CN102655130B - 压缩机式芯片降温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及芯片降温技术领域，是一种压缩机式芯片降温系统，其包括微型制冷压缩机、冷凝器和微通道蒸发冷头；在冷凝器上固定安装有冷凝风扇，在微通道蒸发冷头内有密封的用于填充保温材料的安装腔，在安装腔内按实际需要填充保温材料，在安装腔旁边有微通道蒸发冷头进口和微通道蒸发冷头出口，在安装腔的背面有分别与微通道蒸发冷头进口和微通道蒸发冷头出口相通的微通道蒸发冷头内部流道。本发明通过微型制冷压缩机、冷凝器、冷凝器风扇、节流短管、微通道蒸发冷头、温度传感器、主控板和软管的配合使用，主控板感应微通道蒸发冷头的温度，调整压缩机转速，输出与芯片发热量相当的冷量，能很好的带走芯片的热量，因此极大地提高了制冷效率。

Description

压缩机式芯片降温系统

技术领域

本发明涉及芯片降温技术领域，是一种压缩机式芯片降温系统。

背景技术

随着科技的进步，芯片的复杂度越来越高，运算速度越来也快，功耗和发热量越来越大，而芯片而积却希望越来越小。小面积上的高发热量无法及时排除时，比如导致芯片温度的升高。芯片在高温下的工作效率和使用寿命和稳定性将会大大折扣。因而芯片的散热问题将成为芯片发展道路上的瓶颈。

传统的芯片散热方法是通过风扇的风冷方式带走热量，通过风扇促进空气的循环流动，达到降温的目的。但空气的导热性能有限，随着芯片发热量的不断增大，已达 200W ，而风冷散热方法 1W/cm2 已经无法满足高性能芯片散热的需求。继而出现了热管散热器技术，热管散热器本身的散热效率大过任何一种金属材料的导热性，因而热管散热器散热的方法较风扇散热优越很多，因而很多风扇散热满足要求的地方已被热管散热所替代。比如在一些性能较高、发热量较大的电脑CPU上，热管散热法就替代了原有的风扇冷却法。但是热管散热器散热量只有10W/cm2，同时受环境温度的影响较大，启动时间需要5-10分钟，并且在启动过程中温度会不断上升，随着芯片发热量的进一步增大，热管散热也无法满足要求。随后出现了液冷散热法，通过液体在冷头内循环，液冷头直接与芯片接触，其散热性能100W/cm2可以满足目前的需求。比如电脑CPU降温就有水冷降温法，主要由与发热芯片直接接触的冷头、水泵、水箱，水排等组成冷水循环系统。水泵将水箱中的冷水送至冷头内，在冷头内与直接接触的发热芯片进行热交换，从而带走芯片的热量，并通过水排进行散热。该方法在一定程度上能满足芯片降温的需求，但其存在两个较大的缺点：1，芯片及其电路系统均忌水，一旦水管或冷头泄露，将造成电路系统的奔溃，因而该产品的使用存在一定的风险；2，循环水的温度受环境的影响，不可能过低，而且水的热传导性较差，因而冷头端的热交换温差有限，这将限制液冷降温的热交换量。受这方面的限制，水冷系统无法在应用层面得到近一步的推广。从计算机芯片的发展来看，大功率芯片的应用是一种趋 势，散热量会在200W-500W之间。尽管目前传统的技术仍占据主流市场，但这些散热产品都属于被动式散热，无法实现热交换能力的提升，不可能满足大功率芯片散热的需求。所以只有主动式降温产品有可能满足大功率芯片的换热需求。

目前主动式降温的方法有几种，半导体冷片、冷冻水降温、压缩机制冷，液氮等。前期半导体冷片制冷受到追捧，但由于其过低的能效比、产品可靠性、冷凝水等致命弱点，最终以失败而告终。冷冻水降温需要一个复杂的冷水机系统或冰储冷系统，水的传导系数不高，同时水对电子元器是非常危险，也导致市场无法展开实质的应用。液氮仅用于游戏玩家作超频之用，无法展开产品市场化。压缩机制冷是一种比较可靠且稳定的技术，且冷媒的蒸发制冷传导较佳，但传统压缩机由于其体积重量比较大，无法为芯片实行微环境降温，同时铜管焊接无法实施点对点安装，单位面积的大制冷量传导需要独特的微通道蒸发冷头，更为重要的是，芯片的温差反应非常快，传统压缩机制冷根本不可能实现与芯片同步工作。基于这些传统压缩机固有的特点，市而上尚无成功使用压缩机为芯片降温的冷却系统。

发明内容

本发明提供了一种微型制冷压缩机式芯片降温系统，克服了上述现有技术之不足，其能解决现有大功率芯片小面积高发热量无法有效降温的问题。

本发明的技术方案是这样来实现的：一种微型制冷压缩机式芯片降温系统，包括微型制冷压缩机、冷凝器和微通道蒸发冷头；在冷凝器上固定安装有冷凝器风扇，在微通道蒸发冷头内有密封的用于填充保温材料的安装腔，在安装腔内按实际需要填充保温材料，在安装腔旁边有微通道蒸发冷头进口和微通道蒸发冷头出口，在安装腔的背而有分别与微通道蒸发冷头进口和微通道蒸发冷头出口相通的微通道蒸发冷头内部流道，在微型制冷压缩机上固定安装有冷媒充注管，在微型制冷压缩机的出口端与冷凝器的进口端之间通洛克环固定安装有软管，在微通道蒸发冷头进口与冷凝器的出口端之间依序固定安装有节流短管、洛克环和软管，在微通道蒸发冷头出口与微型制冷压缩机的进口端之间固定安装有铜管、洛克环和软管。

以上节流短管和微通道蒸发冷头进口通过焊接固定在一起，铜管与微通道蒸发冷头出口通过焊接固定在一起。

以上还包括温控装置，温控装置包括温度传感器和主控板；在微通道蒸 发冷头靠近微通道蒸发冷头出口的一侧有温度传感器安装孔，在温度传感器安装孔内固定安装有温度传感器，温度传感器的信号输出端与主控板的信号输入端电连接在一起，主控板的信号输出端与微型制冷压缩机的信号输入端电连接在一起。

以上微通道蒸发冷头出口与微型制冷压缩机的进口端之间的铜管和软管上固定安装有保温发泡棉。

以上微通道蒸发冷头外侧固定安装有微通道蒸发冷头安装座，在微通道蒸发冷头安装座的四周分布有微通道蒸发冷头安装孔。

以上微通道蒸发冷头安装座与微通道蒸发冷头之间固定安装有保温层。

以上微型制冷压缩机为微型直流变频压缩机。

以上微通道蒸发冷头内部流道为单流道式微通道蒸发冷头内部流道或双流道式微通道蒸发冷头内部流道。

以上软管采用尼龙软管。

本发明通过微型制冷压缩机、冷凝器、冷凝器风扇、节流短管、微通道蒸发冷头、温度传感器、主控板和软管的配合使用，主控板感应微通道蒸发冷头的温度，调整压缩机转速，输出与芯片发热量相当的冷量，能很好的带走芯片的热量，因此极大地提高了制冷效率。

附图说明

图1为本发明的立体结构图。

图2为本发明中微通道蒸发冷头、节流短管、铜管和软管的装配结构示意图。

图3为本发明中微通道蒸发冷头、节流短管和铜管的主视结构示意图。

图4为图3的后视结构示意图。

图5为微通道蒸发冷头内部流道为双流道时的主视结构示意图。

图6为微通道蒸发冷头内部流道为单流道时的主视结构示意图。

图中的编码分别为：1为微型制冷压缩机，2为冷凝器，3为微通道蒸发冷头，4为冷凝器风扇，5为微通道蒸发冷头进口，6为微通道蒸发冷头内部流道，7为微通道蒸发冷头出口，8为软管，9为洛克环，10为节流短管，11为温度传感器安装孔，12为微通道蒸发冷头安装座，13为微通道蒸发冷头安装孔，14为铜管，15为冷媒充注口，16为温度传感器，17为主控板，18为安装腔。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5及图6所示，本发明所述的微型制冷压缩机式芯片降温系统，包括微型制冷压缩机1、冷凝器2和微通道蒸发冷头3；在冷凝器2上固定安装有冷凝器风扇4，在微通道蒸发冷头3内有密封的用于填充保温材料的安装腔18，在安装腔18内按实际需要填充保温材料，在安装腔18旁边有微通道蒸发冷头进口5和微通道蒸发冷头出口7，在安装腔18的背面有分别与微通道蒸发冷头进口5和微通道蒸发冷头出口7相通的微通道蒸发冷头内部流道6，在微型制冷压缩机1上固定安装有冷媒充注管15，在微型制冷压缩机1的出口端与冷凝器2的进口端之间通过洛克环9固定安装有软管8，在微通道蒸发冷头进口5与冷凝器2的出口端之间依序固定安装有节流短管10、洛克环9和软管8，在微通道蒸发冷头出口7与微型制冷压缩机1的进口端之间固定安装有铜管14、洛克环9和软管8。

如图1至图6所示，节流短管10和微通道蒸发冷头进口5通过焊接固定在一起，铜管14与微通道蒸发冷头出口7通过焊接固定在一起；通过节流短管10与微通道蒸发冷头3焊接一体化，有效的解决了冷媒在微通道蒸发冷头3中的蒸发效果，通过洛克环9连接铜管14和软管8，使得微通道蒸发冷头3可随意安装，不受场所的限制；根据需要，在微型制冷压缩机1的出口端与冷凝器2的进口端之间也可通过软管8与洛克环9组装的方式进行连接；还包括温控装置，温控装置包括温度传感器16和主控板17；在微通道蒸发冷头3靠近微通道蒸发冷头出口7的一侧有温度传感器安装孔11，在温度传感器安装孔11内固定安装有温度传感器16，温度传感器16的信号输出端与主控板17的信号输入端电连接在一起，主控板17的信号输出端与微型制冷压缩机1的信号输入端电连接在一起。安装时，将微通道蒸发冷头3与发热芯片贴合安装，使用时，将制冷系统将由冷媒充注口15充入一定量的R134a环保型冷媒，通过微型制冷压缩机1将冷媒压缩，形成高温高压液体，在冷凝器2端将热量排出；然后流向节流短管10，通过节流短管10的卸压作用，冷媒进入微通道蒸发冷头3后迅速蒸发，从而吸收并带走来自发热芯片的热量。温度传感器16安装在温度传感器安装孔11内感应微通道蒸发冷头3的温度，并传送给主控板17，主控板17按接收的信号控制微型制冷压缩机1的转速(2000RPM-6000RPM)，使得压缩机制冷系统提供相匹配的冷量，将芯片的工作温度恒定在合适的范围。根据需要，在微通道蒸发冷头出口7与微型制冷 压缩机1的进口端之间的铜管14和软管8上固定安装有保温发泡棉。这样可防止冷凝水的产生；为了便于安装和拆卸，在微通道蒸发冷头3外侧固定安装有微通道蒸发冷头安装座12，在微通道蒸发冷头安装座12的四周分布有微通道蒸发冷头安装孔13，根据需要，微通道蒸发冷头安装座12与微通道蒸发冷头3之间固定安装有保温层，根据需要，微型制冷压缩机1为微型直流变频压缩机，这样，可分为直流12V/24V/48V三种不同供电方式，同时可通过控制微型制冷压缩机1的转速实现不同制冷量的需求。根据需要，微通道蒸发冷头内部流道6为单流道式微通道蒸发冷头内部流道或双流道式微通道蒸发冷头内部流道。根据需要，软管8可采用尼龙软管。

Claims (7)

1.一种压缩机式芯片降温系统，其特征在于：包括微型制冷压缩机(1).冷凝器(2)和微通道蒸发冷头(3)；在冷凝器(2)上固定安装有冷凝器风扇(4)，在微通道蒸发冷头(3)内有密封的用于填充保温材料的安装腔(18)，在安装腔(18)内按实际需要填充保温材料，在安装腔(18)旁边有微通道蒸发冷头进口(5)和微通道蒸发冷头出口(7)，在安装腔(18)的背面有分别与微通道蒸发冷头进口(5)和微通道蒸发冷头出口(7)相通的微通道蒸发冷头内部流道(6)，在微型制冷压缩机(1)上固定安装有冷媒充注管(15)，在微型制冷压缩机(1)的出口端与冷凝器(2)的进口端之间通过洛克环(9)固定安装有软管(8)，在微通道蒸发冷头进口(5)与冷凝器(2)的出口端之间依序固定安装有节流短管(10)、洛克环(9)和软管(8)，在微通道蒸发冷头出口(7)与微型制冷压缩机(1)的进口端之间固定安装有铜管(14)、洛克环(9)和软管(8)；

节流短管(10)和微通道蒸发冷头进口(5)通过焊接固定在一起，铜管(14)与微通道蒸发冷头出口(7)通过焊接固定在一起；

还包括温控装置，温控装置包括温度传感器(16)和主控板(17)；在微通道蒸发冷头(3)靠近微通道蒸发冷头出口(7)的一侧有温度传感器安装孔(11)，在温度传感器安装孔(11)内固定安装有温度传感器(16)，温度传感器(16)的信号输出端与主控板(17)的信号输入端电连接在一起，主控板(17)的信号输出端与微型制冷压缩机(1)的信号输入端电连接在一起。

2.根据权利要求1所述的压缩机式芯片降温系统，其特征在于：所述微通道蒸发冷头出口(7)与微型制冷压缩机(1)的进口端之间的铜管(14)和软管(8)上固定安装有保温发泡棉。

3.根据权利要求2所述的压缩机式芯片降温系统，其特征在于：所述微通道蒸发冷头(3)外侧固定安装有微通道蒸发冷头安装座(12)，在微通道蒸发冷头安装座(12)的四周分布有微通道蒸发冷头安装孔(13)。

4.根据权利要求3所述的压缩机式芯片降温系统，其特征在于：所述微通道蒸发冷头安装座(12)与微通道蒸发冷头(3)之间固定安装有保温层。

5.根据权利要求4所述的压缩机式芯片降温系统，其特征在于：所述微型制冷压缩机(1)为微型直流变频压缩机。

6.根据权利要求5所述的压缩机式芯片降温系统，其特征在于：所述微通道蒸发冷头内部流道(6)为单流道式微通道蒸发冷头内部流道或双流道式微通道蒸发冷头内部流道。

7.根据权利要求6所述的压缩机式芯片降温系统，其特征在于：所述软管(8)采用尼龙软管。