TWI544198B - Micro power generation temperature board - Google Patents

Description

微發電均溫板

本發明係涉及一種供電子元件建構之微發電均溫板，尤指一種與熱電材料及蓄電單元一體結合並可自生供電，且能將電能做更有效率運用之微發電均溫板。

按，一般各發光二極體多係建構在印刷電路板上並且與印刷電路板上的電路接點電性連接，但由於印刷電路板之導熱性較差，不利於發光二極體之廢熱排放，不但會因為所產生的高溫影響發光二極體模組之運作效能，更有可能因為發光二極體所產生的高溫而造成相關元件耗損。

再加上目前發光二極體朝著高功率的方向發展下，散熱問題成為了阻礙高功率發光二極體發展的一大因素。故目前為改善散熱問題，而採用散熱效益較佳的金屬、陶瓷及藍寶石基板來作為高功率發光二極體基板的使用，是目前針對高功率發光二極體迅速散熱的較佳方法之一。然而利用陶瓷及藍寶石基板來提升高功率發光二極體散熱效能的主要缺點，是成本較高且無法使用於大尺寸面積。

故如何解決高功率發光二極體的散熱問題，又可將高功率發光二極體所產生之廢熱得以回收使用，為目前業界亟欲解決之問題。

有鑑於此，本發明之主要目的係提供一種供電子元件建構之微發電均溫板，尤指一種與熱電材料及蓄電單元一體結合並可自生供電，且能將電能做更有效率運用之微發電均溫板。

為達上述目的，本發明之微發電均溫板至少包括有：一腔體、封存於該腔體中之工作流體以及熱電材料，藉以構成一新綠色能源元件－微發電均溫板。該微發電均溫板之腔體內佈滿結合有熱電材料之毛細結構以具有微發電功能，其具有上、下壁面，於下壁面則建構有電路接點供與相關電子元件電性連接，當電子元件之熱源自微發電均溫板上壁面傳入腔體時，使內部結合有熱電材料之毛細結構產生高低溫差效應，進而將熱能轉換成電能儲存，亦可回授提供給電子元件持續驅動，進而構成自生供電系統，達成能源循環再利用之效益。

10‧‧‧微發電均溫板

11‧‧‧腔體

12‧‧‧結合有熱電材料之毛細結構

121‧‧‧溝槽結構

13‧‧‧中空區段

14‧‧‧電路接點

15‧‧‧絕緣層

20‧‧‧工作流體

30‧‧‧熱電晶片

31‧‧‧P型半導體

32‧‧‧N型半導體

33‧‧‧熱端

35‧‧‧冷端

36‧‧‧導線

40‧‧‧電子元件

50‧‧‧蓄電單元

60‧‧‧散熱組件

第一圖係為本發明中微發電均溫板第一實施例之結構示意圖。

第二圖係為本發明中微發電均溫板第二實施例之結構示意圖。

第三圖係為本發明中微發電均溫板之使用狀態示意圖。

第四圖係為本發明中微發電均溫板第三實施例之結構示意圖。

第五圖係為本發明中熱電晶片之使用狀態示意圖。

為能使 貴審查委員清楚本發明之結構組成，以及整體運作方式，茲配合圖式說明如下：

本發明「微發電均溫板」，如第一圖為本發明微發電均溫板第一實施例之結構示意圖，該微發電均溫板至少包括有：一腔體11以及工作流體20；其中：

該微發電均溫板10內部係設有腔體11，並且於腔體11內佈滿結合有熱電材料之毛細結構12，整體微發電均溫板10主體係可以由一中空區段13區隔成上、下板塊兩個區域。該工作流體20係可以為水、氨、乙醇、甲醇、乙醚或介電液，並以低壓或真空狀態封存於該微發電均溫板之腔體11中。

再者，上揭微發電均溫板10之主體係可以為鋁、銅或不銹鋼等硬質金屬材質，並在其下壁面建構有電路接點14供與晶片、發光二極體等電子元件電性連接，以及在電路接點14與微發電均溫板10下壁面之間設有高導熱性絕緣層15加以隔絕；於實施時，該高導熱性絕緣層15可以由氮化鋁、氮化硼以及膠合材料所組成，而該電路接點14係可以利用銀膠或共晶法與電子元件構成電性連接。

至於，該微發電均溫板內部的毛細結構係可以由填充於腔體內部的纖維結構並混合熱電材料所產生，或是由填充於腔體內部的銅粉、鎳粉、鋁粉等燒結粉末混合熱電材料所產生，或是由填充於腔體內部的銅、不銹鋼等金屬網結構混合熱電材料所產生，或是如第二圖之第二實施例所示，由一體設於腔體11壁面的溝槽結構121混合熱電材料所產生，甚至於可以為上揭纖維結構、 燒結粉末，以及溝槽結構混合熱電材料之組合，上述熱電材料之混合方式可以為燒結或披覆等，而該熱電材料可為碲化鉍、碲化鉛或矽鍺合金等中之一種半導體材料。

整體使用時，係由微發電均溫板10下壁面供建構電子元件40，如第三圖所示，當電子元件40所產生的熱源自微發電均溫板10下壁面傳入腔體11時，工作流體20因受熱成為蒸氣而充滿整個腔體11，當蒸氣到達微發電均溫板10上壁面時，即透過上壁面將廢熱釋放至微發電均溫板10外界並且冷卻凝結成液體，凝結後的工作流體則再順著結合有熱電材料之毛細結構12向熱源處回流補充被蒸發的工作流體20，整體微發電均溫板即利用工作流體20於微發電均溫板10內部重複相變化循環，降低微發電均溫板10熱阻藉以提升整體微發電均溫板之等效熱傳導係數與均溫效能。

而藉由該電子元件40的熱源自微發電均溫板10下壁面傳入腔體11之同時，該毛細結構12內所具有之熱電材料，會產生溫差效應，其周圍會出現磁場，亦即發生熱電效應(Seebeck效應)，進而將熱能轉換成電能，此電能可經由導線36導通連接至一蓄電單元50(例如可以為鋰離子電池或鎳氫電池等蓄電池)進行充電，再將該蓄電單元50的電能再回授提供給電子元件40持續工作，充電期間無需額外予以外接電源提供電能，即能對該蓄電單元50進行充電，達成可自行供電效益。

本創作可進一步設有一熱電晶片30，如第四圖所示該熱電晶片30則一體設置於該微發電均溫板10之上壁面，例如可利用焊接、鎖固或黏合等方式形成一體，請同時參閱第五圖所示，該熱電晶片30由一組P型半導體31及一組N型半導體32間隔並列，且於上下面分別黏附一熱端33之絕緣基板及一冷端35之 絕緣基板組成，該熱端33之絕緣基板係與該微發電均溫板10接觸，該P型半導體31及N型半導體32黏附冷端35之絕緣基板為分開隔離的，且分隔開冷端35之絕緣基板一側分別導接一導線36，以供輸出正極或負極電性；再者，該熱電晶片中冷端35之絕緣基板進一步設有與其接觸之散熱組件60。

該熱電晶片30同樣可利用溫差效應，進而將熱能轉換成電能，此電能同樣可經由導線36導通連接至該蓄電單元50進行充電。

值得一提的是，本發明主要為利用微發電均溫板的散熱系統來解決電子元件的散熱問題，再藉由微發電均溫板輔以熱電材料或熱電晶片具有回收電子元件熱能的功能，將電子元件所轉換的熱能藉由具有熱電材料之毛細結構及熱電晶片的溫差發電轉換成可利用的電能再回饋至蓄電單元，以達到節能之功效，以及能源循環再利用之效益。

如上所述，本發明提供電子元件一較佳可行之微發電均溫板，爰依法提呈發明專利之申請；惟，以上之實施說明及圖式所示，係本發明較佳實施例之一者，並非以此侷限本發明，是以，舉凡與本發明之構造、裝置、特徵等近似、雷同者，均應屬本發明之創設目的及申請專利範圍之內。

10‧‧‧微發電均溫板

11‧‧‧腔體

12‧‧‧結合有熱電材料之毛細結構

13‧‧‧中空區段

14‧‧‧電路接點

15‧‧‧絕緣層

20‧‧‧工作流體

30‧‧‧熱電晶片

36‧‧‧導線

40‧‧‧電子元件

50‧‧‧蓄電單元

60‧‧‧散熱組件

Claims (9)

1. 一種微發電均溫板，係至少包括有：一腔體，設於該微發電均溫板內部，並且於腔體內佈滿結合有熱電材料之毛細結構，該微發電均溫板具有上、下壁面，於下壁面則建構有電路接點供與相關電子元件電性連接；工作流體，以低壓或真空狀態封存於該微發電均溫板之腔體中；其中，該電路接點與該微發電均溫板下壁面之間設有高導熱性絕緣層加以隔絕。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微發電均溫板，其中，進一步設有一熱電晶片，該熱電晶片係一體設置於該微發電均溫板之上壁面，該熱電晶片由一組P型半導體及一組N型半導體間隔並列，且於上下面分別黏附一熱端之絕緣基板及一冷端之絕緣基板組成，該熱端之絕緣基板係與該微發電均溫板接觸，該P型半導體及N型半導體黏附冷端之絕緣基板為分開隔離的，且分隔開冷端之絕緣基板一側分別導接一導線，以供輸出正極或負極電性。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之微發電均溫板，其中，該微發電均溫板係藉由導線將轉換後之電能輸出至一蓄電單元。
4. 如申請專利範圍第3項所述之微發電均溫板，其中，該蓄電單元亦可進一步與該電子元件形成電性連接，以提供該電子元件之電源來源。
5. 如申請專利範圍第2項所述之微發電均溫板，其中，該熱電晶片中冷端之絕緣基板進一步設有與其接觸之散熱組件。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之微發電均溫板，其中，該微發電均溫板之主體係由一中空區段區隔成上、下板塊兩個區域。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述之微發電均溫板，其中，該微發電均溫板內部的毛細結構係由填充於腔體內部的纖維結構混合熱電材料所產生，或者係由填充於腔體內部的燒結粉末混合熱電材料所產生；亦或者係由填充於腔體內部的金屬網結構混合熱電材料所產生。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述之微發電均溫板，其中，該微發電均溫板內部的毛細結構係由一體設於腔體內壁的溝槽結構混合熱電材料所產生，或者由填充於腔體內部的纖維結構混合熱電材料所產生；亦或者由填充於腔體內部的燒結粉末混合熱電材料所產生。
9. 如申請專利範圍第8項所述之微發電均溫板，其中，該熱電材料之混合方式可以為燒結或披覆。