一种以计算机散热为热源的人体热舒适改善装置的制作方法

本发明属于人体增温设备技术领域，特别涉及一种以计算机散热为热源的人体热舒适改善装置。

背景技术：

在冬季采暖的房间，由于冷热空气密度的差异，容易出现热空气集中在房间的上部空间，而位于房间下部空间的人员活动区温度却相对较低的情况，即房间内会存在垂直温差。该问题在我国长江中下游地区广泛使用壁挂式空调机进行采暖的建筑中尤为突出。正因如此，即使房间在冬季有空调采暖，室内人员也经常会感觉手脚冰凉，产生明显的不舒适感。由于该问题的存在，室内人员通常需要额外的局部加热装置来保证人体热舒适。

一些人体热舒适领域的研究表明，对人体的手、脚、腿等肢端部位进行局部加热可以有效地提高人体的热舒适水平，这就为室内采暖温度的降低提供了可能。降低室内采暖温度可以减小室内外传热温差，进而减少冬季建筑的采暖能耗。有学者通过建筑能耗模拟计算出室内采暖温度每下降1℃，采暖能耗大约可以下降10％，节能潜力十分可观。另一方面，采暖能耗的降低意味着化石能源的燃烧量减少，这将有助于缓解近年来困扰我国的雾霾问题。

长时间使用台式计算机，尤其是使用数值计算、图形建模、视频播放等耗电量较大的功能时，需要对计算机内部元件比如cpu、显卡等进行冷却降温，以防止这些元件出现过热损坏的问题。目前大部分台式机箱采用的散热形式仍然是风冷，但随着计算机性能的日渐提高，其对于散热需求也越来越高，风冷散热已经逐渐暴露出了散热效率低、噪音大等问题，因此市面上渐渐地出现了越来越多的水冷散热机箱。水冷散热的实质是以冷却液(通常为水)为媒介，将cpu、显卡等元件的发热量携带出来，以更大的换热面积和更良好的换热环境将这些热量释放到周围的环境中。

计算机运行期间，消耗的电能最终几乎全部会转化为热能，因此主机运行时的耗电功率与散热功率大小基本相同。计算机在办公、数据计算、游戏、播放视频等工况下的散热功率均在100w以上。通过相关的人体热舒适调节模型可以计算出为满足热舒适需求，人的双手、双脚所需补充的热量分别为10.0w和15.6w，远小于计算机的散热功率。因此如果能够有效地利用计算机的散热，将其用于对人体的局部身体部位加热，而不是直接将其排放到环境中，则既可以降低建筑的采暖能耗，又可以提高人体的热舒适。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种以计算机散热为热源的人体热舒适改善装置。该装置首次将计算机散发的热量用于加热人体手脚等肢端部位，利用半导体制冷片的热电制冷特性，既能够提高人体在偏冷环境下的热舒适水平，又能够进一步提高计算机机箱的散热效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种以计算机散热为热源的人体热舒适改善装置，其特征在于，包括水冷散热单元、对流或热辐射换热单元、至少一个接触式换热单元；所述水冷散热单元包括设有微型水泵的定压水罐、多个金属制水冷头以及细水管，各金属制水冷头上均分别开设有循环水进出口；各接触式换热单元均分别包括半导体制冷片和取暖垫，所述半导体制冷片的散热端与所述取暖垫紧密贴合；其中，所述定压水罐和各金属制水冷头通过所述细水管依次串联形成循环水通路，计算机机箱内的散热部件、所述对流或热辐射换热单元和各所述半导体制冷片的制冷端与相应的一个所述金属制水冷头紧密贴合。

进一步地，所述对流或热辐射换热单元包括风扇、金属导流热管及微型翅片式换热器；其中，所述微型翅片式换热器的底端和金属导流热管固定，所述金属导流热管底部与相应水冷头的上表面紧密贴合，所述风扇安装于微型翅片式换热器面向人体的一侧。

进一步地，所述对流或热辐射换热单元为一金属平板热管，该平板热管与相应水冷头上表面紧密贴合。

本发明特点及有益效果：

1、利用金属铜导热性良好的特点，采用铜制水冷头、导流热管分别与机箱散热部件、半导体制冷片热端进行充分的热量交换，并结合末端翅片将热量分散均匀，增大与空气的换热面积，能够实现热量的高效利用。

2、由于循环水经过半导体制冷片、风扇冷却后的回水温度比普通水冷装置更低，因此本装置改善了水冷机箱的散热性能，使得电脑元件的性能可以充分发挥，不受高温影响。

3、在强化计算机散热性能的基础上，将计算机散热直接用于加热人体手脚等肢端部位以改善人体的整体热舒适水平。有助于降低冬季房间内采暖温度，减小室内外传热温差进而降低采暖能耗，达到节能的效果，同时还可降低碳排放，缓解环境污染问题。

附图说明

图1为本发明实施例装置的整体结构示意图。

图2为图1中a处局部放大图。

图3为图1中b处局部放大图。

图4为图1中c处局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明技术方案进一步详细说明如下：

参见图1，为本发明实施例的一种以计算机散热为热源的人体热舒适改善装置的整体结构示意图，该装置用于人体局部加热，包括水冷散热单元ⅰ、对流或热辐射换热单元ⅱ、至少一个接触式换热单元ⅲ；水冷散热单元ⅰ包括设有微型水泵3的定压水罐2、多个金属制水冷头1以及细水管4，各金属制水冷头1上均分别开设有循环水进出口；各接触式换热单元ⅲ均分别包括半导体制冷片5和取暖垫6，半导体制冷片5的散热端与取暖垫6紧密贴合；其中，定压水罐2和各金属制水冷头1通过细水管4依次串联形成循环水通路，计算机机箱内的散热部件(使用时可选择机箱内散热量较大的部件，如cpu、北桥、显卡等)、对流或热辐射换热单元ⅱ和各半导体制冷片5的制冷端与相应的一个金属制水冷头1紧密贴合。

本发明实施例中各组成部件的具体实现方式及功能说明如下：

本实施例的水冷散热单元ⅰ包括设有微型水泵3(功率：3w～5w，流量：300l/h～500l/h)和通气孔的定压水罐2、多个水冷头1(本实施例共设有5个水冷头，分别是与计算机机箱内cpu和北桥贴合的2个水冷头，以及与对流或热辐射换热单元ⅱ、用于加热手部的接触式换热单元和用于加热脚部的接触式换热单元相贴合的3个水冷头；此外，还可根据人体需要加热的部位，如还包括膝盖、腰部等，以及计算机机箱内散热部件的数量设置其他个数的水冷头)以及与各水冷头配套的细水管4。其中，本实施例的各水冷头均为一个封闭的铜制矩形箱体，在该箱体上分别开有与细水管4相连的进水口和出水口，在各水冷头1的一个表面通过涂抹的导热硅脂层与相应的散热或换热部件紧密贴合。水冷头1与计算机机箱内散热量较大部件(如cpu、北桥、显卡等)的连接示意参见图2(图中用箭头示意出了水流方向，其余图同)，与计算机散热部件相贴合的水冷头1背面的进、出水口与细水管4相连，利用微型潜水泵3实现水在细水管4中的循环流动，在流经水冷头1时带走机箱部件的散热，并随水的流动将热量传输至与细水管4相连的其他水冷头1处。定压水罐2通过通气孔与外界连通，成为该水路循环系统的定压点，还可作为容纳循环水的容器，防止安装、拆除本装置时细水管4内存水泄漏，同时方便定期更换管内循环水。

本实施例的对流或热辐射换热单元ⅱ采用对流换热方式，包括风扇7、纯铜导流热管8及微型翅片式换热器9，可放置于书桌上。其中，微型翅片式换热器9的底端和纯铜导流热管8固定(纯铜导流热管穿插在微型翅片式换热器的翅片之间)，纯铜导流热管8底部与相应水冷头1的上表面通过导热硅脂紧密贴合(参见图3)，风扇7安装于微型翅片式换热器9面向人体的一侧。纯铜导流热管8与其下方紧密贴合的水冷头1进行换热，吸收细水管4中水所携带的热量，并将吸收的热量传递至微型翅片式换热器9(本实施微型翅片式换热器的整体尺寸为120*120*50mm)，使得热量快速均匀地分散到翅片上。风扇7带动冷空气流经翅片，被加热后形成热风吹出。本实施例中组成对流换热单元ⅱ的各个部件均为常规产品。对流或热辐射换热单元用于承担机箱散热中除去通过接触式导热方式对人体进行局部加热的热量交换，若无该模块，仅通过接触式换热设备ⅲ只能排出部分机箱所产生的热量，无法有效降低回水温度，导致机箱散热效果不佳(相当于机箱散热没有用完又送了回去)。

在另一个实施例中，对流或热辐射换热设备ⅱ采用热辐射的方式将热量传递至人体，主要由纯铜平板热管组成。平板热管与相应水冷头1上表面紧密贴合进行换热，吸收细水管4中水所携带的热量，并将热量快速均匀分散至平板热管表面。平板热管吸热后温度升高，向人体发射辐射能。

本实施例的接触式换热设备ⅲ由半导体制冷片5和取暖垫6构成；取暖垫6由铝箔层和硅胶层由下至上叠合而成。其中，半导体制冷片5的制冷端与相应的水冷头1紧密贴合(参见图4)，实现半导体制冷片5与循环水的热量交换，半导体制冷片5的散热端与取暖垫6的铝箔层紧密贴合，将热量快速均匀地分散在取暖垫的硅胶层上，以导热形式送至人体肢端部位(如手和脚)。通过已有的相关人体热舒适调节模型可以计算出为满足热舒适需求，人的双手、双脚所需补充的热量分别为10.0w和15.6w，假设半导体制冷片5的制冷效率为0.6，由q热＝q冷+w(q热——半导体制冷片制热端散热量；q冷——半导体制冷片制冷端吸热量；w——输入半导体制冷片的电功率)可计算得到所需半导体制冷片的制冷功率为10w左右(本实施例选用型号为tec1-12703的半导体制冷片)。

本装置的工作原理为：

本装置采用水冷方式从机箱内散热量较大的部件处(cpu、北桥、显卡)吸收热量，以水为载体，将热量输送到连接有半导体制冷片的水冷头处。半导体制冷片的冷端吸收水所携带的热量，将水降温，降温后的水被输送回机箱内继续取热。同时，半导体制冷片的热端放出热量，加热取暖垫，以导热方式将热量送到人体手脚等肢端部位，以满足人体局部加热需求，显著提升人体热舒适性。其余热量被输送至纯铜导流热管处，经由翅片式换热器分散均匀后，以对流形式加热人体周围微环境内的空气，由装置末端的风扇吹出。

在进行本发明装置的具体安装时，可将其与书桌进行整体化设计，保证各部件的合理布置。如在书桌相应位置开设用于布设细水管的线槽；对于用于加热手部的接触式换热设备ⅲ及与其配套的金属制水冷头，可考虑将该接触式换热设备ⅲ及与其配套的金属制水冷头嵌入书桌内使得取暖垫上表面与书桌上表面齐平，保证取暖垫的平整，或者考虑在书桌上放置一个与金属制水冷头同样高度且与取暖垫同样大小的壳体来保证取暖垫的平整；对于与对流或热辐射换流单元ⅱ相配套的金属水冷头，也可将其嵌入书桌内。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。