專利名稱：新款計算機用防塵、溫控、除霜機箱的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于溫度控制領域。
本發(fā)明將傳統(tǒng)非封閉機箱改為封閉機箱達到防塵的目的。
本發(fā)明利用現(xiàn)有陶瓷半導體致冷器件(又稱“溫差電致冷組件”。以下簡稱為冷堆)輔以電子溫度控制技術，達到控制計算機機箱內(nèi)溫度，使整機不因溫度上升影響整機穩(wěn)定工作的目的。
鑒于冷堆工作時具有因低溫吸附空氣中水分而結霜、結露的物理現(xiàn)象，本發(fā)明利用陶瓷半導體致冷器件冷端散熱器豎直安裝、致冷器件間歇性工作的特點，將致冷器件冷端化霜產(chǎn)生的水分通過特設的通道排泄到致冷器件熱端空間自然蒸發(fā)，達到除霜、防結露的目的。
附1.江蘇省太倉市致冷器廠網(wǎng)頁《致冷原理》、《致冷特點》兩分頁各一頁。
2.太倉市致冷器廠TES1-12605型溫差電致冷組件主要技術參數(shù)表一頁。
(注該表系申請人從零售商販手中獲得，商販為防止客戶繞過自己直接從廠家進貨，故意將“太冷”改為“天冷”，杜撰了一個天津廠家，企業(yè)標準編號也被改為“津……”。經(jīng)核實，該技術參數(shù)表的其余部分未被改變)申請人曾于2003年3月6日提出過《計算機用防塵、溫控、除霜機箱》(03113864.0)申請。由于申請人對該申請中的除霜功能有了新的解決辦法，特提出新的申請。
一臺典型臺式計算機幾乎都用一個金屬機箱作為各相關部件的載體，將主板、處理器(CPU)、顯卡、聲卡、光盤驅(qū)動器、硬盤、軟盤驅(qū)動器等集中安裝在箱體內(nèi)，成為一體。當計算機正常工作時，機箱里的主板、處理器、顯卡、光盤驅(qū)動器、硬盤、軟盤驅(qū)動器等為維持正常運轉而必須從電源裝置獲取能量，同時也因此而不斷散發(fā)出熱量。隨著處理器集成度的提高，處理器功率的增大，以及顯示控制部件功率的增加，或者箱內(nèi)安裝了更多的部件，箱內(nèi)產(chǎn)熱必然更多。由于機箱是一個內(nèi)外空氣交換不暢的箱體，造成這些部件所散發(fā)出的熱量不斷在箱體內(nèi)堆積，容易使某些部件難以持續(xù)正常運行，嚴重時造成計算機死機。這種現(xiàn)象更多地出現(xiàn)在氣溫較高的夏季。
迄今為止，人們采用了許多降低計算機箱內(nèi)溫度的措施，但大多立足于加速機箱內(nèi)外空氣置換速度之類的被動方式；如果環(huán)境溫度原本就高的話，加速機箱內(nèi)外空氣置換速度的方式是沒有多大效果的，無法從根本上解決問題。況且，加速機箱內(nèi)外空氣置換速度會帶來另一個不容忽視的弊端在電源裝置散熱風機和一些牌號機箱額外增加的散熱風機的作用下，機箱實際上是一個持續(xù)保持負壓的腔體，導致許多細微的灰塵隨著機箱的負壓效應從箱外竄入并在箱內(nèi)各部件上堆積(一些機箱雖然加有適當?shù)倪^濾網(wǎng)，但這種濾網(wǎng)網(wǎng)眼的孔徑并不十分細??；且機箱后部另外一些安裝、散熱孔眼卻沒有任何過濾措施)，逐步造成各部件裸露電極的絕緣性能下降，嚴重時會使電路信號紊亂，甚至死機、燒壞部件等，嚴重影響整機穩(wěn)定工作。如果采取防塵措施，加強過濾，又會使機箱內(nèi)外空氣置換的速度降低，從而抵消為箱內(nèi)降溫的主觀努力。事實上，凡是在特定環(huán)境、特定工況下長期連續(xù)工作的計算機在使用一定時間再打開時就可以看到，凡有縫隙的地方和整個計算機內(nèi)部，均積滿了極其細微的灰塵。
以上情況，當計算機處于沒有外部空調(diào)的環(huán)境條件下和野外環(huán)境更是司空見慣的。
本發(fā)明基于既封閉機箱箱體，基本杜絕塵源，又用冷堆為機箱內(nèi)部提供低溫條件，輔以電子溫度控制技術，達到根據(jù)需要使箱內(nèi)溫度穩(wěn)定在攝氏15～25度范圍內(nèi)，同時又間歇性除霜并及時將可能的水分排出機外，使整機穩(wěn)定工作的目的。
具有這樣性能的機箱，可以廣泛應用于各種非腐蝕氣候環(huán)境中，特別是不具備空調(diào)房間的一般環(huán)境和流動環(huán)境。
附圖1、2示出了本發(fā)明的箱體中各主要部件的大致分布情況。
附圖僅示出實現(xiàn)本發(fā)明相關技術的方法，不是具體設計圖。圖中各部件遵循常用部件的基本特征和比例尺度，能正常安放9.6”×12”和12”×13”的主機板。鑒于各廠商在采用本發(fā)明進行具體設計、安置各具體部件時，必定會引用相應的技術標準，故本說明書各附圖中未給出各部件的實際尺寸、具體安裝孔位及數(shù)值。
本發(fā)明的實現(xiàn)一、防塵方法在傳統(tǒng)立式機箱的結構中，機箱內(nèi)安置了供整機使用的電源裝置。由于該電源容量較大(一般在250瓦左右)而體積較小，故必須采取強制風冷的方式來散發(fā)熱量。同時，由于除電源外機箱里所有耗電部件都不同程度地散發(fā)著熱量，處于同一箱體內(nèi)的電源裝置就一并擔負起了整機的散熱任務，使傳統(tǒng)機箱的電源裝置都是在自身散熱的同時一并將機內(nèi)熱量帶出箱體的結構形式。這種結構的弊端在于實際散熱效能不佳，整機封閉性能差或根本談不上封閉，造成機內(nèi)容易積塵。
本發(fā)明一改傳統(tǒng)機箱一個腔體的結構形式，將機箱分為上下(或稱內(nèi)外)兩個部分。上部為主箱體，是主板、處理器(CPU)、顯卡、聲卡、光盤驅(qū)動器、硬盤、軟盤驅(qū)動器等各種部件的安裝載體；下部是電源裝置的安裝載體。上下箱體之間用隔板隔離封閉，整機電源線束通過專用開孔引入。
整個箱體的兩邊側板用柔軟的薄型絕熱材料貼于箱體內(nèi)側，使側板扣上后，箱體保持基本密閉。
上部箱體除必須的安裝孔外，沒有任何額外的孔眼。在安裝完所需的部件后，上部箱體是一個非絕對密閉的簡單封閉體，由于上部箱體與外部大氣為均壓狀態(tài)，箱體內(nèi)外又勿須空氣置換，從而基本免除了灰塵的侵入。
上述將計算機分為互相隔離的上下、內(nèi)外、主副兩部分箱體，分別供主機和電源使用的結構形式，同樣適用于各類臥式機箱(此類臥式機箱的致冷器件及其散熱器的安裝角度應考慮有利于化霜水分的順利排泄)和各類服務器機箱。
目前，計算機機箱后部的鍵盤、鼠標、打印機、USB、RS-232串行通信，以及游戲、板載聲卡、顯卡等接口為各自獨立的端口，這些端口相互間存在大量的縫隙，降低了箱體的密閉性。
申請人已于2003年4月10日提出了具有密閉性能的新型計算機端口集合的專利申請。
二、溫控原理由前述廠家網(wǎng)頁資料《致冷原理》、《致冷特點》可知，冷堆在通以直流工作電壓后，它的兩面會分別對等產(chǎn)熱和產(chǎn)冷。
如圖1所示，在上下箱體之間的隔板的右下側安裝了冷堆，冷堆冷、熱兩端用隔板隔絕。冷堆冷端工作時產(chǎn)生的冷空氣經(jīng)導風筒16在風機8的作用下散發(fā)到整個箱體空間，再經(jīng)通道14形成回流，達到為機箱降溫的目的。上部機箱的內(nèi)壁應貼附薄型絕熱材料，以減少箱內(nèi)冷量通過金屬壁板過多地散失，無謂地增加功耗。
冷堆熱端工作時產(chǎn)生的熱量經(jīng)風機8強制向機箱一側散熱，使冷堆工作時達到熱力平衡。冷堆熱端及其所在空間相對較高溫度的環(huán)境一并擔負起蒸發(fā)由冷堆冷端排泄出的少量化霜水分的功能。
從冷堆的工作原理可知，人們只需盡量散發(fā)掉冷堆熱端的熱量，冷堆冷端的產(chǎn)冷量(即致冷功率)也就越大。計算機機箱生產(chǎn)廠家可以根據(jù)設計的需要自由選取功率適宜的冷堆或向廠家訂制符合計算機制冷所需的專用規(guī)格的冷堆。
如圖1所示，下部箱體是一個開放的腔體，左側安裝了比傳統(tǒng)電源增大了約130瓦容量的電源部件(增大的功率供冷堆及相關控制、顯示電路使用)，右側有冷堆的熱端，在該熱端緊貼安裝鋁合金散熱片并用風機8強制散熱，以確保冷堆工作時保持熱力平衡。
處于箱體下部的電源裝置，其電路板上各電路結點的距離遠大于計算機主板上印刷電路導線和集成電路引腳的間距，故其受灰塵堆積造成的影響程度遠遠不及計算機主板受灰塵的影響大，因而其進風散熱通道只需加裝簡單的濾網(wǎng)就可起到基本的防塵作用。由于電源裝置不再擔負整機的散熱任務而只為該裝置自身散熱，加之其位于開放的環(huán)境，沒有往常的散熱風阻，故其實際散熱效能反比以前得到增強，完全勿須為其提供與上部機箱相同的冷環(huán)境。
一臺計算機用冷堆，其制冷所需的電功率應根據(jù)實際需要而定，其中需要重點考慮的熱源有處理器(CPU)、顯卡、刻錄機等，這些部件的功耗總和即是我們需要壓制的熱力總和，也是我們選取冷堆功率的參考值。冷堆，溫度探頭，完成溫度控制所需的相關部件等，都是常用電子器件，它們的種類、規(guī)格等，早有大量市售品可供選擇，這里不再贅述。由這些器件組成溫度控制的具體電路方案多種多樣，有完全用分離器件的，有部分用集成電路的，也有用專用溫度控制模塊的，不一一贅述。
三、除霜、防結露功能的實現(xiàn)由TES1-12605型溫差電致冷組件主要技術參數(shù)表可知在攝氏27℃室溫、15.2V/4.6A直流、直流電源紋波系數(shù)小于等于10％的測試條件下，冷堆冷熱兩端最大溫差達到60℃?？梢娖滹@著的溫差特性。假設計算機工作時的外部環(huán)境溫度為35℃，則計算機箱體內(nèi)冷堆冷端及其散熱器上的溫度可達到-20℃左右。在如此低的溫度條件下，箱內(nèi)空氣中的少量水分無疑會陸續(xù)附著在冷堆冷端及其散熱器上，產(chǎn)生不同程度的結霜、結露現(xiàn)象，我們必須去除冷堆冷端散熱器上的霜、露，使機箱內(nèi)部始終保持干燥狀態(tài)。
由實驗和經(jīng)驗可知在溫控電路的控制下，當箱內(nèi)溫度達到設定溫度的下限(假設為20℃)時，冷堆將停止工作，其停止工作的時長取決于箱內(nèi)溫度回升到溫控上限的時間(即環(huán)境溫度通過箱體剩余縫隙和箱壁對機箱內(nèi)部環(huán)境溫度影響的程度)。
正常情況下，除冷堆冷端散熱器外，箱體內(nèi)部整體溫度均不低于設定溫度(假設為20℃至25℃)，那么，一旦冷堆停止工作而冷堆冷端風機繼續(xù)運轉使箱內(nèi)空氣在冷堆冷端散熱器表面持續(xù)流動時，凝結在冷堆冷端散熱器上的輕微霜露陸續(xù)化開，由于冷堆冷端散熱器葉片呈上下豎直安裝(即散熱器與冷堆的連接面垂直于地面)，十分利于化霜后的少量水分自然流向下端匯集并通過專設的開孔經(jīng)泡膜吸附，進而排泄到冷堆熱端散熱器所在的熱環(huán)境并自然蒸發(fā)。
當箱內(nèi)溫度回升到設定溫度的上限(如25℃)時，冷堆再次開始工作，完成一次循環(huán)。
在冷堆冷、熱端之間的隔板下部，為排泄水分而專門開設了橫置的長條狀孔隙，由于有塑料泡膜的阻隔，冷堆冷、熱端兩端的空氣不會形成對流。
事實上，由于機箱內(nèi)其它部位的溫度不低于設定值如20℃，故結露、結霜現(xiàn)象不會發(fā)生在機箱內(nèi)其它部位。不僅如此，由于箱體封閉(當然不是絕對封閉)，箱體內(nèi)外空氣交換不暢，加之該型機箱長期運轉和持續(xù)不斷的間歇性除霜，箱體內(nèi)的空氣實際上將長期保持干燥狀態(tài)。


圖1是機箱內(nèi)部基本結構示意圖。圖中1是機箱箱體，2是隔板，3是主板，4是致冷模塊冷端散熱器，5是致冷模塊冷端，6是致冷模塊熱端，7是致冷模塊熱端散熱器，8是風機，9是電源線線束，10是主電源散熱進風柵孔，11是電源熱量散發(fā)，12是致冷模塊熱端熱量散發(fā)方向(一端進另一端出)，14是致冷模塊冷端對流進風，15是致冷模塊冷端對流出風，16是冷風導風筒，17是5.25英寸設備托架，18是5.25英寸設備，19是3.5英寸設備托架，21是將化霜水分導向左側的傾斜擋板，22是吸水泡膜，23是縱隔板。
圖2是機箱正面常規(guī)布局示意圖。圖中1是機箱箱體，2是隔板，12是致冷模塊熱端熱量散發(fā)方向，18是5.25英寸設備，20是3.5英寸設備。
為便于表示圖3某些部件與圖1的對應位置，將圖1重復打印于附圖第二頁的圖3之前。
圖3為化霜水分外泄通道示意圖。圖中1是機箱箱體，2是隔板，4是致冷模塊冷端散熱器，8是風機，12是致冷模塊熱端熱量散發(fā)方向，13是致冷模塊冷端霜水外泄通道，24是致冷器件安裝孔位。
權利要求
1.用隔板將各類(指立式、臥式及服務器)計算機機箱分隔成大小不同的兩個區(qū)域，較大的具有防塵功能的封閉箱體用于安裝主板、硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、刻錄機等計算機各主要部件及陶瓷半導體致冷器件冷端及其散熱器，較小的開放箱體用于安裝整機工作(包括陶瓷半導體致冷器件及其控制、顯示電路等部件工作)所需的電源和陶瓷半導體致冷器件熱端及其散熱器。
2.為解決權利要求1中陶瓷半導體致冷器件冷端工作時存在結霜、結露的問題，在冷、熱端之間的隔板上開孔并用塑料泡膜封堵該開孔，從而既不使冷、熱端空氣互換，又能使除霜、除露后化解的水分通過該開孔排到陶瓷半導體致冷器件熱端散熱器所在的與大氣相通的空間并利用熱端的熱環(huán)境自然蒸發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明屬于計算機裝備部件和溫度控制領域。本發(fā)明將傳統(tǒng)非封閉機箱改為封閉機箱達到防塵目的。本發(fā)明利用陶瓷半導體致冷器件并輔以電子溫度控制技術，達到控制計算機箱體內(nèi)溫度的目的。本發(fā)明利用陶瓷半導體致冷器件冷端散熱器的安裝角度利于水分排泄和致冷器件間歇性工作的特點，將致冷器件冷端化霜產(chǎn)生的少量水分通過特設的通道排泄到致冷器件熱端空間并自然蒸發(fā)，達到除霜、防結露的目的。
文檔編號G06F1/20GK1514326SQ0311774
公開日2004年7月21日 申請日期2003年4月23日 優(yōu)先權日2003年4月23日
發(fā)明者劉忠平 申請人:劉忠平