TWI724438B - 具有散熱模組之電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有散熱模組之電子裝置，包括：機殼，上述機殼圍成內部空間，上述內部空間具有冷卻區、放熱區以及元件區；導流裝置，用以導引冷卻流體進入上述內部空間；散熱模組，包括致冷器，具有冷側與熱側，將上述冷側之熱能交換至第一熱側，上述冷側與冷卻區耦合，上述熱側與上述放熱區耦合；以及電子元件，設置於上述元件區，上述冷卻流體流經上述冷卻區，經上述冷側降溫後，流至上述元件區對上述電子元件降溫。

Description

具有散熱模組之電子裝置

本發明係有關於一種電子裝置，尤指一種使用熱電致冷裝置作為散熱模塊的電子裝置。

傳統電子裝置例如伺服器或路由器，具有運算單元。由於運算執行速度不斷提升，致使運算單元所產生的溫度也隨之提高，若不能有效散去運算單元運算執行所產生的高溫，將容易導致運算單元發生當機或燒壞現象，所以運算單元的散熱問題，需予以重視與解決。傳統透過散熱風扇導入外界空氣對運算單元降溫，然而，無法有效降低特定區域之運算單元的溫度。

有鑑於此，在本發明中，使用熱電致冷裝置散熱，並且根據系統整體狀況控制風扇的運作，有效提高散熱的效率以及節省電力消耗。

本發明一實施例揭露一種電子裝置，包括：一機殼，上述機殼圍成一內部空間，上述內部空間具有一冷卻區、一放熱區以及一元件區；一第一導流裝置，用以導引一冷卻流體進入上述內部空間；一散熱模組，包括一第一致冷器，具有一第一冷側與一第一熱側，將上述第一冷側之熱能交換至上述第一熱側，其中上述第一冷側與上述冷卻區耦合，上述第一熱側與上述放熱區耦合；以及一電子元件，設置於上述元件區，其中上述冷卻流體流經上述冷卻區，經上述第一冷側降溫後，流至上述元件區對上述電子元件降溫。

根據本發明一實施例，上述散熱模組更包括：一第一散熱鰭片，與上述第一冷側接觸；以及一第二散熱鰭片，與上述第一熱側接觸。

根據本發明一實施例，電子裝置更包括一第二導流裝置，用以對上述第二散熱鰭片降溫。

根據本發明一實施例，上述散熱模組更包括一第二致冷器，上述第二致冷器具有接觸上述第一散熱鰭片之一第二冷側與接觸上述第二散熱鰭片之一第二熱側。

根據本發明一實施例，上述第一致冷器與上述第二致冷器交替致能。

根據本發明一實施例，上述冷卻區以及上述放熱區之間具有一擋板。

根據本發明一實施例，上述內部空間具有一熱源區，上述冷卻流體流經上述熱源區導致溫度上升，再流經上述冷卻區經上述冷側降溫後，對上述電子元件降溫。

根據本發明一實施例，電子裝置更包括：一第一溫度偵測器，設置於上述熱源區，用以偵測上述熱源區之溫度以得到一第一偵測溫度；一第二溫度偵測器，設置於上述元件區，用以偵測上述電子元件之溫度以得到一第二偵測溫度；以及一控制電路，在一第一階段僅根據上述第一偵測溫度驅動上述第一導流裝置，並在上述第一階段之後之一第二階段根據上述第一偵測溫度與上述第二偵測溫度驅動上述第一導流裝置。

根據本發明一實施例，上述第二階段係於上述第二偵測溫度達到一預設臨界溫度時開始。

100:電子裝置

11、15:導流裝置

13:散熱模組

20:機殼

21:冷卻流體

22:進氣區

23:散熱流體

24A、24B、24C:電子元件

26:元件區

27A:放熱區

27B:冷卻區

28:排熱區

29:熱源區

32:直流電源

34A，34B:陶瓷基板

36、38:半導體元件

42、44:散熱鰭片

46:擋板

50A、50B、50C:溫度偵測器

圖1係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之功能方塊圖。

圖2係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之內部示意圖。

圖3係顯示根據本發明一實施例所述之熱電致冷裝置之示意圖。

圖4係顯示根據本發明一實施例所述之散熱模組之示意圖。

圖5係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之方塊示意圖。

為了便於本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖與實施例對本發明進一步的詳細描述，應當理解，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。熟悉此技藝之人士可利用這些實施例或其他實施例所描述之細節及其他可以利用的結構，邏輯和電性變化，在沒有離開本發明之精神與範圍之下以實施發明。

本發明說明書提供不同的實施例來說明本發明不同實施方式的技術特徵。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本發明。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。其中，圖示和說明書中使用之相同的元件編號係表示相同或類似之元件。本說明書之圖示為簡化之形式且並未以精確比例繪製。為清楚和方便說明起見，方向性用語(例如頂、底、上、下以及對角)係針對伴隨之圖示說明。而以下說明所使用之方向性用語在沒有明確使用在以下所附之申請專利範圍時，並非用來限制本發明之範圍。

圖1係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之功能方塊圖。如圖1所示，根據本發明一實施例所述之電子裝置100具有導流裝置11、15，散熱模組13以及電子元件17。導流裝置11可為風扇，用以提供冷卻流體(例如空氣)至散熱模組13。導流裝置15用以對散熱模組13降溫。散熱模組13用以對電子元件17降溫。根據本發明一實施例，電子元件17可為中央處理器(central processing unit，CPU)、微處理器(microprocessor unit，MPU)、圖形演算元件以及晶片組等，或其他能夠產生熱能而需要對其降溫的元件。

圖2係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之內部示意圖。根據本發明一實施例所述之電子裝置，具有機殼20，機殼20圍成一內部空間。圖2所示之進氣區22具有進氣口以及導流裝置11(風扇)，排熱區28具有排熱口。透過導流裝置11將機殼20外部之空氣導引至內部空間，可產生一冷卻流體21，例如冷卻氣流。機殼20所圍成的內部空間具有電子元件24A、24B、24C以及散熱模組13。在內部空間中，還具有冷卻區27B、放熱區27A以及熱源區29。

在熱源區29中，具有電子元件24A、24B，根據本發明一實施例，電子元件24A、24B可為CPU，而電子元件24C可以是晶片組。由於CPU高速運算會產生大量的熱，導流裝置11所導入的冷卻流體21流經熱源區29後溫度會升高，因此影響對電子元件24C降溫的能力。因此，根據本發明一實施例，於熱源區29與電子元件24C之間的區域設置散熱模組13以對冷卻流體21降溫，使得冷卻流體21能夠有效對電子元件24C降溫。

散熱模組13具有複數致冷器，根據本發明一實施例，致冷器可為熱電致冷(Thermoelectric Cooling，TEC)裝置。圖3係顯示根據本發明一實施例所述之熱電致冷裝置之示意圖。熱電致冷裝置是一種使用電流控制熱流的固態元件，其利用珀爾帖效應以提供冷卻作用。直流電源32所提供之電流通過陶瓷基板34A，34B。在陶瓷基板34A，34B之間提供P型和N型半導體元件36、38，並且半導體元件36、38電串聯地和熱並聯地連接到陶瓷基板34A，34B。當電流通過P型和N型半導體元件36、38時，陶瓷基板34A的溫度降低，形成冷側。而熱隨著電子從高能量狀態返回低能量狀態，由陶瓷基板34B釋放，形成熱側。關於熱電致冷裝置的詳細結構與工作原理，為熟知此技藝之人士所習知，在此不予贅述以精簡說明。

圖4係顯示根據本發明一實施例所述之散熱模組13之示意圖。散熱鰭片42與熱電致冷裝置之熱側接觸，散熱鰭片44與熱電致冷裝置之冷側接觸，而熱電致冷裝置設置於散熱鰭片42與44之間。根據本發明一實施例，熱電致冷裝置之個數可為複數個，如此一來，熱電致冷裝置可交替致能以執行熱轉換，並具 有足夠時間以回復原來狀態。根據本發明一實施例，與熱電致冷裝置之熱側接觸之散熱鰭片42之體積較散熱鰭片44小，為了提高散熱之效率，可設置另一導流裝置(例如圖1之導流裝置15)將散熱鰭片42之熱氣抽出。根據本發明一實施例，散熱鰭片42與44之間可設置擋板46，以避免散熱鰭片42之熱氣回流至散熱鰭片44。

回到圖2，散熱模組13之熱電致冷裝置之冷側設置於靠近冷卻區27B，透過散熱鰭片與冷卻區27B耦合，而熱電致冷裝置之熱側設置於靠近放熱區27A，透過散熱鰭片與放熱區27A耦合。在此，所謂熱電致冷模塊之冷側透過散熱鰭片與冷卻區27B耦合是指冷側與冷卻區27B之間具有熱交換的作用；熱側透過散熱鰭片與放熱區27A耦合是指熱側與放熱區27A之間具有熱交換的作用。當導流裝置11所導入的冷卻流體21流經熱源區29後而導致溫度升高，經過散熱模組13於冷卻區27B對冷卻流體21降溫，使得冷卻流體21能夠有效對電子元件24C降溫。另外，散熱模組13將熱由冷卻區27B轉移至放熱區27A，使得熱可經由散熱流體23排至機殼20外。如圖2所示，由於散熱流體23流動路徑上並未設置會產生高溫的電子元件，縱使因散熱模組13之作用導致散熱流體23之溫度提高，但依舊不會影響整體系統的表現。

圖5係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之方塊示意圖。根據本發明一實施例所述之電子裝置，具有機殼20，機殼20圍成一內部空間。圖5所示之進氣區22具有進氣口以及導流裝置11(風扇)，排熱區28具有排熱口。透過導流裝置11將機殼20外部之空氣導引至內部空間，可產生一冷卻流體21，例如冷卻氣流。機殼20所圍成的內部空間具有電子元件24A、24B、24C以及散熱模組13。在內部空間中，還具有冷卻區27B、放熱區27A、熱源區29以及元件區26。

在熱源區29中，具有電子元件24A、24B，根據本發明一實施例，電子元件24A、24B可為CPU，在元件區26中，具有電子元件24C，電子元件24C可以是晶片組。熱源區29中還具有溫度偵測器50A與50B，溫度偵測器50A用以偵測電子元件24A附近之溫度，溫度偵測器50B用以偵測電子元件24B附近之溫度。 當冷卻流體21流經熱源區29後導致溫度升高，再經散熱模組13降溫後，能夠提高對電子元件24C的降溫效率。在冷卻區27B中，具有溫度偵測器50C，用以偵測電子元件24C附近之溫度。

根據本發明一實施例，導流裝置11之工作效率可由電子元件24A或電子元件24B控制。以電子元件24A為控制電路而導流裝置11為風扇為例，電子元件24A在第一階段僅根據溫度偵測器50A與50B所偵測之溫度控制導流裝置11之轉速，而不考慮溫度偵測器50C所測得的溫度。根據本發明另一實施例，風扇轉速也可由位於其他位置之控制晶片來控制。在第一階段期間，散熱模組13持續對冷卻區27B降溫，並將熱由冷卻區27B轉移至放熱區27A。舉例來說，在第一階段期間，熱源區29溫度達到60℃，元件區26溫度達到70℃，此時電子元件24A僅根據溫度偵測器50A與50B所偵測之溫度(60℃)控制導流裝置11之轉速，並且透過散熱模組13對冷卻區27B降溫。然而，當元件區26溫度持續上升達到預設之臨界值，例如80℃，此為第二階段，此時電子元件24A根據溫度偵測器50A、50B與50C所偵測之溫度控制導流裝置11之轉速，如此可避免系統誤判而容易以最大功率驅動導流裝置11而導致電力浪費。

根據本發明實施利所述之電子裝置，透過具有熱電致冷裝置之散熱模組對系統內部容易產生熱累積的區域降溫，將熱傳遞至容易散熱的區域，可以有效避免系統過熱。再者，由於熱電致冷裝置的消耗功率較風扇低，本發明實施利所述之電子裝置優先使用熱電致冷裝置輔助風扇散熱，當散熱效率不足時，再提高風扇之功率，可有效減少電力浪費。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

11:導流裝置

13:散熱模組

20:機殼

21:冷卻流體

22:進氣區

24A、24B、24C:電子元件

27A:放熱區

27B:冷卻區

28:排熱區

29:熱源區

Claims (8)

1. 一種電子裝置，包括：一機殼，上述機殼圍成一內部空間，上述內部空間具有一熱源區、一冷卻區、一放熱區以及一元件區；一第一導流裝置，用以導引一冷卻流體進入上述內部空間；一散熱模組，包括一第一致冷器，具有一第一冷側與一第一熱側，將上述第一冷側之熱能交換至上述第一熱側，其中上述第一冷側與上述冷卻區耦合，上述第一熱側與上述放熱區耦合；以及一電子元件，設置於上述元件區，其中上述冷卻流體流經上述熱源區導致溫度上升，再流經上述冷卻區經上述第一冷側降溫後，流至上述元件區對上述電子元件降溫；一第一溫度偵測器，設置於上述熱源區，用以偵測上述熱源區之溫度以得到一第一偵測溫度；一第二溫度偵測器，設置於上述元件區，用以偵測上述電子元件之溫度以得到一第二偵測溫度；以及一控制電路，在一第一階段僅根據上述第一偵測溫度驅動上述第一導流裝置，並在上述第一階段之後之一第二階段根據上述第一偵測溫度與上述第二偵測溫度驅動上述第一導流裝置。
2. 如請求項1所述之電子裝置，其中上述散熱模組更包括：一第一散熱鰭片，與上述第一冷側接觸；以及一第二散熱鰭片，與上述第一熱側接觸。
3. 如請求項2所述之電子裝置，更包括一第二導流裝置，用以對上述第二散熱鰭片降溫。
4. 如請求項2所述之電子裝置，其中上述散熱模組更包括一第二致冷器，上述第二致冷器具有接觸上述第一散熱鰭片之一第二冷側與接觸上述第二散熱鰭片之一第二熱側。
5. 如請求項4所述之電子裝置，其中上述第一致冷器與上述第二致冷器交替致能。
6. 如請求項4所述之電子裝置，其中上述第一致冷器與上述第二致冷器為熱電致冷裝置。
7. 如請求項1所述之電子裝置，其中上述散熱模組於上述冷卻區以及上述放熱區之間具有一擋板。
8. 如請求項7所述之電子裝置，其中上述第二階段係於上述第二偵測溫度達到一預設臨界溫度時開始。

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