CN101273321A - 高效地利用冷却空气的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本文所公开的实施例包括用于冷却移动计算装置的壁的装置。在一个实施例中，在移动计算装置的外壁内形成百叶式通风孔，以在外壁和发热组件之间产生气幕，从而冷却外壁。在另一个实施例中，在移动计算装置的外壁内形成喷嘴通风孔，以在发热组件处使冷却空气流动，从而冷却发热组件。

Description

高效地利用冷却空气的设备和方法
技术领域
本发明涉及计算装置的热量管理领域，具体地，涉及发热组件和移动计算装置外壁的冷却。
背景技术
热量管理在很多应用中都是非常重要的。过多的热量可能导致损害或降低装置的机械、化学、电气及其它类型的性能。随着技术的发展，以及较新的装置不断变得更小更复杂并因而需要以更高功率水平和/或功率密度运行，热量管理变得更为重要。
现代电子电路由于其密度高且尺寸小，常常产生相当多的热量。复杂的集成电路(IC)，尤其是微处理器，会产生大量的热量，如果没有某种冷却系统，它们常常无法运行。此外，即使IC能够运行，过多的热量也可能降低IC的性能，并且可能随着时间流逝而对其可靠性造成不利影响。不充分的冷却可能会在个人计算机(PC)中使用的中央处理单元(CPU)内引起问题，其会导致系统崩溃、死锁、异常重启和其它错误。在移动式计算机及其它便携式计算电子装置中存在的紧凑性约束下，上述问题的风险可能变得尤为突出。
随着移动计算装置的处理功率不断增大，移动计算装置的外壁温度将不断升高到不可接受的水平。在存储器、中央处理单元(CPU)、芯片组和电压调节器(VR)的区域内，温度变得最高。为了克服这些位置中热量的增多，已经在关键位置中放置了通风孔以降低温度。
用于处理上述冷却问题的现有方法包括在移动装置的外壁内使用简单的通风系统。但是，由于移动计算装置内的可用冷却空气量随着移动装置的尺寸缩小而减少，所以通风系统的效率越来越低。
附图说明
图1A是移动计算装置内百叶式通风孔的实施例的截面图图示。
图1B-图1D示出了百叶式通风孔形状的不同实施例的截面图。
图2A是具有一行百叶式通风孔的壁的内表面的实施例的俯视图图示。
图2B是具有一行百叶式通风孔的壁的外表面的实施例的俯视图图示。
图3A是移动计算装置内喷嘴通风孔的实施例的截面图图示。
图3B是包含多个喷嘴通风孔的歧管(manifold)的实施例的截面图图示。
图4A示出了具有喷嘴通风孔的壁的实施例的内视图。
图4B是具有喷嘴通风孔的壁的实施例的外视图图示。
图5是可以采用百叶式通风孔或喷嘴通风孔的实施例来冷却移动计算装置系统的移动计算装置系统的实施例的图示。
具体实施方式
本文描述了降低移动计算装置的壁的温度以及移动计算装置内组件的温度的方法和装置。在以下描述中提供了大量具体细节。但是，本领域技术人员将会认识到，这些具体细节并非是实现本发明的实施例所必需的。尽管附图中描述并示出了本发明的某些示例性实施例，但是应当理解，这些实施例对于本发明而言仅仅是示例性的而非限制性的，由于本领域技术人员可以想到多种变型，所以本发明不限于所示出和描述的具体构造和配置。在其它情况下，并未特别详细地提供公知的半导体制造工艺、技术、材料、设备等，以免不必要地使本发明的实施例变得不够明确。
本文所公开的实施例包括用于冷却移动计算装置的壁以及冷却移动计算装置的发热组件的装置。在一个实施例中，在移动计算装置的外壁内形成百叶式通风孔，以在外壁和发热组件之间产生气幕，从而冷却外壁。在另一个实施例中，在移动计算装置的外壁内形成喷嘴通风孔，以在发热组件处使冷却空气流动，从而冷却发热组件。
图1A示出了百叶式通风孔110的实施例，其中，已在移动计算装置100的外壁120内形成百叶式通风孔110，以在外壁120和发热组件140之间形成气幕130，从而冷却外壁。气幕130是沿着外壁120内侧所形成的空气薄膜。在移动计算装置100内形成气幕130，以补充移动计算装置100内可用的普通气流150。利用百叶式通风孔110的流体动力学特性形成气幕130。气幕130的作用是将外壁120与发热组件140隔离。百叶式通风孔110的形状被设计为对从外壁120外部进入到移动计算装置100内的空气的流动进行引导。图1A中所示的百叶式通风孔110是弯曲形百叶式通风孔110。图1B、图1C和图1D示出了百叶式通风孔110的形状的可选实施例。
在图1B中示出了角状百叶式通风孔110。图1B的角状百叶式通风孔110可以具有相对于外壁120的足以形成冷却空气幕130的任何角度，更具体地，可以具有相对于外壁120的位于15度到45度的大致范围内的角度。
图1C示出了方形腔百叶式通风孔110。可以根据移动计算装置100的内部尺寸改变方形腔的高度102，但在移动计算装置100为膝上型计算机的一个特定实施例中，该方形腔的高度102可以位于1毫米(mm)-3mm的大致范围内。方形腔百叶式通风孔110的长度104可以是足以沿着外壁120形成气幕130的任何长度。
图1D示出了罩形百叶式通风孔110。罩形百叶式通风孔110可以是弯曲形、角状或方形的，其形成围闭的百叶式通风孔110以更加特定地集中气幕130。罩形百叶式通风孔110可以具有足以产生气幕130的宽度和高度，其中气幕130能够降低外壁120的温度。
图2A和图2B示出了在移动计算装置100的外壁120内以行105的形式所形成的角状百叶式通风孔110的实施例。图2A示出了外壁120的内表面的顶视图。在该图中可以看到包含多个百叶式通风孔110的行105。可以将包含多个百叶式通风孔110的行105用于沿外壁120的内表面形成多个气幕130。多个气幕130可以有效地形成连续的气幕130。图2B示出了外壁120的外表面的底视图，以示出百叶式通风孔110的开口160。在可选实施例(未示出)中，可以形成百叶式通风孔110，以使其跨越外壁120的实际宽度或长度。可以根据发热组件140在移动计算装置内的位置并且根据多少气幕足以冷却外壁120，使用百叶式通风孔110的长度、宽度和放置的多种变型。
图2C示出了一个实施例，其中，将一系列包含多个百叶式通风孔110的行105放置为产生气幕，所述气幕是由基本整个外壁120上的组合到一起的气幕130系列所形成的。可以将包含多个百叶式通风孔的行105放置为间隔约10mm-30mm。利用气幕开始减弱的距离来确定包含多个百叶式通风孔110的行105之间的距离，使得包含多个百叶式通风孔110的下一行105能够进行接替以在外壁120上形成气幕，从而冷却外壁120。
在一个实施例中，可以利用发热组件在移动计算装置100内的位置来确定百叶式通风孔110的放置。在该实施例中，可以将百叶式通风孔110放置到发热组件140的一侧，使得气幕130基本形成在发热组件140的下方，如图1A所示。这些实施例中描述的百叶式通风孔110可以将外壁120的温度降低约20％-25％或更多。外壁120的温度降低量可能随着百叶式通风孔110的类型、百叶式通风孔110的数量以及百叶式通风孔110的放置而不同。
例如，可以通过机械加工、冲压或模制在外壁120内形成百叶式通风孔110。百叶式通风孔110可以由例如塑料聚合物或金属等任何材料形成。在一个实施例中，百叶式通风孔110由金属形成，其具有足以提供电磁干扰(EMI)屏蔽的长度。
图3A示出了具有喷嘴通风孔310的移动计算装置300的实施例。移动计算装置300具有发热组件340和发热组件340附近的外壁320。在外壁320内形成喷嘴通风孔310，以使冷却空气在发热组件340处流动。通过经由喷嘴通风孔310来引导冷却空气305的流动，可以实现冷却空气305和发热组件340之间显著的热传递率。此外，对可用的冷却空气的利用被最大化。在一个实施例中，图3A的喷嘴通风孔310的中央垂直轴312可以相对于外壁320呈90度角并径直地指向发热组件340。在可选实施例中，喷嘴通风孔310的中央垂直轴312可以相对于外壁320呈一定角度。在外壁320和喷嘴的中央垂直轴312之间所形成的角度315可以位于约30度到90度之间，更具体地，约为45度。喷嘴通风孔310可以呈一定角度，以引导发热组件340处的冷却空气305，使冷却空气305接触尽可能大的发热组件340的表面面积。
图3B示出了移动计算装置300的实施例，其中，包含多个喷嘴通风孔310的歧管350可被用于将冷却空气305分布到发热组件340的特定位置。歧管350还可被用于将冷却空气305引导到一个以上的发热组件340。作为歧管350的一部分的喷嘴通风孔310还可被配置成相对于外壁320呈多种角度，以将冷却空气305引导到关键位置，从而使发热组件340的冷却最大化。
图4A和图4B示出了移动计算装置300的外壁320的实施例。图4A和图4B的外壁320具有包含多个喷嘴通风孔310的两个歧管350以及两个单独的喷嘴通风孔310。所述视图示出了外壁的实施例的一部分，其并非旨在以任何方式进行限制。图4A示出了外壁320的内表面400。根据移动计算装置300内发热组件340的布局，外壁320的内表面可以具有单独喷嘴310和喷嘴歧管350的任何可能配置。
图4A示出了具有一种可能的喷嘴通风孔310布局的外壁320的外表面410的一个实例。在一个实施例中，移动计算装置内的每个喷嘴通风孔310都可以具有相同的尺寸。在另一个实施例中，可以根据发热组件340的尺寸改变移动计算装置300内的喷嘴通风孔310的尺寸。可以根据将发热组件冷却到足以防止移动计算装置的外壁320过热的温度所需的冷却空气305的数量，改变喷嘴通风孔310的开口365的直径360和基部370的直径。可以根据发热组件340的尺寸和所需的冷却空气305的数量，改变喷嘴通风孔310的开口365的直径360和喷嘴通风孔310的基部370的直径。在一个实施例中，喷嘴通风孔的开口365的直径可以位于2毫米(mm)到5mm的大致范围内，喷嘴通风孔的基部370的直径可以位于5mm到10mm的大致范围内。
可选地，可以将包含多个喷嘴通风孔310的歧管350用于提供必需数量的冷却空气305。图4A示出了包含多个喷嘴通风孔310的歧管350的两个实例。根据移动计算装置内发热组件340的尺寸和/或数量，歧管350可以具有任意数量的喷嘴通风孔310。在移动计算装置300的外壁320的内表面上，作为歧管350一部分的喷嘴通风孔310的尺寸可以类似于或不同于单独喷嘴通风孔310的尺寸。图4B示出了外壁320的外侧，其示出了喷嘴通风孔310的基部开口375和歧管开口380。在可选实施例中，外壁320还可以包括一个或多个百叶式通风孔110，以在外壁320和发热组件340之间形成气幕，从而在外壁320和发热组件340之间产生较冷空气的缓冲。
图5示出了示例性计算机系统的方框图，该计算机系统可以使用百叶式通风孔110或喷嘴通风孔310的实施例来冷却移动计算装置的外壁或发热组件。在一个实施例中，计算机系统500包括用于传递信息的通信机制或总线511，以及与总线511耦合的用于处理信息的集成电路组件(例如处理器)512。可以通过喷嘴通风孔310与百叶式通风孔110相组合的实施例来冷却计算机系统500中的一个或多个发热组件或器件(例如处理器512或芯片组536)，从而冷却移动计算装置的外壁。
计算机系统500还包括耦合到总线511的随机存取存储器(RAM)或其它动态存储装置504(称为主存储器)，用于存储由处理器512执行的信息和指令。主存储器504还可以用于在处理器512执行指令期间存储临时变量或其它中间信息。
固件503可以是软件和硬件的组合，例如电可编程只读存储器(EPROM)，其操作记录在EPROM上的例程。固件503可以嵌入基础代码、基本输入/输出系统代码(BIOS)或其它类似代码。固件503可以使得计算机系统400能够对其自身进行启动。
计算机系统500还包括耦合到总线511的只读存储器(ROM)和/或其它静态存储装置506，用于为处理器512存储静态信息和指令。静态存储装置506可以存储OS级别和应用级别的软件。
计算机系统400还可以耦合到例如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)的显示装置521，所述显示装置521耦合到总线511并用于向计算机用户显示信息。例如芯片组536的芯片组可以通过接口与显示装置521连接。
还可以将包括字母数字及其它按键的字母数字输入装置(键盘)522耦合到总线511，用于向处理器512传递信息和命令选择。附加用户输入装置为光标控制装置523，例如鼠标、轨迹球、触摸板、触控笔或光标定向键，其耦合到总线511并用于向处理器512传递方向信息和命令选择以及用于在显示装置512上控制光标移动。例如芯片组536的芯片组可以通过接口与输入输出装置连接。
另一种可以耦合到总线511的装置为硬拷贝装置524，其可以用于在例如纸、膜或类似类型的介质上打印指令、数据或其它信息。此外，可选地，可以将例如扬声器和/或麦克风(未示出)的声音录制和回放装置耦合到总线511，用于与计算机系统500进行音频接口连接。另一种可以耦合到总线511的装置为有线/无线通信功能实体525。
计算机系统500具有例如电池的电源528、AC电源插头连接和整流器等。
至此，已经描述了本发明的一些实施例。但是，本领域技术人员将会意识到，本发明不限于所描述的实施例，而是可以利用后面所附的权利要求的范围和精神内的变型和改动来实施本发明。

Claims (28)

1、一种移动计算装置，包括：
能够发热的组件；
外壁；以及
百叶式通风孔，其形成于所述外壁内，以在所述外壁和所述发热组件之间产生气幕，其中，所述百叶式通风孔是关联于所述发热组件放置的，以产生所述气幕，使得来自所述发热组件的至少一部分热量偏转而不会到达所述外壁。
2、根据权利要求1所述的设备，其中，所述移动计算装置为膝上型计算机。
3、根据权利要求1所述的设备，其中，所述发热组件为中央处理单元。
4、根据权利要求1所述的设备，其中，所述百叶式通风孔的形状被设计为将空气从所述外壁的外部吸入到所述移动计算装置内以形成所述气幕。
5、根据权利要求1所述的设备，其中，所述百叶式通风孔从所述外壁的内表面延伸到所述移动计算装置内。
6、根据权利要求1所述的设备，其中，所述发热组件为芯片组。
7、根据权利要求1所述的设备，其中，所述百叶式通风孔由金属形成，以提供电磁干扰保护。
8、根据权利要求1所述的设备，其中，所述百叶式通风孔成形为方形腔。
9、根据权利要求1所述的设备，其中，所述百叶式通风孔具有弯曲形状。
10、根据权利要求1所述的设备，其中，所述百叶式通风孔是以某一角度形成的，所述角度位于相对于所述外壁的30度到60度之间的大致范围内。
11、根据权利要求1所述的设备，其中，所述百叶式通风孔是一行百叶式通风孔的一部分，所述一行百叶式通风孔被放置为沿着所述外壁产生气幕。
12、一种移动计算装置，包括：
能够发热的组件；
外壁；以及
喷嘴通风孔，其被关联于所述发热组件地放置在所述外壁内，以使冷却空气径直地在所述发热组件处流动。
13、根据权利要求12所述的设备，其中，所述喷嘴通风孔是在所述外壁内最靠近所述发热组件处形成的。
14、根据权利要求12所述的设备，其中，所述喷嘴通风孔是包含多个喷嘴通风孔的歧管的一部分。
15、根据权利要求12所述的设备，还包括也形成于所述外壁内的百叶式通风孔。
16、根据权利要求12所述的设备，其中，所述百叶式通风孔是关联于所述发热组件放置的，以提供对所述外壁的最大冷却。
17、一种方法，包括：
由发热组件在移动计算装置内发热；
通过百叶式通风孔从所述移动计算装置外部吸入空气；以及
通过由从所述移动计算装置外部吸入的空气形成气幕来冷却与所述发热组件相对的外壁。
18、根据权利要求17所述的方法，还包括沿着所述移动计算装置的外壁形成基本连续的气幕。
19、根据权利要求17所述的方法，还包括关联于所述发热组件放置所述百叶式通风孔，以提供对所述外壁的最大冷却。
20、一种方法，包括：
由发热组件在移动计算装置内发热；以及
通过经由喷嘴通风孔将来自所述移动计算装置外部的空气径直地引导到所述发热组件处，来冷却所述发热组件。
21、根据权利要求19所述的方法，其中，冷却所述发热组件的操作包括：由包含多个喷嘴通风孔的歧管使得外部空气流入到所述移动计算装置内。
22、根据权利要求19所述的方法，还包括经由百叶式通风孔从所述移动计算装置外部吸入空气，以及通过由从所述移动计算装置外部吸入的空气形成气幕来冷却与所述发热组件相对的外壁。
23、一种计算装置，包括：
发热组件；
容纳所述发热组件的机壳，所述机壳具有外壁，所述外壁具有关联于所述发热组件放置的百叶式通风孔，以在所述外壁和所述发热组件之间形成气幕；以及
向所述计算装置供电的电池。
24、根据权利要求21所述的计算装置，其中，所述发热组件为芯片组。
25、根据权利要求21所述的计算装置，其中，所述机壳具有在所述外壁内形成的一个以上的百叶式通风孔。
26、一种计算装置，包括：
发热组件；
容纳所述发热组件的机壳，所述机壳具有外壁，所述外壁具有关联于所述发热组件放置的喷嘴通风孔，以径直地冷却所述发热组件；以及
向所述计算装置供电的电池。
27、根据权利要求24所述的计算装置，其中，所述喷嘴通风孔的中央垂直轴相对于所述外壁以90度角放置，并且径直地指向所述发热组件。
28、根据权利要求24所述的计算装置，其中，所述机壳具有在所述外壁内形成的一个以上的喷嘴通风孔。
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