CN101600324B - 电子设备的表面散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子设备的表面散热装置,具有附着于电子设备外的部位,其特征是:包括由里到外排列的吸水结构层,贮水结构层,输水结构层和蒸发结构层,所述吸水结构层的材料是碲化铋半导体合金或超晶格薄膜,贮水结构层的材料是丙烯酰胺,输水结构层是呈网络状的毛细多孔纤维材料,蒸发结构层是憎水性多孔材料。本发明的优点是:它能够在电子设备表面温度较高时,不使用风扇,不消耗手机电池,自动增强表面散热的速率,防止温度进一步升高。本装置就像一种人工智能皮肤。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子设备的表面散热装置,主要用于手机、笔记本等小型电子计算通讯设备的表面散热。
背景技术
移动电子计算通讯设备近年来发展迅速。一方面是手机的性能不断提高,各种功能整合层出不穷;另一方面是移动计算机的进一步小型化,在“笔记本”之后又出现了更小巧、更灵活的“上网本”。手机与计算机的融合,引领了当今整个电子信息产业发展的方向。但是,要真正让手机流畅运行Windowns7等通用计算机操作系统,还缺少一项关键技术,那就是如何在不使用风扇和自然散热前提下,维持手机的表面温度不至于太高。理论计算表明,在25℃的环境温度下,维持手机表面温度不超过45℃,手机自然散热的理论极限(自然对流加黑体辐射)只有3W左右;然而,为了流畅运行Windows7通用桌面操作系统,即使使用Intel的下一代32nm技术,所需功率也至少需要10W。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子设备的表面散热装置,它能够在电子设备表面温度较高时,不使用风扇,不消耗手机电池,自动增强表面散热的速率,防止温度进一步升高。
本发明提供的技术方案是:一种电子设备的表面散热装置,具有附着于电子设备外的部位,其特征是:包括由里到外排列的吸水结构层,贮水结构层,输水结构层和蒸发结构层,所述吸水结构层的材料是碲化铋半导体合金或超晶格薄膜,贮水结构层的材料是丙烯酰胺,丙烯酰胺可优选N-异丙基丙烯酰胺,输水结构层是呈网络状的毛细多孔纤维材料,蒸发结构层是憎水性多孔材料。
而且,在吸水结构层与电子设备之间设有防水层,该防水层的材料是聚四氟乙烯或聚酰亚胺。
而且,设有风扇,该风扇一端通向输水层和/或蒸发层,另一端通向大气。
而且,所述风扇是微型鼓风机或压电风扇。
本发明的优点是:
1.这种表面散热装置如同一个外套,如果用于手机105,它能够在手机105表面温度较高时,不使用风扇,不消耗手机电池,自动增强表面散热的速率,防止温度进一步升高。本装置就像一种人工智能皮肤,模仿生物体在环境温度过高或剧烈运动时的体温调节机理,通过出汗的方式,在需要的时候增强与环境的换热。这种人工智能皮肤包括吸水结构,贮水结构,输水结构和蒸发结构四个主要功能模块,以完成与环境的水分(即“汗”)循环和热量交换。还包括一个防水层,与所要冷却的电子设备隔离。本发明就像一种人工智能皮肤,模仿生物体在环境温度过高或剧烈运动时的体温调节机理,通过出汗的方式,在需要的时候增强与环境的换热。
2.上述贮水结构由一个一个的温度敏感水凝胶贮水池组成。温度敏感水凝胶的转变温度可以根据用户的要求在30℃到45℃的范围内调节。当温度低于温度敏感水凝胶的转变温度的时候,水分以固态的形式贮存在水凝胶内;而当温度高于转变温度的时候,水分会以液态的形式释出。
3.所述输水结构由亲水性毛细多孔体做成,通过毛细力的作用(类似于灯芯),在需要强化换热的时候,把贮水结构析出的水分分配和输送到含湿饱和度比较低的地方。
4.所述蒸发结构是弱亲水性或憎水性的多孔膜,孔隙比较大,在需要强化换热的时候,水分在这里蒸发,并以水蒸气的形式通过扩散作用把热量带走。由于输水结构的毛细力相对比较大,水分不会从蒸发结构溢出。
本发明由于采用上述特殊材料和结构,可以在无需风扇散热和不消耗电池储能的情况下,实现以手机为代表的移动电子设备表面散热能力的突破。使用本发明之后,手机的芯片功率可以提高,从而可能流畅运行Windows7等通用桌面操作系统。
附图说明
图1为示意本发明结构以及在散热模式(a)和吸水模式(b)时的示意图。
图2为温度敏感水凝胶的吸水特性示意图。
图3为本发明的一个实例的表面散热能力测试结果曲线图。
具体实施方式
参照图1~图3,本发明所述的是:一种电子设备的表面散热装置,具有附着于电子设备外的部位,其特征是:包括吸水结构层106,贮水结构层103,输水结构层102和蒸发结构层101。
进一步的技术方案是,在吸水结构层106与电子设备之间可以设有防水层104。
而且,还可以设有风扇107,该风扇107一端通向输水层和/或蒸发层,另一端通向大气。所述风扇可以是微型鼓风机或压电风扇。
进一步的技术方案还可以是,所述防水层是导热薄膜,吸水结构层106是热电薄膜,贮水结构层103的材料是水凝胶,输水结构层102是呈网络状的毛细多孔纤维材料,蒸发结构层101是憎水性多孔材料。
建议,所述导热薄膜的材料是聚四氟乙烯(Teflon薄膜)或聚酰亚胺(Kapton薄膜),热电薄膜的材料是碲化铋半导体合金或超晶格(Supper Lattice)薄膜,水凝胶的材料是丙烯酰胺,可优选N-异丙基丙烯酰胺,毛细多孔纤维材料是棉纱纺织品,憎水性多孔材料是多孔塑料。
在选择材料时应注意,所述水凝胶是温度敏感型水凝胶,即存在一个吸水转变温度,当水凝胶的温度低于这个转变温度时,吸水膨胀;当水凝胶的温度高于这个转变温度时,放水收缩。通常由N(氮)取代的丙烯酰胺(AAm)或类似单体合成,比如(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)。其转变温度受N-取代基的体积影响,还可能通过无机盐的浓度调节,如图2所示。所述输水结构层可以是与热管里的多孔芯类似,可以是碳纤维,也可以是烧结的金属多孔膜,甚至也可以是纺织品的纤维。
当将本发明用于手机105时,如同一层舒适柔软的皮肤包围在手机105的表面,包括防水层104,吸水结构层106,贮水结构层103,输水结构层102和蒸发结构层101。
防水层104是一层不透水的导热薄膜,使本发明与手机105隔离开来。
吸水结构层106是一个热电薄膜。当手机105充电的时候,吸水结构层106如图1(a)所示开启,利用热电效应在外表面制冷,冷却温湿空气108,以降低其中水蒸气的饱和蒸汽压,使水蒸气凝结成液态水。风扇107是一个可选的辅助原件,主要是为了在必要时(比如,需要的水的量比较大,或者空气中的水分比较少)增大空气的流量。当手机105正常使用时,吸水结构层106和风扇107处于关闭状态,如图1(b)所示,以避免消耗电池能量。
贮水结构层103由温度敏感水凝胶做成,并由输水网络102分割成一个一个的小块。温度敏感水凝胶具有随温度的变化而改变的吸水/放水特性。如图2所示,不同的离子浓度给定了一个特定的转变温度202。当水凝胶的温度低于对应的转变温度的时候,水凝胶处于203所示状态,可以贮存大量的水分,同时保持一种凝胶状,水分不会随意流动。当水凝胶的温度升高,超过转变温度之后,水凝胶内的水分可以迅速释出,水凝胶进入201所示状态。释出的水分被输水结构输送到蒸发结构,参与蒸发散热。
输水结构层102是由亲水性的毛细多孔纤维制成的网络。由于毛细力的作用,水分会自动在输水结构层102内从含湿饱和度比较高的地方,流向含湿饱和度比较低的地方,完成水分的输运和分配。
蒸发结构层101覆盖本发明的外表面,由憎水性多孔材料做成。由于其憎水性,液态水不能从孔隙中溢出;水分只能在这里蒸发变成水蒸气以后,以气态的形式扩散到空气中110、109,并带走汽化潜热。蒸发结构层101的颜色和外形可以根据用户的喜好经行调整。
图3给出了一个本发明的实例的使用效果,并与相同条件下不使用本发明时的情形相比较。曲线301和302是不使用本发明时的手机模型表面最高温度和平均温度,曲线303和304是同一手机105模型在相同环境条件下的表面最高温度和平均温度。本发明使得手机表面温度降低了30-40℃,并且使温度分布更趋于均匀一致。测试时,手机模型的功率维持在5.5W,环境温度为25℃,相对湿度约为10%。
Claims (5)
1.一种电子设备的表面散热装置,具有附着于电子设备外的部位,其特征是:包括由里到外排列的吸水结构层(106),贮水结构层(103),输水结构层(102)和蒸发结构层(101),所述吸水结构层(106)的材料是碲化铋半导体合金或超晶格薄膜,贮水结构层(103)的材料是丙烯酰胺,输水结构层(102)是呈网络状的毛细多孔纤维材料,蒸发结构层(101)是憎水性多孔材料。
2.根据权利要求1所述的电子设备的表面散热装置,其特征是:在吸水结构层(106)与电子设备之间设有防水层(104),该防水层(104)的材料是聚四氟乙烯或聚酰亚胺。
3.根据权利要求1所述的电子设备的表面散热装置,其特征是:所述丙烯酰胺是N-异丙基丙烯酰胺。
4.根据权利要求1或2或3所述的电子设备的表面散热装置,其特征是:设有风扇(107),该风扇(107)一端通向输水层和/或蒸发层,另一端通向大气。
5.根据权利要求4所述的电子设备的表面散热装置,其特征是:所述风扇是微型鼓风机或压电风扇。
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