CN1231826C - 用于增强便携式计算机的冷却能力的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于增强便携式计算机的冷却能力的方法和装置。特别是，本发明提供了一种用于提高膝上型计算机的冷却能力的装置，通过该装置，将热量从计算机中待冷却的半导体芯片传导和散发到该膝上型计算机的液晶显示器的后侧，其中所述膝上型计算机在尺寸、重量和能耗方面受到限制。

Description

用于增强便携式计算机的冷却能力的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于增强便携式个人计算机的冷却能力的装置和方法。特别是，本发明涉及提供一种用于提高膝上型计算机冷却能力的装置，通过该装置，将热量从位于计算机中待冷却的半导体芯片传递和散发到该膝上型计算机的液晶显示器的后侧，其中所述膝上型计算机在尺寸、重量和能耗方面有所减小。
背景技术
近年来，便携式个人计算机，比如膝上型计算机、笔记本型计算机或者类似设备，其能力和性能已经被提高到如此程度：比如，自从1996初开始，便携式个人计算机(PCs)的散热需求已经从10瓦特左右增大至目前的50瓦特左右，并且有继续升高的潜在趋势。散热需求上的这种增加，是CPU性能不断提高和额外功能不断增加的结果；比如DVD、调制解调器、音响以及类似设备，它们会在未来的PCs中配备。如在由Albert Yu撰写的文章“A The Future of Microprocessors@”(IEEE Micro，1996年12月，第46页至第53页)中阐述的那样，对于便携式个人计算机来说，在可预见的未来中，增大以热量形式的能量散发的趋势将会持续。因此，例如在便携式个人计算机所广泛采用的A4形式因子处(A4 form factor)，对于不带有冷却风扇的便携式PC来说，冷却限值通常超过20瓦特并且有可能高达50瓦特。因此，提供一个超过目前限值的冷却能力以便满足未来便携式个人计算机的预期散热需求，不仅代表了在产业上具有潜在竞争优势，而且提供了一种明显区别于目前可获得的市售便携式个人计算机的产品。
从本质上说，如前所述那样，在计算机技术领域中，膝上型计算机的能耗，尤其是CPU的功率，不断增大。因此，例如一部膝上型计算机的总功率通常超过10瓦特，并且目前已经增加至30至50瓦特左右或者更高，而CPU的功率已经从3至6瓦特左右增大，并且可以想象到的，可以高达40瓦特。这些能量的大部分最终将以热量形式散发到周围环境中。因此，能够将更多的热量从膝上型计算机中散发掉成为了膝上型计算机设计和商业方面的一个关键因素。这不仅可以通过将无源的散热或者耗热结构，比如散热片、热管或者类似装置，结合入计算机内来实现，也可以通过将有源的传热设备，比如可以呈风扇形式或者具有类似特征，结合入计算机内来实现。
在本技术领域中，公知有多种用于提高膝上型或者个人计算机的冷却能力的装置和设备。
Janik等的美国专利No.6212069 B1公开了一种较高热效率的便携式计算机，该便携式计算机具有两块独立平板，一块用于电子器件，一块用于显示器，其中电子器件被安装在该便携式计算机的显示器侧。当该便携式计算机闭合时，所述两块平板可以发生接触，并且其中，当该便携式计算机未被使用时，由一个独立组件构成的散热装置从一个绝热后盖靠近显示组件，并且用于在该便携式计算机的使用过程中使得散热装置和绝热后盖以一定的距离远离所述显示组件。但是，这会使得热量的传播和散热装置的高效冷却与将热量从一个位于计算机主机箱中的CPU传导和散发掉无关。
Haley等的美国专利No.6181555 B1公开了一种用于集成电路芯片的冷却系统，所述集成电路芯片被设置在一部便携式计算机中，其中，一个具有需要散热的集成电路组件的盖子带有一个柔性扩展结构，该柔性扩展结构在弹簧的作用下形成通道，以便使得冷却空气在一个模块与显示器总成之间流动。
Goto等的美国专利No.6069791公开了一种用于笔记本型个人计算机的冷却设备，其中，一条用于冷却介质的流动通道在该个人计算机盖子部分中位于液晶显示器的后方。这种构造有利于将热量从计算机的主机箱传递至显示器侧，其中一个散热装置被置于一个位于液晶显示器后方的凹腔内，并且允许空气在该凹腔内环绕散热装置进行流动，来实现散热。
Haley等的美国专利No.5982617公开了一种用于对电子器件进行冷却的装置，所述电子器件被设置在一个位于液晶显示板上方后侧的独立结构中，并且使得气流穿过中间预先间隔开的组件。
发明内容
尽管前述个人计算机或者膝上型计算机构造均提供了不同的方法来使得热量从电子器件传递和散发掉，比如从被设置在一部个人计算机内的计算机芯片或者CPU传递和散发掉，但是本发明涉及一种经过改进的用于基本上常规的便携式计算机的散热装置和方法，在这种基本上常规的便携式计算机中，大多数发热组件，比如CPU(中央处理单元)，均被置于主机箱内，并且热量被传递至一个显示组件，比如一个以铰接方式连接在主机箱上并且安装有液晶显示器的盖子。此外，本发明中用于使得热量被从CPU传递走并且散发掉的装置不同于现有技术，并且提供了一种将所产生的热量散发掉的适当并且高效的方法。
依照本发明的第一实施例，采用了一个热铰链，该热铰链用于将容置有CPU的主机箱与容置有显示器的盖子互连起来，用以将一部分由中央处理单元(CPU)产生的热量传导至位于液晶显示器后方的散热装置，并且总体上呈柔性波纹管形状的通风道被连接在一个位于CPU附近的冷却风扇的排气口与一条通道的进气口之间，所述通道由两个在显示器后方间隔开的散热装置限定而成。空气受迫从容置有显示器的盖子的底部朝向该盖子的顶部边缘进入所述通道内，其中风扇适合于将热空气从电子器件或者CPU吸入通风道内，并且进入由散热装置限定而成的通道内，以便将热量传导至周围环境。
依照本发明的一种改进实施例，在风扇作用下，由计算机主机箱结构中的电子器件或者CPU所产生的热空气被向后传导，并且被转向至一个自由空间内，该自由空间位于主机箱外部和安装有液晶显示器的显示器盖子的后方，其中，采用了自伸缩空气换向装置，以保持气流接近显示器盖子的外表面。
因此，本发明的目的在于提供一种便携式设备，比如一种便携式个人计算机或者类似设备，其中利用源自于一个位于CPU附近的风扇的气流，迫使空气通过一个热铰链流入一条通道内，由此实现对包含于主机箱中的电子器件的高效冷却，所述通道位于一个液晶显示器后方的散热装置之间，所述液晶显示器被容置在一个以铰接方式连接于主机箱上的盖子部分中。
依照本发明的另外一个目的，气流受到导引从风扇穿过一个柔性波纹管类型热铰链，并且受到导引从这里流入一条散热通道内，以便被传导至周围环境，其中所述热铰链将安装有液晶显示器的盖子部分与容置有发热组件的主机箱互连起来，而所述散热通道在液晶显示器后方的散热装置与该便携式计算机的盖子之间延伸。
根据本发明的再一个目的，源自于包含有电子组件或者CPU的主机箱的气流被导引入一个自由空间内，该自由空间位于容置有液晶显示器的盖子后方，并且，设置有一个适合于响应显示器盖子的打开和闭合而自动地将一个空气转向器打开和关闭的机构，以便能够使得热气流被排放到计算机盖子后方的周围环境中。
附图说明
结合附图，下面将参照后面对本发明优选实施例的详细描述；其中：
图1示出了一部诸如膝上型计算机的便携式计算机的示意性透视图，所示出的该便携式计算机处于打开工作状态，提供了一种新颖的冷却装置，用于将空气从一个风扇冷却的电子器件导入一条位于两个散热装置之间的通路或者通道，所述散热装置被设置在一个液晶显示器后方，该液晶显示器位于被铰接在主机箱上的盖子中；
图2沿着图1中的线2-2以较大的比例示出了一个散热和导热装置的不完整部分；
图3示出了一种用于膝上型计算机的经过改进的冷却机构的示意性透视图，带有一个自动的空气转向器；
图4沿着图3中的线4-4以较大的比例示出了一个不完整视图；而
图5以示意性透视图示出了图3中所示的膝上型计算机，所示出的该膝扇型计算机处于闭合位置。
具体实施方式
下面特别详细地参照附图中图1和2所示出的实施例，在这里示出了一部膝上型计算机10，其包括一个主机箱结构12，其中容置有计算机中的电子组件，比如CPU(中央处理单元)14。在一个半导体芯片的顶部上设置有一个冷却风扇总成40，该冷却风扇总成40中包含有风扇16，其中，所述半导体芯片通常为CPU14，并且代表了在计算机10的工作过程中主要的发热源。
通过铰接结构，一个盖子20被连接在计算机10的主机箱12的后部上边缘18上，该盖子20为一个长方形构件，并且一个液晶显示器(在图1中未示出)将被置于其内表面22处。
参照图2，在液晶显示器24的后方，设置有至少一个散热装置26，这些散热装置26可以呈安装有液晶显示器24的平板形式，并且在它们之间可以设置一层绝热材料28，以便防止任何来自于散热装置26的热量被传导至液晶显示器24。
依照本发明，一个呈平板形状的第二散热装置32与散热板26的后表面间隔开，该第二散热装置32平行于第一散热装置26被粘结固定在盖子20的内表面22上，与该内表面22良好地热接触，在散热装置26与32之间形成一条狭窄通路或者通道34，并且这条通路或者通道34沿着所述盖子的整个高度进行延伸，同时大体敞口于其上、下两个端部处。
计算机10具有主机箱12，该主机箱12中包含有用于形成CPU14的多数半导体芯片以及相关电子部件，为了清楚地图示出所述新颖的冷却机构，没有详细示出主机箱12。风扇总成16被置于主要发热半导体芯片的顶部，所述主要发热半导体芯片通常是计算机中的中央处理单元(CPU)14，由此将风扇总成16的排气口连接到一个通风道42上。一部分从CPU产生的热量被来自于所述风扇总成的空气携带走，而另外一部分热量经由一根热管46被传导至热铰链44，热管46被安装在风扇160与热铰链44之间。另外一根热管46a被安装在显示器盖子20的底部附近，以便将来自于热铰链44的热量传导至散热装置26和32。散热装置26和32最好均由导热材料制成，比如铝、铜或者石墨纤维复合材料，并且在计算机显示器24与显示器盖子20之间形成空气通道34。为了形成空气通道34，所述两个散热装置之间的间距为0.5至10毫米。或者，空气通道可以由一个具有较高纵横比的长方形管道制成，该管道的四个侧壁均由导热材料制成。图2中的箭头A定义了气流路径，该气流路径从风扇16开始穿过通风道42，横穿过通风道42与显示器盖子20之间的间隙48，并且进入两个散热板26与32之间的通道34。通风道42呈锥形，从而所述通风道的输出端部宽于其输入端部，并且最好利用柔性的波纹管类型侧壁结构制成，以便其输出端部压靠到所述散热装置之间通道34的进气口上。用于确保通风道输出端部面对着通道34的机械固定装置在附图中未予示出。空气将在显示器盖子20的另一端部处从通道34中排出，此处可以设置在附图中未予示出的格栅。
或者，依照一种改进实施例，替代两个间隔开的散热板26和32，通路或者通道34可以仅由支撑着液晶显示器24的第一散热板与盖子20的内壁表面22共同形成，并且由此去除了在图2中示出的第二散热板32。
依照图3至5中的实施例，其中与前一实施例中相同的部件由相同的附图标记来加以标识，空气被吹出盖子20的后部之外，如下面所描述的那样，由此去除了散热板26。
在本实施例中，空气被从风扇16吹向主机箱12的后侧面上。一个空气转向器50被置于计算机主机箱12的后端壁52的外侧，并且其底部边缘54利用一个在图4中示出的枢轴56被锚固在主机箱的内部。空气转向器50可以在显示器盖子20的打开和闭合过程中环绕其枢轴56进行旋转。尤其是参照图4，在空气转向器50的上边缘60处设置有若干个托脚(standoff)58，以便确保在空气转向器50与显示器盖子20的外表面之间形成一个间隙62。可以采用若干个拉伸弹簧66，来将空气转向器50拉靠在显示器盖子20上。由此，当显示器盖子20处于闭合位置时，弹簧66将如图5中示出的那样将空气转向器50回拉至与主机箱后侧壁52发生接触。但是，也可以容易地将诸如扭转弹簧这样的其它类型弹簧用于所述目的。图4中的箭头B示出了当显示器盖子20处于打开位置时通常所形成的气流图案。参照图3，如图1和2所示的实施例中那样，一根热管46被连接在风扇16与热铰链44之间，热铰链44被置于计算机主机箱12后侧壁的内侧处。另外一根热管46a用于将热铰链44连接到一个散热装置32上，该散热装置32被利用粘结剂安装在显示器盖子20的内表面22上，以便确保与显示器盖子20良好地热接触。
从前述内容易于明白，结合有用于改进散热的不同方法和装置的各种实施例，提供了一种成本不太昂贵并且优良的方式来将热量从一部计算机中的电子器件或者发热组件传导至周围环境中。
尽管已经特别参照本发明的优选实施例对本发明进行了图示和描述，但是本技术领域中的熟练技术人员将会明白，在不脱离本发明的技术构思和保护范围的条件下，可以在形式和细节上对其进行前述以及其它改变。

Claims (30)

1、一种用于增强便携式计算机的冷却能力的装置，所述便携式计算机具有一个壳体，该壳体中包含有至少一个会在计算机工作过程中发出热量的电子器件，和一个用于壳体的盖子，该盖子包含有一个显示板，靠近壳体的后边缘，该显示板被以铰接方式连接在所述壳体上；所述装置包括：
一个风扇总成，该风扇总成在所述壳体中位于所述至少一个电子器件的附近，通过一根热管与一个位于壳体与盖子之间的热铰链相连通，用于至少将一部分热空气从所述至少一个电子器件抽走；和
一个散热结构，该散热结构在所述盖子中被安装在所述显示板的后方；
一个通风道，将所述风扇总成与散热结构连通起来，用于将另外一部分热空气从所述至少一个电子器件抽走，由此将所述的热空气部分散发到周围环境中。
2、如权利要求1中所述的装置，其特征在于：所述散热结构在所述盖子中包括一个第一散热装置，所述显示板被安装于其一个表面上，并且可选地包括一个第二散热装置，该第二散热装置与所述第一散热装置的对置表面呈间隔关系延伸，并且被紧固在所述盖子的内壁面上，以便在所述散热装置之间限定出一条通道，用于供从所述通风道接收到的空气通过其中。
3、如权利要求2中所述的装置，其特征在于：所述通风道包括一个柔性的波纹管型构件，该波纹管型构件在所述风扇总成的排气口与所述通道的进气口之间延伸，所述通道位于所述散热装置之间。
4、如权利要求3中所述的装置，其特征在于：所述通风道从所述风扇总成的狭窄进气口锥形延伸至与所述面板连接处的宽大排气端。
5、如权利要求2中所述的装置，其特征在于：所述散热结构由一种导热材料制成，所述导热材料从铝、铜或者石墨纤维复合材料构成的组中选取。
6、如权利要求2中所述的装置，其特征在于：各个所述散热装置均包括一块板状构件，所述通道限定出了一条通道，同时所述板状构件之间的间距为0.5至10毫米。
7、如权利要求2中所述的装置，其特征在于：一个绝热层被置于所述显示板与所述第一散热装置之间，所述显示板被安装在所述第一散热装置上。
8、如权利要求1中所述的装置，其特征在于：所述盖内的所述散热结构包括一块板状构件，该板状构件被安装成与所述盖子的内壁表面呈间隔关系，以便在它们之间形成一条空气流动通道，该空气流动通道与所述通风道相连通，用于接收来自于所述通风道的热空气。
9、如权利要求1中所述的装置，其特征在于：所述散热结构包括一个沿着所述盖子的内壁表面延伸的长方形通道，所述长方形通道形成了一条与所述通风道相连通的气流通路，用于从所述风扇总成接收热空气并且将这些空气散发到周围环境中。
10、一种用于增强便携式计算机的冷却能力的装置，所述便携式计算机具有一个壳体，该壳体中包含有至少一个会在所述计算机的工作过程中发出热量的电子器件，和一个用于壳体的盖子，该盖子包含有一个显示板，靠近壳体的后边缘，该显示板被以铰接方式连接在所述壳体上；所述装置包括：
一个风扇总成，该风扇总成在所述壳体中位于所述至少一个电子器件的附近，通过一根热管与一个位于所述壳体与盖子之间的热铰链相连通，用于至少将一部分热空气从所述至少一个电子器件抽走；
一个空气转向结构，该空气转向结构被安装在所述壳体的后边缘处；并且一个通风道将所述风扇总成与空气转向结构连通起来，用于朝向所述盖子的外表面将另一部分热空气从所述至少一个电子器件抽走，由此将所述的热空气部分散发到周围环境中。
11、如权利要求10中所述的装置，其特征在于：所述空气转向结构具有一个被以枢接方式连接至所述壳体的下端部，和一个被制成带有面对着所述盖子的托脚的上边缘。
12、如权利要求11中所述的装置，其特征在于：在所述盖子处于打开位置的情况下，所述托脚在所述盖子与所述空气转向结构之间形成一个敞口间隙，以便能够使得气流穿过它们之间沿着所述盖子的外表面流入周围环境中。
13、如权利要求10中所述的装置，其特征在于：弹簧装置被用以将所述空气转向结构压向所述盖子。
14、如权利要求13中所述的装置，其特征在于：所述弹簧装置可择地包括拉伸或者扭转弹簧。
15、如权利要求10中所述的装置，其特征在于：分别通过在所述壳体上将所述盖子打开或者闭合，所述空气转向结构得以自动操控。
16、一种用于增强便携式计算机的冷却能力的方法，所述便携式计算机具有一个壳体，该壳体中包含有至少一个会在计算机工作过程中发出热量的电子器件，和一个用于壳体的盖子，该盖子包含有一个显示板，靠近壳体的后边缘，该显示板被以铰接方式连接在所述壳体上；所述方法包括：
将一个风扇总成在所述壳体中置于所述至少一个电子器件的附近，通过一根热管与一个位于所述壳体与盖子之间的热铰链相连通，用于至少将一部分热空气从所述至少一个电子器件抽走；并且
将一个散热结构在所述盖子中安装到所述显示板的后方；
一个通风道，将所述风扇总成与所述散热结构连通起来，用于将另外一部分热空气从所述至少一个电子器件抽走，由此将所述的热空气部分散发到周围环境中。
17、如权利要求16中所述的方法，其特征在于：所述散热结构在所述盖子中包括一个第一散热装置，所述显示板被安装于其一个表面上，并且可选地包括一个第二散热装置，该第二散热装置与所述第一散热装置的对置表面呈间隔关系延伸，并且被紧固在所述盖子的内壁面上，以便在所述散热装置之间限定出一条通道，用于供从所述通风道接收到的空气通过其中。
18、如权利要求17中所述的方法，其特征在于：所述通风道包括一个柔性的波纹管型构件，该波纹管型构件在所述风扇总成的排气口与所述通道的进气口之间延伸，所述通道位于所述散热装置之间。
19、如权利要求18中所述的方法，其特征在于：所述通风道从所述风扇总成的狭窄进气口锥形延伸至与所述面板连接处的宽大排气端。
20、如权利要求17中所述的方法，其特征在于：所述散热结构由一种导热材料制成，所述导热材料从铝、铜或者石墨纤维复合材料构成的组中选取。
21、如权利要求17中所述的方法，其特征在于：各个所述散热装置均包括一块板状构件，所述通道限定出了一条通道，同时所述板状构件之间的间距为0.5至10毫米。
22、如权利要求17中所述的方法，其特征在于：一个绝热层被置于所述显示板与所述第一散热装置之间，所述显示板被安装在所述第一散热装置上。
23、如权利要求16中所述的方法，其特征在于：所述盖中的所述散热结构包括一块板状构件，该板状构件被安装成与所述盖子的内壁表面呈间隔关系，以便在它们之间形成一条空气流动通道，该空气流动通道与所述通风道相连通，用于接收来自于所述通风道的热空气。
24、如权利要求16中所述的方法，其特征在于：所述散热结构包括一个沿着所述盖子的内壁表面延伸的长方形通道，所述长方形通道形成了一条与所述通风道相连通的气流通路，用于从所述风扇总成接收热空气并且将这些空气散发到周围环境中。
25、一种用于增强便携式计算机的冷却能力的方法，所述便携式计算机具有一个壳体，该壳体中包含有至少一个会在计算机的工作过程中发出热量的电子器件，和一个用于壳体的盖子，该盖子包含有一个显示板，靠近壳体的后边缘，该显示板被以铰接方式连接在所述壳体上；所述方法包括：
将一个风扇总成在所述壳体中置于所述至少一个电子器件的附近，通过一根热管与一个位于所述壳体与盖子之间的热铰链相连通，用于至少将一部分热空气从所述至少一个电子器件抽走；并且
将一个空气转向结构安装在所述壳体的后边缘处；
一个通风道将所述风扇总成与所述空气转向结构连通起来，用于朝向所述盖子的外表面将另一部分热空气从所述至少一个电子器件抽走，由此将所述的热空气部分散发到周围环境中。
26、如权利要求25中所述的方法，其特征在于：所述空气转向结构具有一个被以枢接方式连接在所述壳体上的下端部，和一个被制成带有面对着所述盖子的托脚的上边缘。
27、如权利要求26中所述的方法，其特征在于：在所述盖子处于打开位置的情况下，所述托脚在所述盖子与所述空气转向结构之间形成一个敞口间隙，以便能够使得气流穿过它们之间沿着所述盖子的外表面流入周围环境中。
28、如权利要求25中所述的方法，其特征在于：利用弹簧装置将所述空气转向结构压向所述盖子。
29、如权利要求28中所述的方法，其特征在于：所述弹簧装置可择地包括拉伸或者扭转弹簧。
30、如权利要求25中所述的方法，其特征在于：分别通过在所述壳体上将所述盖子打开或者闭合，所述空气转向结构得以自动操控。
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