CN201654576U - 电子装置的控温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示一种电子装置的控温系统，用以控制电子装置的当前温度，此控温系统以热电产生器进行制冷、加热或是发电。通过感温元件提取电子装置的当前温度，控制单元于电子装置的当前温度过高或是过低时，控制切换单元切换使热电产生器电连接供应单元取得工作电力，从而使热电产生器制冷或是加热。当前温度于适当范围时，则以切换单元切换使热电产生器电连接储能单元，从而将热电产生器以电子装置的废热发电的回充电力回充至电力管理系统，降低控温系统的总耗能。

Description

电子装置的控温系统 

【技术领域】

本发明与电子装置的温度控制有关，特别是关于一种可制冷、加热或以废热回充电力电子装置控温系统。 

【背景技术】

电子装置有其最佳的工作温度范围，在一般环境操作的下，电子装置的温度都必须被监控，在温度过高时进行以冷却系统进行强制冷却或让电子装置暂停作业，以避免高温影响电子装置的正常运作，甚至造成电子装置损坏。 

传统的电子装置的冷却系统，主要以风扇带动气流流动，由系统外部吸入冷空气，再由将吸热后的热空气排出系统的外。随着电子装置的热功率随其效能提升，风扇的效能也必须随的提升，以加强带动空气的效果。而系统的紧致化，造成系统中的高流阻，也使得风扇必须能提供够高的风压，始能达成足够的气体流动量。伴随风扇的效能、风压的提升，风扇造成的震动及噪音也随的提升。高效能风扇也造成了高电功率消耗，必须由功率更高的电供应器及容量更高的电池进行驱动。 

针对气冷式冷却系统的缺失，现有的技术通过液冷系统辅助，液冷系统包含热管系统及水泵浦循环冷却系统。热管系统及水泵浦循环冷却系统主要都是提供导热的路径，在冷却气流不易流通机壳中直接与电子装置热交换，被加热后的工作流体再随管路流动至另一对外热交换器，以备外界空气冷却。然而，热管系统的流体为被动流动，其热交换量仍有上限，而水泵浦循环冷却系统必须额外加装水槽及泵浦，成本较高且容易发生工作流体外泄而破坏电子装置的问题。 

在特殊工作环境中的电子装置，例如寒带地区、冷冻库中工作的电子装置而言，除了过热的问题外，也会有低温作动不正常的问题发生。以具被可动零件的硬盘为例，高转速硬盘的轴承大多包含润滑液，润滑液皆有冻结点。温度低于冻结点时，润滑液将冻结而失去作用，此时硬盘转动将造成轴承失效，导致盘片损毁问题。因此，特殊工作环境操作的军用/工业用电子装置还包含加热系统，以在低温时对电子装置加热。加热系统额外占用电子系统的内部空间，且以电阻加热为主的加热系统往往能量效率也不佳，造成过多的电力损耗。 

然而，传统控温系统存在了耗能、效率不佳且占用过多内部空间的问题。 

【发明内容】

鉴于上述问题，本发明目的在于提供一种电子装置的控温系统，其占用空间小，运转低噪音且无震动。此外，此控温系统同时具备加热、冷却且可回充电力，有效提升控温效能。 

为了达成上述目的，本发明提出一种电子装置的控温系统用以控制电子装置的当前温度。本发明的控温系统包含一供应单元、一储能单元、一感温元件、一热电产生器及一切换单元。供应单元用以提供一工作电力，而储能单元用以接收一回充电力而加以储存。感温元件用以取得电子装置的当前温度。控制单元接收当前温度，并比对当前温度及过热警示温度，以控制第一切换装置及第二切换装置。热电产生器通过切换单元而可选择地连接于供应单元或储能单元。当电子装置当前温度超过过热警示温度或低于低温警示温度时，控制单元控制切换单元，以连接热电产生器及供应单元，提供工作电力使热电产生器对电子装置制冷或是冷却。当电子装置的温度低于过热警示温度且高于低温警示温度时，控制单元控制切换单元，使热电产生器连接储能单元，热电产生器接受电子装置加热所产生的回充电力传送至电力管理系统以进行充电。 

相较于现有技术，本发明的功效在于，热电产生器可同时制冷或加热，简化温度控制系统的组成，同时，热电产生器运作时不产生噪音及震动，改善传统风扇的缺点。热电产生器的热转换效率高，用于制冷及加热皆具备高转换效率。同时热电产生器又可在控温系统闲置时以回收废热发电，提升系统能量利用效率，达成节能效果。 

【附图说明】

图1为本发明第一实施例的系统方块图。 

图2、3及4为第一实施例中，热电产生器制冷、加热及发电的示意图。 

图5为本发明第一实施例中，热电产生器连接供应单元或储能单元的切换时机示意图。 

图6为本发明第二实施例的系统方块图。 

图7为本发明第三实施例的系统方块图。 

图8为本发明第三实施例中，第一切换装置及第二切换装置的切换时机示意图。 

【具体实施方式】

参阅图1所示，其为本发明第一实施例所揭露的一种电子装置的控温系统，包含一电力管理装置110、一感温元件120、一控制单元130、一热电产生器140及一切换单元200。控温系统用以控制一电子装置300的温度，避免电子装置300因为温度过高而发生作动不正常甚至损毁的问题。前述的电子装置300可为硬盘、中央处理器或系统芯片组等计算机主机中主要的发热源。此外，控温系统可回收电子装置300产生的废热发电产生回充电力，减少控温系统的能源消耗。 

参阅图1所示，电力管理装置110包含一供应单元112及一储能单元114，其中供应单元112主要功能为整流及换流，用以取得一外部电源或自储能单元114取得的电力输入后，加以转换为适当的电压，以提供一工作电力。储能单元 114主要包含电池及充电电路，用以接收一回充电力而加以储存。 

参阅图1所示，感温元件120设置于电子装置300上，用以取得电子装置300的当前温度。针对电子装置300的设计规格，每一电子装置300都有一过热警示温度。电子装置300的当前温度超过此一过热警示温度的后必须降温，否则电子装置300将会过热失效，甚至因为高温烧毁。因此，依据电子装置300的设计规格，控制单元130会先被设定一过热警示温度。感温元件120电连接于控制单元130，用以传送一感温信号，使控制单元130通过感温元件120取得电子装置300的当前温度，并比对当前温度及过热警示温度，从而判断电子装置300的当前温度是否超过过热警示温度，从而决定是否启动降温功能。 

参阅图2及图3所示，热电产生器140(Thermoelectric Generator)由两种金属材料或半导体材料互相串接构成，二材料其中的一具备相对较高的热电效率。图2及图3中，热电效率相对较高的材料为热电材料A(ThermoelectricMaterial)，例如碲化铋、碲化铅或硅锗合金，另一材料为普通材料B。当电流由热电材料A流向普通材料B时，其等接点变会产生吸热效应，如图2所示。反的，当电流由普通材料B流向热电材料A时，其等接点变会产生放热效应，如图3所示。将热电材料A及普通材料B连续交错串接的后，便会形成多个放热及吸热反应互为相反的接点。将热电反应相同的点汇集于一侧的后，便可使热电产生器140具备一工作侧142及一对外侧144，其中工作侧142用以跟电子装置300进行热交换，而对外侧144用以跟外界进行热交换，热电产生器140只需要占用极小空间，且同时具备制冷及加热效果，有效改善空间利用。此外，热电产生器140不具备可动件，避免了噪音及震动问题。 

参阅图1、图2及图3所示，热电产生器140可选择地连接于供应单元112或储能单元114。当热电产生器140电连接于电力管理装置110的供应单元112，热电产生器140取得工作电力。当工作电力为正向偏压时(电流方向为图2中的顺时针方向)，工作侧142将成为吸热端，而对外侧144成为放热端，使得对外侧142及工作侧144之间具备一温度差，且此一温度差可随偏压大小改变。当工作电力为反向偏压时(电流方向为图3中的逆时针方向)，工作侧142将成为放热端，而对外侧144成为吸热端，使得对外侧142及工作侧144之间具备一负温度差。 

参阅图1及图4所示，当热电产生器140未被施以工作电力的偏压，且工作侧144被加热时，工作侧142及对外侧142之间的温度差，可被热电产生器140转换为一电动势，而产生一回充电力，以供储能单元114加以储存电能，以提供给供应单元112进行转换使用。 

参阅图1所示，切换单元200连接于热电产生器140，且可选择地切换使热电产生器140电连接电力管理装置110的供应单元112或储能单元114。切换单元200被控制单元130所控制，通过控制单元130的控制，切换单元切换供应 单元112及热电产生器140之间为通路，使热电产生器140由供应单元112取得为正向偏压的工作电力。工作侧142吸热而对外侧144放热，吸收电子装置300产生的热量而对电子装置300制冷以降低电子装置300的当前温度。 

此外，切换单元200可被切换使热电产生器140电连接电力管理装置110的储能单元114及热电产生器140之间，以切换储能单元114及热电产生器140之间为通路或是断路。当热电产生器140的工作侧142受到加热，且热电产生器140未接受工作电力时，热电产生器140输出回充电力。通过控制单元130的控制，切换单元200切换储能单元114及热电产生器140之间为通路，而传输回充电力至储能单元114，从而通过回收废热的方式发电，提升电力管理装置110的节能效率。 

参阅图1及图5所示，当电子装置300的当前温度超过过热警示温度时，控制单元130控制切换单元200，以使切换单元200连接热电产生器140供应单元112。热电产生器140自供应单元112取得正向偏压的工作电力，使工作侧142吸热而对电子装置300进行降温。 

再参阅图1及图5所示，当电子装置300的当前温度低于过热警示温度时，控制单元130控制切换单元200，使切换单元200连接热电产生器140及储能单元114。此时，若电子装置300的当前温度与外界温度仍有足够大的温度差时，热电产生器140将可产生回充电力，并通过切换单元的连接而传输回充电力至储能单元114。 

热电产生器140可有效地转换电力制冷，以降低电子装置300的当前温度，维持当前温度于过热警示温度值的下。当电子装置300于闲置或是低功率运转时，其当前温度可自行地维持于过热警示温度，不需热电产生器140进行制冷。而电子装置300此时产生的废热可以反过来对热电产生器140进行加热，使热电产生器140产生一回充电力，通过储能单元114回收后再利用，可以降低控温系统的能量消耗，提升节能效率。 

请参阅图6所示，其为本发明第二实施例所揭露的一种电子装置的控温系统，包含一电力管理装置110、一感温元件120、一控制单元130、一热电产生器140及一切换单元200。控温系统用以控制一电子装置300的温度，于电子装置300的当前温度过高时对电子装置300进行降温，或是于电子装置300的温度过低时对电子装置300加热，因为温度过高或过低而发生作动不正常甚至损毁的问题。此外，控温系统可回收电子装置300产生的废热发电产生回充电力，减少控温系统的能源消耗。 

参阅图6所示，第二实施例的控温系统大致与第一实施例相同，其差异在于切换单元200包含一第一切换装置210及一第二切换装置220。第一切换装置210由控制单元130所控制，设置于热电产生器140及供应单元112之间。第二切换装置220由控制单元130所控制，设置于热电产生器140及储能单元114 之间。当控制单元130通过感温元件120侦测当前温度超过过热警示温度时，控制单元130控制第一切换装置210切换为通路，并切换第二切换装置220为断路以连接热电产生器140及供应单元112，从而使热电产生器140自供应单元112取得工作电力，以对电子装置300制冷。当控制单元130通过感温元件120侦测当前温度低于过热警示温度时，第二切换装置220切换为通路以连接热电产生器140及储能单元114，以使热电产生器140受热产生的回充电力传输至储能单元114进行储存。 

于特殊环境，例如寒带地区、冷冻库使用的工业/军用电子装置而言，除了有过热烧毁的问题的外，也会有过冷而无法正常作动的问题。以硬盘为例，现有的硬盘大量采用液态轴承，此一液态轴承中的润滑液在低温环境下会发生冻结的问题，使得轴承失去降低摩擦力的作用甚至发生轴承卡死的现象。针对低温环境使用的电子装置，也必须有低温保护的机制。 

参阅图7所示，其为本发明第三实施例所揭露的一种电子装置的控温系统，包含一电力管理装置110、一感温元件120、一控制单元130、一热电产生器140及切换单元200。控温系统用以控制一电子装置300的温度，于电子装置300的当前温度过高时对电子装置300进行降温，或是于电子装置300的温度过低时对电子装置300加热，因为温度过高或过低而发生作动不正常甚至损毁的问题。此外，控温系统可回收电子装置300产生的废热发电产生回充电力，减少控温系统的能源消耗。 

参阅图7所示，第三实施例的控温系统大致与第一实施例相同，其差异在于切换单元200包含一第一切换装置210及一第二切换装置220，且第一切换装置210还包含一断路开关212、一正向偏压产生电路214及一反向偏压产生电路216。断路开关212串连于热电产生器140及供应单元112之间，而正向偏压产生电路214及反向偏压产生电路216并联设置于供应单元112及热电产生器140之间。断路开关212系被控制单元130所控制，而切换为断路或是通路。 

参阅图2及图3所示，如第一实施例所述，当施予电热产生器140的工作电力为正向偏压时(电流方向为图2中的顺时针方向)，工作侧142将成为吸热端，而对外侧144成为放热端。当工作电力为反向偏压时(电流方向为图3中的逆时针方向)，工作侧142将成为放热端，而对外侧144成为吸热端。 

再参阅图7所示，正向偏压产生电路214连接于供应单元112，且被控制单元130所控制。通过控制单元130的启动，正向偏压产生电路214转换工作电力为正向偏压，且此一正向偏压的工作电力可通过断路开关212传输至热电产生器140。工作侧142吸热而对外侧144放热，吸收电子装置300产生的热量而对电子装置300制冷以降低电子装置300的当前温度。 

反向偏压产生电路216连接于供应单元112，且被控制单元130所控制。通过控制单元130的启动，反向偏压产生电路216转换工作电力为反向偏压，且 此一反向偏压的工作电力可通过断路开关212传输至热电产生器140。工作侧142放热而对外侧144吸热，加热电子装置300而提升电子装置300的当前温度。 

针对电子装置300的设计规格，每一电子装置300都有一过热警示温度及一低温警示温度。电子装置300的当前温度超过此过热警示温度或低于低温警示温度都会出现作动不正常甚至损毁的状况。因此，依据电子装置300的设计规格，控制单元130会先被设定一过热警示温度及一低温警示温度。 

参阅图7及图8所示，当电子装置300的当前温度大于过热警示温度时，控制单元130控制切换开关212为通路而第二切换装置220为断路，从而连接热电产生器140及供应单元112。同时，正向偏压产生电路214被控制单元130启动而进行作动，转换工作电力为正向偏压。热电产生器140通过切换开关212取得正向偏压产生电路214转换的正向偏压，使工作侧142吸热而对电子装置300进行降温。 

再参阅图7及图8所示，当电子装置300的当前温度低于过热警示温度而大于低温警示温度时，控制单元130控制切换开关212为断路而第二切换装置220为通路，从而连接热电产生器140及储能单元114。此时，若电子装置300的当前温度与外界温度仍有足够大的温度差时，热电产生器140将可产生回充电力，并通过第二切换装置220的连接而传输回充电力至储能单元114。若电子装置300的当前温度低于闲置温度且高于低温警示温度时，当前温度与外界温度的温度差时过小而无法致使热电产生器140产生回充电力，此时系统将进入闲置，因此亦可切换第二切换装置220为断路。其中前述的闲置温度介于过热警示温度及低温警示温度之间。 

参阅图7及图8所示，当电子装置300的当前温度低于低温警示温度时，控制单元130控制切换开关212为通路而第二切换装置220为断路，从而连接热电产生器140及供应单元112。同时，反向偏压产生电路214被控制单元130启动而进行作动，转换工作电力为反向偏压。热电产生器140通过切换开关212取得反向偏压产生电路214转换的反向偏压，使工作侧142放热而对电子装置300进行加热。 

热电产生器140除了降低电子装置300的当前温度，维持当前温度于过热警示温度值的下，还可以在当前温度低于低温警示温度时，对电子装置300进行加热。通过热电产生器140即可达成制冷及加热的功效，简化系统构造，同时热电产生器140也可以通过废热产生回充电力，而提升控温系统的节能效率。 

相较于现有技术，本发明的功效在于，热电产生器可同时制冷或加热，简化温度控制系统的组成，同时，热电产生器运作时不产生噪音及震动，改善传统风扇的缺点。热电产生器的热转换效率高，用于制冷及加热皆具备高转换效率。同时热电产生器又可在控温系统闲置时以回收废热发电，提升系统能量利用效率，达成节能效果。 

Claims (9)

1.一种电子装置的控温系统，用以控制该电子装置的一当前温度，其特征在于，该控温系统包含：

一供应单元，其提供一工作电力；

一储能单元，其接收一回充电力而加以储存；

一感温元件，其取得该电子装置的当前温度；

一热电产生器，选择地连接于该供应单元及该储能单元，且该热电产生器接受该工作电力而对该电子装置制冷，或被该电子装置加热产生该回充电力；

一切换单元，连接于该热电产生器，且选择地切换使该热电产生器连接该供应单元或该储能单元，其中当该当前温度超过一过热警示温度时，该切换单元连接该热电产生器及该供应单元，且当该当前温度低于该过热警示温度时，该切换单元连接该热电产生器及该储能单元；

一控制单元，接收该当前温度，并比对该当前温度及该过热警示温度，以控制该切换单元。

2.根据权利要求1所述的电子装置的控温系统，其特征在于，其中该热电产生器具有：

一工作侧，与该电子装置进行热交换；

一对外侧，对外进行热交换。

3.根据权利要求1所述的电子装置的控温系统，其特征在于，其中该切换单元包含：

一第一切换装置，由该控制单元所控制，设置于该热电产生器及该供应单元之间，当该当前温度超过该过热警示温度时，该第一切换装置切换为通路以连接该热电产生器及该供应单元；及

一第二切换装置，由该控制单元所控制，设置于该热电产生器及该储能单元之间，当该当前温度低于该过热警示温度时，该第二切换装置切换为通路以连接该热电产生器及该储能单元。

4.一种电子装置的控温系统，用以控制该电子装置的一当前温度，其特征在于，该控温系统包含：

一供应单元，其提供一工作电力；

一储能单元，其接收一回充电力而加以储存；

一感温元件，其取得该电子装置的当前温度；

一热电产生器，选择地连接于该供应单元及该储能单元，且该热电产生器接受该工作电力而对该电子装置制冷、对该电子装置加热或被该电子装置加热产生该回充电力；

一切换单元，连接于该热电产生器，且选择地切换使该热电产生器连接该 供应单元或该储能单元，其中当该当前温度超过一过热警示温度或低于一低温警示温度时，该切换单元连接该热电产生器及该供应单元；其中当该当前温度低于该过热警示温度且大于该低温警示温度时，该切换单元连接该热电产生器及该储能单元；

一控制单元，接收该当前温度，以控制该切换单元。

5.根据权利要求4所述的电子装置的控温系统，其特征在于，其中该切换单元包含：

一第一切换装置，由该控制单元所控制，设置于该热电产生器及该供应单元之间，当该当前温度超过该过热警示温度或低于该低温警示温度时，该第一切换装置切换为通路以连接该热电产生器及该供应单元；及

一第二切换装置，由该控制单元所控制，设置于该热电产生器及该储能单元之间，当该当前温度低于该过热警示温度且大于该低温警示温度时，该第二切换装置切换为通路以连接该热电产生器及该储能单元。

6.根据权利要求5所述的电子装置的控温系统，其特征在于，其中该第一切换装置包含：

一断路开关，串连于该热电产生器及该供应单元之间，且被该控制单元所控制而切换为通路或断路；

一正向偏压产生电路及一反向偏压产生电路，并联设置于该热电产生器及该供应单元之间，其中该正向偏压产生电路转换该工作电力为正向偏压使该热电产生器冷却该电子装置，且该反向偏压产生电路转换该工作电力为反向偏压使该热电产生器加热该电子装置。

7.根据权利要求6所述的电子装置的控温系统，其特征在于，其中该切换开关于该当前温度大于该过热警示温度或小于该低温警示温度时为通路，且该第二切换装置该当前温度大于该过热警示温度或小于该低温警示温度时为断路。

8.根据权利要求7所述的电子装置的控温系统，其特征在于，其中该正向偏压产生电路于该当前温度大于该过热警示温度时作动，且该反向偏压产生电路于该当前温度小于该低温警示温度时作动。

9.根据权利要求4所述的电子装置的控温系统，其特征在于，其中该热电产生器具有：

一工作侧，与该电子装置进行热交换；

一对外侧，对外进行热交换。 

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