新型筆記本電腦散熱器結構的創新設計

張 晶 王妍瑋

(哈爾濱石油學院 機械工程學院，黑龍江 哈爾濱 150028)

現代人的生活和辦公離不開電腦。筆記本電腦因其便于攜帶和高性能而成為人們的重要選擇。電子元件在工作中熱量的產生和釋放，關系到整個計算機系統的穩定性及產品的使用壽命，據統計資料顯示，目前近80%的計算機硬件故障都是因為電腦散熱問題造成的。電腦過熱會造成嚴重卡機；電腦過熱使機體燒毀。不僅造成工作效率降低，電腦儲存資料丟失，甚至產生人身傷害。筆記本電腦自身的散熱空間很小，人們通常會選擇外在的散熱器進行散熱。吹風式散熱器成為筆記本電腦使用者主要選擇。而吹風式散熱器因風扇吹風時位置固定，不能完全正對著電腦的散熱孔和高熱區進行吹風，并且吹風式散熱器缺乏提供低溫的裝置導致風扇不能吹出更低溫度的冷風，綜合以上因素，吹風式散熱器對電腦的吹風損耗大，散熱效果不理想。

利用發明創新TRIZ理論分析吹風式散熱器對筆記本電腦的吹風損耗大，散熱效果不理想的根本原因，借助TRIZ理論提供的分析工具和40個發明原理來提供思路，力求設計出吹風低損耗，散熱效果更理想的新型吹風式散熱器來滿足人們對筆記本電腦散熱的要求。

一、TRIZ理論

前蘇聯專家阿奇舒勒及其領導的研究小組通過對 250 萬件高水平發明專利進行分析和提煉，總結出了TRIZ 理論，實踐表明，創新方法TRIZ理論應用于多種創新設計中[1]，也為我們發明和解決實際問題提供了一系列的方法和工具，幫助人們突破思維定式，拓寬思路，準確找到問題產生的根本原因，尋找到解決問題的最優方案和措施。本文在進行新型吹風式散熱器設計時，先利用因果鏈分析解決問題的關鍵，然后利用九屏圖在空間和時間上尋找資源，利用IFR分析確定最終解決目標，將技術矛盾與相關的39個工程參數對應,利用矛盾矩陣找到合適的發明原理，借助發明原理提供的思考方向，確定解決問題的最優方案和措施[2]。利用TRIZ理論解決問題的過程，如圖1所示。

圖1 TRIZ理論解決問題流程

二、新型筆記本電腦散熱器的創新設計

(一)設計要求及功能分析

本文欲利用TRIZ理論設計一種新型的吹風式散熱器。設計的目標和產品的功能如下：(1)提供低溫(2)風扇可在任意位置吹風，對高溫區集中吹風。

圖2 新型筆記本散熱器系統的九屏圖

(二)九屏幕法對新型筆記本電腦散熱器的系統分析

九屏幕法幫助我們從多個方面和層次尋找可利用的資源，更好地解決問題[3]。新型筆記本電腦散熱器的九屏幕分析如上頁圖2所示。經過分析得到，新型散熱器設計關鍵在于設計一種可調節吹風位置和吹風角度的風扇。

(三)應用TRIZ進行因果分析

因果鏈分析幫助我們準確地發現問題產生的根本原因，本文采用向原因鏈分析的方法確定筆記本吹風散熱器吹風散熱效果欠佳的根本原因[4]。因果鏈分析圖如圖3所示。

圖3 因果鏈分析

分析得到散熱器沒有提供低溫的裝置，無法提供更低溫的冷風；扇葉吹風時位置固定，不能使風大部分吹進筆記本進風口，不能集中對著筆記本工作時的高熱區出風；散熱器底座的防塵網上孔陣直徑較小，從而使防塵網遮蓋扇葉，影響吹風效果。

(四)應用TRIZ進行IFR分析

理想解分析是為了確定系統改進時能夠達到的目標。并確定相應資源和解決方案。新型散熱器的IFR的分析過程，如表1所示。

表1 新型散熱器IFR分析

在吹風式散熱器內部空間設置滑塊、滑道、調節風扇移動的旋鈕。使用者可以控制旋鈕，通過滑塊，滑道等結構使風扇在吹風時可以移動位置，使風扇集中對散熱孔和高熱區進行吹風散熱。

(五)應用TRIZ解決矛盾設計

解決矛盾是TRIZ理論解決問題的核心，系統進化就是不斷地發現矛盾并加以解決，一直向理想化趨近的過程。

1.應用TRIZ理論解決技術矛盾設計

技術矛盾是指對系統施加一個作用卻產生有用和有害兩種效果。TRIZ 理論通過阿奇舒勒矛盾矩陣解決技術矛盾。將新型散熱器的技術參數抽象成39個通用參數中的參數。由風扇位置固定到可自由移動，及散熱器具有低溫裝置的需求，確定技術矛盾。表2為散熱器設計中的技術矛盾問題及39個通用參數的轉化和矛盾矩陣提供的發明原理。

表2 新型散熱器的技術矛盾

采用發明原理2，抽取原理。具體方案：采用價格便宜的冰袋。在散熱器底座的下方設計一個空間，放置冰袋，通過冰袋對空氣的降溫，散熱器扇葉可以吹出低溫的冷風，對筆記本散熱效果好。

采用發明原理21，快速作用原理含義為高速越過某過程或某個階段(如有害的或危險的)。具體方案：采用可移動的金屬網，電腦溫度高的時候，將金屬網移出快速降溫，溫度下降后，將防塵網移動回遮擋灰塵。

2.基于物理矛盾的設計方案

TRIZ 理論提供了 4 大分離原理處理物理矛盾。為了使散熱器對電腦的吹風損耗小，防塵網(金屬網)的孔陣直徑尺寸要大；為了防塵效果好，孔陣直徑尺寸要小。電腦散風口的位置需要防塵，其余位置不需要防塵，符合空間分離原理。找到適合的發明原理:局部質量( No.3) ，使防塵網孔陣尺寸不一，正對散熱孔部位采用小孔徑，其余部位采用大孔徑。

經過TRIZ理論的分析，得到最終設計方案：設置位置可移動的風扇，可對電腦任意位置進行吹風；設置承載冰袋的裝置，提供低溫吹風；采用可移動，孔陣尺寸漸變的金屬防塵網。新型吹風式筆記本電腦散熱器結構，如圖4所示。

圖4 新型散熱器的結構

三、結語

TRIZ理論要求我們能夠發現問題產生的根本原因，發現和高效地使用與系統相關的資源，將系統的實際問題準確地轉化為合適的問題描述參數，根據提供參考的發明原理，運用豐富的專業經驗, 尋找到最優的解決方案。采用TRIZ理論設計新型散熱器的結構, 突破常規設計的慣性思維。新型散熱器結構簡單，吹風散熱效果提高。為筆記本電腦散熱器設計提供新的思路。