新型笔记本电脑散热器结构的创新设计

张 晶 王妍玮

(哈尔滨石油学院 机械工程学院，黑龙江 哈尔滨 150028)

现代人的生活和办公离不开电脑。笔记本电脑因其便于携带和高性能而成为人们的重要选择。电子元件在工作中热量的产生和释放，关系到整个计算机系统的稳定性及产品的使用寿命，据统计资料显示，目前近80%的计算机硬件故障都是因为电脑散热问题造成的。电脑过热会造成严重卡机；电脑过热使机体烧毁。不仅造成工作效率降低，电脑储存资料丢失，甚至产生人身伤害。笔记本电脑自身的散热空间很小，人们通常会选择外在的散热器进行散热。吹风式散热器成为笔记本电脑使用者主要选择。而吹风式散热器因风扇吹风时位置固定，不能完全正对着电脑的散热孔和高热区进行吹风，并且吹风式散热器缺乏提供低温的装置导致风扇不能吹出更低温度的冷风，综合以上因素，吹风式散热器对电脑的吹风损耗大，散热效果不理想。

利用发明创新TRIZ理论分析吹风式散热器对笔记本电脑的吹风损耗大，散热效果不理想的根本原因，借助TRIZ理论提供的分析工具和40个发明原理来提供思路，力求设计出吹风低损耗，散热效果更理想的新型吹风式散热器来满足人们对笔记本电脑散热的要求。

一、TRIZ理论

前苏联专家阿奇舒勒及其领导的研究小组通过对 250 万件高水平发明专利进行分析和提炼，总结出了TRIZ 理论，实践表明，创新方法TRIZ理论应用于多种创新设计中[1]，也为我们发明和解决实际问题提供了一系列的方法和工具，帮助人们突破思维定式，拓宽思路，准确找到问题产生的根本原因，寻找到解决问题的最优方案和措施。本文在进行新型吹风式散热器设计时，先利用因果链分析解决问题的关键，然后利用九屏图在空间和时间上寻找资源，利用IFR分析确定最终解决目标，将技术矛盾与相关的39个工程参数对应,利用矛盾矩阵找到合适的发明原理，借助发明原理提供的思考方向，确定解决问题的最优方案和措施[2]。利用TRIZ理论解决问题的过程，如图1所示。

图1 TRIZ理论解决问题流程

二、新型笔记本电脑散热器的创新设计

(一)设计要求及功能分析

本文欲利用TRIZ理论设计一种新型的吹风式散热器。设计的目标和产品的功能如下：(1)提供低温(2)风扇可在任意位置吹风，对高温区集中吹风。

图2 新型笔记本散热器系统的九屏图

(二)九屏幕法对新型笔记本电脑散热器的系统分析

九屏幕法帮助我们从多个方面和层次寻找可利用的资源，更好地解决问题[3]。新型笔记本电脑散热器的九屏幕分析如上页图2所示。经过分析得到，新型散热器设计关键在于设计一种可调节吹风位置和吹风角度的风扇。

(三)应用TRIZ进行因果分析

因果链分析帮助我们准确地发现问题产生的根本原因，本文采用向原因链分析的方法确定笔记本吹风散热器吹风散热效果欠佳的根本原因[4]。因果链分析图如图3所示。

图3 因果链分析

分析得到散热器没有提供低温的装置，无法提供更低温的冷风；扇叶吹风时位置固定，不能使风大部分吹进笔记本进风口，不能集中对着笔记本工作时的高热区出风；散热器底座的防尘网上孔阵直径较小，从而使防尘网遮盖扇叶，影响吹风效果。

(四)应用TRIZ进行IFR分析

理想解分析是为了确定系统改进时能够达到的目标。并确定相应资源和解决方案。新型散热器的IFR的分析过程，如表1所示。

表1 新型散热器IFR分析

在吹风式散热器内部空间设置滑块、滑道、调节风扇移动的旋钮。使用者可以控制旋钮，通过滑块，滑道等结构使风扇在吹风时可以移动位置，使风扇集中对散热孔和高热区进行吹风散热。

(五)应用TRIZ解决矛盾设计

解决矛盾是TRIZ理论解决问题的核心，系统进化就是不断地发现矛盾并加以解决，一直向理想化趋近的过程。

1.应用TRIZ理论解决技术矛盾设计

技术矛盾是指对系统施加一个作用却产生有用和有害两种效果。TRIZ 理论通过阿奇舒勒矛盾矩阵解决技术矛盾。将新型散热器的技术参数抽象成39个通用参数中的参数。由风扇位置固定到可自由移动，及散热器具有低温装置的需求，确定技术矛盾。表2为散热器设计中的技术矛盾问题及39个通用参数的转化和矛盾矩阵提供的发明原理。

表2 新型散热器的技术矛盾

采用发明原理2，抽取原理。具体方案：采用价格便宜的冰袋。在散热器底座的下方设计一个空间，放置冰袋，通过冰袋对空气的降温，散热器扇叶可以吹出低温的冷风，对笔记本散热效果好。

采用发明原理21，快速作用原理含义为高速越过某过程或某个阶段(如有害的或危险的)。具体方案：采用可移动的金属网，电脑温度高的时候，将金属网移出快速降温，温度下降后，将防尘网移动回遮挡灰尘。

2.基于物理矛盾的设计方案

TRIZ 理论提供了 4 大分离原理处理物理矛盾。为了使散热器对电脑的吹风损耗小，防尘网(金属网)的孔阵直径尺寸要大；为了防尘效果好，孔阵直径尺寸要小。电脑散风口的位置需要防尘，其余位置不需要防尘，符合空间分离原理。找到适合的发明原理:局部质量( No.3) ，使防尘网孔阵尺寸不一，正对散热孔部位采用小孔径，其余部位采用大孔径。

经过TRIZ理论的分析，得到最终设计方案：设置位置可移动的风扇，可对电脑任意位置进行吹风；设置承载冰袋的装置，提供低温吹风；采用可移动，孔阵尺寸渐变的金属防尘网。新型吹风式笔记本电脑散热器结构，如图4所示。

图4 新型散热器的结构

三、结语

TRIZ理论要求我们能够发现问题产生的根本原因，发现和高效地使用与系统相关的资源，将系统的实际问题准确地转化为合适的问题描述参数，根据提供参考的发明原理，运用丰富的专业经验, 寻找到最优的解决方案。采用TRIZ理论设计新型散热器的结构, 突破常规设计的惯性思维。新型散热器结构简单，吹风散热效果提高。为笔记本电脑散热器设计提供新的思路。