CN1464356A - 致冷片散热组件 - Google Patents

Abstract

一种致冷片散热组件，用于将电子装置中的发热元件的热散出，包括一连设于该发热元件上的导热装置、一与该导热装置连接的致冷片及一具有温度感应单元与比较控制单元的控制装置，发热元件的热量可随时地由导热装置导出，且借由温度感应单元检测该发热元件的温度，比较控制单元依所检测的温度控制致冷片的作动，维持发热元件的温度在可发挥较佳工作效能的上限温度与下限温度间，使整个散热组件的温度保持于水蒸气的露点以上。

Description

致冷片散热组件

(1)技术领域

本发明涉及一种致冷片散热组件。

(2)背景技术

随着科技的进步，人类对电脑的依赖越来越大，为满足使用者的需求，不断地提升使用于电脑的中央处理单元(CPU)的运算速度，以提高处理数据的能力及速度，而中央处理单元为发热元件，在运转时会产生热量，运转的速度越快，所伴随产生的热量也大增，若这些热量没有适当排除，会降低中央处理单元的效率，导致电脑容易死机，影响使用者的运用，所以，随着中央处理单元效率的提升，中央处理单元的工作功率也提高，为维持高功率的中央处理单元可长时间正常运转，对于散热系统的散热效率的要求，势必也会相对提高。

一般的中央处理单元散热，是以铜或铝制散热片搭配风扇，直接和中央处理单元接触散热，此种散热方式虽可降低中央处理单元的温度，但是无法快速有效地散热，无法使中央处理单元的温度维持在50℃以下，若同时使用多种软件，中央处理单元的输出功率增加，温度会随之升高，导致中央处理单元运转不正常，容易造成电脑死机，且降低中央处理单元的使用寿命。

(3)发明内容

本发明的一目的在于提供一种可提高散热效率的致冷片散热组件。

本发明的另一目的在于提供一种散热过程中无水气凝结的致冷片散热组件。

本发明的又一目的在于提供一种可延长发热元件使用寿命的致冷片散热组件。

为实现上述目的，本发明的致冷片散热组件，将设置于一电子装置的机壳内的发热元件的热散至该装置周遭，其特点是，该致冷片散热组件包括有：一导热装置，具有一连设于该发热元件上的传热部及与该发热元件分离设置的散热部，以将该发热元件所产生的热量由传热部传导至散热部；一与该导热装置连接的致冷片，具有一冷端及一热端；一控制装置，具有一温度感测单元及一电性连接于该温度感测单元与致冷片间的比较控制单元；当温度感测单元检测该发热元件的温度超过一上限温度，该比较控制单元则令致冷片开始作动，降低发热元件的温度，当该温度感测元件检测该发热元件的温度低于一下限温度，该比较控制单元则停止该致冷片的作动，以控制该发热元件的温度维持在该上限温度与下限温度之间。

本发明利用致冷片散热组件的一温度感测单元检测电子装置内部发热元件的温度，当所检测的温度超过一上限温度，一比较控制单元则令致冷片开始作动，并以一导热装置配合，降低发热元件的温度。当检测的温度低于一下限温度，比较控制单元则停止致冷片的散热作动，控制发热元件维持在上限温度与下限温度，使发热元件可发挥较佳的工作效能，同时可使整个散热组件的温度保持在水蒸气的露点以上，防止散热过程水气的凝结，确保发热元件的使用寿命。

为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1是本发明第一较佳实施例装设于发热元件上的示意图。

图2本发明第一较佳实施例的控制装置的方块图。

图3是第一较佳实施例的控制装置的电路图。

图4是供给致冷片的功率与散热器温度的关系图。

图5是本发明第二较佳实施例装设于发热元件上的示意图。

图6本发明第三较佳实施例装设于发热元件上的示意图。

图7是本发明第四较佳实施例的示意图，显示该组件装设于机壳外的态样。

表1、表2是实验结果的纪录表。

(5)具体实施方式

于下文中所使用的电子装置泛指电脑、笔记本电脑等具有存储、运算等功能的电子装置，为便于说明，以下实施例说明，皆举台式个人电脑为例，由于本发明致冷片散热组件于其他类型如笔记本电脑的电子装置的态样均相同，所以不另以实施例进行详细说明。如图1、2、3所示，致冷片散热组件1包括有一与该电脑机壳7内一发热元件8一侧面接触的散热器11、一于机壳7内与散热器连设的散热风扇12、一贴附于该散热器11上的致冷片13及一设置于致冷片13上用以控制致冷片13作动的控制装置14(图1中未示出)，由于散热风扇非本发明的重点，所以图式中均以一矩形示意表示。

上述发热元件8可为装设于电脑内部的一中央处理单元(CPU)，但是并不以中央处理单元为限。

该散热器11是为热传导材质(如铜、铝、石墨等材质)所制成，具有一置于该发热元件8上的底座111，及多个分离地凸设于底座111上的散热鳍片112，且该底座111与发热元件8接触的底面向上凹陷形成有一供致冷片13设置的凹陷部113。

该散热器11是以黏着或一般机械式如锁定螺丝的固定法，固定于该发热元件8上，图中仅以示意表示出该散热器11连设于该发热元件8上。

设置于散热器11的凹陷部113中的致冷片13是以冷端131贴附该发热元件8上，与冷端131相对的热端132则与散热器11的底座111接触，且该致冷片13的冷端131与热端132为陶瓷片的绝缘体，两绝缘体间为BiTe材质，具有多个NP型半导体组件，该致冷片13以一电源线(图中未示出)连接至该电脑的一直流电源上，而致冷片13与直流电源间电性连接着控制装置14，控制致冷片13通电或断电，以操纵致冷片13的作动。

如图2、3所示，该控制装置14具有一温度感应单元141及一电性连接于该温度感测单元141与致冷片13间的比较控制单元142，温度感应单元141为一与发热元件(图中未示出)接触设置的热敏电阻，可感测发热元件的温度，而改变本身的电阻值，且该比较控制单元142包括有一比较电路143，及一与该比较电路143电性连接的控制切换电路144。前述比较电路143具有一上限温度比较器U2与一下限温度比较器U3，上述各该比较器U2、U3的负输入端145均连接一可变电阻VR1、VR2，借由调整电阻值，以分别设定输入各个比较器U2、U3作为比对基准的基准信号值，而该等比较器U2、U3的正输入端146均连接至该温度感测单元141。另外，控制切换单元144具有三个与非门(NANDgate)的逻辑门G1、G2、G3及一连接于逻辑门与致冷片间的开关S1，其中二逻辑门G3、G1个别地与上限温度比较器U2及一下限温度比较器U3的输出端连接，开关S1则连接于逻辑门G3与致冷片13之间，若下限温度比较器U3在时间t的输出为B，上限温度比较器在时间t+1的输出为A，经该逻辑门的运算，则在时间t+1输出至开关的值F可表为F＝….(1.1式)。

本发明是利用控制装置14控制致冷片13开始或停止散热动作，使发热元件的工作温度维持在可发挥较佳效能的一上限温度与一下限温度的范围内，所以欲令控制装置14依照上述温度范围控制致冷片13的作动，必先依上限温度值调整连接于上限温度比较器U2的负输入端145的可变电阻VR1，使负输入端145可产生一对应上限温度值的上限基准信号，同样地也在下限温度比较器U3的负输入端145对应下限温度，调整可变电阻VR2，以可产生下限基准信号。

如图1、3，当电脑内的发热元件8运作时，所产生的热会由位于发热元件8表面的散热器11的底座111传导至散热鳍片112，散至周围，但是在发热元件8快速运转或长时间下运转，大量热量来不及散出的情况下，导致发热元件8温度逐渐升高而超过上限温度，温度感测单元141便会检测到该超过上限的温度，输出一较上限基准信号大的感测信号，当然该感测信号也比下限基准信号大，使二比较器U2、U3均为导通的状态，经该逻辑门G1、G2、G3按1.1式运算，输出一比较信号至开关S1，使该开关S1由发热元件8未超过上限温度呈非导通的时间t，至下一时间t+1发热元件8超过上限温度时，切换成导通的状态，而使致冷片13通电，开始作动，将冷端131的热量移至热端132，再借由与热端132接触的散热器11，并以散热风扇12辅助散热，可将热量迅速散出，使发热元件8的温度持续降低，而当温度感应单元141检测发热元件8的温度低于下限温度，输出一较下限基准信号及上限基准信号小的感测信号，使二比较器U2、U3均为非导通的状态，经该逻辑门G1、G2、G3按1.1式运算，输出一比较信号至开关S1，使该开关S1由导通的状态，切换成非导通的状态，而使致冷片13不再通电，停止散热的动作，使发热元件8在运转时的工作温度均维持在上限温度与下限温度间，而可持续保持良好的工作效能，由于上述致冷片13为一般现有的元件，动作原理此不再详细说明。

以下将致冷片贴附在中央处理单元上，输给致冷片不同功率，电脑内部的元件在无运转、部分运转或全数运转的状况下，分别量测中央处理单元，进行散热试验，而得表1的结果，表中显示出，当均以型号6025H的风扇，在电脑内部的元件全数运作时，只需功率57.2W的致冷片，即可使中央处理单元的温度降至40.1℃，若利用型号为7015M较低转速的散热风扇，降温的效果与前述差约2℃，因此由上数可推论本发明利用低转速的散热风扇即可，且致冷片不需消耗大量的功率，就可将发热元件降至下限温度。另外，模拟中央处理单元的实际环境，使用低转速的风扇辅助散热，输给散热组件的致冷片不同的功率，进行散热，而得到表2的结果，并将表2的结果整理成供给致冷片的功率与散热器温度的关系图，表2显示，输入功率越大，对中央处理单元的冷却效果越好，相对的散热器的温度会越高，由图4可看出，当输入功率约为42.7W时，中央处理单元与散热器的温度几乎一样，表示中央处理单元释放热的速率与散热器散热效率相等，若再提高致冷片的功率，会导致散热器的温度过高，使电脑内的环境温度提高，造成散热效果低落，所以，由上述的实验结果可知，将下限温度定在40℃最为适当，将中央处理单元冷却至40℃，即停止致冷片的散热动作，由于在中央处理单元降至40℃前，整个致冷片散热组件的散热效率大于中央处理单元的功率，可有效地散热，且致冷片组件的温度会高于水蒸气的露点，不会有水气凝结在中央处理单元上，防止中央处理单元故障，确保使用寿命，另外，本实施例是将上限温度定在可使中央处理单元发挥较好效能的55℃，使得借由散热效率佳且耗电量小的散热组件，将发热元件维持在40℃至55℃之间，使发热元件在此适当的温度范围内，发挥最好的工作效能。

上述只是本发明致冷片散热组件一较佳实施方式，本发明并不以此为限，尚有其他实施态样，如改变致冷片的装设位置也可达到相同的功效，各种实施态样一一叙述如下。

如图5所示，第二较佳实施例的致冷片散热组件2是在散热器21的中央部分开设有一贯穿底座211前、后端的穿置空间213，致冷片23则嵌入该穿置空间213中，使得冷端231与底座211近发热元件8的端面接触，而热端232与底座211远离发热元件8的端面接触，且致冷片23也由上述的控制装置14，控制其作动，控制的过程也与第一较佳实施例相同，在此不再详细说明，当致冷片通电时，散热器21的底座211可将发热元件8的热导出，致冷片23将热量由冷端231至热端232，再由远离发热元件8并与热端232接触的底座211的端面及散热鳍片212将热量散出。

如图6所示，第三较佳实施例的致冷片散热组件3是将散热器31的底座311贴附于发热元件8上，而致冷片33是连设于底座311上远离发热元件8的端面上，位于底座311与散热鳍片312之间，当致冷片33通电时，散热器31的底座311可将发热元件8的热导出，同时由致冷片33的冷端331传至热端332散出，以及借由散热鳍片312散至周围。

为使节省电脑内部的空间，有效地运用空间，本发明更可装设于机壳上，以便适用于各种不同空间型态的电子装置。

如图7所示，本发明致冷片散热组件4第四较佳实施例与上述第一较佳实施例大致相同，相同处不再说明，不同处仅在该散热器41是连接于该电子装置的机壳7外，且该致冷片43也于机壳7外与散热器41连接，而该组件还包括有一连接于发热元件8与散热器41之间的导热管45，以导热管45为传热部，将发热元件8的热导出，再由作为散热部的散热器41以及致冷片43将热散至机壳外，且该机壳7为热传导材质所制成，一般为金属材质，可使散热速率提高。当然，上述的第四较佳实施例的散热片41与致冷片43的连接关系位置，也可变化成第一、二及三实施例所述的态样，皆可达到借由机壳7，有效提高散热效率的功效。

归纳上述，本发明的致冷片散热组件，可借由该致冷片及导热装置的组合，达到较佳的散热效率，更以控制装置，控制致冷片的作动，令发热元件维持在一适当的工作温度范围，使发热元件发挥较佳的效能，而且散热过程中，整个散热组件的温度，均保持于水蒸气的露点以上，避免水气凝结于发热元件上，确保发热元件的使用寿命。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种致冷片散热组件，将设置于一电子装置的机壳内的发热元件的热散至该装置周遭，其特征在于，该致冷片散热组件包括有：

一导热装置，具有一连设于该发热元件上的传热部及与该发热元件分离设置的散热部，以将该发热元件所产生的热量由传热部传导至散热部；

一与该导热装置连接的致冷片，具有一冷端及一热端；

一控制装置，具有一温度感测单元及一电性连接于该温度感测单元与致冷片间的比较控制单元；当温度感测单元检测该发热元件的温度超过一上限温度，该比较控制单元则令致冷片开始作动，降低发热元件的温度，当该温度感测元件检测该发热元件的温度低于一下限温度，该比较控制单元则停止该致冷片的作动，以控制该发热元件的温度维持在该上限温度与下限温度之间。

2、如权利要求1所述的致冷片散热组件，其特征在于：该导热装置为一散热器，它具有一作为传热部的底座及多个凸设于该底座上作为散热部的散热鳍片。

3、如权利要求1所述的致冷片散热组件，其特征在于：该导热装置包括有一与该发热元件连接并作为传热部的导热管，及一与该导热管连接且作为散热部的散热器，而该散热器与致冷片均设置于该电子装置的机壳外，以将热量传至电脑主机壳外进而散至外界。

4、如权利要求2或3所述的致冷片散热组件，其特征在于：该散热器的底座连设于该发热元件上，且该致冷片的冷端贴附于该底座上。

5、如权利要求2或3所述的致冷片散热组件，其特征在于：该导热装置的底座及致冷片的冷端均贴附于该发热元件上，且该致冷片的热端贴附于该导热装置的底座上。

6、如权利要求1所述的致冷片散热组件，其特征在于：该控制装置的比较控制单元包括有一可变更地设定有一上限基准信号值与一下限基准信号值的比较电路，及一与该比较电路电性连接的控制切换电路，当温度感测单元检测的温度超过上限温度，输出一较上限基准信号大的感测信号，该比较电路则输出一比较信号至控制切换电路，则该控制切换电路令致冷片开始降温的动作，当温度感测单元检测的温度低于下限温度，输出一较下限基准信号小的感测信号，该比较电路则输出一比较信号至控制切换电路，则该控制切换电路令致冷片停止降温的动作。

7、如权利要求1或6所述的致冷片散热组件，其特征在于：该控制装置的温度感测单元为一热敏电阻。

8、如权利要求1或6所述的致冷片散热组件，其特征在于：该致冷片散热组件的散热功率大于该发热元件的工作功率，当该发热元件于下限温度时，该致冷片组件的温度是高于水蒸气的露点，而不会有水气凝结。

9、如权利要求1所述的致冷片散热组件，其特征在于：该致冷片散热组件还包括有一邻近于该发热元件的散热风扇。

10、如权利要求1所述的致冷片散热组件，其特征在于：该电子装置为个人电脑。

11、如权利要求1所述的致冷片散热组件，其特征在于：该电子装置为笔记本电脑。

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