一种自发电高效计算机散热器的制作方法

本实用新型公开了一种自发电高效计算机散热器，涉及计算机技术领域。

背景技术：

随着社会的不断进步，科技的不断发展，计算机在人们的日常工作和生活中已经成为不可或缺的一部分。计算机功能强大，可实现数值计算、信息与数据处理、辅助设计与制造、过程控制、人工智能、网络应用等功能，其应用领域已经渗透到社会的各行各业，正改变着人们传统的工作、学习和生活方式。

处理器是计算机系统的核心，其可靠性是整个计算机系统可靠的基础。处理器的可靠性对温度十分敏感，研究表明，55%的处理器失效是由过热引起的。如何高效冷却处理器已成为重要和紧迫的问题。传统的计算机处理器（包括中央处理器、图形处理器）散热大多采用风冷法，即在处理器上安装金属散热片，并在散热片上安装小风扇，让空气强迫对流带走处理器工作时产生的热量，即用电能带动风扇转动达到散热的目的。但现有的风冷法需要额外消耗电能供风扇运转，且处理器产生的热能也没能得到利用，而是直接排入大气。这不仅造成能源的浪费，还会影响环境。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种自发电高效计算机散热器，从而克服现有技术的不足。

本实用新型的原理在于，温差发电是利用热电材料的塞贝克效应，将热能直接转换成电能的绿色发电技术；充分利用处理器自身产生的热量，通过一种自温差发电控制方案来进行温差发电，发出的电能直接提供给处理器散热装置运行，散热装置不断的散发散热端的热量，降低散热端的温度，从而加大处理器和散热端之间的温差，进而提高处理器自身发电效率，以此来达到处理器自热自散的目的。处理器散热块与温差发电芯片散热块之间安装有温差发电芯片，温差发电芯片的两侧独立散热，产生温差。从而为散热器风扇马达提供电能。

本实用新型通过以下技术方案实现，包括处理器，还包括散热器风扇、处理器散热块、温差发电芯片散热块、温差发电芯片，其中处理器散热块的底面与处理器接触，处理器散热块的顶面还包括均布的热端连接片，相应地，温差发电芯片散热块的底面还包括均布的冷端连接片，热端连接片与冷端连接片彼此啮合；温差发电芯片设置在热端连接片与冷端连接片之间，并且两侧分别与热端连接片与冷端连接片贴合；

所述热端连接片的左右侧面与处理器散热片固定连接；

所述冷端连接片的顶面与温差发电芯片散热片固定连接。

热端连接片与冷端链接片还通过一块ABS塑料片由六颗螺丝连接固定。

所述散热器风扇与热端连接片连接；热端连接片还包括设置在前面之上的卡扣，外壳通过底部的连接杆固定在卡扣中。

所述散热器风扇主要包括外壳、电机与扇叶；扇叶轴设于电机前端，电机固定在外壳的轴心。

所述电机为直流无刷电机。

所述散热器扇叶为涡轮式叶片。

所述处理器散热片与温差发电芯片散热片均采用鳍片式，且鳍片方向均向外，最大限度的利用散热器风扇产生的风进行散热。

所述温差发电芯片与热端连接片和冷端连接片之间的接触面采用导热率大于10W/m-k的导热硅脂进行填充。

本实用新型的优点在于，1、传统计算机的散热装置是通过供电运行的，这样造成了电能的二次浪费，本作品利用处理器自身产生的高温和散热端的低温之间形成的温差来进行温差发电，发出的电能直接提供给散热装置运行。2、本实用新型采用自温差物理控制方案，排除电子元件的控制，加大装置的性能稳定性。3、本实用新型采用启动电压微小的直流无刷电机器件，直流无刷电机体积微小，转速高，可使散热装置结构紧凑，提高散热效率。本实用新型适用于任何计算机，导热率良好、效率高，散热器结构简单、性能稳定，不仅实现了能量的有效利用、节约了电能，更降低了热量对环境的影响,较好的实现了节能减排效果。

附图说明

图1为本发明结构原理图。

图2为本发明控制原理图。

图3为本发明结构图一。

图4为本发明结构图二。

图5为本发明结构图三。

图6为负载电阻功率效应曲线图。

图7为负载电阻电压效应曲线图。

图8为最佳接线方案线路图。

具体实施方式

下面结合附图1至8对本实用新型的优选实施例，进一步说明本实用新型克服的以下问题：1、尽可能提高温差发电片发电效率；2、在利用计算机处理器产生的热量进行温差发电的同时，保证计算机处理器低温度要求的工作环境；3、最大限度的利用风扇产生的风进行散热；4、使整个装置性能稳定、耐用；并实现计算机处理器的自温差控制，形成良性循环。

本实用新型通过以下技术方案实现，包括处理器10，还包括散热器风扇1、处理器散热块2、温差发电芯片散热块3、温差发电芯片4，即由温差发电芯片4感知处理器散热块2与温差发电芯片散热块3之间的温差，从而产生电能，驱动电机12转动扇叶13，从而达到散热的目的。

温差发电芯片4采用薄膜技术加工制造而成，具有如下特点：（1）在1mm²区域内的温差变化可产生0.5-5v的电压，可实现自我持续供电；（2）体积小，响应时间短；（3）寿命长，可长时间工作。

其中处理器散热块2的底面与处理器10接触，处理器散热块2的顶面还包括均布的热端连接片21，相应地，温差发电芯片散热块3的底面还包括均布的冷端连接片31，热端连接片21与冷端连接片31彼此啮合；温差发电芯片4设置在热端连接片21与冷端连接片31之间，并且两侧分别与热端连接片21与冷端连接片31贴合；

其中固定方法为热端连接片21与冷端链接片31和一块ABS塑料片5由六颗螺丝51连接固定。

处理器散热块2与温差发电芯片散热块3优选地由铝块加工制成，主要用来实现处理器10与温差发电芯片4之间热量的高效传递。铝的导热率为237W/m.K,优于其他普通材质的导热效率，选用铝制品可以实现低成本和高效传热的目的。热传导部分的结构主要取决于温差发电芯片4的数量及大小。空心杯电机的启动电压为0.15v，虽然单片的温差发电芯片4产生的电压最大可达2v，输出功率最大为0.22w，但由于温差发电芯片4的内阻较高，往往单片的温差发电芯片4不能驱动空心杯电机转动。但另一方面，如果温差发电芯片4过多，则会导致各温差发电芯片4温度不均匀，影响发电效率。因此，本实用新型采用四片温差发电芯片4作为优选的实施例，如图6所示。

所述热端连接片21的左右侧面与处理器散热片22固定连接；

所述冷端连接片31的顶面与温差发电芯片散热片32固定连接。

本实用新型包括以下自温差控制方法：

当处理器10负荷加大时，处理器10温度上升，导致热端连接片21与冷端连接片22之间的温差加大，因此温差发电芯片4的发电效率提升，提高了散热器风扇1的转速，功率也随之上升；同理，当处理器10负荷减小时，处理器10温度下降，导致热端连接片21与冷端连接片31之间的温差减小，因此温差发电芯片4的发电效率降低，散热器风扇1的转速，功率也随之下降；从而形成自温差物理控制，排除电子元件的控制，达到加大装置性能稳定性的目的。

通过散热器风扇1推动空气的流通，不断将金属散热块上的热量带走。空气在散热块的作用下，先流经与温差发电芯片散热块3，降低温差发电芯片4位于此一侧的温度，再经过处理器主散热块2带走热量，这样既提高了发电效率，又有效的带走了处理器10产生的热量，实现了能源的二次利用，从而实现节能减排的目的。

所述散热器风扇1与热端连接片21连接；热端连接片21还包括设置在前面之上的卡扣211，外壳11通过底部的连接杆111固定在卡扣211中。

所述散热器风扇1主要包括外壳11、电机12与扇叶13；扇叶13轴设于电机12前端，电机12固定在外壳11的轴心。

所述电机12为空心杯电机，由于温差发电芯片4产生的电压和自身的内阻较大，而空心杯电动机具有转换效率高的优势，因此本项目选择空心杯电机作为动力源。空心杯电动机属于直流、永磁、伺服微特电机，在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子，也叫空心杯型转子，其绕组采用三角形接法。这种新颖的转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。同时，由于转子的结构变化而使电动机的运转特性得到了极大改善，其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。空心杯电动机不但具有突出的节能特点，更为重要的是具备了铁芯电动机所无法达到的控制和拖动效果。空心杯电动机的主要特点如下：（1）节能特性：能量转换效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分产品可达到90%以上（铁芯电动机一般不高于70%）。（2）控制特性：起动、制动迅速，响应极快，机械时间常数小于28毫秒，部分产品可以达到10毫秒以内（铁芯电动机一般在100毫秒以上）；在推荐运行区域内的高速运转状态下，可以方便地对转速进行灵敏的调节。（3）拖动特性：运行稳定性十分可靠，转速的波动很小，作为微型电动机其转速波动能够容易的控制在2%以内，与同等功率的铁芯电动机相比，其重量、体积减轻1/3-1/2。

所述散热器扇叶13为涡轮式叶片。

所述处理器散热片22与温差发电芯片散热片32均采用鳍片式，且鳍片方向一致，从而风向一致，最大限度的利用散热器风扇1产生的风进行散热。利用空心杯电机带动散热器风扇1转动，通过空气流动转移热能，当空气被压缩的时候，静态压力传输空气流体，应用在各处发热表面上，从而带走热量。

所述处理器散热片22与温差发电芯片散热片32之间还设置有扇形的散热器外壳5，扇形的散热器外壳5的两端分别固定在处理器散热片22与温差发电芯片散热片32上。

所述温差发电芯片4与热端连接片21和冷端连接片31之间的接触面采用导热率大于10W/m-k的导热硅脂进行填充。图6及图7为处理器的负载电阻功率效应曲线图及负载电阻电压效应曲线图，计算机正常运行时处理器可达65°C，和室温可以达到40°C温差。由图6与图7可知，40°C温差的曲线平滑，单片的温差发电芯片4产生的最大电压为1.8V，最大输出功率为0.3W。由于处理器10的温度为平稳上升，温差值也随之平稳增长，发出的功率也平稳增长，达到平稳的性能。

本实用新型的优选实施例使用了四片温差发电芯片4进行发电，由于受温差发电芯片4电阻等影响，采用四片温差发电芯片4、一个电机12的线路连接方案：其接线方式如图8所示。

在该方案中，单片的温差发电芯片4在温差40℃时可以产生1.8V电压，内阻R内为2Ω，总电压为3.6V，总内阻为2Ω，电机等效电阻在R电机为10Ω，则

电流I=U总/（R总内+R电机）=0.3 A

电压U输=U总*R电机/（R总内+R电机）=3 V

功率P输出=U输出*I=0.9 W

本实用新型的节能效果如下：一台传统的计算机散热风扇的功率一般为2W，按每天工作8小时计算，一台计算机每年大约消耗6kW·h电能用于散热。全国13.7亿人口，网民数6.88亿，按全国6.88亿台计算机计算，年消耗约40亿kW·h电能。按照每kW·h电能0.6元计算，采用本项目设计的自发电散热装置将为我国节省24亿元，其直接经济效益巨大。另外，减少了热量及发电所产生的二氧化碳等对环境的影响，其间接经济效益不可估量。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。