專利名稱：電子設備冷卻用微型制冷器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微型蒸汽壓縮式制冷系統，具體是一種由微型制冷壓縮機、微 型冷凝器和微型蒸發器等部件所組成，可對大功率的集成電路、晶體管、MOSFET、 LED、激光器等電子元器件進行直接蒸發冷卻的制冷裝置。
背景技術：
常規的電子設備冷卻方式有空氣自然對流冷卻、風扇強制空氣對流冷卻、熱管 散熱冷卻、液冷冷卻(一般是水冷)等。
空氣自然對流冷卻方式是是依靠空氣的流動將熱量散發到周圍的介質中去，從 而達到散熱的目的。空氣自然對流時的散熱量是很低的，最大約為0.08W/cm2。當熱流 密度較大時，空氣自然對流冷卻顯然不能滿足電子設備的冷卻要求，必須依靠風扇來冷 卻，即強迫對流空氣冷卻。
空氣強迫對流冷卻方式由于設計簡單、使用方便以及低廉的成本等優點得到了 很廣泛的應用，是目前電子元件最常用的散熱方式。其普通結構是散熱器加風扇的形 式，該結構雖然實施方便，成本較低，但其散熱能力也有限。只能達到0.3 1.6W/cm2。
隨著集成電路集成度的不斷提高，其耗散功率也不斷加大，如現今單片集成電 路的耗散功率已達200W以上，以上常規的冷卻方式已不能滿足大功率芯片散熱的需要。 而集成電路一旦散熱不良，將導致芯片結溫升高，電路工作不穩定，有時甚至會導致芯 片燒毀、電路著火等嚴重事故。因此必須尋找其它的具有高熱流密度的冷卻方式。
在液冷冷卻中，目前應用得較多的是水冷冷卻。熱量從芯片經導熱傳遞給水冷 板。然后依靠水冷板中流動的水將熱量帶走。水冷方式的傳熱功率大，但是由于增加了 額外的連接管以及水泵等輸送裝置，對系統的密封性要求很高。因為水的比熱雖大，但 是其導電率也高，一旦水冷板或管路發生泄漏，將會造成電路短路。目前已開發出一些 低導電率的流體，但是低導電率的流體其導熱率卻很差。
而以上幾種冷卻方式都不能使被冷卻電子元件的溫度低于環境溫度。
采用蒸汽壓縮式制冷方式來對芯片進行冷卻具有其它冷卻方式不可比擬的優 點。制冷冷卻也是唯一可使被冷卻對象的溫度低于環境溫度的冷卻方式。此外蒸汽壓縮 式制冷具有熱流密度大、效率高、溫度可控、結構緊湊等優點。使用蒸汽壓縮式制冷方 式進行冷卻的關鍵是壓縮機，而微型壓縮機的出現使得對電子元件進行直接蒸發冷卻成 為可能。
因此，針對電子元件進行直接冷卻的制冷裝置成為研究對象。 發明內容
本發明為了解決上述現有針對電子元器件冷卻的設備要么熱流密度不夠大，要 么結構繁雜，溫度不可控并且難以低于環境溫度的問題，而提供一種能夠直接對電子元 器件進行蒸發冷卻的電子設備冷卻用微型制冷器。
本發明是通過以下方案實現的上述的電子設備冷卻用微型制冷器，包括裝配在底板上的微型壓縮機、冷凝器、電 子膨脹閥、蒸發器、過濾器及微電腦控制系統；所述的微型壓縮機、冷凝器、電子膨脹 閥、蒸發器和過濾器依次通過連接管密封連接，形成封閉的回路，制冷劑在其中循環流 動；所述蒸發器表面貼合被冷卻部件。所述蒸發器表面與被冷卻部件的接觸面涂抹有導 熱硅脂。
所述冷凝器通過第一連接管和第二連接管分別連接所述微型壓縮機和電子膨脹 閥；所述蒸發器通過第三連接管和第四連接管分別連接所述電子膨脹閥和過濾器；所述 過濾器通過第五連接管連接微型壓縮機。所述第一、第二、第三、第四及第五連接管為 銅管。
所述微型壓縮機為直流滾動轉子式壓縮機，由所述控制系統的控制驅動。
所述冷凝器為平行流式換熱器。
所述電子膨脹閥采用電磁式電子膨脹閥或步進電機式電子膨脹閥。
所述蒸發器是單流體的換熱器。
所述微電腦控制系統包括固定于所述底板的主控板和驅動板；所述驅動板驅動 所述壓縮機的電機按一定的轉速運行；該轉速大小由所述主控板所發出的O 5V電壓信號 決定；所述主控板控制整個系統的運行，包括所述壓縮機、冷凝器的啟停以及電子膨脹 閥的開關動作控制，并根據蒸發器表面溫度的變化，實時調整向所述驅動板發出的電壓 控制信號。
本發明的微型制冷器能夠直接針對被冷卻部件降溫，熱流密度大；由于采用微 電腦控制系統控制，從而具有溫度可控、結構緊湊的特點，可輕易達到環境溫度以下， 不僅可以用于芯片的冷卻，也可以用于LED、光學組件等元器件的冷卻。
圖1是本發明的電子設備用微型制冷器結構示意圖；圖2是本發明的電子設備用微型制冷器裝配冷卻盒的結構示意圖； 圖3是本發明的電子設備用微型制冷器裝配冷卻盒的爆炸圖。
_具體實施方式
如圖1、圖2、圖3所示，本發明電子設備冷卻用微型制冷器，包括裝配在底板8 上的微型壓縮機1、冷凝器2、電子膨脹閥3、蒸發器4、過濾器5及微電腦控制系統6; 其中微型壓縮機1、冷凝器2、電子膨脹閥3、蒸發器4和過濾器5依次通過連接管密封連 接，形成循環封閉的回路，制冷劑在其中循環流動。
微型壓縮機1為MV直流滾動轉子式壓縮機。壓縮機1的電機是永磁無刷直流 電機，通過控制系統6驅動。微型壓縮機1通過第一連接管11密封連接冷凝器2。
冷凝器2為風冷高效率平行流式換熱器，通過第二連接管21密封連接電子膨脹 閥3。
電子膨脹閥3采用電磁式電子膨脹閥或步進電機式電子膨脹閥，可精確調節制 冷劑的流量；通過第三連接管31密封連接蒸發器4。
蒸發器4是一種單流體的換熱器，通過制冷劑在其中蒸發制冷，吸收與蒸發器4 表面緊密接觸的電子元器件7的熱量。蒸發器4通過第四連接管41密封連接過濾器5 ；過濾器5通過第五連接管(圖未示)密封連接微型壓縮機1，至此形成完整的封閉回路。
微電腦控制系統6包括主控板61和驅動板62。驅動板62用于驅動壓縮機1的 電機，使其按一定的轉速運行；轉速的大小是由主控板61所發出的0 5V電壓信號決定 的。主控板61用于控制整個系統的運行，包括壓縮機1、冷凝器2風扇的啟停控制，以 及電磁閥3的開關動作控制，并根據蒸發器4表面溫度的變化，實時調整向驅動板62發 出的電壓控制信號的大小，使壓縮機1作變轉速運行。主控板61和驅動板62均固定底 板8上，以借助底板8的散熱作用，保證主控板61和驅動板62的溫度不致過高。
微型制冷系統中制冷劑的流向是壓縮機1 —冷凝器2 —電子膨脹閥3 —蒸發器 4—過濾器5—壓縮機1。制冷劑依次流經各部件，構成一個閉合回路；連接上述各部件 的第一、第二、第三、第四及第五連接管為銅管結構，采用釬焊連接。
應用時，蒸發器4表面與被冷卻電子元器件7緊貼，在接觸面涂抹導熱硅脂，以 利導熱。蒸發器4的進口通過第三連接管31與電子膨脹閥3連接，以接受來自冷凝器2 并膨脹后的制冷劑；制冷劑在蒸發器4中蒸發制冷，帶走被冷卻電子元器件7的熱量； 制冷劑蒸發后變成氣體，經蒸發器4的出口通過第四連接管M進入壓縮機1的吸氣管。
為了提高裝配性能，在蒸發器4處增設一冷卻盒9，如圖2、圖3所示，蒸發器 4固定在冷卻盒9的后端，被冷卻電子元器件7收容于冷卻盒9內并與蒸發器4緊貼以散 熱。
該微型制冷系統的工作原理是制冷劑氣體被壓縮機1壓縮，變成高溫高壓的氣體，進入冷凝器2。在冷凝器2中， 由于高溫高壓氣體的溫度高于從冷凝器2風扇送來的環境空氣的溫度，因此向環境空氣 散熱而冷凝成為制冷劑液體。在冷凝器2的出口，制冷劑氣體已完全變為液體。然后制 冷劑液體進入電子膨脹閥3，壓力迅速降低，一部分液體散發出來，變成低壓低溫的氣液 混合物。此氣液混合物流入蒸發器4，其中的液體繼續蒸發，溫度進一步降低。在蒸發 過程中，不斷吸收蒸發器4表面由電子元器件7傳遞過來的熱量，使電子元器件7的溫度 降低，即產生制冷效應。至蒸發器4的出口，制冷劑液體已全部蒸發完畢，變成過熱蒸 汽。此過熱蒸汽經過過濾器5又被壓縮機1吸入而進行壓縮，如此循環往復，而源源不 斷地產生冷量。
壓縮機1的啟停由微電腦控制系統6的主控板61控制，根據蒸發器4表面溫度 的變化，自動調節壓縮機1的轉速和啟停，并具有必備的保護功能，維持整個系統安全 穩定運行。壓縮機1的轉速可無級調節，通過給驅動板62提供一個0 5V的電壓信號， 決定壓縮機1的轉速當給驅動板62的電壓為+5V時，壓縮機1以滿轉速運行；當給驅 動板62的電壓為OV時，壓縮機1停止運行。微型壓縮機1是可變速壓縮機，其轉速在 1000rpm~6500rpm之間可連續調節，因此可精確調節蒸發器4的蒸發溫度。
本發明的微型制冷器能夠有效地直接針對被冷卻部件降溫，熱流密度大；由于采用微電腦控制系統，從而具有溫度可控、結構緊湊的特點，可輕易達到環境溫度以 下，不僅可以用于芯片的冷卻，也可以用于LED、光學組件等元器件的冷卻。
以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此局限本發明的保護范圍，故舉 凡運用本發明說明書及圖示內容所為的等效技術變化，均包含于本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種電子設備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述制冷器包括裝配在底板上的 微型壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器、過濾器及微電腦控制系統；所述的微型壓 縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器和過濾器依次通過連接管密封連接，形成封閉的回 路，制冷劑在其中循環流動；所述蒸發器表面貼合被冷卻部件。
2.如權利要求1所述的電子設備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述蒸發器表面 與被冷卻部件的接觸面涂抹有導熱硅脂。
3.如權利要求1所述的電子設備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述冷凝器通過 第一連接管和第二連接管分別連接所述微型壓縮機和電子膨脹閥；所述蒸發器通過第三 連接管和第四連接管分別連接所述電子膨脹閥和過濾器，所述過濾器通過第五連接管連 接微型壓縮機。
4.如權利要求3所述的電子設備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述第一、第 二、第三、第四及第五連接管為銅管。
5.如權利要求1所述的電子設備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述微型壓縮機 為直流滾動轉子式壓縮機，由所述控制系統的控制驅動。
6.如權利要求1所述的電子設備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述冷凝器為平 行流式換熱器。
7.如權利要求1所述的電子設備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述電子膨脹閥 采用電磁式電子膨脹閥或步進電機式電子膨脹閥。
8.如權利要求1所述的電子設備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述蒸發器是單 流體的換熱器。
9.如權利要求1所述的電子設備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述微電腦控制 系統包括固定于所述底板的主控板和驅動板；所述驅動板驅動所述壓縮機的電機按一定的轉速運行；該轉速大小由所述主控板所 發出的0 5V電壓信號決定；所述主控板控制整個系統的運行，包括所述壓縮機、冷凝器的啟停以及電子膨脹閥 的開關動作控制，并根據蒸發器表面溫度的變化，實時調整向所述驅動板發出的電壓控 制信號。
全文摘要
本發明涉及一種電子設備冷卻用微型制冷器，其包括裝配在底板上的微型壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器及微電腦控制系統；微型壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥和蒸發器依次通過連接管密封連接，形成封閉的回路，制冷劑在其中循環流動；蒸發器表面貼合被冷卻部件。該制冷器能夠直接針對被冷卻部件降溫，熱流密度大；由于采用微電腦控制系統控制，從而具有溫度可控、結構緊湊的特點，可輕易達到環境溫度以下，不僅可以用于芯片的冷卻，也可以用于LED、光學組件等元器件的冷卻。
文檔編號F25B1/04GK102026527SQ20101054593
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月16日 優先權日2010年11月16日
發明者孫正軍 申請人:深圳市航宇德升科技有限公司