CN1267009A - 便携式计算机冷却方法和计算机保持器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是要合适地冷却没有内部冷却装置的便携式计算机,尤其是冷却被提供在便携式计算机中的发热电子元件,使得便携式计算机内可以使用最高的处理速度的CPU,借以改善便携式计算机的性能。本发明的另一个目的在于冷却便携式计算机而又不影响便携式计算机的连续操作时间。

Description

便携式计算机冷却方法和计算机保持器

本发明涉及一种用于便携式计算机的冷却方法和保持器。

便携式计算机在不断发展，这种计算机可以用作台式计算机及其类似物，适应于被连附在皮带上，并且可以利用麦克风和耳机进行操作。用于这种便携式计算机的内部元件产生的热密度可以等于或大于当前可得到的笔记本计算机的热密度。如果便携式计算机的热密度在这样的数量级，则由于以下原因使得用于冷却装置的常规设计的概念不再适应于便携式计算机。

(1)便携式计算机应当具有比笔记本计算机或大规模计算机小得多的壳体。因此，不可能提供足够的空间用于在便携式计算机中安装冷却装置用于冷却计算机中的发热的电子元件。

(2)因为便携式计算机基本上是电池驱动的(在缺省操作的基础上)，用于驱动冷却装置的功率消耗是不利的，因为缩短了便携式计算机本身连续工作时间。

本发明的目的在于合适地冷却不具有内部冷却装置的便携式计算机，特别是冷却在便携式计算机内提供的发热电子元件，使得在便携式计算机内可以包括最高处理速度的中央处理单元(以后称为CPU)或微处理单元(以后称为MPU)，借以改进便携式计算机的性能。

本发明的另一个目的在于冷却便携式计算机而不影响便携式计算机的连续操作时间。

按照本发明的一个方面，便携式计算机的冷却方法包括以下步骤：把便携式计算机连附到保持器上；把从设置在便携计算机内的发热元件发出的热传递到保持器；以及把被传递的热耗散到空气中。按照本发明的另一个方面，便携式计算机的冷却方法包括以下步骤：把便携式计算机连附于保持器上；通过从保持器对发热元件进行吸气或吹气从而对设置在便携式计算机内的发热元件进行冷却。在每一种冷却方法中，便携式计算机都被连附于保持器上，使得便携式计算机内的发热元件可以通过把其发出的热量传递给保持器与/或通过吸气或吹气而提供的气流而得到冷却。

按照本发明的计算机保持器包括：用于可拆下地把便携式计算机固定在保持器上的固定装置；用于把在便携式计算机内设置的发热元件产生的热量释放外部去的热释放装置；以及用于支撑固定装置和热释放装置的支撑装置。因而，当计算机要被使用时，可以借助于固定装置把便携式计算机固定到保持器上，当计算机不被使用时，或者当要在便携式计算机和主机之间交换数据时，可以从保持器上把便携式计算机拆下。此外，在便携式计算机操作期间由发热元件产生的热量可以通过热释放装置在计算机的外面释放或耗散。

下面参照附图详细说明按照本发明的便携式计算机的冷却方法和计算机保持器。

图1是用于说明按照本发明的计算机保持器的一个实施例的示意的平面图；

图2是用于说明图1所示的计算机保持器的主要部分的透视图；

图3是用于说明图1所示的计算机保持器的主要部分的平面图；

图4是用于说明按照本发明的计算机保持器的另一个实施例的主要部分的透视图；

图5是用于说明图4所示的计算机保持器的主要部分的平面图；

图6是用于说明按照本发明的计算机保持器的另一个实施例的主要部分的平面图；

图7是用于说明按照本发明的计算机保持器的另一个实施例的主要部分的平面图；

图8(a)是说明珀耳帖器件的另一种结构的平面图，以及图8(b)是用于说明按照本发明的计算机保持器的另一个实施例的主要部分的平面图；以及

图9是用于说明按照本发明的计算机保持器的另一个实施例的主要部分的平面图。

如图1所示，计算机保持器10包括：用于可拆下地把便携式计算机12固定在保持器上的固定装置14；用于把在便携式计算机内设置的发热元件产生的热量释放外部去的热释放装置16；以及用于支撑固定装置14和热释放装置16的支撑装置18。

便携式计算机12可以和主计算机例如台式计算机或笔记本计算机相连，以便在其间相互进行数据输入和输出。对便携式计算机12的直接输入和输出主要利用麦克风和耳机通过声音交流来实现，并且在需要时，通过开关输入和笔输入。这尽可能地消除了键盘操作，否则将需要大的操作空间，并使得便携式计算机的结构尽可能紧凑。在便携式计算机12内，既没有冷却装置也没有为冷却装置供电的电源，从而延长计算机12的连续操作时间，使得计算机12的体积最小。在另一方面，具有最高的处理速度的CPU或MPU可以被设置在便携式计算机12内，以便提高计算机12的处理性能和速度。

在便携式计算机12内使用的元件例如CPU产生热量，从而在操作期间处于高温之下。如果不对这种发热元件进行合适的冷却，则可能发生误操作与/或操作速度降低。为此，如图2和图3所示，提供有和便携式计算机12内的各个发热元件20相接触的热导体22。热导体22用于保护元件20，使得降低元件20的温度，并由具有高的热导率的材料例如铜或铝构成。对于从元件20到热导体22进行的热传导，使用已知技术。例如，最好使元件20和热导体22保持接触，或者把具有高的热导率的黏附剂或包括金属颗粒的树脂例如设置在元件20和热导体22之间。便携式计算机12形成有窗口24，用于把热导体22的表面暴露到外面，使得元件20发出的热可以通过热导体22与窗口24传递到外部。最好在便携式计算机12的窗口24上提供有风门片，用于当便携式计算机12从保持器10上拆下时阻止灰尘及其类似物通过窗口24进入便携式计算机12。

在另一方面，计算机保持器10包括固定装置14，其使得便携式计算机12可以被固定在保持器上或者从保持器上拆下。固定装置14可以包括已知的机构，例如一个闩锁机构，用于可拆下地把便携式计算机12固定在保持器10上，但不限于闩锁机构。如果可能，最好使用能够使便携式计算机12通过单一的运动便容易地被固定或拆下的固定装置。

吸热器26被提供在固定装置14的连附便携式计算机12的一部分内的相应于便携式计算机12的热导体22的位置。吸热器26和热导体22保持接触，并适用于利用热传导通过热导体22把元件20的热量传递到外部。吸热器26和热导体22实现直接接触，并且每个吸热器26包括由高热导率材料制成的热吸收部分26A，和用于积聚通过热吸收部分26A吸收的热量的散热器26B。

在热吸收部分26A与散热器26B被制成一个整体部件的情况下，吸热器26最好通过弹簧或其类似物被沿这样一个方向偏置，使得吸热器26稍微从固定装置14凸出。在这种情况下，最好吸热器26全部由高热导率的材料例如铜、铝或铁合金制成。吸热器26可以以密封方式包含有一种液体，例如具有高的热容量的水。在另一种情况下，热吸收部分26A和散热器26B被制成单独的部件，部份26A最好由弹簧或其类似物向着这样一个方向偏置，使得部分26A从散热器26B稍微凸出。在这种情况下，最好部分26A由高热导率材料例如铜制成，散热器26B最好由高热容量材料例如铁制成，或者由含有液体例如具有高热容量的水的密封的空心部件构成。显然，热吸收部分26A应当和散热器26B保持紧密的接触。

如果散热器26B的热容量比由元件20发出的热量足够大，或者如果散热器26B的热容量足够高，使得能够适应所需的便携式计算机12的连续操作时间，则不需要除去散热器26B之外的散热装置。不过，如果只用散热器26B不足，则由散热器26B连附热管28。热管28包括一个具有毛细材料的密封的金属管，并且其中含有少量的易挥发液体。在热管28中，当在管的一端使液体蒸发时，则用于蒸发需要热量而在该端发生冷却，并且所产生的蒸汽被引入管的另一端，使其释放热量进行液化。所得液体被毛细材料吸收，并被返回管的另一端进行循环。要被使用的热管28没有特殊的限制，任何已知的热管都可使用。

热管28的尺寸(直径或外经，长度等)和截面形状按照由元件20产生的热量确定。热管28实际上是没有柔性的。因此，如果热管28需要具有柔性，以便能够被连附在皮带形的支撑装置18上，则热管28被制成线圈的形状，如图1到3所示。对热管28进行冷却可以提供大的热释放面积，并且可以缩短热管安装空间的总长度。热管28可以被提供在一侧或者两侧，如图所示。热管的线圈可以是任何形状的，例如环形的、椭圆形的或矩形的。

热管28和固定装置14被固定在皮带形的支撑装置18上。支撑装置18被合适地设计，例如使得能够围绕人体的腰部。支撑装置18应当足够强不易磨损，并具有足够的柔性而不会损害人体。此外，在支撑装置18的和人体接触的一个表面上提供隔热器30，使得从便携式计算机12的元件20发出的热量和吸热器26和热管28的热量不会使用户产生不舒服的感觉，并且不会使便携式计算机12被人体的热量而加热。最好隔热器由泡沫材料制成，例如聚苯乙烯泡沫或聚丙烯泡沫。一组金属连接器32被提供在支撑装置18的两端，用于把保持器10以长度可调节的方式固定在人体的腰部。

被提供在支撑装置18的另一个表面上的线圈形状的热管28对外力是敏感的。因此，它们最好由保护器34覆盖。保护器34最好由高热导率材料制成，使得加快热管28的热辐射。

当要使用便携式计算机12时，具有上述结构的计算机保持器10被固定在人体的腰部，并把便携式计算机12连附于保持器10的固定装置14上。当计算机12被操作时，发热元件20例如CPU产生热量。产生的热量由元件20通过热导体22被传递到吸热器26，然后通过热管28以高的效率释放到外部。在这种情况下，不需要电源用来冷却便携式计算机12。

已经说明了按照本发明的计算机保持器的一个实施例，不过，本发明不限于上述的实施例。在下面所述的另一个实施例中，相同的标号代表相同的元件，并且如果没有必要，将不再进行说明。

在发热元件20例如在便携式计算机12中使用的CPU产生更多的热量的情况下，只借助于热管28可能不能进行足够的冷却。在这种情况下，如图4、5所示，可以使用由电池36供电的风扇电机38。更具体地说，每个热管28被安装在支撑装置40的保护器34中形成的通风导管42中，并且通风导管42和孔44中的风扇电机38相连。这样，借助于风扇电机38使空气进入通风导管42，并从导管的另一端排出，或者借助于风扇电机38通过从通风导管42抽吸空气，并使空气从另一个进入，对热管28进行强迫冷却。

利用这种结构，即使在便携式计算机12中使用发热量大的元件20，例如高性能的CPU之类的电子元件，也不会有任何限制。此外，用于给风扇电机38供电的电池36以和便携式计算机12分开的方式被提供，对计算机12的操作时间没有影响。

此外，热管的截面可以是圆形之外的其他形状。例如，可以对平面热管46提供多个从其表面垂直凸出的散热片48。如图6所示和上述的情况类似，提供有由电池36供电的风扇电机38。这样，热管46借助于风扇电机38进行吸气或吹气便可以得到足够的冷却。平面热管46不一定是一件，而是每个可以包括多个并列设置的皮带形的热管。热管的数量可以根据元件20产生的热量确定。

利用这种结构，可以减少热管46的长度和保持器49的重量，因而确保容易处理。在由元件20产生的热量相当低并且散热片48具有足够高的强度的情况下，散热片48可以被暴露在外面，使得它们能够被外部空气进行冷却。

在上述的实施例中虽然热管的一端保持和吸热器26接触，但是被提供在便携式计算机12中的热导体22可以适用于和热管的一端直接接触。在这种情况下，可以进一步改善冷却效率。

可以使用热电微型组件装置例如珀耳帖器件50，如图7所示。每个热电微型组件是这样一个器件，当对其施加电压时，其一端作为吸热部分，而另一端作为散热部分。例如，珀耳帖器件50的吸热部分(低温侧)和吸热元件52的横向延伸的部分保持接触，而珀耳帖器件50的散热部分(高温侧)被置于面向外面。珀耳帖器件50的散热部分(高温侧)可以被暴露于外部空气中，使其可以在外部空气中冷却。此外，可以提供由电池36供电的风扇电机38，使得珀耳帖器件50通过风扇电机38吸气或吹气而进行有效的强迫冷却。在这种情况下，散热片54最好被提供在珀耳帖器件50的散热部分(高温侧)上，以便改善冷却效率。

如图8(a)所示，每个珀耳帖器件51具有吸热部分(低温侧)51A和散热部分(高温侧)51B，可以被成对地设置在同一平面内。在这种情况下，珀耳帖器件51的吸热部分(低温侧)51A被保持和吸热器53接触，同时珀耳帖器件51的散热部分(高温侧)51B被暴露在外界空气中，使其被外部空气冷却，如图8(b)所示。

因而，元件20可以通过吸热器53而直接被冷却，借以改善冷却响应。此外，和上述的情况一样，可以提供由电池36供电的电机风扇38。使得珀耳帖器件51可以通过由风扇电机38吸入或吹出空气而被有效地进行强制冷却。在这种情况下，最好在珀耳帖器件51的散热部分(高温侧)51B上提供散热片54，以便改善冷却效率。

在上述实施例中，便携式计算机的冷却方法包括以下步骤：把从设置在便携计算机内的发热元件发出的热传递到保持器；以及把被传递的热耗散到空气中。此外，发热元件的冷却可以通过对被设置在便携计算机内的所述发热元件从保持器吸入或吹出空气来实现。

例如，如图9所示，便携计算机56形成有开口58，用于暴露其中的发热元件20，还具有被分别设置在开口58的端部的过滤器60。在另一方面，在计算机保持器62中，在其固定装置64中提供有由电池36供电的风扇电机38，在相应于便携计算机56的开口58的位置，形成有通风导管66的开口68，通过所述通风导管66由风扇电机38吸入或吹出空气。标号70代表过滤器。在本实施例中，元件20直接被风扇电机38吸入或吹出的气流冷却。

上面结合附图说明了按照本发明的便携计算机冷却方法和计算机保持器，然而应当理解，本发明不限于附图中所示的实施例。

例如，可以使用包括由金属或其类似物制成的密封管道的冷却器和含在其中的液体冷却剂代替热管。可以使用水或酒精之类的液体作为冷却剂。冷却器被这样构成，使得冷却剂由于温差而在密封的管道中进行对流循环，借以减少和冷却器的部分保持接触的吸热器的温度。利用自然对流循环不需要电能。此外，冷却器可以包括借助于连接管道的相对端而形成的密封管道和用于使冷却剂在密封管道内循环的泵。利用强制循环可以改善冷却效率。

最好保持器还包括用于检测便携式计算机的发热元件的温度的检测器，和用于响应由检测器检测的温度控制散热装置例如风扇电机和珀耳帖器件的控制装置。风扇电机和热模块装置热电微型组件例如珀耳帖器件的功率消耗是高的。但是，按照上述的结构，可以把电池的消耗减到最小。电池可以是任何种类的电池，但是最好是可充电电池。

用于支撑便携式计算机的支撑装置不限于上述那种皮带形的。例如，带形支撑装置或者衣服例如汗衫都可以用作支撑装置。还可以使用肩袋或帆布背包作为支撑装置。计算机保持器可以包括用于便携式计算机的备用电池或辅助电池，使得便携式计算机可使用较长的时间。计算机保持器最好具有用于在其中保持麦克风和耳机的口袋。

在计算机保持器要被固定在人体上的情况下，最好分散从热释放装置向人体传递的热量，以便阻止热积聚到一个位置上。这实际上阻止保持器由于所述热量而给使用者带来不舒服的感觉。在便携式计算机中只有一个发热元件的情况下，可以相应地在保持器中提供一个热释放装置，或者把热释放装置分为两部分，用于耗散热量。在便携式计算机中具有多个发热元件的情况下，可以相应地在保持器中提供多个热释放装置，或者也可以在保持器中提供一个热释放装置，用于释放来自被集中设置在计算机内一个位置上的多个元件的热量。用这种方式，根据本领域技术人员的知识，不脱离本发明的构思，可以作出各种修正、替换和改变。

按照本发明的便携式计算机冷却方法和计算机保持器，没有内部冷却器的便携式计算机被连附于计算机保持器上，当计算机在通常的情况下被使用时，便携式计算机由被提供在计算机保持器中的热释放装置冷却。在确定热释放装置及其类似物的容量时可以不考虑便携式计算机的壳体尺寸。对在便携式计算机中使用的CPU或者类似的发热元件的选择没有任何限制，因而可以使用较高处理速度的元件，从而改善便携式计算机的性能。

此外，发热元件例如CPU可以利用被提供在作为外部装置的计算机保持器内的热释放装置冷却，而不使用便携式计算机的电池。因此，对便携式计算机的连续操作时间没有影响。

此外，可能影响到人体的热量可以通过在计算机保持器中提供带形或平面形的热释放装置耗散。另外，可能影响到人体的热量实际上可以通过在计算机保持器上的和人体接触的一侧提供隔热器和人体隔离。因此，计算机保持器不会给人体带来任何不舒服的感觉。

Claims (12)

1.一种便携式计算机的冷却方法，包括以下步骤：

把便携式计算机连附到保持器上；

把从设置在便携计算机内的发热元件发出的热传递到保持器；以及

把被传递的热释放到空气中。

2.一种便携式计算机的冷却方法，包括以下步骤：

把便携式计算机连附于保持器上；以及

通过从保持器对发热元件进行吸气或吹气对设置在便携式计算机内的发热元件进行冷却。

3.一种计算机保持器包括：

用于可拆下地把便携式计算机固定在保持器上的固定装置；

用于把在便携式计算机内设置的发热元件产生的热量释放外部去的热释放装置；以及

用于支撑固定装置和热释放装置的支撑装置。

4.如权利要求3所述的计算机保持器，其中所述热释放装置包括和被提供在便携式计算机内的热导体实现直接接触的吸热器，用于把发热元件的热量传递到外部，并适用于吸收通过热导体传递的热量。

5.如权利要求4所述的计算机保持器，其中所述热释放装置还包括热管，并且吸热器和热管的一端保持接触。

6.如权利要求4所述的计算机保持器，其中所述热释放装置还包括由管子构成的冷却器，冷却剂通过所述管子循环，并且吸热器和冷却器的一部分保持接触。

7.如权利要求4所述的计算机保持器，其中所述热释放装置还包括吹风机，用于对吸热器进行吸气或吹气，以便向外部释放吸热器的热量。

8.如权利要求4所述的计算机保持器，其中所述热释放装置还包括热电微型组件，其吸热侧保持和吸热器接触。

9.如权利要求3所述的计算机保持器，其中所述热释放装置包括吹风机，用于进行吸气或吹气，以便向外部释放发热元件的热量。

10.如权利要求3到9之一所述的计算机保持器，还包括：

用于检测便携式计算机的温度的检测器；以及

用于根据检测器检测的温度控制热释放装置的控制装置。

11.如权利要求3到10之一所述的计算机保持器，其中支撑装置包括隔热器，其被提供在和固定便携式计算机的一侧相对的一侧的表面上。

12.如权利要求3到11之一所述的计算机保持器，其中支撑装置是从皮带、带、衣服、肩袋、帆布背包及其类似的装置中选择的一个。

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