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CN111818779A - 用于电子设备的热电式制冷装置及电子设备 - Google Patents

用于电子设备的热电式制冷装置及电子设备 Download PDF

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CN111818779A
CN111818779A CN202010804349.6A CN202010804349A CN111818779A CN 111818779 A CN111818779 A CN 111818779A CN 202010804349 A CN202010804349 A CN 202010804349A CN 111818779 A CN111818779 A CN 111818779A
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CN
China
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electronic equipment
substrate
heat
heat dissipation
cooling device
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Pending
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CN202010804349.6A
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English (en)
Inventor
郑亚东
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Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Original Assignee
Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
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Publication date
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种用于电子设备的热电式制冷装置及电子设备，电子设备包括第一区域和第二区域，第一区域在使用电子设备时的温度大于第二区域在使用电子设备时的温度，热电式制冷装置包括与电子设备的供电元件相连并由其供电的串联结构，串联结构包括设在电子设备的第一区域内的制冷基板，以及设在电子设备的第二区域内且并与制冷基板串联的发热基板，其中，制冷基板和发热基板均由拓扑半金属材料制成。本发明提供了一种用于电子设备的热电式制冷装置及包括该热电式制冷装置的电子设备。该热电式制冷装置属于主动式散热，其散热效率高，结构简单，占用空间少，有利于得到更轻薄的电子设备。

Description

用于电子设备的热电式制冷装置及电子设备
技术领域
本发明属于电子设备技术领域，具体涉及一种用于电子设备的热电式制冷装置及包括该热电式制冷装置的电子设备。
背景技术
目前电子设备，尤其是智能手机越来越轻薄化、智能化。手机性能的大幅提升带来的是高能耗和高发热量。手机在较高负荷的工作状态下，尤其是玩游戏时，内部会产生较高的热量，如果无法及时传导出去，手机内部的温度会急剧升高。为了避免温度的进一步升高导致的零件耐久降低，甚至危害人身安全的问题，会被迫对手机的性能进行限制。这种限制将导致手机系统卡顿等严重影响用户体验的情况发生。所以高效率的热电式制冷装置是非常有必要的。
目前手机的散热方案已经非常多，也能够一定程度上降低温度。如加贴散热膜、散热管以及多种散热材料叠加形成所谓空间多层散热结构等。这些方案主要是利用高导热率的材料将热量从温度高的一端快速传导至温度低的一端，进而使热量快速扩散，降低温度，属于被动式散热。同时也存在利用一般热电材料的纵向热电效应实现主动式散热而制造的半导体制冷装置。
现有的被动式散热的技术方案依托高导热率的材料进行散热，其散热效率低，如果需要达到更高的散热效率，其需要使用更多的高导热率材料，增加散热装置的占用空间，无法满足现有智能手机越来越轻薄化的需求。现有的主动式散热的技术方案其电路复杂，需要多组P-N材料串联结构，且冷热端距离太近，散热效果并不理想。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种用于电子设备的热电式制冷装置及包括该热电式制冷装置的电子设备。该热电式制冷装置属于主动式散热，其散热效率高，结构简单，占用空间少，有利于得到更轻薄的电子设备。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于电子设备的热电式制冷装置，所述电子设备包括第一区域和第二区域，所述第一区域在使用所述电子设备时的温度大于所述第二区域在使用所述电子设备时的温度，所述热电式制冷装置包括与所述电子设备的供电元件相连并由其供电的串联结构，所述串联结构包括设在所述电子设备的第一区域内的制冷基板，以及设在所述电子设备的第二区域内且并与所述制冷基板串联的发热基板，其中，所述制冷基板和发热基板均由拓扑半金属材料制成。
进一步地，所述拓扑半金属材料为狄拉克半金属砷化镉。
进一步地，所述串联结构包括将所述发热基板和制冷基板串联的导电构件及与所述导电构件相连的且能将所述导电构件连接于在所述电子设备的线路板上的接线端子。
进一步地，还包括能对所述的发热基板实施散热的散热机构。
进一步地，所述散热机构包括与所述发热基板相连的散热构件、设在所述发热基板和散热构件内的负压通道及设在所述负压通道内的毛细芯结构，以及存储在所述负压通道内的散热介质。
进一步地，所述散热介质为水。
进一步地，所述散热构件由碳纤维、石墨烯或铜制成。
进一步地，所述热电式制冷装置设在所述电子设备内，并使所述制冷基板与所述电子设备的控制模块接触。
进一步地，所述电子设备为手机或电脑。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括该热电式制冷装置的电子设备，包括：所述电子设备包括根据本发明的第一方面所述的热电式制冷装置。
根据本发明的第一方面和第二方面所涉及的电子设备及用于电子设备的热电式制冷装置，其所使用的制冷基板和发热基板由拓扑半金属材料制成，其可以利用拓扑半金属材料、尤其是狄拉克半金属砷化镉具有较大横向热电效应的特点来实施高效、快速的热传导，其中制冷基板设在电子设备的工作温度高的第一区域内，其能在通电后主动制冷并吸收第一区域的热量，保证第一区域内的电子元件(尤其是控制模块)可以在合适的温度下持续高效的运行，发热基板设在电子设备的工作温度低的第二区域内，其能在通电产生热量并将热量释放到第二区域内，避免热量返回第一区域并对该区域内的电子元件产生干扰和影响。本发明的用于电子设备的热电式制冷装置不像传统半导电构件制冷器一样反复使用pn半导体结构，保证了其具有散热效率高、结构简单、占用空间小、有利于制造更轻薄的电子设备的优势。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述。在图中：
图1为本发明实施例的电子设备的结构示意图；
图2为本发明实施例的用于电子设备的热电式制冷装置的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明实施例的电子设备100的结构示意图。电子设备100可选为手机或电脑，并包括第一区域和第二区域，其中第一区域在使用电子设备100时的温度大于第二区域在使用电子设备100时的温度。其中，第一区域优选为控制模块11(例如CUP)所在的区域，而且第二区域优选为远离控制模块11且电子元件少或无的区域。该电子设备100包括壳体、设在壳体内的线路板10和设在壳体内并与线路板10相连的热电式制冷装置20，以及设在壳体内的供电元件(例如锂电池)。线路板10包括板体、设在板体上的控制模块11和温度传感器，控制模块11与热电式制冷装置20和温度传感器连接，在温度传感器检测到控制模块11的温度超过设定值后，启动热电式制冷装置20对控制模块11实施散热。其中，温度传感器为本领域的常规产品，在此不再赘述。
图2为本发明实施例的用于电子设备100的热电式制冷装置20的结构示意图。热电式制冷装置20包括与电子设备100的供电元件相连并由其供电的串联结构，该串联结构包括彼此串联的制冷基板21和发热基板22。热电式制冷装置20最好设在电子设备100内，并使制冷基板21与控制模块11接触，以对控制模块11实施直接、快速的散热。制冷基板21和发热基板22均由拓扑半金属材料制成，但优选为由狄拉克半金属砷化镉制成。制冷基板21设在电子设备100的工作温度高的第一区域内，发热基板22设在电子设备100的工作温度底的第二区域内。
根据本发明，该热电式制冷装置20所使用的制冷基板21和发热基板22皆由拓扑半金属材料制成，并利用拓扑半金属材料、尤其是狄拉克半金属砷化镉具有较大横向热电效应(意指温差方向和电压方向垂直)的特点来实施高效、快速的热传导，其中制冷基板21设在电子设备100的工作温度高的第一区域内，其能在通电后主动制冷并吸收第一区域的热量，保证第一区域内的电子元件(尤其是控制模块11)可以在合适的温度下持续高效的运行，发热基板22设在电子设备100的工作温度低的第二区域内，其能在通电产生热量并将热量释放到第二区域内，避免热量返回第一区域并对该区域内的电子元件产生干扰和影响。本发明的用于电子设备100的热电式制冷装置20不像传统半导电构件制冷器一样反复使用pn半导体结构，保证了其具有散热效率高、结构简单、占用空间小、有利于制造更轻薄的电子设备100的优势。
在本实施例中，拓扑半金属材料优选为狄拉克半金属砷化镉。因为狄拉克半金属砷化镉(Cd3As2)在一个小的磁场中存在着一个很大的横向热电效应，室温下可以获得高达0.5的横向热电优值(ZT)，这有利于维持热电式制冷装置20具有较高的散热效率。
在本实施例中，串联结构还可包括将发热基板22和制冷基板21串联的导电构件及与导电构件相连的且能将导电构件连接于在电子设备100的线路板上的接线端子。其中，导电构件可选为柔性电路板或排线等，考虑到线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的优点，建议优选为柔性电路板。
在本实施例中，热电式制冷装置20还包括能够对发热基板22进行散热的散热机构。该散热机构除了易于提高热电式制冷装置20的散热效率之外，还可以有效避免发热基板22在第二区域内产生热量集中的现象，这有利于提高电子设备100的性能和寿命。该散热机构可以选为鳍片散热器或铜条等，但优选为液冷式散热机构。当散热机构选为液冷式散热机构时，该散热机构包括与发热基板22相连的散热构件23、设在发热基板22和散热构件23内的负压通道及设在负压通道内的毛细芯结构231，以及存储在负压通道内的散热介质。散热构件23内的负压通道可以降低负压通道内散热介质的气化温度，使散热介质能在负压通道内且靠近发热基板22的高温处发生气化，然后生成的气体被迫运动到负压通道内且远离发热基板22的低温处并在此发生液化，在毛细芯结构231的毛细力作用下回流到负压通道的高温区，完成热传导。本实施例可以借助液冷式散热机构的散热效率更高特点，进一步提高热电式制冷装置20的散热效率。散热介质优选为水，尤其是蒸馏水。其中，散热构件由碳纤维、石墨烯或铜制成。
综上所示，本发明实施例的电子设备100的热电式制冷装置20的散热效率高，结构简单，占用空间少，有利于得到更轻薄的电子设备100。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于电子设备的热电式制冷装置，所述电子设备包括第一区域和第二区域，所述第一区域在使用所述电子设备时的温度大于所述第二区域在使用所述电子设备时的温度，其特征在于，所述热电式制冷装置包括与所述电子设备的供电元件相连并由其供电的串联结构，所述串联结构包括设在所述电子设备的第一区域内的制冷基板，以及设在所述电子设备的第二区域内且并与所述制冷基板串联的发热基板，其中，所述制冷基板和发热基板均由拓扑半金属材料制成。
2.根据权利要求1所述的热电式制冷装置，其特征在于，所述拓扑半金属材料为狄拉克半金属砷化镉。
3.根据权利要求1或2所述的热电式制冷装置，其特征在于，所述串联结构包括用于将所述发热基板和制冷基板串联的导电构件及与所述导电构件相连的且能将所述导电构件连接于在所述电子设备的线路板上的接线端子。
4.根据权利要求1或2所述的热电式制冷装置，其特征在于，还包括能对所述的发热基板实施散热的散热机构。
5.根据权利要求4所述的热电式制冷装置，其特征在于，所述散热机构包括与所述发热基板相连的散热构件、设在所述发热基板和散热构件内的负压通道及设在所述负压通道内的毛细芯结构，以及存储在所述负压通道内的散热介质。
6.根据权利要求5所述的热电式制冷装置，其特征在于，所述散热介质为水。
7.根据权利要求6所述的热电式制冷装置，其特征在于，所述散热构件由碳纤维、石墨烯或铜制成。
8.根据权利要求1或2所述的热电式制冷装置，其特征在于，所述热电式制冷装置设在所述电子设备内，并使所述制冷基板与所述电子设备的控制模块相互接触。
9.根据权利要求1或2所述的热电式制冷装置，其特征在于，所述电子设备为手机或电脑。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括根据权利要求1到9中任一项所述的热电式制冷装置。
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