TW202135632A

TW202135632A - 儲熱/散熱結構、儲熱/散熱裝置與電子裝置

Info

Publication number: TW202135632A
Application number: TW109108427A
Authority: TW
Inventors: 吳豐宇
Original assignee: 奈創科技股份有限公司
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2021-09-16
Also published as: CN214800408U; CN113395873A

Abstract

本發明公開一種儲熱/散熱結構，包括至少一熱相變元件以及一導熱包覆層。熱相變元件沿一第一方向及/或一第二方向延伸，第一方向與第二方向彼此垂直。導熱包覆層設置於熱相變元件外圍，且導熱包覆層覆蓋熱相變元件的全部外表面。本發明還公開一種儲熱/散熱裝置及電子裝置。

Description

儲熱/散熱結構、儲熱/散熱裝置與電子裝置

本發明關於一種儲熱/散熱結構，特別關於一種包含熱相變材料的儲熱/散熱結構、儲熱/散熱裝置，以及應用該儲熱/散熱結構或該儲熱/散熱裝置的電子裝置。

熱相變材料（phase change material, PCM）在相變過程中可吸收或釋放大量的熱量，可實現能量的儲存、利用和溫度的控制。因此，被廣泛應用於節能儲能、空調、建築材料、航空航太以及熱管理等領域。熱相變材料按相變形式主要可以分為固固相變和固液相變。其中，固液相變材料是目前應用最廣泛的相變材料，但其在熱熔融後相為液態，具有流動性，需加以穩定才能使用。另外，熱相變材料本身的導熱效果差，可能只有靠近熱源的區域才能有效發揮儲熱的效果，無法充分利用相變材料的全部區域，因此，儲熱效果無法充分發揮。

有鑑於上述，本發明的目的為提供一種儲熱/散熱結構、儲熱/散熱裝置，與應用該儲熱/散熱結構或該儲熱/散熱裝置的電子裝置，除了可將熱源的熱能傳導至相變材料的全部區域，使儲熱效果充分發揮外，還可同時達到良好的均溫及散熱效果。

為達上述目的，依據本發明之一種儲熱/散熱結構，包括至少一熱相變元件以及一導熱包覆層。熱相變元件沿一第一方向及/或一第二方向延伸，第一方向與第二方向彼此垂直。導熱包覆層設置於熱相變元件外圍，且導熱包覆層覆蓋熱相變元件的全部外表面。

在一實施例中，多個熱相變元件分別沿第一方向或第二方向延伸且彼此實質上平行設置，且導熱包覆層覆蓋實質上彼此平行設置的多個熱相變元件的所有外表面。

在一實施例中，多個熱相變元件分別沿第一方向及第二方向延伸且彼此實質上平行疊置，且導熱包覆層覆蓋彼此實質上平行疊置的多個熱相變元件的所有外表面。

在一實施例中，熱相變元件沿第一方向及/或第二方向的延伸長度大於等於1公分且小於等於100公分。

在一實施例中，熱相變元件沿第一方向或第二方向延伸，且熱相變元件的直徑大於等於10奈米且小於等於1公分。

在一實施例中，熱相變元件沿第一方向及第二方向延伸，且熱相變元件的厚度大於等於10奈米且小於等於1公分。

在一實施例中，導熱包覆層的厚度大於等於10奈米且小於/等於100微米。

在一實施例中，熱相變元件的材料包括石蠟、十六醇、十六酸、脂肪酸、硫酸鈉水合鹽、氯化鈣水合鹽、多元醇、高分子化、或層狀鈣鈦礦。

在一實施例中，導熱包覆層的材料包括石墨烯、石墨、奈米碳管、碳纖維、氣相成長碳纖維、或碳黑。

為達上述目的，依據本發明之一種儲熱/散熱裝置，包括多個儲熱/散熱結構，該些儲熱/散熱結構彼此規則或不規則地交錯設置；其中，各儲熱/散熱結構包括至少一熱相變元件及一導熱包覆層，熱相變元件沿一方向延伸，導熱包覆層設置於熱相變元件外圍，且導熱包覆層覆蓋熱相變元件的全部外表面。

為達上述目的，依據本發明之一種電子裝置，包括一熱源以及前述的儲熱/散熱結構，儲熱/散熱結構與熱源連接。

為達上述目的，依據本發明之一種電子裝置，包括一熱源以及前述的儲熱/散熱裝置，儲熱/散熱裝置與熱源連接。

承上所述，在本發明的儲熱/散熱結構、儲熱/散熱裝置與電子裝置中，透過至少一熱相變元件沿第一方向及/或第二方向延伸，以及導熱包覆層設置於熱相變元件外圍，且導熱包覆層覆蓋熱相變元件的全部外表面的結構設計，除了可將熱源的熱能快速地傳導至熱相變元件（熱相變材料）的所有區域，使熱相變元件的儲熱效果充分發揮外，還可同時達到良好的均溫及散熱效果。此外，在熱相變元件吸收熱能的過程中如果熔化的話，還可透過導熱包覆層進行封阻，避免熔化的熱相變元件產生洩露，污染或破壞了結構或裝置本身。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之儲熱/散熱結構、儲熱/散熱裝置與電子裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

本發明之儲熱/散熱結構或儲熱/散熱裝置可運用於例如但不限於筆記型電腦、桌上型電腦、手機、平板電腦、監視器以及伺服器內相關的電腦設備或顯示裝置，或其他電子設備的散熱之用。前述的筆記型電腦、桌上型電腦、手機、平板電腦、監視器具有顯示面板，其可例如但不限為液晶顯示面板、有機發光二極體顯示面板、或量子點顯示面板。

本發明的儲熱/散熱結構或儲熱/散熱裝置可貼附或包覆電子裝置的熱源而與熱源連接，以將熱源所產生的熱量導引出並散逸至外界。其中，熱源可為電子裝置之驅動晶片、控制晶片、主機板、中央控制單元（CPU）、記憶體、顯示卡、電池、或顯示面板，或其他會產生熱量的元件或單元。

圖1A為本發明一實施例的一種儲熱/散熱結構的示意圖，而圖1B為圖1A之儲熱/散熱結構中，沿割面線A-A的剖視示意圖。請參照圖1A與圖1B所示，儲熱/散熱結構1包括至少一熱相變元件11以及一導熱包覆層12。

熱相變元件11可沿一第一方向D1及/或一第二方向D2延伸，其中，第一方向D1與第二方向D2彼此垂直。如圖1A所示，本實施例是以一個熱相變元件11沿第一方向D1延伸為例，以構成一維的線狀結構。當然，在不同的實施例中，熱相變元件11也可沿另一方向（第二方向D2）延伸；或者，沿第一方向D1及第二方向D2延伸，以構成二維的平面狀結構；又或者，多個熱相變元件11分別沿第一方向D1或第二方向D2延伸，並不限制。

熱相變元件11是一種高熱容（specific heat）元件，其可包括熱相變材料（phase change material, PCM），例如但不限於包括石蠟（paraffin wax）、十六醇、十六酸、脂肪酸、硫酸鈉水合鹽、氯化鈣水合鹽、多元醇、高分子化、或層狀鈣鈦礦。本實施例的熱相變元件11的材料是以石蠟為例。其中，石蠟具有無毒性、化學安定性佳、價格低廉等優點，但其導熱性較差，本實施例是利用導熱包覆層12來改進此缺點，以下將再說明。在一些實施例中，熱相變元件11沿第一方向D1（及/或第二方向D2）的延伸長度L可大於等於1公分且小於等於100公分（1cm≤ L ≤100cm）。然並不以此為限，在不同的實施例中，長度L也可小於1cm，或大於100cm，視要散熱的熱源對象而定。另外，在熱源溫度及熱相變材料的搭配選用方面，舉例來說，熱源溫度若為80℃，其選用的熱相變材料的熱相變溫度可為70～75℃；熱源溫度若為60℃，其選用的熱相變材料的熱相變溫度可為50～55℃；熱源溫度若為50℃，其選用的熱相變材料的熱相變溫度可為40～43℃。

導熱包覆層12設置於熱相變元件11外圍（圖1B），且導熱包覆層12覆蓋熱相變元件11的全部外表面。導熱包覆層12可包含碳材料，其可例如但不限於包括石墨烯（graphene）、石墨（人造石墨或天然石墨）、奈米碳管、碳纖維、氣相成長碳纖維、或碳黑。於此，可按照熱源的溫度或型式來決定導熱包覆層12的材料搭配。本實施例的導熱包覆層12的材料是例如以石墨烯為例。其中，石墨烯材料具有良好的xy平面導熱性，可快速地將熱量沿著導熱包覆層12表面的延伸方向傳遞，同時可將熱能散逸至外界。在一些實施例中，如圖1B所示，熱相變元件11的直徑d1可大於等於10奈米且小於等於1公分（10nm≤ d1 ≤1cm），而導熱包覆層12的厚度d2可大於等於10奈米且小於/等於100微米（10nm≤ d2 ≤100μm）。

在一些實施例中，儲熱/散熱結構1可直接或透過黏著層連接熱源。其中，黏著層可為熱連結的黏著材料所構成，並可包括黏著劑與混合劑的組合，黏著劑例如但不限於包括矽氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸酯聚合物、熱熔膠、或壓感類的粘著劑，而混合劑可為氧化鋁、氮化硼或氧化鋅，或其組合。在一些實施例中，黏著層例如但不限於為單面膠或雙面膠。

舉例來說，可透過黏著層將熱源黏著在儲熱/散熱結構1的一端（或外表面的任何位置），熱源所產生的熱量可以透過黏著層傳導至導熱包覆層12。由於導熱包覆層12包覆在熱相變元件11的全部外表面，因此，透過導熱包覆層12具有良好的xy平面導熱性，可將熱能快速地傳導至熱相變元件11的所有區域（所有外表面），透過熱相變元件11（本實施例為石蠟）的高熱容特性，可快速地吸收熱源所產生的熱能，使熱相變元件11的儲熱效果充分發揮。在此同時，熱相變元件11吸收熱能的過程中，如果溫度高於熱相變元件11的熔滴點溫度時，熱相變元件11會有熔化現象，則可通過導熱包覆層12進行封止，避免熔化的熱相變元件11產生洩露。此外，被導熱包覆層12及熱相變元件11所帶走的熱能也可快速地散逸至外界，藉此達到良好的均溫及散熱效果。

圖2為本發明另一實施例的一種儲熱/散熱結構的剖視示意圖，圖3A為本發明又一實施例的一種儲熱/散熱結構的俯視示意圖，圖3B為圖3A之儲熱/散熱結構中，沿割面線B-B的剖視示意圖，而圖4為本發明又一實施例的一種儲熱/散熱結構的立體剖視示意圖。

如圖2所示，本實施例的儲熱/散熱結構1a與前述實施例的儲熱/散熱結構1其元件組成及各元件的連接關係大致相同。不同之處在於，在本實施例的儲熱/散熱結構1a中，包括有多個熱相變元件11（圖2顯示有12個，然並不以為限），且該些熱相變元件11分別沿第一方向D1延伸且彼此實質上平行設置（因製程的變異可能有所誤差），而導熱包覆層12是覆蓋在實質上彼此平行設置的多個熱相變元件11的所有外表面。換句話說，就是導熱包覆層12的內部包覆有多個線狀的熱相變元件11。

另外，如圖3A與圖3B所示，本實施例的儲熱/散熱結構1b與前述實施例的儲熱/散熱結構1其元件組成及各元件的連接關係大致相同。不同之處在於，本實施例之儲熱/散熱結構1b的熱相變元件11是沿第一方向D1及第二方向D2延伸，以構成二維的平面狀結構。在一些實施例中，熱相變元件11沿第一方向D1（及/或第二方向D2）的延伸長度（或寬度）可大於等於1公分且小於等於100公分。在一些實施例中，如圖3B所示，熱相變元件11的厚度d3可大於等於10奈米且小於等於1公分（10nm≤ d3 ≤1cm），而導熱包覆層12的厚度可大於等於10奈米且小於/等於100微米。此外，在一些實施例中，熱源可與平面狀結構的儲熱/散熱結構1b的任何一面或任何位置連接。

另外，如圖4所示，本實施例的儲熱/散熱結構1c與前述實施例的儲熱/散熱結構1b其元件組成及各元件的連接關係大致相同。不同之處在於，本實施例的儲熱/散熱結構1c是由多個儲熱/散熱結構1b疊置而成（圖4顯示有4個，然並不以此為限），以成為一立體狀結構。換句話說，本實施例的多個熱相變元件11分別沿第一方向D1及第二方向D2延伸且彼此實質上平行疊置，而導熱包覆層12覆蓋彼此實質上平行疊置的多個熱相變元件11的所有外表面。於此，兩個相鄰的熱相變元件11之間夾有導熱包覆層12的材料，在不同的實施例中，也可多個熱相變元件11彼此先重疊設置之後，再使導熱包覆層12包覆該些重疊設置的熱相變元件11的所有外表面（即兩個相鄰的熱相變元件11之間沒有導熱包覆層12），本發明不限制。

此外，儲熱/散熱結構1a、1b、1c的其他技術內容可參照儲熱/散熱結構1的相同元件，在此不再贅述。

圖5A與圖5B分別為本發明不同實施例之儲熱/散熱裝置的局部放大示意圖。本發明更提出一種儲熱/散熱裝置，其包括有多個儲熱/散熱結構，這些儲熱/散熱結構彼此規則或不規則地交錯設置。其中，各儲熱/散熱結構包括至少一熱相變元件及一導熱包覆層，熱相變元件沿一方向延伸，導熱包覆層設置於熱相變元件外圍，且導熱包覆層覆蓋熱相變元件的全部外表面。這裏所指的儲熱/散熱結構可為前述的儲熱/散熱結構1或1a、或其變化態樣。

如圖5A所示，本實施例的儲熱/散熱裝置2a是以多個儲熱/散熱結構1彼此規則地交錯設置為例。換言之，本實施例的儲熱/散熱裝置2a是以梭織方式形成的（例如由兩組相互垂直的紗線，以90度角作經緯交織而成的織物）。

另外，如圖5B所示，本實施例的儲熱/散熱裝置2b是以多個儲熱/散熱結構1彼此不規則地交錯設置為例。換言之，本實施例的儲熱/散熱裝置2b是以不織布的方式形成（彼此不規則的疊置）。

本發明更提出一種電子裝置，其包括一熱源以及與熱源連接的儲熱/散熱結構。於此，該儲熱/散熱結構可為上述儲熱/散熱結構1、1a、1b、1c中的任一個、或其變化態樣、或其組合，具體技術內容可參照上述，在此不再贅述。

此外，本發明又提出一種電子裝置，其包括一熱源以及與熱源連接的儲熱/散熱裝置。於此，該儲熱/散熱裝置可為上述儲熱/散熱裝置2、2a中的任一個、或其變化態樣、或其組合，具體技術內容可參照上述，在此也不再贅述。

綜上所述，在本發明的儲熱/散熱結構、儲熱/散熱裝置與電子裝置中，透過至少一熱相變元件沿第一方向及/或第二方向延伸，以及導熱包覆層設置於熱相變元件外圍，且導熱包覆層覆蓋熱相變元件的全部外表面的結構設計，除了可將熱源的熱能快速地傳導至熱相變元件（熱相變材料）的所有區域，使熱相變元件的儲熱效果充分發揮外，還可同時達到良好的均溫及散熱效果。此外，在熱相變元件吸收熱能的過程中如果熔化的話，還可透過導熱包覆層進行封阻，避免熔化的熱相變元件產生洩露，污染或破壞了結構或裝置本身。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1,1a,1b,1c:儲熱/散熱結構 11:熱相變元件 12:導熱包覆層 2a,2b:儲熱/散熱裝置 A-A,B-B:割面線 D1:第一方向 D2:第二方向 d1:直徑 d2,d3:厚度 L:長度

圖1A為本發明一實施例的一種儲熱/散熱結構的示意圖。圖1B為圖1A之儲熱/散熱結構中，沿割面線A-A的剖視示意圖。圖2為本發明另一實施例的一種儲熱/散熱結構的剖視示意圖。圖3A為本發明又一實施例的一種儲熱/散熱結構的俯視示意圖。圖3B為圖3A之儲熱/散熱結構中，沿割面線B-B的剖視示意圖。圖4為本發明又一實施例的一種儲熱/散熱結構的立體剖視示意圖。圖5A與圖5B分別為本發明不同實施例之儲熱/散熱裝置的局部放大示意圖。

1:儲熱/散熱結構

11:熱相變元件

12:導熱包覆層

d1:直徑

d2:厚度

Claims

一種儲熱/散熱結構，包括：至少一熱相變元件，其沿一第一方向及/或一第二方向延伸，其中該第一方向與該第二方向彼此垂直；以及一導熱包覆層，設置於該熱相變元件外圍，且該導熱包覆層覆蓋該熱相變元件的全部外表面。
如請求項1所述的儲熱/散熱結構，其中多個該熱相變元件分別沿該第一方向或該第二方向延伸且彼此實質上平行設置，且該導熱包覆層覆蓋實質上彼此平行設置的多個該熱相變元件的所有外表面。
如請求項1所述的儲熱/散熱結構，其中多個該熱相變元件分別沿該第一方向及該第二方向延伸且彼此實質上平行疊置，且該導熱包覆層覆蓋彼此實質上平行疊置的多個該熱相變元件的所有外表面。
如請求項1所述的儲熱/散熱結構，其中該熱相變元件沿該第一方向及/或該第二方向的延伸長度大於等於1公分且小於等於100公分。
如請求項1所述的儲熱/散熱結構，其中該熱相變元件沿該第一方向或該第二方向延伸，且該熱相變元件的直徑大於等於10奈米且小於等於1公分。
如請求項1所述的儲熱/散熱結構，其中該熱相變元件沿該第一方向及該第二方向延伸，且該熱相變元件的厚度大於等於10奈米且小於等於1公分。
如請求項1所述的儲熱/散熱結構，其中該導熱包覆層的厚度大於等於10奈米且小於/等於100微米。
如請求項1所述的儲熱/散熱結構，其中該熱相變元件的材料包括石蠟、十六醇、十六酸、脂肪酸、硫酸鈉水合鹽、氯化鈣水合鹽、多元醇、高分子化、或層狀鈣鈦礦。
如請求項1所述的儲熱/散熱結構，其中該導熱包覆層的材料包括石墨烯、石墨、奈米碳管、碳纖維、氣相成長碳纖維、或碳黑。
一種儲熱/散熱裝置，包括：多個儲熱/散熱結構，彼此規則或不規則地交錯設置；其中，各該儲熱/散熱結構包括至少一熱相變元件及一導熱包覆層，該熱相變元件沿一方向延伸，該導熱包覆層設置於該熱相變元件外圍，且該導熱包覆層覆蓋該熱相變元件的全部外表面。
如請求項10所述的儲熱/散熱裝置，其中多個該熱相變元件分別沿該方向延伸且彼此實質上平行設置，且該導熱包覆層覆蓋實質上彼此平行設置的多個該熱相變元件的所有外表面。
如請求項10所述的儲熱/散熱裝置，其中該熱相變元件的材料包括石蠟、十六醇、十六酸、脂肪酸、硫酸鈉水合鹽、氯化鈣水合鹽、多元醇、高分子化、或層狀鈣鈦礦。
如請求項10所述的儲熱/散熱裝置，其中該導熱包覆層的材料包括石墨烯、石墨、奈米碳管、碳纖維、氣相成長碳纖維、或碳黑。
一種電子裝置，包括：一熱源；以及一如請求項1至9中任一項所述的儲熱/散熱結構，其與該熱源連接。
一種電子裝置，包括：一熱源；以及一如請求項10至13中任一項所述的儲熱/散熱裝置，其與該熱源連接。