CN108255276A - 散热性能不易衰减的风冷式笔记本电脑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热性能不易衰减的风冷式笔记本电脑，特别是涉及风冷式笔记本电脑的散热模组。通过改变散热模组的结构，使散热器散热通道入风口部位，不易出现因（粉末状、丝状、絮状的）灰尘的聚积而形成严重阻塞、进而导致废热不能有效排出的情况，从而使产品散热性能能够更长期、更好地保持，使产品的运算性能能够更持久、高效地发挥，降低了产品因高温而产生危害的概率。产品可以长期使用而无需对散热模组进行清理，或者可显著减少清理频次。从长期来看，还可节省风扇消耗的能源，从而增加产品的续航时间，降低电池损耗。

Description

散热性能不易衰减的风冷式笔记本电脑

技术领域

本发明主要涉及风冷式笔记本电脑，特别是涉及风冷式笔记本电脑的散热模组。

背景技术

众所周知，历来市售笔记本电脑的散热方案普遍采用风冷式散热系统，即芯片（CPU或GPU）产生的热量传递至热管，热管的冷凝段设置若干散热翅片作为散热器，风扇产生的气流从各散热翅片之间的间隙将热量带走。因笔记本电脑在厚度上存在比较严格的设计要求，所以普遍采用涡轮风扇、离心风扇等径流风扇，配合容易形成较大比表面积的翅片式散热器作为散热方案。

然而随着产品使用时间的增加，产品的散热性能会逐渐下降。长期使用后，拆开产品散热模组时会发现，在风扇出风口部位和散热器入风口部位有大量的灰尘聚积，严重地堵塞了散热通道（各散热翅片之间的间隙），导致散热模组近乎于瘫痪，大部分废热不能有效排出。具体地，风扇随芯片的工作温度的提高而达到较高的转速，转速越高就会吸入越多灰尘，就会堵住越多的散热通道，散热性能就下降的越多，芯片的温度就越容易升高，芯片与散热模组之间的导热硅脂就越容易老化，芯片产生的热量就越难传递，芯片的工作温度就容易偏高。如此，就形成了一种恶性循环的情况，当散热性能下降到一定程度时，这种情况会明显加剧，导致散热性能更快地下降，最后整个散热模组的散热性能只相当于被动散热的水平。当积灰较为严重时，即使风扇以较高转速运行，散热效果也不明显，反而会浪费更多电能、产生更多噪音，并且导致灰尘在风扇和散热器之间越积越厚。当散热性能不足以满足芯片的工作需要时，芯片会降低运行频率，减少发热量，但运算性能就会大打折扣，严重影响使用体验。而如果芯片长期工作在高温下也可能产生多种危害。一般来讲，产品平均每日工作10个小时以上，半年至一年左右就会出现这种状况，消费者如果需要消除产品的这种状态，一般只能拆机清理，并更换导热硅脂，会消耗时间、精力和金钱，也存在一定的风险。

有部分产品的入风口设有防尘网，虽然具备一定的防尘作用，但其实际作用主要是防止较大的异物进入，同时起到装饰效果，副作用是减少了进风量，不利于散热，而灰尘同样可以从网孔进入机身，造成散热通道堵塞。而没有设置防尘网的产品，进风口设计的较小。

发明内容

长期以来，虽然本领域对如何提高产品的散热性能做出了大量研究和实践、也利用防尘网防尘，但是尚未就如何通过散热模组自身的结构使风扇出风口部位或散热器入风口部位不易被灰尘堵塞，进而更好地、更长期地保持散热性能，最终使产品能够更持久、更高效地发挥其运算性能做出论述。发明人为填补本领域中存在的空白，特此提出本申请。

本发明是指：所述产品的CPU或GPU利用散热模组进行散热，所述散热模组包括热管（或均热板）、散热器、和径流风扇；所述热管（或均热板）将热量传递至所述散热器；所述风扇通过强制对流对所述散热器进行散热；所述散热器具有用于增大比表面积的结构，并形成散热通道，或者作为散热通道的重要组成部分；所述风扇带动的气流主要经过所述散热通道，再通向所述产品机身之外。

本发明采用的技术方案1：所述散热器为翅片式散热器，构成所述散热通道入风口的边缘部位具有光洁的表面，可降低丝状、絮状的灰尘被翅片边缘挂住、挂牢的概率；翅片间距即散热通道的宽度可保持在0.7至1毫米，也可大于此范围，更进一步降低散热翅片拦截住丝状、絮状的灰尘的概率。

虽然较小的间距容易拦截住灰尘，但当关键的边缘部位具备光洁的表面后，可显著降低丝状、絮状的灰尘被边缘部位挂住、挂牢的概率。而在风扇的持续作用下，丝状、絮状的灰尘即使被边缘拦截住，也会发生激烈的颤动或摆动，最终因无法附着在翅片边缘而被气流带走。在普通环境下，风扇不可能在短时间内吸入大量灰尘，进入机身的少数丝状、絮状的灰尘来不及网罗更多的灰尘就已经被气流带走。

本发明采用的技术方案2：与方案一不同的是，本方案单纯地增大散热翅片的设计间距（本技术领域通常为0.8毫米），降低丝状、絮状的灰尘被散热翅片拦截住的概率、增加灰尘形成堵塞的难度。

虽然边缘不做专门处理容易挂住丝状、絮状的灰尘，但是间距的增加不利于灰尘的聚积，因为间距越大，潜在的、倾向要形成而尚未形成的“灰尘网”的受力面和就越大，受到的力和力矩就越大，就越容易被气流吹破或吹散，因此不利于灰尘聚积、形成堵塞。与现有设计相比，在其他条件相同的情况下，虽然增大间距会使产品出厂时及前期使用时的散热性能略为下降，但是更大的间距更不利于灰尘的聚积，更难形成严重的堵塞，进而更有利于保持散热性能，因此，从长期来看，采用更大的设计间距能带来更好的散热效果。当间距增至1.2毫米时，就可明显减少丝状、絮状的灰尘被拦截住的情况，而当间距达到1.5至2毫米时，灰尘几乎已不可能将散热通道堵塞，或者说，能够显著延长散热通道形成积灰堵塞的周期。

本发明采用的技术方案3：与以上技术方案不同的是，散热器用于增大比表面积的结构的迎风面具有流线型，或者垂直于产品厚度方向的横截面的迎风边缘具备外弧形，且具有光滑的表面。这类散热器的鳍可以是翅片状，也可以是柱状，也可以是能够使散热通道发生弯曲的结构，可使气流产生方向上的变化，加大气流对散热器的作用力，使灰尘更难附着，也可小幅提高散热效果。

这类散热器通常采用锻压、铝挤工艺制作，表面已经足够光洁，可不必再做处理。这类散热器的形状和结构既不容易拦截住也不容易挂住丝状、絮状的灰尘，灰尘和散热器接触后，一般沿散热器表面滚动，顺着散热通道被气流带走。这类散热器也可采用切削加工、铸造等其他工艺制作，表面也可做特殊处理使其更加光洁，例如打磨、设置镀层、化学加工等。

本发明采用的技术方案4：在技术方案1至3的基础上，扩大原散热模组的组成部分。在散热模组的热管（或均热板）上增设散热结构。比如将金属片等焊接或者用导热胶粘贴到热管传输段，或者散热模组的其他部位。或者，将产品后盖的至少一部分设置包含传散热性能良好的材料，比如后盖的某部分用金属材料制成，通过导热剂与散热模组联系。必要时，后盖中也可包含蒸汽腔结构，比如均热板、热管，同时可以添置用于增大比表面积的结构，这些增设的散热结构的高度不与主板上的元件发生干涉即可，但是可以通过导热介质，比如导热硅胶垫等将主板上的显存、电感等其他发热元件工作时产生的热量带走。

当风扇工作时，吸入的空气会流经这些增设的散热结构的表面，带走热量，然后再通往散热器的散热通道，可达到更好的散热效果，完全可以弥补因未采用现有翅片式散热器而减少的散热面积和散热性能。也可利用后盖和机身外部的空气进行被动散热。

本发明采用的技术方案5：在技术方案1至4的基础上，将散热模组设置在后盖上。

需要指出的是，在技术方案4和5中，如果在散热模组或者后盖中有较多增设的散热结构时，可替代并取消原有散热器，将风扇出风口的气流导向机身外部即可。

需要特别说明的是，人们认为静电是造成积灰的因素，但并未认识到造成散热器入风口部位被灰尘堵塞的根本原因。虽然散热器非入风口部位也会附着一些灰尘，对散热效果造成一定影响，但并不会造成严重堵塞致使产品的散热性能明显衰减。因为在风扇的吹动下，灰尘是难以依赖静电力保持集中聚积的。

散热器入风口部位之所以被灰尘堵塞的根本原因是：第一，风扇吸入空气流经散热翅片，而普通环境中的空气含有水分、灰尘；第二，散热翅片的间距较小，且边缘未经专门处理，较为粗糙，容易拦截住并挂住丝状、絮状的灰尘，进而更容易网罗住更多的灰尘。当被挂住、网住的灰尘吸收一定的水分，就更容易黏住粉尘状的灰尘，导致水分和各种形态的灰尘极易混合并顽固地聚积在散热器的入风口部位，将散热器变为集尘器，最终形成严重的堵塞，导致散热系统近乎于瘫痪，使大部分废热不能有效排出。

而在本发明的基础上，也可以对散热器或其原材料表面做进一步处理，使其不容易附着灰尘。此外，防尘网虽然具有一定的防尘效果，但并没有改变散热器入风口部位容易使灰尘形成堵塞的结构；而本发明虽然通过自身结构解决了技术问题，但并不代表本发明产品中不能包含防尘网或其他等同物。

本发明的有益效果是，与本领域现有技术相比，可使散热器散热通道入风口部位，不易出现因（粉末状、丝状、絮状的）灰尘的聚积而形成严重阻塞、进而导致废热不能有效排出的情况，从而使产品散热性能能够更长期、更好地保持，使产品的运算性能能够更持久、高效地发挥，降低了产品因高温而产生危害的概率。产品可以长期使用而无需对散热模组进行清理，或者可显著减少清理频次。从长期来看，还可节省风扇消耗的能源，从而增加产品的续航时间，降低电池损耗。

需要指出的是，本发明克服了本技术领域中存在的两处技术偏见：

第一，本领域技术人员为保证产品的散热性能，普遍将散热翅片的间距设计为0.8毫米。这种散热器通常由若干散热翅片通过扣Fin技术组合在一起，厚度普遍为0.2毫米。文献1（笔记本电脑散热器数值模拟及设计优化，辽宁科技大学学报，第37卷，第1期，作者：陆声琰等）、文献2（散热器翅片间距的选取及其与微型风扇的匹配，《机械设计与制造》，2013年，第6期，52-53页，作者，翁建华等）、文献3（笔记本电脑散热结构优化，东南大学硕士学位论文，作者，林潘忠）均对笔记本电脑散热翅片的间距做出了仿真研究和结论，且均认为在0.7或0.8至1.2毫米范围内，间距越小的设计对产品越为有利。而实际上数以亿记的商品中，散热翅片的设计间距通常就是0.8毫米，不会超过1毫米，是因为这样可以在有限的空间内布置更多的散热翅片从而使散热器具有更多的散热面积，带来更好的散热效果。即使有些产品使用更多数量的热管或者风扇，在明显地提高了产品散热性能的情况下，散热翅片的设计间距仍然没有超过1毫米。

本领域技术人员普遍认为翅片式散热器在一定范围内，翅片间距越小、密度越高越有利于散热，偏离了间距越小越容易形成堵塞物而不利于散热的客观事实，增加了用户在长期使用过程中的麻烦。它引导人们不去考虑其他方面的可能性，阻碍了人们对该技术领域的研究和开发。一般专业人员为取得更好的散热效果也总是采用缩小间距、增加翅片数量的办法，而翅片间距大于1毫米的设计范围已是被舍弃的技术手段，2017年以来，没有新款的风冷式笔记本电脑采用这种设计范围，之前也只是被用于试验、研究或测试，而未见广泛推广或者商业采用，更未听闻到其推广的具体缘由，或者有关“翅片式散热器在大于0.7或者0.8毫米的范围内，翅片间距越大，对产品越为有利”的论述。而本发明则采用被舍弃的技术手段去解决技术问题，而且，从长期看，实际效果更优。

第二，本技术领域中但凡遇到需要较大散热面积的情景时，热管冷凝段总是搭配翅片式散热器，这是长期以来公认的、优选的增大散热面积的技术手段，存在于每一台风冷式笔记本电脑中，而未见到其他结构的散热器。本领域技术人员认为，散热器在占用相同空间或者同重量的情况下，翅片式散热器具有更大的散热面积，具有更好的散热效果。因此，并未听闻到推广其他形态的散热器的原因，或者有关“其他形态的散热器优于翅片式散热器”的论述。综前所述，其他结构的散热器是被本技术领域舍弃的技术手段。本技术领域现有的翅片式散热器因自身结构，虽然便于达成较大的散热面积，但极容易拦截住并挂住丝状、絮状的灰尘，在使用过程当中，会逐渐演变成集尘器，容易造成散热通道严重堵塞，在客观事实上并不利于散热，而且增加了用户在使用过程中的麻烦。而本发明则采用被舍弃的技术手段去解决技术问题，这种可能性是本领域技术人员没有考虑的方面，而从长期看，却可带来更好的效果。

此外，就如何通过风冷式笔记本电脑散热模组自身的结构，使其不容易被灰尘堵塞，进而更好地、更长期地保持自身散热性能，使产品的运算性能能够更持久、更高效地发挥的主题，在本技术领域内是一个全新的概念，本发明采用了全新的技术方案解决了长久以来困扰该行业的一个技术难题，而部分技术方案也克服了技术偏见。正因此，本发明才能取得预料不到的、以及更好的技术效果，并产生有用性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明示意图，后盖未在图中示出；

图2为本发明分解示意图，后盖未在图中示出；

图3为散热模组分解示意图；

图4为散热模组示意图；

图5为风扇机身与散热器位置关系示意图；

图6为图4轴测图；

图7为散热器主视图；

图8为图7中A局部示意图，比例5：1；

图9为散热翅片示意图；

图10为实施例3中的散热器示意图；

图11为图10A-A线剖面图；

图12至图16为实施例4中的多种散热器俯视图；

图17为实施例5中的散热模组示意图；

图18为图17的轴测图；

图19为实施例6中的后盖与散热模组的示意图；

图20为图19左视图；

图21为实施例8示意图，后盖、风扇安装盖未在图中示出；

图22为实施例8中散热模组示意图，风扇安装盖未在图中示出；

图中1.散热模组，2.机身，3.CPU，4.GPU，5.后盖，6.排热孔，7.导热硅脂垫，11.热管，12.风扇，13.散热器，14.导热块，15.增设的散热结构，121.风扇安装盖，122.风扇机身，131.散热翅片，132.散热通道，51.进气孔，52.蒸汽腔结构。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。相关领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实施例中，对于相关领域熟知的知识、方法等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

主要如图1至9所示，散热模组1由导热块14、热管11、散热器13、风扇12构成。导热块14、热管11、散热器13、风扇安装盖121通过焊接结合为一体；风扇12由风扇安装盖121、风扇机身122通过安装结构（图未示）结合在一起。散热器13由若干散热翅片131构成，各散热翅片之间的间隙形成散热通道132。各散热通道132的设计宽度为大于1毫米，小于等于2毫米。散热模组1安装在机身2中，机身2中的CPU3、GPU4在工作时产生的热量由导热块14吸收，再传递至热管11，再传递至散热器13，风扇12与散热器13形成相对密闭的风道，风扇12运行产生的气流吹向散热器13，主要经散热通道132带走热量，最后经排热孔6传递至机身2之外。

实施例2

与实施例1不同的是，散热翅片131在弯折工艺之前，相应的边缘经过打磨或者抛光或者电镀，或者经过电镀之后再打磨或抛光。由于原料较薄，在打磨或抛光的过程中，边缘可以进一步形成流线型结构（图未示）。散热翅片131完成弯折形变后，组合在一起，形成散热器13和散热通道132。散热通道132的设计宽度为0.7至1毫米；或者大于1毫米，小于等于2毫米。或者，将散热器13或散热翅片131迎风边缘涂覆一层超疏水涂料，同样可以有效避免丝状、絮状的灰尘被翅片边缘挂住。

实施例3

主要如图10至11所示，与以上实施例不同的是，散热器13通过锻压工艺制造，散热器13用于增大比表面积的结构的迎风面具有流线型，或者垂直于产品厚度方向的横截面的迎风边缘具备外弧形，且具有光滑的表面。风扇安装盖121与散热器13结合的部位的长度有所增加（图未示），作用是与散热器13共同形成相对密闭的散热通道132。

实施例4

主要如图12至16所示，与实施例3不同的是，散热器13用于增大比表面积的结构是其他形状，可以是波浪形、瓦片形、圆柱形、纺锤形（或椭圆形）、槽口形等，主要目的是加强气流对散热器的作用力，使灰尘不易附着，其次是小幅增加散热性能。

实施例5

主要如图17至18所示，与以上实施例不同的是，散热模组1中设置了增设的散热结构15，通过焊接或者导热胶与热管11结合。

实施例6

主要如图19至20所示，与实施例1至5不同的是，后盖5由铝制成，设有蒸汽腔结构52，通过导热硅脂垫7吸收热管11的热量。相同的是，后盖5与机身2通过安装结构（图未示）装配在一起，后盖5开设有若干进气孔51。

实施例7

主要与实施例6不同的是，取消导热硅脂垫7，将热管11与蒸汽腔结构52焊接在一起；或者同时取消导热硅脂垫7、蒸汽腔结构52，将热管11与后盖5焊接在一起。取消的部位可理解为蒸汽腔结构52或后盖5增厚的部位，也可以调整散热模组1的结构去适应后盖5，比如将热管11做一定的弯折，将风扇12、散热器15设置到热管11的另一面。

实施例8

主要如图21至22所示，散热模组1中的热管11由一块均热板替代，散热器13与均热板通过焊接组合在一起，或者作为均热板的一部分；散热器13用于增大比表面积的结构优选参照实施例4；风扇安装盖121长度延长（图未示），与散热器13相适应。

上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例，相关因素的形状、尺寸、角度、材料、微观结构、实施方式等不便于穷举。显然，在不脱离后附权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。相关领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、数量、组件、步骤、表面处理、热处理及其它方面而有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明发明能够实现，而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，包括说明书中各细节的其他可行组合，或者根据说明书的教导能够得出的实施例，而不限于此前的描述。

Claims (5)

1.散热性能不易衰减的风冷式笔记本电脑，主要包括：所述风冷式笔记本电脑是指产品的CPU或GPU利用散热模组进行散热，所述散热模组包括热管（或均热板）、散热器、和风扇；所述热管（或均热板）将热量传递至所述散热器；所述风扇通过强制对流对所述散热器进行散热；所述散热器具有用于增大比表面积的结构，这些结构之间的间隙形成散热通道，或者作为散热通道的重要组成部分；所述风扇带动的气流主要经过所述散热通道，再通向所述产品机身之外；

所述产品在普通环境条件下的使用过程当中，所述散热通道不易出现因灰尘的聚积而形成严重阻塞、进而导致废热不能有效排出的情况，从而使产品的散热性能能够更长期、更好地保持，产品的运算性能能够更好地发挥；这种效果是由所述散热模组带来的，并不利用其他动作机构除尘。

2.根据权利要求1所述的散热器和风扇，主要包括：所述散热器包含若干散热翅片，置于所述风扇出风口部位，所述风扇产生的气流主要经过所述各散热翅片之间的间隙再通向所述产品机身之外；所述散热翅片具有以下任意特征：

a.对应所述风扇出风口部位的散热翅片边缘部位具有光洁的表面；

b.所述各散热翅片之间的间隙大于1毫米。

3.根据权利要求1所述的散热器，主要包括：所述散热器包含若干用于增大比表面积的结构，其特征在于：迎风面具有流线型，且具有光洁的表面。

4.根据权利要求1至3所述的产品和散热模组，主要包括：所述产品包含后盖，将所述后盖作为所述散热模组的一部分；或者，在所述散热模组上增设散热结构。

5.根据权利要求1至3所述的产品和散热模组，主要包括：所述产品包含后盖，将所述后盖作为所述散热模组。