在任何計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中，過熱都是一個(gè)重要問題。盡管設(shè)計(jì)人員實(shí)施了不同的散熱方法，但都有一個(gè)共同的問題。散熱依賴于傳輸介質(zhì)的導(dǎo)熱性。已經(jīng)發(fā)明了許多巧妙的裝置來實(shí)現(xiàn)更快和更有效的散熱。但是，與其把熱量扔掉，為什么不回收呢？John 提出了一種潛在的節(jié)能熱管理策略。

向大多數(shù)筆記本電腦或筆記本電腦用戶詢問他們的主要煩惱，他們的回答可能與他們的電腦產(chǎn)生的熱量有關(guān)。膝上型電腦和筆記本電腦使用許多與嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)相同的組件，例如中央和圖形處理單元、北橋、南橋等組件。

組件在熱友好型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用。使用威盛 C7 CPU 等低熱量處理器有助于降低整體熱量。但一般來說，隨著處理器變得更強(qiáng)大，它們會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，因此熱管理是一個(gè)重要的考慮因素。

問題就在這里：計(jì)算機(jī)需要電力才能運(yùn)行，而電力不可避免地會(huì)以熱量的形式產(chǎn)生廢能。如果系統(tǒng)內(nèi)積聚的熱量太大，系統(tǒng)將無法正常運(yùn)行。因此，設(shè)計(jì)師的目標(biāo)是消除產(chǎn)生的熱量并在可能的情況下有效地利用它。

當(dāng)前的熱管理技術(shù)

目前，大多數(shù)（如果不是全部）熱管理方法都集中在散熱上，無論是被動(dòng)的（例如，無風(fēng)扇散熱器）還是主動(dòng)的（例如，風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻或水冷）。基于散熱的理想熱管理系統(tǒng)將消散所有產(chǎn)生的熱量。盡管現(xiàn)有的熱管理設(shè)備已經(jīng)足夠，但它們可以散發(fā)的熱量有限。只有在達(dá)到熱平衡之前，散熱才能令人滿意。

需要散發(fā)多少熱量？通常，使用的能量與產(chǎn)生的熱量成正比。因此，如果一個(gè)組件在 60 秒內(nèi)使用 30 W 的功率，它將輸出 1，800 焦耳的熱量。

Q = Pt = VIt

在上面的等式中，Q 以焦耳 （J） 為單位表示熱量，P 以瓦特 （W） 為單位表示功率，t 以秒 （s） 為單位表示時(shí)間，V 以安培 （A） 為單位表示電流。可以使用以下等式計(jì)算 Delta T 攝氏度，其中 m 代表質(zhì)量，單位為千克 （kg），c 代表比熱 （J/gK）。

??T = Q/mc = VIt/mc

散熱器系統(tǒng)基于將熱量從散熱器傳遞到環(huán)境空氣。為了使散熱器正常工作，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)絕不能達(dá)到熱平衡（即，系統(tǒng)開啟時(shí)環(huán)境空氣必須始終比散熱器冷）。否則，一旦達(dá)到熱平衡，熱量將不再?gòu)纳崞鱾鬟f到環(huán)境空氣。

一旦達(dá)到熱平衡，散熱器就無法減輕處理器的熱負(fù)荷。即使假設(shè)從未達(dá)到熱平衡，也很明顯浪費(fèi)了很多能量。這種潛力不應(yīng)被利用。另一種熱管理技術(shù)涉及轉(zhuǎn)換熱能并將其存儲(chǔ)以備后用。

使熱能生產(chǎn)

將熱能轉(zhuǎn)化為電能并不是一個(gè)新想法。由于熱量是紅外輻射，因此是電磁光譜的一部分，因此基于光伏的熱管理是可能的。術(shù)語(yǔ)熱光伏 （TPV） 已被用于描述用于轉(zhuǎn)換熱能的光伏設(shè)備。目前，TPV 設(shè)備還不夠?qū)嵱茫荒茏鳛橹饕?a target="_blank">電源考慮。然而，重要的是要記住，熱管理系統(tǒng)的主要目標(biāo)是散熱，而不是發(fā)電。從這個(gè)過程中收集到的任何力量都是一種獎(jiǎng)勵(lì)，而不是主要目標(biāo)。

光伏器件需要兩層光敏材料：一層 p 型層和一層 n 型層。p 型包括一種材料，其原子具有一個(gè)額外的電子，可防止該材料完全不導(dǎo)電。n 型由原子缺少一個(gè)電子的材料組成。當(dāng) p 型層暴露在光線下時(shí)，光源中的光子會(huì)導(dǎo)致額外的電子被釋放，從而產(chǎn)生電流（見圖 1）。

圖1

全封閉系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

回收廢能的熱管理設(shè)備是氣密密封系統(tǒng)的理想選擇。在這樣的系統(tǒng)中，被動(dòng)冷卻和風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻幾乎沒有影響。當(dāng)廢能可回收時(shí)，可以在不犧牲性能的情況下設(shè)計(jì)堅(jiān)固的密封系統(tǒng)。高性能組件通常會(huì)產(chǎn)生更多熱量，但對(duì)于以熱量為燃料的熱管理設(shè)備來說，這不再是問題。

要實(shí)施熱管理設(shè)備，機(jī)箱內(nèi)部必須襯有 TPV 電池，以吸收盡可能多的熱量。此外，雙面 TPV 電池應(yīng)直接放置在散熱器上方（參見圖 2）。采用雙面設(shè)計(jì)，TPV 電池不僅可以從散熱器吸收熱量，還可以從環(huán)境空氣中吸收熱量。機(jī)箱內(nèi)壁襯有單面 TPV 電池，以捕獲任何剩余的環(huán)境熱量。

圖 2

這種熱管理策略特別適用于環(huán)境可能對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生不利影響的便攜式應(yīng)用或外部應(yīng)用（例如，街道信息亭、摩托車上的 GPS 單元或船舶上的導(dǎo)航單元）。該技術(shù)也適用于部分封閉的系統(tǒng)，例如環(huán)境不會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生不利影響的固定應(yīng)用程序（例如，建筑物內(nèi)的信息亭）。

延長(zhǎng)電池壽命

通過在熱管理設(shè)備中使用 TPV 電池并選擇正確的組件，設(shè)計(jì)人員可以創(chuàng)建成功的低熱量系統(tǒng)。隨著光伏電池技術(shù)的進(jìn)步，這種設(shè)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的電池壽命長(zhǎng)得離譜，甚至可能是一種幾乎永久的能源。

審核編輯：郭婷