CN201222208Y - 一种便携式计算机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种便携式计算机，通过对CPU或GPU芯片18散热器改进，热管2由弯曲成圆弧形，使空气对流扩展换热面4(肋片)围着风扇5，正对着叶轮的出风口，大大地减小了散热器的尺寸和重量，提高了整体散热效果，减少了散热器的安装限制，可实现散热器系列标准化。基于散热改进，减小计算机的厚度和重量，将主机上外壳14作为主框架，主板7、电池和硬盘都固定在其上，可实现便携式计算机系列标准化，降低成本，方便用户改装升级。

Description

一种便携式计算机

所属技术领域

本实用新型涉及便携式电子装置，特别是由平板显示器和主机组成的，两者可叠合在一起的便携式计算机。

背景技术

便携式计算机的厚度要求越来越薄，性能不断提升，发热量越来越大，特别是中央处理器芯片CPU和图像处理器芯片GPU的发热量显著增加，散热已成为便携式计算机性能提高发展的瓶颈，散热器就像蜗牛背上扔不掉的蜗壳，粘贴在CPU或GPU芯片上，散热器的体积已占便携式计算机中相当大的空间，便携式计算机厚度减小，受到散热器厚度尺寸的限制。

现笔记本式计算机中用的散热器的结构是：配有风罩的离心式风扇，一般采用蜗壳式风罩，构成集中出风口，散热器的空气对流扩展换热面(都采用肋片式结构，简称肋片)，就设置在出风口，通常都采用热管，将主板上的CPU产生的热量传输到出风口上的肋片上。这样的散热器问题有：出风口集中，如果被堵死，热量就散不出来；经风扇驱动的空气经过肋片，直接排出，没有进一步被利用；风罩占有风扇的大部分空间，而且是空置的，为了减小风罩所占空间，风罩并非标准的蜗壳形，因而空气涡流损失非常大，并且出风口处空气流动分布不均匀，这都对散热不利。受布线要求的限制，CPU在主板上的位置应该靠中间，这样从出风口上的肋片到CPU位置有一段距离，对于热管来说，热管长度增大，蒸发段和冷凝段之间的距离增大，热量传输降低。

由于CPU或GPU芯片的散热问题，使得现笔记本式计算机中的散热器不能形成系列标准化，计算机内部结构布局也就千变万化，不同的系列完全不一样的设计布局，即使同一系列，由于功能、性能提升，仅仅由于散热问题，就必须进行大的改动。这样使得产品设计成本高，模具费用高，造成笔记本式计算机性能远不如台式机，但价格却高于台式机。用户不能像用台式机那样，自行更换或增加部件，扩展提升计算机性能。

发明内容

为克服以上现产问题，本实用新型通过对散热器改进，改变空气对流扩展换热面(肋片)的设置布局，省去风扇的风罩，缩短热管长度，引入强化传热结构，减小空气对流扩展换热面的尺寸，不仅使散热器紧凑，散热量更高，还使散热器在主板上的安装位置所受限制减少，改善机箱内整体散热，可实现散热器系列标准化，从而使便携式计算机不仅轻薄，且成本降低，用户可自行改装提升计算机性能，甚至还可自行组装笔记本计算机。

本实用新型的技术方案是：外形结构和现笔记本计算机类似，包括有：显示器、主机，显示器和主机呈扁平形状，并通过连接装置连在一起，可以闭合叠起，使用时打开，可使显示器树立；主机内设置有主板、电池、硬盘，在主机的上表面设置有键盘；主板上的CPU或GPU芯片上设置有热管式散热器，散热器上的风扇为离心式。本实用新型的特征是：主机的外壳由上外壳和下外壳构成，主板固定在上外壳，CPU或GPU芯片在主板朝下的一面，电池和硬盘直接或通过主板固定在，或插挂在上外壳；散热器热管的冷凝段有弯曲成圆弧形，该圆弧形冷凝段上的空气对流扩展换热面围着风扇的叶轮，并且正对着叶轮出风口；空气对流扩展换热面采用了肋片式或针柱式结构，直接焊接或粘结在热管的冷凝段上。

肋片式结构的空气对流扩展换热面应用最广泛，是一种最有效增大换热面，减小空气换热器尺寸，使之紧凑的结构，如空调中的空气换热器(冷凝器和蒸发器)，现CPU散热器中也采用这种结构。针柱式结构，由于制造工艺成本问题，应用不广，但是针柱式结构本身具有强化传热特点，其空气对流换热系数是连续面肋片的二倍还多，针对本实用新型所应用的领域，散热器尺寸小巧紧凑非常之重要，本实用新型中采用针柱式结构的空气对流扩展换热面，将有效地减小散热器所占的面积和空间。

空气对流扩展换热面直接焊接或粘接在热管的冷凝段上，包括了由工艺需要两者之间夹有垫片，该垫片的存在不明显增加两者之间的传热热阻。直接焊接或粘接，减去了中间传热过程(即热阻)。焊接可有效消除两者之间的接触热阻，一般采用锡焊(锡钎焊)，但焊接温度高，存在高温热管爆炸的危险。粘接工艺温度低，无爆炸危险，但采用的粘胶必须导热率高，两者之间的接触面积要尽可能大，要压紧粘接，减小两者之间的间隙。对于针柱式结构，不宜采用粘接工艺。

离心式风扇叶轮的整个外周圈为出风口，叶轮转动时，空气从叶轮整个外周圈均匀地流出，热管的冷凝段弯曲成圆弧形，围着叶轮，使空气对流扩展换热面正对着叶轮出风口，并且应该和叶轮外园留有尽可能小的间隙，这样的结构布置，带来的优点有：

一、流经围着叶轮的空气对流扩展换热面的空气均匀，不受叶轮周圈某些位置开口(如没有设置空气对流扩展换热面)或被堵挡的影响。二、增大了设置空气对流扩展换热面的长度，可以减小空气流经空气对流扩展换热面的速度，降低空气流动阻力，增大空气流量。三、风扇可以紧靠被冷却的电子芯片，缩短了热管冷凝段和蒸发段之间的距离，因而热管的热量传输提高，还减去了热管所占的空间和重量。四、也是最有意义的：可省去风扇的风罩，省去了风罩本身材料厚度所占的空间、重量和造价，省去了风罩中的导流扩压的空间，以及导流扩压中的空气流动损失；没有风罩，从散热器排出的空气，可以再用于冷却其它器件，如硬盘、电池、内存等，将机壳内的热量带出。

散热器现只剩下热管、风扇和空气对流扩展换热面，已经没有再可省去的部件和空间。要想进一步减小尺寸，只能在空气对流扩展换热面和风扇这两部件的具体结构上采取措施，如采用强化对流传热结构、加大肋片密度、优化叶轮设计。

没有风罩，不需集中排气口，则散热器安装位置所受的限制减少，只要保证进气畅通，散热器可以随CPU或GPU芯片在主板上随意放置，散热器尺寸小、重量轻，已不是占主要的空间和重量，因而可以将散热器按散热量和厚度分成系列，设计制造成标准配件产品，规模化生产，降低成本。散热器系列标准化的实现，笔记本计算机的机箱外壳(上外壳和下外壳)、主板安装固定就可系列标准化。

本实用新型中，主机外壳的上外壳为主框架，主板、电池、硬盘、光驱等直接或间接地固定在上外壳，并且从散热器排出的空气，又起到对这些部件散热的作用，因而下外壳仅仅是个下盖，不用承担散热面的作用，可以采用塑料注塑成型，使用时下底面不会感到有热烫，上外壳同样也可采用塑料注塑成型，这样生产成本低。如果没有下外壳，计算机还能照样正常工作，装配也就简单，用户可自行方便地更换、扩增部件，如更换CPU和散热器，增加内存、电池等，如果扩增后厚度增加，只要更换加厚的下外壳就可以。进一步发展，笔记本计算机可以像台式机那样，用户购买标准的带显示器和键盘的机箱外壳、主板、电池、硬盘、CPU芯片和散热器等部件，就可自行组装出笔记本式计算机。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是一种本实用新型所采用的散热器的背面(冷却板的平整面的背面)方向的示意特征结构的视图。

图2是图1中A-A处截面的特征结构示意图，也是一种本实用新型所采用的散热器中的空气对流换热部分的特征截面示意图。

图3、4分别是两种本实用新型所采用的散热器中的空气对流换热部分的特征结构剖面示意图。

图5、6分别是两种本实用新型所采用的散热器的背面方向的示意特征结构的视图。

图7、8分别是两种本实用新型所采用的散热器中的叶轮和肋片局部特征结构示意图。

图9是叉列短肋形强化传热结构的特征剖面示意图。

图10是百叶窗短肋形强化传热结构的特征剖面示意图。

图11、12、13、14分别是四种本实用新型的特征结构剖面示意图。

图中，1、冷却板，2、热管，3、叶轮，4、空气对流扩展换热面，5、风扇，6、表示空气流动，7、主板，8、固定盘，9、肋片，10、表示叶轮旋转方向，11、显示器，12、进气口，13、键盘，14、上外壳，15、出气口，16、下外壳，17、主机，18、CPU或GPU芯片，19、支柱。

具体实施方式

图1示出了一种本实用新型所采用的散热器的整体特征结构，空气对流扩展换热面4该图中没有表示出来。围着叶轮3的热管2是一根整管，两端是蒸发段，在冷却板1背面上。冷却板1的正面是平整面，将紧贴在CPU或GPU芯片上。通常采用焊接或镶嵌的方法将热管的蒸发段和冷却板相连接，目的是解决两者之间的接触热阻问题；冷却板1紧靠着叶轮3，这样有效地缩短了热管蒸发段和冷凝段之间的距离，由于热管弯曲半径有限制，被弯曲成圆弧形的热管不能整个(即360°)地围着叶轮，也就是说圆弧形的空气对流扩展换热面不能360°地围着叶轮，靠冷却板1位置附近有开口。如图1所示，热管2的一端是直着伸到冷却板1上，另一端弯曲到冷却板1上，之间有开口。但可以在伸往冷却板1中的热管上也设置空气对流扩展换热面，充分利用热管上的每一段。

图2示出了由风扇和热管以及其上的空气对流扩展换热面组成的空气对流换热部分的特征结构，风扇5为离心式，轴向进气，径向流出，叶轮3的外圆周为出风口，空气对流扩展换热面4正对着叶轮3的出风口，经叶轮3驱动的空气直接进入空气对流扩展换热面4。为减小围着叶轮3的空气对流扩展换热面4的外园尺寸，即为减小散热器所占面积，叶轮3和空气对流扩展换热面4之间间隙尽可能小，但必须保证叶轮3不会碰到空气对流扩展换热面4和热管2。为了防止从散热器排出的热空气直接回流到风扇进气口，降低散热量，将主板7作为风扇5的一侧壁，并开设进气口，如图3所示，这样可有效地将进气和排气隔开，又能减小风扇厚度，还可以再次利用散热器排出的空气，冷却其它部件，如电池、硬盘，将机壳内的热量带出。

加高空气对流扩展换热面的高度，增加换热面积，以提高散热量。但是，当空气对流扩展换热面的总高度达到十多毫米时，就应该将空气对流扩展换热面分成两部份，分别设置在热管2的冷凝段的两背对的侧面上，如图4所示，这样能缩短空气对流扩展换热面的根部(即靠热管处)到其顶部之间的导热距离(通常称为肋高或肋长)，即有效提高肋效率，有利于提高散热量。在图4中，风扇5通过固定盘8固定在主板7上，风扇可以直接从主板7上拆装，便于风扇更换；风扇进气采用了上下双进气，可以降低进气流动损失，提高风量，如果一侧进气口被堵死，风扇还有进气口，散热器还能起作用，可靠性也就提高。

为了减小散热器的厚度，提高空气对流扩展换热面的空气流通面积，降低空气流动阻力，热管2应该选用扁形管，尤其热管2为单根时。图2、3中所采用的热管2为单根扁形热管。也可以采用多根热管并排放置，如图4所示，采用了两根热管。采用多根热管的优点有：单根热管的直径(或当量直径)小，因而热管容许的弯曲半径也就小，便于散热器整体紧凑化设计。当然多根热管的成本要高一点。

通过增加围着叶轮3的空气对流扩展换热面4的直径，增加换热面积，来提高散热器的散热量，不是非常好的办法，因为这将增加热管中的液态工质从冷凝段回流到蒸发段的平均距离，不利于热管中的热量传输；增加空气对流扩展换热面的高度，来实现散热量提高，这又将增大散热器的厚度，对于笔记本式计算机追求厚度薄来说，非常不利。可以通过增加风扇的数量，采用一个冷却板1配有两个或更多个风扇以及相配的空气对流扩展换热面的方法，来解决既要提高散热量，又不能增加厚度的矛盾，如图5所示，冷却板1配有两个叶轮3(风扇)，该图还示出了围着每个叶轮3的热管2分成两段，这样设计是为了缩短单根热管的长度，因为直径细小的热管，长度越长，制造加工难度越大。

对于在一个电路板上，有两个或多个邻近的芯片需要冷却的情况，可以采用这样的办法：一个风扇带有(承担)两个或多个冷却板，如图6所示，叶轮3带有两个冷却板1。

肋片式结构的空气对流扩展换热面应用最广，本实用新型中将首选该结构，该结构的空气对流扩展换热面将简称肋片。在叶轮的出风口，即叶轮的外圆周，空气流出叶轮有周向速度和径向速度。叶轮的叶型不同，周向速度和径向速度分布也就不一样，前向型叶轮，周向速度高，后向型的周向速度低，径向型的居中。无论哪种叶型，都存有周向速度，方向和叶轮的转向一致。如果叶轮出风口处设置的肋片，径向呈辐射排列，肋片进风前缘和流出叶轮的空气方向有一夹角，空气动力学中通常称之为冲角。冲角越大，空气流经肋片的流动损失(阻力)也就越大，这将减小空气流量，不利于散热。为了减小冲角，可以将围着叶轮3的肋片9顺着叶轮3转动方向倾斜，如图7所示，这样就可减小冲角。还可以采用如下方法：将围着叶轮3的肋片9的进风前缘反着叶轮3转动方向弯曲或弯折。如图8所示，肋片9被弯曲，肋片9之间组成的气流通道就是扩压导流通道，此时肋片9不仅起着空气对流换热的作用，起着导流扩压的作用。针柱式结构在气流中没有方向、冲角。

为了减小肋片的体积尺寸，在肋片9上采用强化空气对流传热结构，图9、10示出了短肋形强化传热结构，图9为叉列短肋形，图10为百叶窗短肋形，它们的基本特征是：空气流经的表面被冲切成一段段不连续的表面，空气每流经一段(短肋)，其上的边界层都处在边界层的起始段，使整个对流换热表面充分利用了边界层起始段较薄、热阻小、换热系数高的有利特点。在围着叶轮的热管上设置百叶窗短肋形肋片时，要注意百叶窗短肋折弯的方向，进风前缘应该反着叶轮转动的方向折弯，减小冲角。

依据传热学，空气对流换热系数大致与片距成反比，也就是说减小片距不仅可以增加肋片数量，即换热面积，还可以极大地提高空气对流换热系数。最佳片距应低于1毫米，但在实际设计中还要考虑其它因素。对于连续面形肋片，片距应该不大于1.5毫米，考虑到生产工艺，以及尘埃聚集污染的危险因素，片距不应小于0.7毫米。对于采用了短肋形强化传热结构的肋片，片距应该不小于0.7毫米，不大于2.0毫米，短肋的宽度在2.0毫米左右。在本实用新型中，肋片排列成圆弧形，肋片之间的片距内园处小，外园处大，因而上述的片距应该是平均片距。

图11示出了本实用新型的典型特征，显示器11为平板式，主机17也为扁平板形状，显示器11和主机17通过连接装置连在一起，开启使用时，显示器11树立，主机17平卧，键盘13在主机外壳的上面，显示器11和主机17可以叠合在一起，如图中虚线所示，这些结构和现笔记本式计算机类似。主机17的外壳由上外壳14和下外壳16构成，主板7靠近或贴着上外壳14的上壁内，固定在上外壳14上，采用螺钉固定较好。主板7上的CPU或GPU芯片18在主板7朝下的一面，这样便于本实用新型所采用的散热器安装，也便于其它部件的安装和拆换，如电池、硬盘、光驱等，如果主板7上有内存插槽和显卡插槽等，也便于这些部件的安装和拆换，整体结构紧凑，便于设计标准化。

图11中示出，在上外壳14的上壁开有进气口12，并且是正对着风扇5的进气口，采用进气口12开在上外壳14上壁，并且正对着或靠近风扇的进气口的结构，可以减小空气进气过程中的阻力。主机外壳的出气口15要尽可能远离进气口，并且有多个出气口，可以利用外接设备的插接口的缝隙，作为出气口，一是减少排出的热空气回流到进气口，二是将主机17内的热空气都均匀排出，使主机内的其它部件，如电池、硬盘等也能得到均匀冷却。图11中示出散热器设置在靠显示器11的一端，出气口15在另一端，并且设置在主机外壳的侧壁上，是在下外壳16的侧壁上。图中没有示出电池、硬盘等部件，它们是通过主板7，或直接固定或插挂在上外壳14上。上外壳14和下外壳16之间的连接固定，可以采用螺钉方式，也可采用扣接方式，或者二者相结合。

图12所示的本实用新型，进气口12设置在主机外壳的侧壁上，这样可减少进气口被堵的可能；主板7上开有气口，并且正对着风扇进气口，主板7在此起着将进气冷风和排气热风隔开，防止在主机内热空气回流到风扇进气口；上外壳14上壁斜着，和主板7形成夹角，使得进气口12处进气通道的间隙足够大，保证进气畅通，而整体结构紧凑，减少空置的空间。图12中示出，在上外壳14和下外壳16之间的中部设置有支柱19，上外壳14上面受压力，通过支柱19传到下外壳16，这就提高了上外壳14的上壁的钢性强度，减小受压凹变形。

图13所示的本实用新型中，散热器采用了类似于图4所示的结构，空气对流扩展换热面4为双层，风扇5采用了上下双侧进气结构，上外壳14和下外壳16分别都开有进气口12，并且正对着风扇5的进气口，使进气畅通可靠。

现笔记本式计算机的键盘，通常还不起进气和散热的作用，键盘的按键下有和主机内相通的通气口，如果有水滴入键盘，就会进入机内，可能导致内部电器损坏。在本实用新型中，可以不需要键盘进气散热，因而可采用薄膜按键、整块的导电橡胶按键，这样不仅厚度薄，还可防止水从键盘流入机内，造价也低。

图14中的键盘13占满了主机17的上表面，采用触摸屏式键盘，如果再加上平板显示屏(如液晶显示屏)，键盘13不是一种固定的物理键盘，可成为变化多样的键盘、手写板等，不仅有键盘功能，又有显示功能，成了双显示器的便携式计算机。如果显示器11设计制造成可以便捷地从主机17上取下，主机17就成了便携式平板计算机，这样就大大地方便了用户。

特别说明：本实用新型中所述的硬盘，包括：机械转动硬盘和固态硬盘。

Claims (10)

1、一种便携式计算机，包括有：显示器(11)、主机(17)，显示器(11)和主机(17)呈扁平板形状，并通过连接装置连在一起，主机(17)内设置有主板(7)、电池、硬盘，在主机的上表面设置有键盘(13)，主板上的CPU或GPU芯片上设置有热管式散热器，散热器上的风扇为离心式，其特征在于：主机(17)的外壳由上外壳(14)和下外壳(16)构成，主板(7)固定在上外壳(14)，CPU或GPU芯片在主板(7)朝下的一面；电池和硬盘直接或通过主板(7)固定在、或插挂在上外壳(14)；热管(2)的冷凝段有弯曲呈圆弧形，该圆弧形冷凝段上的空气对流扩展换热面(4)围着风扇的叶轮(3)、并且正对着叶轮(3)的出风口；空气对流扩展换热面(4)采用了肋片式结构或针柱式结构，并且是直接焊接或粘结在热管(2)上。

2、根据权利要求1所述的便携式计算机，其特征在于：肋片式结构的空气对流扩展换热面(4)采用了差列短肋形或百叶窗短肋形强化换热结构。

3、根据权利要求1所述的便携式计算机，其特征在于：围着叶轮(3)的肋片(9)顺着叶轮(3)的转动方向倾斜；或围着叶轮(3)的肋片(9)的进风前缘反着叶轮(3)的转动方向弯曲或弯折。

4、根据权利要求1所述的便携式计算机，其特征在于：主板(7)上开有进气口，并且正对着风扇(5)的进气口。

5、根据权利要求1所述的便携式计算机，其特征在于：上外壳(14)的上壁开有进气口(12)，并且正对着或靠近风扇(5)的进气口。

6、根据权利要求1所述的便携式计算机，其特征在于：风扇(5)采用了上下双侧进气结构。

7、根据权利要求1所述的便携式计算机，其特征在于：外壳侧壁上开有进气口(12)。

8、根据权利要求1所述的便携式计算机，其特征在于：上外壳(14)和下外壳(16)之间的中部设置有支柱(19)。

9、根据权利要求1所述的便携式计算机，其特征在于：键盘(13)为触摸屏键盘。

10、根据权利要求9所述的便携式计算机，其特征在于：显示器(11)可以便捷地从主机(17)上取下。

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