CN102159055B - 一种离子风散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热器产品技术领域，特指一种可用于电子产品散热的无噪音、低功耗离子风散热装置。该离子风散热装置是在热源的旁侧设置有电晕电场离子风发生器，于热源和离子风发生器之间设置有集尘器；沿离子风发生器产生的离子风流动方向上设置有臭氧过滤器或者臭氧过滤涂层。所述使用的离子风发生器已经是成熟的应用技术，所不同的是，本发明通过集尘器将离子风发生过程中的荷电灰尘收集起来，然后可通过除尘机构将收集的灰尘清理。这样就减少了整个散热装置的集尘问题。另外，本发明的技术方案中增加了除臭氧单元，通过该除臭氧单元可以将离子风电离过程中产生的臭氧消除，确保臭氧浓度不会超标。

Description

一种离子风散热装置

技术领域：

本发明涉及散热器产品技术领域，特指一种可用于电子产品散热的无噪音、低功耗离子风散热装置。

背景技术：

电子产品的特别是信息电子产品，体积的小型化和高性能芯片的使用，使得体积功率密度变得越来越高，散热技术的好坏成了制约产品品质的重要因素。传统的风扇与翅片结合的散热器，由于受到风扇制作工艺的制约，很难适应目前笔记本电脑等电子产品的设计发展，散热不良导致的电脑故障约占故障率的60％以上，因此发展新型的散热技术，是电子产品小型化的关键点之一。

业界各大厂商一直以来都在为笔记本寻找最佳的散热方案，既要高效，又必须节能、静音。有鉴于此，有商家推出“离子风”散热器。其原理就是通过适当的设计，高压电场在电晕放电过程中，会推动空气产生指定方向的气流，简称离子风。将离子风导向散热器，并在翅片中流过，带走翅片表面的热量，当气流的流量达到设计的换热要求时，即可完成基本的散热过程。整个散热过程不会具有传统风扇的活动元件，这样就实现了静音散热。

离子散热技术有着传统风扇散热技术不可比拟的特点：

1.结构小巧、轻薄，适合设计需求；

2.节能，电耗为风扇的1/2～1/4；

3.可产生与风扇同样甚至超出的风速，但是没有运行噪音；

4.结构简单，没有风扇固有的寿命问题；

5.易于控制，只需调节电晕电压即可调节风量。

针对“离子风”散热器的原理，许多人提出了各自不同的具体技术方案，见专利文献号为CN101146430的中国专利，其公开了一种“离子风散热装置”，该技术方案使用芒刺尖端放电的方式，产生离子风，流向散热器进行散热。另专利文献号为CN201541423U的中国专利，其公开了一种“等离子气流散热装置”，该技术方案使用线-线的放电方式，产生离子风。CN201438807U专利文献公开了一种“离子散热装置及系统”，使用针-板放电方式产生离子风；CN101662120专利文献公开了一种“离子风散热装置”，使用交叉的网状结构电极，交叉点一个电极凸起，形成电晕放电结构，产生离子风进行散热。

以上专利的重点都是放在了离子风的发生方式上，然而，离子风的产生可以在不同的电场结构中实现，但是产生离子风的过程中，一个共同的特点被以上专利所忽视，即：

1.电晕放电过程中，空气中的灰尘同样被荷电，荷电后的灰尘因库伦力的作用，更容易吸附在散热器和电晕电场周边的物体(如电子部件)上，加速散热器表面集尘速度，反而影响散热。从散热器排除的空气，因含有的颗粒物被荷电，可使出风口周边的物体更容易沾染灰尘，产生“黑墙”效应。荷电后的灰尘吸入肺部，更容易沉积到肺部，可能引发累积性后果，这也是近年来采用电场负离子空气净化器受到市场排斥的原因。

2.电晕放电过程中，空气中的氧气被电离，形成臭氧。超出一定浓度的臭氧会对人的健康产生严重的影响，这已经为医学所证实，所以许多国家包括中国都对电器产品产生的臭氧进行了严格的限制，即臭氧产生的累积浓度在24小时内其峰值不得超过50ppb，在美国的一些州，立法要求浓度不得超过30ppb。在离子风产生的电晕区，臭氧浓度可能达到数个ppm，经过气流稀释，从散热器流出的空气依旧含有500～1500ppb浓度的臭氧，对于人员需要近距离操作的笔记本电脑，臭氧浓度很容易超出安全限制。

针对离子风发生过程中产生的灰尘荷电和臭氧问题如何解决，目前还没有人提出相应的解决方案。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题就是克服现有产品的不足，提供一种具有净化消除灰尘、臭氧的离子风散热装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：该离子风散热装置是在热源的旁侧设置有电晕电场离子风发生器，于热源和离子风发生器之间设置有集尘器；沿离子风发生器产生的离子风流动方向上设置有臭氧过滤器或者臭氧过滤涂层。

上述技术方案中，所述的臭氧过滤器设置于热源和集尘器之间，该臭氧过滤器为表面涂覆有臭氧消除催化剂的多孔结构。

进一步而言，上述技术方案中，所述的臭氧过滤器采用金属或阻燃纸质材料制作，该臭氧过滤器上分布供离子风通过的阵列孔。孔的形状可以是六边形、方形、波浪形。优选的，使用铝金属的六边形蜂窝结构，表面涂装催化剂，以获得尽可能小的风阻。

进一步而言，上述技术方案中，所述的集尘器离子风流出方向设置有一导气罩。通过导气罩将离子风导向热源。

上述技术方案中，可采用将臭氧过滤涂层直接涂覆在热源的表面的方式。

上述技术方案中，所述的集尘器为静电集尘器，其包括：平行设置的若干极板以及用于清理极板表面的除尘机构，极板与外部直流电源连接。

进一步而言，上述技术方案中，所述的极板采用金属材料制作，其表面涂覆有具有半导体特性的高阻抗涂层。

进一步而言，上述技术方案中，所述的除尘机构包括：清洁刮片和推动清洁刮片沿极板表面往复运行的推杆。

进一步而言，上述技术方案中，所述的热源为一翅片散热器或者电子设备中的发热单元。

进一步而言，上述技术方案中，所述的离子风发生器为电晕电场离子风发生器，该离子风发生器采用以下任意一种结构：线板式、针板式、针孔式；或者为了提高风速，该离子风发生器采用至少二级加速结构，即将两个或两个以上的离子风发生器叠加组合使用。

本发明所采用的技术方案中，所述使用的离子风发生器已经是成熟的应用技术，所不同的是，本发明通过集尘器将离子风发生过程中的荷电灰尘收集起来，然后可通过除尘机构将收集的灰尘清理。这样就减少了整个散热装置的集尘问题。另外，本发明的技术方案中增加了除臭氧单元，通过该除臭氧单元可以将离子风电离过程中产生的臭氧消除，确保臭氧浓度不会超标。

附图说明：

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例一内部结构剖视图；

图3是本发明实施例一中集尘器的结构示意图；

图4是本发明实施例二的结构示意图；

图5是本发明实施例二内部结构剖视图；

图6是本发明实施例三的结构示意图；

图7A是本发明实施例三中第一电晕电极的结构示意图；

图7B是本发明实施例三中第二电晕电极的结构示意图。

具体实施方式：

见图1-3，本实施例包括：作为热源1的翅片散热器、离子风发生器2、集尘器3、臭氧过滤单元和导气罩5。上述作为热源1的翅片散热器为普通的散热器，在其翅片的旁侧依次设置有导气罩5、集尘器3和离子风发生器2。

离子风发生器2采用电晕电场离子风发生器，其可以是线板式、针板式、针孔式等结构，其产生的离子风风速在0.5～3m/s。

集尘器3为静电集尘器，其包括：平行设置的若干极板31以及用于清理极板31表面的除尘机构32，极板31与外部直流电源连接。极板31两端设置在绝缘基座30上，极板31的电极交错连接至电源的正负电极上，这样两相邻极板31之间就成型电场，以吸附离子风吹过时的荷电灰尘。集尘器的极板31采用铝合金或不锈钢冲压而成。为了防止极板31间在通电情况下产生打火的情况，极板31的表面涂装具有半导体特性的高阻抗涂层，如采用有机硅与二氧化钛的混合物涂层。

上述的除尘机构32包括：清洁刮片321和推动清洁刮片321沿极板31表面往复运行的推杆322。清洁刮板321与推杆322固定，并且清洁刮板321贴附在极板31的正方两面，当推动推杆322沿极板31往复运行时，就可以将极板31表面聚集的灰尘“拂去”。

上述的集尘器3可以设计成一个整体，其可以嵌入整个散热装置中，以便于拔出、更换，形成可便于拆装的方式。或者，将集尘器3设计呈可拆卸结构，即极板31和基座30可以方便拆卸，当极板31插入基座30后，就与基座30内的电极点形成电性接触，这样可以便于使用者对极板31其进行清洁。

本实施例中的臭氧过滤单元为一层涂层，该臭氧过滤涂层涂覆在热源1的表面，结合本实施例就是在翅片散热器的表面涂覆一层臭氧催化剂，当离子风发生器电离过程中形成的臭氧，随气流到达散热器后，臭氧将被散热器表面的臭氧催化剂还原，从而除去臭氧。

一般散热器表面涂覆臭氧过滤层的涂覆量为：气流流动方向长度的50-100％。

本发明使用时，首先将本发明散热器固定至一个发热器件7(例如电路板中的芯片、热管等)上，然后将直流高压电源6对离子风发生器2和集尘器3的极板31供电。通常可采用压电陶瓷变压器供电，以获得较小的体积和良好的电气特性。离子风发生器2电源接通后，其将产生离子风，该离子风流向集尘器3中两极板31之间的间隙，当离子风经过后，空气中的荷电灰尘就会被集尘器3的极板31吸附。经过集尘器3后的气流在导气罩5后，流向作为热源1的散热器，由于散热器表面涂覆有臭氧过滤涂层，当离子风抵达后，气流中的臭氧将被还原，这样经过散热器最后排出的离子风中臭氧、灰尘就被除去，并且空气中氧气含量增加。

见图4、5，这是本发明的实施例2，本实施例2与实施例1之间的不同之处在于：本实施例2中臭氧过滤涂层并未直接涂覆在作为热源1的散热器表面，而是单独设置一个臭氧过滤器4。该臭氧过滤器4设置于热源1导气罩5之间，该臭氧过滤器4为表面涂覆有臭氧消除催化剂的多孔结构。臭氧过滤器4一般采用金属或阻燃纸质材料制作，该臭氧过滤器4上分布供离子风通过的阵列孔。孔的形状可以是六边形、方形、波浪形。优选的，使用铝金属的六边形蜂窝结构，表面涂装催化剂，以获得尽可能小的风阻。

见图6、7，这是本发明的实施例3，与实施例2不同的是，本实施例3中为了提高风速，离子风发生器2采用了具有二级(当然，也可以是更多级)的加速结构。通常离子风发生器采用以下任意一种结构：线板式、针板式、针孔式。本实施例中，第一级离子风发生器21采用的是针孔式，见图7A。第二级离子风发生器22采用的是针板式，见图7B。

以下是对本发明测试：

热源：采用叠片式铝镀镍散热器；

风速计：热丝式风速计(日本加野MAX，精度0.01m/s)

臭氧测试仪：紫外吸收管式(美国，API400E，精度1ppb)

粒子分析仪：计重分析仪(美国，TSI8530，精度0.01mg/m3)

测试箱：1立方米测试舱

粉尘：ASHRAE52.2标准粉尘

高压电源：连续可调静电电源，0～20KV

测试例1：

按照实施例1制作本发明的离子风散热装置。具体为：将散热器内外表面涂装由东莞市宇洁新材料有限公司生产的臭氧催化涂料，涂装厚度约为30um。将直径0.2mm钨丝作为离子风发生器2的电晕丝，其距离集尘器3前方10mm。散热器通过长度10mm方绝缘形导气罩5与集尘器3连接。

将上述的电晕丝、集尘器、导气罩、散热器安装于截面与集尘器相仿的塑料盒中，前端与后端各超出电晕丝与散热器20mm，形成封闭的通道机构，在散热器与集尘器连接导管处开一直径8mm小孔，作为测试孔。连接高压电源，将装置放入测试箱中，接通电源，调节电压到6KV，测试离子风速，同时在散热器出风口和测试孔分别测试臭氧浓度。

在测试舱中发生标准粉尘，浓度在1～2mg/m3，开启高压电源，测试入口和出口的粉尘浓度。

测试例2：

使用没有涂装的散热器

臭氧过滤器使用东莞市宇洁新材料有限公司生产的六边形铝蜂窝结构臭氧过滤器，过滤器的六边形边长为1mm，厚度4mm，与散热器贴紧装配。

电晕电极使用芒刺电极，芒刺尖端距离5mm，尖端距离集尘器10mm。(图5)

采用实施例1的组合方式和测试方法。

测试例2：

散热器与臭氧过滤器参照实施例2，即电晕电极采用两级结构，第一级为双芒刺结构，芒刺中心距为6mm，芒刺尖端距集尘器距离10mm；第二级芒刺间距为6mm，芒刺尖端对准第一级的圆孔中心点，距离为10mm。

使用双电源供电(也可使用电阻分压方式)，第一级与第二级分别提供4500V，6000V直流电压。

采用测试例1的组合方式和测试方法，结果见附表。

测试例4：

同测试例3，但调整高压供电电压，两级分别提供6000V直流电压。

以上四个测试例的结果如下：

测试结果表明，本发明的散热装置可提供适当的风速进行散热；出口的臭氧浓度得到了有效的控制；颗粒粉尘得到了一定的捕集。通过上述测试结果尅验证了本发明的有效性。

当然，以上所述仅仅为本发明的实施例而已，并非来限制本发明范围，凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (9)

1.一种离子风散热装置，包括：热源（1），热源（1）的旁侧设置有电晕电场离子风发生器（2），于热源（1）和离子风发生器（2）之间设置有集尘器（3）；沿离子风发生器（2）产生的离子风流动方向上设置有臭氧过滤器（4）或者臭氧过滤涂层，其特征在于：所述的集尘器（3）为静电集尘器，其包括：平行设置的若干极板（31）以及用于清理极板（31）表面的除尘机构（32），极板（31）与外部直流电源连接。

2.根据权利要求1所述的一种离子风散热装置，其特征在于：所述的臭氧过滤器（4）设置于热源（1）和集尘器（3）之间，该臭氧过滤器（4）为表面涂覆有臭氧消除催化剂的多孔结构。

3.根据权利要求2所述的一种离子风散热装置，其特征在于：所述的臭氧过滤器（4）采用金属或阻燃纸质材料制作，该臭氧过滤器（4）上分布供离子风通过的阵列孔。

4.根据权利要求1所述的一种离子风散热装置，其特征在于：所述的集尘器（3）离子风流出方向设置有一导气罩（5）。

5.根据权利要求1所述的一种离子风散热装置，其特征在于：所述的臭氧过滤涂层涂覆在热源（1）的表面。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种离子风散热装置，其特征在于：所述的极板（31）采用金属材料制作，其表面涂覆有具有半导体特性的高阻抗涂层。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种离子风散热装置，其特征在于：所述的除尘机构（32）包括：清洁刮片（321）和推动清洁刮片（321）沿极板（31）表面往复运行的推杆（322）。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种离子风散热装置，其特征在于：所述的热源（1）为一翅片散热器或者电子设备中的发热单元。

9.根据权利要求8所述的一种离子风散热装置，其特征在于：所述的离子风发生器（2）为电晕电场离子风发生器，该离子风发生器（2）采用以下任意一种结构：线板式、针板式、针孔式；或者该离子风发生器（2）采用至少二级加速结构。

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