CN1992240A - 热源转移致冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种热源转移致冷系统，是应用于一计算机中央处理器(CPU)的散热，该系统至少包含一吸热器，设置在该CPU上，用以吸收该CPU所产生的热能；一导热管，其一端与该吸热器相接；以及一散热器，设置在该导热管的另一端，用以将该热源转移致冷系统的热能散逸；其中，该散热器上更包含一热电致冷器(TEC)，用以提升该吸热器与该散热器的热交换效率。

Description

热源转移致冷系统

技术领域

本发明是与一热源转移系统有关，尤其是与一种利用致冷器与水冷技术的热源转移系统有关。

背景技术

近年来，随着集成电路的设计/制造技术的不断提升，计算机芯片运算速度与处理效能也不断的倍速演进。一般来说，电子芯片的运算速度越快，处理效能越高，电子芯片所产生的热能也就越高。然而，高温的操作环境，却是影响电子芯片生命周期的重要因素。因此，在不断追求高效能芯片的同时，思考如何提供电子芯片良好的散热环境，也是未来计算机系统设计的重要课题之一。

一般来说，中央处理器(CPU)是计算机系统中最主要的热能来源。而目前应用于中央处理器的散热设计，多数是采用风扇直吹的气冷技术来达到降低中央处理器芯片温度的效果；不过，也有些系统会采用冷却水循环的水冷技术来进行中央处理器的散热。所谓气冷技术是指通过来风扇来直接对中央处理器进行强制对流的冷却作用，通常这样的冷却技术系配合一散热鳍片(fin)，设置在该中央理器上，以先行吸收该中央处理器的热能，接着，风扇再通过对该散热鳍片产生强制对流的冷却方式，对该散热鳍片进行散热，以有效的带走该中央处理器所产生的热能。然而，当计算机系统内若同时存在过多的热源，会因计算机机壳内部的构件配置过于拥挤，造成计算机机壳内部的流场分布不均而导致机壳内部温度过高时，强制对流的冷却效果便会大幅降低。为了有效的克服这个问题，另一种冷却水循环的水冷技术也逐渐的应用于中央处理器的散热设计中。所谓水冷技术方面是指通过一循环导管，将一低温的冷却流体带导入与该中央处理器相接的吸热装置(heat sink)(通常该吸热装置可以是散热鳍片或其它冷却机构，以吸收该中央处理器的热能)，并利用该冷却流体与该吸热装置进行热交换后，带走该吸热装置上的热源。由于在进行热交换之后，冷却流体的温度会变成一高温冷却流体，该高温冷却流体会直接流到计算机机壳外部后，并通过风扇冷却的方式与环境温度进行第二次的热交换，以使该高温冷却流体的温度得以降低，并重新循环注入与该中央处理器相接的吸热装置，如此，以达将中央处理器的热源带出效果。然而，尽管利用水冷技术已能够将中央处理器的热源带到计算机机壳外部，但由该冷却流体进行第二次热交换时，仅只是利用风扇来对冷却流体进行散热，而在一般室温多维持在20~28℃的情形下，冷却流体的冷却效果也是有限。

有鉴于前述散热系统的各项缺失，未来散热系统设计有必要再作些许的改良设计来增加冷却效果，以满足计算机系统对于散热性能的殷切需求。因此，本发明的发明动机便由此产生；本案申请人鉴于时代潮流之所需，乃经悉心试验与研究，并一本锲而不舍之精神，提出一种新型的热源转移致冷系统；相较于习知的散热系统，本发明之构想不仅可以有效提升中央处理单元的冷却效果，而且本发明之热源转移系统，只针对于计算机机壳外部的构件进行改良，完全不需变更原来在计算机机壳内部的设计，因而可以简便地达到提升中央处理器冷却效果的目的

发明内容

本发明的第一构想是提供一种热源转移致冷系统，应用于一计算机中央处理器(CPU)的散热，该系统包含一第一热交换器，具有一导热板与该CPU接合，以吸收该CPU所产生的热能；一第一与一第二导热管，其中该些导热管的一端与一第一热交换器相接；以及一第二热交换器，与该些导热管的另一端相接，用以使该热源转移致冷系统与环境(ambient)温度进行热交换，该第二热交换器上更包含一致冷器，以促进该热源转移致冷系统与环境温度的热交换效率。

根据上述构想，其中该致冷器，是为一热电材料(thermoelectricmaterial)。

根据上述构想，其中该热电材料系具有一冷端与一热端，该冷端系紧密地接合于该第二热交换器上。

根据上述构想，其中所述的热源转移致冷系统更包含与该致冷器接合的一热散鳍片(fin)。

根据上述构想，其中该第一与该第二导热管中包含一冷却流体。

根据上述构想，其中该第一导热管为一高温管，用以将在该第一侧受热的冷却流体输送到该第二侧，该第二导热管为一低温管，用以将在该第二侧冷却的冷却流体输送到该第一侧。

根据上述构想，其中该第二导热管上更包含一泵体(pump)。

本发明的又一构想是提出一种改进的热源转移致冷系统，应用于一计算机中央处理器(CPU)的散热，该系统包含一热管(heat pipe)与一致冷器，其中，该热管更包含一导热板，与该CPU接合，用以将该CPU的热能导出，以及一封闭金属管，其一端与该导热板相接；该致冷器，其与该封闭金属管的另一端相接；其中，该封闭金属管内包含一流体，该流体在该第一端受热而汽化，并在该第二端遇冷而凝结。

根据上述构想，其中该致冷器为一热电材料。

根据上述构想，其中该热电材料具有一冷端与一热端，该冷端紧密地接合于该热管的冷端。

根据上述构想，其中该热源转移致冷系统更包含与该致冷器接合的一热散鳍片(fin)。

根据上述构想，其中该封闭金属管内更包含一毛细结构(wick)与一中空结构。

根据上述构想，其中该流体凝结后利用该毛细结构而传递到该第一端。

根据上述构想，其中该流体汽化后利用该中空结构而扩散到该第二端。

本发明的又一构想亦提出一种热源转移致冷系统，应用于一计算机中央处理器(CPU)的散热，该系统包含一吸热器，设置在该CPU上，用以吸收该CPU所产生的热能；一导热管，其一端与该导热板相接；以及一散热器，其与该导热管的另一端相接，用以将该热源转移致冷系统的热能散逸；其中，该散热器上更包含一热电致冷器(TEC)，用以提升该吸热器与该散热器的热交换效率。

综合以上所述，本发明所提出的热源转移致冷系统，主要通过一致冷器的设计，以提升整个热源转移致冷系统的热交换效率，达到更高效率的热源转移的目的。

通过接合下列附图及详细说明，可以更好地理解本发明。

附图说明

图1表示本发明的改进的热源转移致冷系统的第一较佳具体实施例；

图2A表示本发明的改进的热源转移致冷系统的第二较佳具体实施例；

图2B表示该封闭金属管结构的剖面图。

具体实施方式

请参阅图1，它是说明本发明的热源转移致冷系统的一较佳具体实施例。如图中所示，该热源转移致冷系统100主要是应用于对计算机中央处理器(CPU)10的散热。该热源转移致冷系统100至少包含一第一热交换器20、一第二热交换器30、一致冷40以及连接该第一与第二热交换器20的一第一与一第二导热管50、60。如图中所示，该第一热交换器20设置在与该CPU 10相邻的第一侧A，并利用一导热板22与该CPU 10接合，以使该CPU 10所产生的热能可以透过该导热板22传递到该第一热交换20。另一方面，该第二热交换器30则是设置在远离该CPU 10的第二侧B，通常该第二侧B是指计算机机壳的外部，以使该热源转移致冷系统100能与环境(ambient)温度进行再次的热交换。然而，由于一般的环境温度下的环境温度多介于20~28℃，因此，为了改善该第二热交换器30的热交换效率，该第二热交换器30上更设置一致冷器40，该致冷器40为一热电材料(thermoelectric material)，透过通电的方式来产生一远低于室温的环境温度，以促进该第二热交换器30的热交换效率。更详细来说，由于热电在材料通电之后会产生一冷端面与一热端面，该冷端面的温度远低于室温的环境温度，因此将该冷端面紧密的接合于该第二热交换器30上可以达到改善该第二热交换器30的热交换效率之目的；另外，在该致冷器40的该热端面则是可以额外增设散热鳍片(fin)80之类的散热器，以冷却该致冷器40的热端面。此外，在本发明的热源转移致冷系统100的该第一侧A(第一热交换20)与该第二侧B(第二热交换30)之间的热源转移则是透过该第一与该第二导热管50、60来进行。在一较佳具体实施例中，该第一导热管50与该第二导热管60中更包含一冷却流体，以加速该第一侧A(第一热交换20)与该第二侧B(第二热交换30)之间的热源转移。在一具体实施例中，该第一导热管50为一高温管，用以将在该第一侧A受热的冷却流体输送到该第二侧B，而该第二导热管60系为一低温管，用以将在该第二侧B冷却的冷却流体输送到该第一侧A。另外，为了加速冷却流体的循环，该第二导热管60上可以增设一泵体(pump)65，以加速该冷却流体的循环。

在一具体实施例中，前述的热源转移致冷系统100的该第一与第二热交换20、30以及该第一与第二导热管50、60也可以整合成另一种热管的设计形式。请参阅图2A，它是表示本发明应用热管技术并结合致冷器设计而提出的一种改进的热源转移致冷系统的具体实施例。如图中所示，该热源转移致冷系统200同样应用于一中央处理器(CPU)10’的散热。除此之外，该热源转移致冷系统200至少包含一热管70及一致冷器40’；其中该热管70前端包含一导热板22’，与该CPU 10’紧密接合，以使该CPU 10’的热量可以通过该导热板22’输出到该热管70中，并通过热管70将该CPU 10’所产生的热量传递到计算机机壳外部。一般来说，该热管70的主要结构为一封闭金属管72，其具有一接合于该导热板22’的第一端A及远离该CPU 10’的第二端B，其中该致冷器40’接合于该封闭金属管70的第二端B。该热管结构的散热机制与前述的热源转移致冷系统100的水循环系统的差异在于，该封闭金属管70内所包含的冷却流体通常为一高挥发性的流体，因此，该冷却流体在该第一端A会大量吸收该CPU所产生的热能而汽化，并沿着该封闭金属管72将热能带到该热管70的第二端B，亦即计算机机壳外部。由于该致冷器40’设置在该热管70的第二端B，当汽化的冷却流体到达该第二端B之后，因为致冷40’的冷却作用，该冷却流体会凝结成液态，以循环回到该热管70的第一端A。

由于该封闭金属管72中通常包含液化及汽化的冷却流体，而且这两种型态的冷却流体的流动方向系完全相反，因此该封闭金属管72内部必须加以设计，以确保该两种型态的冷却流体的流动方向。请参阅图2B所示，它表示该封闭金属管72结构的剖面图，其中该封闭金属管的内壁壁侧包含一毛细结构(wick)72A及一中空结构72B，这样，该凝结后的冷却流体便可通过该毛细结构72A而传递到该第一端A，而该汽化后的冷却流体则可沿着该中空结构72B而扩散到该第二端B，以确保该冷却流体的流动方向。

另一方面，在本实施例中，该致冷40’同样可以是一热电材料，并通过通电致冷的方式，该致冷器40’同样可以形成一致冷器冷端与一致冷器热端，其中该致冷器冷端紧密地接合于该热管的冷端。另外，为了降低该致冷器热端的温度，本实施例的热源转移致冷系统200更包含一散热鳍片(fin)80’，与该致冷器热端接合，以降低该致冷器热端的温度。

综合以上所述，本发明提出了一种改进的热源转移致冷系统。从前述的实施例说明中可以知道，本发明不但能够有效地将计算机中央处理器所产生的热能转移到计算机机壳外部，以达到对中央处理器产生冷却效果的目的，而且更因为本发明的设计不需使用到冷却风扇即可达成散热冷却的目的，因此也能同时解决计算机系统的散热与噪音两项问题。然而，必须说明的是，上述实施例仅用以说明本发明的较佳实施方式，然而本发明的范围当不受限于该上述的各项具体实施方式；且本发明得由熟悉技艺之人任施匠思而为诸般修饰，然不脱如附申请范围所欲保护者。

Claims (15)

1、一种热源转移致冷系统，应用于一计算机中央处理器(CPU)的散热，该系统包含：

一第一热交换器，具有一导热板与该CPU接合，以吸收该CPU所产生的热能；

一第一与一第二导热管，其中该些导热管的一端与一第一热交换器相接；以及

一第二热交换器，与该些导热管的另一端相接，用以使该热源转移致冷系统与环境(ambient)温度进行热交换，该第二热交换器上更包含一致冷器，以促进该热源转移致冷系统与环境温度的热交换效率。

2、如权利要求1所述的热源转移致冷系统，其中该致冷器，为一热电材料(thermoelectric material)。

3、如权利要求2所述的热源转移致冷系统，其中该热电材料具有一冷端与一热端，该冷端紧密地接合于该第二热交换器上。

4、如权利要求1所述的热源转移致冷系统，其更包含与该致冷器接合的一热散鳍片(fin)。

5、如权利要求1所述的热源转移致冷系统，其中该第一与该第二导热管中包含一冷却流体。

6、如权利要求5所述的热源转移致冷系统，其中该第一导热管为一高温管，用以将在该第一侧受热的冷却流体输送到该第二侧，该第二导热管为一低温管，用以将在该第二侧冷却的冷却流体输送到该第一侧。

7、如权利要求1所述的热源转移致冷系统，其中该第二导热管上更包含一泵体(pump)。

8、一种热源转移致冷系统，它是应用于一计算机中央处理器(CPU)的散热，该系统包含：

一热管(heat pipe)，其包含

一导热板，与该CPU接合，用以将该CPU的热能导出，及

一封闭金属管，其一端与该导热板相接；以及

一致冷器，其与该封闭金属管的另一端相接；

其中，该封闭金属管内包含一流体，该流体在该第一端受热而汽化，并在该第二端遇冷而凝结。

9、如权利要求8所述的热源转移致冷系统，其中该致冷器为一热电材料。

10、如权利要求9所述的热源转移致冷系统，其中该热电材料具有一冷端与一热端，该冷端紧密地接合于该热管的冷端。

11、如权利要求8所述的热源转移致冷系统，其更包含与该致冷器接合的一热散鳍片(fin)。

12、如权利要求8所述的热源转移致冷系统，其中该封闭金属管内更包含一毛细结构(wick)与一中空结构。

13、如权利要求9所述的热源转移致冷系统，其中该流体凝结后通过该毛细结构而传递到该第一端。

14、如权利要求9所述的热源转移致冷系统，其中该流体汽化后通过该中空结构而扩散到该第二端。

15、一种热源转移致冷系统，它是应用于一计算机中央处理器(CPU)的散热，该系统包含：

一吸热器，设置在该CPU上，用以吸收该CPU所产生的热能；

一导热管，其一端与该导热板相接；以及

一散热器，其与该导热管的另一端相接，用以将该热源转移致冷系统的热能散逸；

其中，该散热器上更包含一热电致冷器(TEC)，用以提升该吸热器与该散热器的热交换效率。

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