CN100363864C - 用于若干发热元件的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于若干发热元件的冷却装置，其包括由压缩机、冷凝器、蒸发器及输送冷媒管路构成之冷媒循环回路，其中该蒸发器包括至少两个设有流道之冷却块对应贴设于发热元件上，冷却块流道与输送冷媒管路间藉由一分流槽相连通，该分流槽至少具有与各个冷却块流道的入口相连通的一第一腔室，该分流槽的第一腔室均匀分配流入若干冷却块内之冷媒流量，确保二冷却块具相同之移热能力，该蒸发器进一步包括一壳体及一底板将冷却块密封于其内，可隔绝冷却块周围所凝聚之湿气渗入发热元件所装设之电路板内，壳体与冷却块间设有抵压元件向下抵压冷却块以使其与发热元件完全紧密接触，提升散热效果。

Description

用于若干发热元件的冷却装置

【技术领域】

本发明涉及一种循环冷却装置。

【背景技术】

随着全球电子产业技术逐年的成长，计算机中央微处理器(CPU)的技术开发也不断地创新，使得微处理器朝向运算时脉快及效能增强之趋势日益发展，进而导致微处理器之消耗功率提高、发热量大幅的攀升。近来全球先进电子技术开发的先驱者，正因无法突破微处理器内之芯片产生庞大功率消耗所衍生的散热问题而遭遇空前的瓶颈，在无法维持系统稳定的运作情况下，已放弃研发运算时脉更快之微处理器。将目前单一CPU分割成双CPU的方式来分担热负载，有可能成为未来解决散热问题的方法之一，而有效降低该微处理器之工作温度已成为强大运算能力的必要条件。

在过去以双微处理器为平台之计算机系统成功地被应用在大型工作站及高阶服务器领域中，而双微处理器具有处理大量的运算数据及强大的多任务处理能力等优点，使得以往单微处理器系统在全负载的执行运算状态下，造成负荷过重使系统延迟或不稳定的状况得以克服。然而，通常双微处理器的发热量远高于单微处理器系统，且由于两微处理器彼此的分工合作，当其中一个微处理器不堪使用或坏损时，则整组计算机主机可能运作停摆。为了解决双微处理器的散热问题，除了开发具高性能的移热技术与散热产品外，由于在开机、待机及全速运转状态下的两颗微处理器彼此之间的工作温度差异不大，必须考虑该高效率散热装置针对两微处理器提供相同之移热能力，否则即使双微处理器之运算核心发展再极致，亦无法发挥其最佳的效能。

而众所周知电子产品的物理特性，若能将微处理器之工作温度降至常温或常温以下，则能大幅地提升微处理器之运作性能与稳定度，缩短运算时间并降低耗电量。目前的双微处理器之冷却技术，大多采用散热鳍片以强制风冷方式或液态冷却方式等散热技术，如图1所示，两散热器100分别装设于两微处理器200上，每一散热器100之上表面设有若干间隔之散热鳞片，第一空气导管300连接吹风器(图未示)与一散热器100，第二空气导管400连接于两散热器100之间以将吹风器吹出之冷风导至两散热器100从而实现对两微处理器200之冷却。然，前述之散热器通常由较轻之铝制成，不具备在最短时间内快速且有效率地将高速运算过后的高温发热微处理器降至常温以下的能力。并且，此种利用串接式的冷却方式，当气流流过第一微处理器后，已预热为高温气流，以致无法确保足够的冷却能力来移除第二微处理器的热量，造成双微处理器发生散热不均衡的现象。

在目前已有技术利用压缩冷冻循环系统将计算机内之微处理器表面温度降至常温以下，最典型的例子是利用冷冻循环系统中的蒸发器与发热元件表面接触，其中蒸发器内具有使冷媒通过的流道结构，藉由冷媒流过该流道结构时的吸热过程所产生的相变而释放出冷媒的蒸发潜热(latent heat ofevaporation)，将发热元件表面散发之热量带走，并达到降低发热元件工作温度之目的。而压缩冷冻循环系统通常系由压缩机、冷凝器、蒸发器及毛细管组合而成。虽然目前可运用冷冻循环技术于发热元件的散热领域中，但鲜少研究人员专注于开发应用在双微处理器系统之结构与功能性改良的冷冻循环冷却装置。

而过去其它冷却技术领域应用在双微处理器系统当中，已有投注于开发不同结构、功能的散热装置，其中有不少已揭示于专利文献中，例如US5,912,802、TW265430所揭示的具管道而有相对连结翼片的散热吹风器之多微处理器冷却系统、TW241723、CN2653576所揭示的工业用双微处理器计算机之散热器构造改良、TW535939所揭示的用于双中央处理单元之计算机散热装置、TW534584所揭示的双中央处理器之散热片改良、TW242767所揭示的双中央处理器之热度平衡构造等。

唯使用于双微处理器之散热器在设计上仍有以下诸多问题及缺点尚待克服，使得以现有技术及冷冻循环技术应用与推广于各种发热发热元件及计算机双微处理器系统上仍有以下改善的空间：

(1)散热装置本体过重，长期使用会造成电路板损坏

目前以现有的散热技术用于高功率双微处理器上，最常见的是使用轴向风扇固定位于散热鳍片顶端的散热器，随着微处理器发热量的逐年提高，可解决的方案不外乎增大散热鳍片的体积及增加风扇尺寸与转速，在直立式计算机机箱内，电路板通常是垂直于地面安装，电路板在长期承受两组散热器过重压力的情况下，则易导致电路板产生扭曲现象，而散热器过重时受到重力或震动的影响也容易脱离原位。

(2)气流流动分布的不均匀影响散热效果

另外一种现有技术是在双微处理器上各别安装一散热鳍片，藉由装设于服务器内部之风扇组导引外部气流流至两散热鳍片，再将预热气流排至外部以达到散热之目的，然而两微处理器摆设的位置有所差异，进而影响风扇吹向鳍片的气流速率，造成两微处理器之散热程度不一，导致远离风扇端承受气流速率较低的微处理器难以得到冷气流的充分冷却，造成微处理器散热能力不佳而过热烧毁。

(3)蒸发器装置的安装步骤繁琐

蒸发器内的配件与零件过多，造成加工步骤繁琐，亦使制造成本增加与不良率提高，且使用者在安装上不仅费时费力，亦容易增加安装过程中的疏失。

(4)串接式冷却系统无法发挥最佳的移热功能

习知的散热系统利用串接式的冷却方式，如图1所示，是以流体流过第一微处理器进行冷却，移热后之流体已预热为高温之流体，以致无法确保足够的冷却能力来移除第二微处理器的热量，造成双微处理器发生散热不均衡的现象。

(5)蒸发器装置中冷却块与发热发热元件之间的定位不易

冷却块的冷却面与发热发热元件表面之间的密合度是移热效率的关键，然而，如图2所示，组装过程中安装冷却块500于壳体600内若施力不均匀，会造成O型环700位置偏移，其次若定位O型环700与壳体600之间贴合过于紧密，则O型环700不易带动冷却块500沿壳体600内壁上下滑动，易导致O型环700位置偏移，造成冷却块倾斜而与发热元件800表面仅为点或线接触，此状况下即使有好的接口热传导材料(TIM)亦有可能造成发热元件800过热烧毁的风险。

(6)电路板上湿气量增加且湿气分布范围广

由于电路板上的精密电子零件对于湿气与水分相当地敏感，而双蒸发器中的两冷却块所聚积的湿气量及电路板上之湿气分布范围皆是单块的一倍以上，若冷却块与电路板之间无湿气隔离结构设计，则导致电路板内渗入过多的湿气与水分，影响所及轻则会造成电路板线路的老化，缩短电路板使用的寿命，严重则会因电路板上零件之电流短路而烧毁。

【发明内容】

针对上述缺点，下面以实施例为例进行说明。

本实施例所要解决的技术问题在于提供一种可达到多个发热元件个别工作中之安全性及最佳温度的用于若干发热元件的冷却装置。

本实施例所要解决的另一技术问题在于提供一种可以与发热元件完全接触紧密，提升散热效果的用于若干发热元件的冷却装置。

本实施例所要解决的又一技术问题在于提供一种具有迅速安装且精确定位的用于若干发热元件的冷却装置。

本实施例所要解决的再一技术问题在于提供一种具有隔绝冷却块周围所凝聚之湿气渗入电路板内的用于若干发热元件的冷却装置。

本实施例提供一种用于若干发热元件的冷却装置，该冷却装置包括由压缩机、冷凝器、蒸发器及输送冷媒管路构成的冷媒循环回路，其中该蒸发器包括若干个设有流道之冷却块对应贴设于发热元件上，冷却块流道与输送冷媒管路间藉由一分流槽相连，该分流槽至少具有与各冷却块流道的入口以相连通的一第一腔室，该分流槽的第一腔室均匀分配流入若干冷却块内之冷媒流量。该蒸发器进一步包括一壳体，冷却块内设有供冷媒流体流动之流道，该分流槽设于该壳体内，该分流槽分别与各个冷却块以管路相连接，壳体与冷却块之间设有抵压元件，冷却块与发热元件之间设置一底板，壳体与底板将冷却块密封于其间。与现有技术相比，本实施例用于冷却若干发热元件的冷却装置可在受到空间的限制下将冷却装置设计微小化，并藉由该分流槽均匀地分配流入二冷却块内之冷媒流量，以达到安全的操作温度，该抵压元件对冷却块向下施加均衡力，确保冷却块与发热元件完全紧密接触，提升其散热效果，且该底板可将冷却块快速地分别定位在发热元件之表面中心，发挥迅速安装且精确定位之功能，并达到隔绝冷却块周围所凝聚之湿气渗入电路板内等优点。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例作进一步的描述。

图1为传统串接式冷却方式之散热系统原理之示意图；

图2为传统蒸发器冷却装置与发热元件之间定位不准而偏移之截面图；

图3为本实施例冷却装置之压缩冷冻循环系统原理之示意图；

图4为本实施例蒸发器之立体示意图；

图5为本实施例蒸发器沿图4中V-V截面所视之剖视图；

图6为本实施例蒸发器之立体分解示意图；

图7为本实施例冷却块腔体部之俯视图；

图8为另一实施例蒸发器之立体分解示意图；及

图9为另一实施例冷却块之立体图。

【具体实施方式】

图3为本实施例用于若干发热元件的冷却装置(为简化描述，以下简称为冷却装置)之压缩冷冻循环系统原理示意图。本实施例冷却装置用于移除设置于一电路板11上之微处理器10所产生之热量。可以理解地，本实施例冷却装置也可以用来冷却其它具有若干热源之电子元件以及非电子元件。为简化描述，以下以两微处理器为例进行说明。

该冷却装置包括一蒸发器1、一压缩机2、一冷凝器3及输送冷媒管路，该冷媒管路包括一毛细进液管5与出气管6。

该蒸发器1包括两个冷却块15，可以理解地，冷却块15的数量并未限定为两个，与微处理器10的数量对应即可。该冷却块15通过一固定元件18分别固定于两微处理器10上。该固定元件18包括一壳体18a及一底板18b，该壳体18a与底板18b通过若干螺钉34固定至电路板11上方(请参图4)，从而在壳体18a与底板18b之间、底板18b与电路板11之间分别形成与外界绝热之一上空腔20及一下空腔21，冷却块15和微处理器10分别容置于上空腔20与下空腔21内，上空腔20内设置一分流结构，在本实施例中分流结构为分流槽19。电路板11下方与底板18b相对面设置有一背板12，以对电路板11的下方进行绝热密封并具有一加热功能，防止在电路板11下方产生不必要之湿气凝结。

冷却块15包括一盖部15a及一腔体部15b，腔体部15b内设置有供冷媒流动之流道22，流道22与分流槽19相连通，该分流槽19连接毛细进液管5及出气管6。冷却块15腔体部15b之底端为一冷却面23，该冷却面23紧贴于微处理器10上用来吸收微处理器10所释放出之热量，从而使冷却块15的流道22内之冷媒吸热后汽化产生低压高温气态冷媒，低压高温气态冷媒经由分流槽19及出气管6流至压缩机2，经压缩机2压缩后形成高压高温气态冷媒，高压高温气态冷媒流经冷凝器3释放热量后冷凝成高压低温液态，冷凝器3上设置一风扇4将热传至外界。从冷凝器3流出之高压低温液体经毛细进液管5降压后经由分流槽19流回到冷却块15内参与再次蒸发循环，如此，冷却块15、分流槽19、出气管6、压缩机2、冷凝器3及毛细进液管5形成冷媒循环回路，利用液、气态间之相变化特性，不断地循环吸收及释放热能，达到冷却微处理器10的功效。

请一并参阅图4至图6，冷却块15之盖部15a之上表面中央设有一定位孔25，该盖部15a于定位孔25周围设置一圆筒状抵压部26。壳体18a顶面开设二环状定位槽27，冷却块15盖部15a之环状抵压部26插置于该定位槽27内，该定位槽27内放置一垫圈31，以提供一弹性紧压空间。冷却块15盖部15a之定位孔25内插置一弹簧28，该弹簧28位于壳体18a与冷却块15之间，以提供弹性压力向下紧压冷却块15从而使得冷却块15之冷却面23与微处理器10完全接触紧密。图4中所示之壳体18a为一方型状结构，但亦可为其它形状，如圆形等。

该分流槽19之形状、结构、尺寸、位置可根据实际需求而变化，分流槽19内具有一第一腔室40与第二腔室41，分别与二冷却块15腔体部15b以管路24相连接，一盖板19a装设于分流槽19上方以对分流槽19进行密封。盖板上19a上设有两个开孔(未标示)，以供毛细进液管5及出气管6插设从而连通分流槽19与毛细进液管5及出气管6。冷媒由毛细进液管5流入第一腔室40，在该第一腔室40内平均分配冷媒流量经由流道22之入口39流入二冷却块15之流道22内，经吸热后之冷媒由流道22之出口38流至第二腔室41，再由出气管6流出。该分流槽19均匀分配流入二冷却块15内的冷媒流量，确保二冷却块15具相同之移热能力，以达到二冷却块15在工作中之安全性及最佳温度之效果。

底板18b顶面开设二定位槽29，每一定位槽29内容置一密封垫33，以提供一弹性紧压空间，定位槽29与冷却块15之腔体部15b紧密配合，使冷却块15插置于槽内时提供精确地同心定位效果。底板18b隔绝冷却块15位于微处理器10周围暴露于电路板11上之部分，以达到避免冷却块15周围所凝聚之湿气渗入电路板11内之效果。

壳体18a与底板18b之间、底板18b与电路板11之间还分别设有一密封圈30、32，以提供固定时之弹性紧压及使上下空腔20、21与外界环境有更好的绝热密封效果。

图7所示为本发明冷却块腔体部之俯视图，冷却块15之流道22可通过钻孔等加工方法而设置于冷却块15之腔体部15b内(请参图6)，该流道22由若干孔37连接贯通形成，该孔37之周边可根据实际需求而变化，如为直线型，也可为非直线型如锯齿型、弧型等。分流槽19之分流管路24(请参图6)相对应连接流道22之出口38与入口39。本实施例中孔37的周边为圆形，因而在流道22管壁形成皱折，冷媒流动于皱折流道管壁间因摩擦产生紊流现象，进而强化冷媒之沸腾热传效果，且由于皱折流道管壁可增加冷媒之散热面积而进一步提高热传效能。该冷却块15形成上下两部份结构，以方便流道22之加工，盖部15a及腔体部15b可由不同材料制成，如盖部15a之材料为质地较坚硬之黄铜，腔体部15b材料为导热性高之紫铜，通过焊接方式可将该盖部15a与腔体部15b接合为一体。

图8至图9为另一实施例蒸发器1’之立体分解示意图，该蒸发器1’与前述实施例之蒸发器1之结构基本相同，不同之处在于：该蒸发器1’中冷却块15’之腔体部15b’下端之冷却面23外围设有沿周向排列之若干定位孔35，底板18b’顶面之定位槽29上延伸有与定位孔35相对应之若干定位柱36，该定位柱36插置于该定位孔35内，从而将冷却块15’之腔体部15b’与底板18b’定位连接，以达到进一步强化精准定位的功能。

Claims (15)

1.一种用于若干发热元件的冷却装置，其包括由压缩机，冷凝器，蒸发器及输送冷媒管路构成的冷媒循环回路，其特征在于：该蒸发器包括至少两个设有流道的冷却块对应贴设于发热元件上，冷却块流道与输送冷媒管路之间藉由一分流槽相连通，该分流槽至少具有与各个冷却块流道的入口相连通的一第一腔室。

2.如权利要求1所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该输送冷媒管路包括出气管及毛细进液管。

3.如权利要求2所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该分流槽还具有与各个冷却块流道的出口相连通的一第二腔室，该分流槽的第一、第二腔室还分别与毛细进液管及出气管相连通。

4.如权利要求1所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该冷却块包括一用于与发热元件接触之腔体部及一盖部，流道设置于该腔体部内。

5.如权利要求4所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该蒸发器包括一壳体及一底板，壳体与底板之间形成一供冷却块容置的密封空腔。

6.如权利要求5所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该壳体顶面设有开槽，该冷却块盖部上方设有一抵压部，该抵压部之顶缘对应卡设于该壳体顶面的开槽内。

7.如权利要求6所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该壳体顶面与冷却块盖部之间设有用于对冷却块施加朝向发热元件的压紧力的弹性元件。

8.如权利要求5所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该发热元件为设于一电路板上方之微处理器，该蒸发器进一步包括一设于电路板下方的背板，微处理器容置于背板与底板形成的密封空腔内。

9.如权利要求5所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该底板设有若干定位柱，该冷却块的腔体部底面设有若干以供定位柱插入的定位孔。

10.一种用于若干发热元件的冷却装置，包括二空腔及位于二空腔外的输送冷媒管路，其中一空腔收容发热元件于其内，其特征在于：该冷却装置还包括若干位于另一空腔且对应贴设于若干发热元件上的冷却块，每一冷却块内设有供冷媒流动的流道，各个冷却块的流道藉由一分流结构与输送冷媒管路相连通。

11.如权利要求10所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该另一空腔由一壳体与一底板所构成，壳体与冷却块之间设有一弹性元件。

12.如权利要求11所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该发热元件贴设于一电路板上方，一背板贴设于该电路板下方对应该底板处，底板与背板形成上述该一空腔。

13.如权利要求10至12任一项所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该分流结构包括两个独立之腔室，其中一腔室分别与冷却块流道的入口相连，另一腔室分别与冷却块流道的出口相连。

14.如权利要求13所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该输送冷媒管路包括一毛细进液管及一出气管，该一腔室及另一腔室还分别与毛细进液管及出气管相连。

15.如权利要求14所述的用于若干发热元件的冷却装置，其特征在于：其中该流道为由若干孔构成，孔的周边为非直线型。

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