的硬盘驱动器。该硬盘通常具有多个磁盘，以及例如磁盘驱动电机、磁头机构或类似的机械操作部件，和电路板。电路板具有产生热量的元件，并且通常设置在硬盘驱动器的底部。为了将根据本发明的冷却系统应用到硬盘驱动器上，硬盘驱动器具有设置在电路板下面的导热板。导热板由例如铝和铜等具有较高导热率的金属构成。导热板覆盖整个硬盘驱动器的底部。此外，导热板可以部分覆盖硬盘驱动器的底部。导热板可以水平延伸超过硬盘驱动器的盖子。第一热交换容器被安装在导热板上。
如上所述，还可以将根据本发明的冷却系统用于冷却电源内的装置。
在上述实施例中，所描述的冷却系统具有相互连接的单个第一热交换容器和单个第二热交换容器。此外，冷却系统可以包括单个第二热交换容器和附着在例如CPU、图形板、电源中的元件、硬盘驱动器或类似装置上的多个第一热交换容器。此外，应当理解，该冷却系统具有多个第二热交换容器。单个或多个第一热交换容器可以与每一个第二热交换容器连接。
尽管已经参照优选实施例对本发明进行了表示和描述，但应当理解，在不违背本发明精神和范围的情况下，可以做出多种变化、改型和增加。
权利要求
1．一种冷却系统，用于传递由计算机内装置产生的热量，计算机具有暴露在计算机周围环境中的热交换表面，该系统包括第一热交换容器，与所述装置连接，使得能够将热量从装置传递到第一热交换容器；第二热交换容器，与热交换表面连接，使得能够将热量从第二热交换容器传递到热交换表面，并且位于比第一热交换容器高的位置上；第一管子和第二管子，连接在第一热交换容器和第二热交换容器之间；由第一热交换容器、第二热交换容器和上述管子限定的内部封闭空间，其中包含冷却介质；从而依靠冷却介质的物态变化和流动来实现装置的冷却。
2．根据权利要求1所述的冷却系统，其中所说热交换表面是计算机机箱的外表面。
3．根据权利要求1或2所述的冷却系统，其中所说第一热交换容器具有增大表面面积的传热构件。
4．根据权利要求3所述的冷却系统，其中所说传热构件是具有毛细管结构的金属构件。
5．根据权利要求3所述的冷却系统，其中所说传热构件由金属织物或网构成。
6．根据权利要求3所述的冷却系统，其中所说传热构件具有多个散热片，散热片相互平行地固定在与计算机装置接触的壁上。
7．根据权利要求1至6中任何一项所述的冷却系统，其中所说第一热交换容器具有与计算机装置接触的壁以及盖子，其中壁由金属构成，而盖子由塑性材料构成。
8．根据权利要求1至7中任何一项所述的冷却系统，其中所说第一热交换容器具有入口和出口；第一管子具有穿过第一热交换容器的入口延伸进第一热交换容器内的末端；第二管子与出口相通；并且第一热交换容器的出口设置在比第一管子末端高的位置。
9．根据权利要求1或2所述的冷却系统，其中所说第二热交换容器具有与计算机热交换表面相连的壁以及盖子，壁由金属构成，而盖子由塑性材料构成。
10．根据权利要求1或9所述的冷却系统，其中所说第二热交换容器具有在第二热交换容器内增大热交换表面的传热构件。
11．根据权利要求1、2和8至10中任何一项所述的冷却系统，其中所说第二热交换容器具有入口和出口；第二管子具有穿过第二热交换容器的入口延伸进第一热交换容器内的末端；第一管子与出口相通；并且第二管子的末端设置在比第二热交换容器的出口高的位置。
12．根据权利要求1或2所述的冷却系统，还包括具有增大的热交换表面面积的传热构件。
13．根据权利要求12所述的冷却系统，其中所说传热构件具有风扇装置，用于在传热构件周围产生气流。
14．根据权利要求1、2、8和11中任何一项所述的冷却系统，其中所说第一和第二管子由金属构成。
15．根据权利要求1、2、8和11中任何一项所述的冷却系统，其中所说第一和第二管子由塑性材料构成。
16．根据权利要求1至15中任何一项所述的冷却系统，其中所说冷却介质是HCFC-123。
17．根据权利要求1至15中任何一项所述的冷却系统，其中所说计算机的装置是CPU。
18．根据权利要求1至15中任何一项所述的冷却系统，其中所说计算机的装置是硬盘驱动器，硬盘驱动器具有机械装置，设置在机械装置下的电路和至少覆盖一部分电路的导热板；并且其中第一热交换容器与导热板相连。
19．根据权利要求1至15中任何一项所述的冷却系统，其中所说计算机装置是计算机电源内的元件。
20．一种计算机，具有暴露在周围环境中的热交换表面，产生热量的装置，和用于经由热交换表面传递装置的热量的冷却系统，其中所说冷却系统包括第一热交换容器，与所述装置连接，使得能够将热量从装置传递到第一热交换容器；第二热交换容器，与热交换表面连接，使得能够将热量从第二热交换容器传递到热交换表面，并且位于比第一热交换容器高的位置上；第一管子和第二管子，连接在第一热交换容器和第二热交换容器之间；由第一热交换容器、第二热交换容器和上述管子限定的内部封闭空间，其中包含冷却介质；从而依靠冷却介质的物态变化和流动来实现装置和元件的冷却。
21．根据权利要求20所述的计算机，还包括包含产生热量的元件的电源以及产生热量的元件所附着的导热板，并且导热板与热交换表面相连。
22．一种在具有热交换表面的计算机中使用的电源包括产生热量的装置；导热板，其上固定有产生热量的装置；和与热交换表面相连的导热板。
23．一种硬盘驱动器包括机械装置部件；布置在机械装置下面的电路系统；和覆盖至少一部分电路的导热板。
全文摘要
一种计算机,具有暴露在周围环境中的热交换表面(3),产生热量的装置或元件,和用于经由热交换表面传递装置或元件的热量的冷却系统。冷却系统包括第一热交换容器(4)和第二热交换容器(6)。第一热交换容器与装置或元件相连,使得能够将来自装置或元件的热量传递到第一热交换容器。第二热交换容器与热交换表面相连,使得能够将来自第二热交换容器的热量传递到热交换表面,并且位于比第一热交换容器高的位置。第一管子(7)和第二管子(8)连接在第一热交换容器和第二热交换容器之间。由第一热交换容器、第二热交换容器和上述管子限定的内部封闭空间,其中包含冷却介质。依靠冷却介质的物态变化和流动来实现装置和元件的冷却。
文档编号H05K7/20GK1293774SQ99804075
公开日2001年5月2日 申请日期1999年3月15日 优先权日1998年3月16日
发明者李穆炯, 李光淳, 千玑完 申请人:李穆炯, 李光淳, 千玑完