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DE102005046787B3 - Computer, e.g. desktop computer, has thermoelectric conversion module which converts heat generated by CPU to power based on temperature difference of CPU and lower temperature device, and transmits power to cooling fan - Google Patents

Computer, e.g. desktop computer, has thermoelectric conversion module which converts heat generated by CPU to power based on temperature difference of CPU and lower temperature device, and transmits power to cooling fan Download PDF

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Lao-Shih Leng
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Abstract

A CPU (10) or a heat producing chip transmits heat to a thermoelectric conversion module (13) which converts heat to power based on the temperature difference of the CPU and a low temperature unit (14), such as chassis or low temperature conductor, and transmits power to a cooling fan (15) or a transformer. The transformer transforms power into electric voltage that charges a rechargeable battery and powers the electronic component.

Description

Computer nach dem Stand der Technik verwenden üblicherweise eine Kühlvorrichtung, um die hohen Temperaturen zu reduzieren, die durch die Wärme hervorgerufen werden, die interne elektronische Elemente, wie beispielsweise eine CPU, verursachen. Es gibt keine effektive Verwendung der von diesen elektronischen Elementen erzeugten freigesetzten Wärme. Zusätzlich sind die Forschung und die Entwicklung in Bezug auf die Computerleistung betreffenden Themen hauptsächlich auf die Verbesserung der Kapazität oder Effizienz von wiederaufladbaren Batterien bzw. Akkumulatoren von portablen (Laptop-) Computern fokussiert. Hinsichtlich einer Weiterverwendung der während des Betriebs von portablen Computern generierten Wärme wurden wenige Verbesserungen gemacht.computer The prior art usually uses a cooling device, to reduce the high temperatures caused by the heat which are internal electronic elements, such as a CPU, cause. There is no effective use of these electronic elements generated released heat. In addition are research and development relating to computer performance Topics mainly on improving capacity or efficiency of rechargeable batteries focused on portable (laptop) computers. Regarding a re-use while The heat generated by the operation of portable computers has been few Improvements made.

JP 2001075681 A offenbart einen Computer, der von einem thermoelektrischen Wandlungselement erhaltene elektrische Leistung verwendet, wenn ein Stromausfall auftritt oder die Umschaltung in den Standby-Modus erfolgt, indem die Stromversorgung abgeschaltet wird. Vorzugsweise wird die von dem thermoelektrischen Wandlungselement abgegebene Leistung in einem Speichermittel zwischengespeichert. JP 2001075681 A discloses a computer using electric power obtained from a thermoelectric conversion element when a power failure occurs or switching to the standby mode by turning off the power supply. Preferably, the power output by the thermoelectric conversion element is buffered in a storage means.

DE 10 2004 028 983 A1 offenbart ein Kühlsystem für eine Bilderzeugungsvorrichtung, bei dem ein thermoelektrischer Generator konfiguriert ist, die von einem Druckelement erzeugte Wärme in elektrische Energie zu wandeln und eine Kühlvorrichtung mit der elektrischen Energie zu versorgen, um die Bilderzeugungsvorrichtung, die das Druckelement umfasst, zu kühlen. Es ist weiter beschrieben, dass der thermoelektrische Generator die Energie an eine Steuerung abgibt, anstelle sie direkt an die Kühlvorrichtung zu liefern. Die Steuerung bewirkt, dass die Kühlvorrichtung, die normalerweise über eine Leistungsversorgung versorgt wird, alternativ durch die Energie von dem thermoelektrischen Generator mit Energie versorgt wird, wenn der Pegel der elektrischen Energie von der Leistungsversorgung nahezu Null ist. DE 10 2004 028 983 A1 discloses a cooling system for an imaging device in which a thermoelectric generator is configured to convert the heat generated by a pressure element into electrical energy and to provide a cooling device with the electrical energy to cool the imaging device comprising the pressure element. It is further described that the thermoelectric generator delivers the energy to a controller instead of delivering it directly to the cooler. The controller causes the cooling device, which is normally powered by a power supply, to be alternatively powered by the energy from the thermoelectric generator when the level of electrical energy from the power supply is near zero.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen weiteren Computer mit thermoelektrischer Umwandlung zur Verfügung zu stellen, der die während des Betriebs des Computers erzeugte Wärme wiederverwendet, um die Effizienz des Computers zu erhöhen.It is therefore the object of the present invention, another Computer with thermoelectric conversion available too put that during the The heat generated by the computer's operation is reused to heat the Increase the efficiency of the computer.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Computer entsprechend des Anspruches 1 gelöst. Der abhängige Anspruch betrifft eine entsprechende Weiterentwicklung und Verbesserung.The Task is achieved by a computer according to claim 1 solved. The dependent claim relates to a appropriate development and improvement.

Wie aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlicher wird, umfasst der beanspruchte Computer ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul, das entsprechend einer Temperaturdifferenz zwischen einer Wärme erzeugenden Einheit und einer Niedrigtemperatureinheit des Computers eine Leistung erzeugt.As from the following detailed description, the claimed computer comprises a thermoelectric conversion module, that corresponding to a temperature difference between a heat generating Unit and a low-temperature unit of the computer a performance generated.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:in the The invention will be explained in more detail by way of example below, reference being made to the accompanying drawings Reference is made. Show it:

1 eine erste bevorzugte beispielhafte Ausführungsform des Computers mit thermoelektrischer Umwandlung nach dieser Erfindung, und 1 A first preferred exemplary embodiment of the thermoelectric conversion computer according to this invention, and

2 ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten beispielhaften Ausführungsform eines Computers mit thermoelektrischer Umwandlung nach dieser Erfindung. 2 a block diagram of a second preferred exemplary embodiment of a thermoelectric conversion computer according to this invention.

Bei der nachfolgenden ausführlichen Offenbarung der vorliegenden Erfindung sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. at the following detailed Disclosure of the present invention are the same elements with provided the same reference numerals.

1 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Computers 1 mit thermoelektrischer Umwandlung. Der Computer 1 der vorliegenden Erfindung (beispielsweise ein Desktop-Computer, ein Mikrocomputer, ein Terminal, ein portabler Computer (Laptop) oder ein Server) umfasst eine CPU 10 (als Wärme erzeugende Einheit, die auch andere Elemente wie einen Speicher oder einen Chip umfassen kann), einen Kühlkörper 11, einen ersten Lüfter 12, ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul 13, eine Niedrigtemperatureinheit 14 (als Niedrigtemperaturquelle; dies können auch andere Elemente sein, die eine Niedrigtemperaturquelle darstellen wie beispielsweise ein Gehäuse oder ein Niedrigtemperaturleiter) und einen zweiten Lüfter 15 (als Last). Der Kühlkörper 11, der oberhalb der CPU 10 installiert ist, und der erste Lüfter 12, der oberhalb des Kühlkörpers 11 installiert ist, werden nicht näher beschrieben, da sie im Stand der Technik bekannte Elemente sind. 1 shows a first preferred embodiment of a computer according to the invention 1 with thermoelectric conversion. The computer 1 of the present invention (for example, a desktop computer, a microcomputer, a terminal, a portable computer (laptop), or a server) includes a CPU 10 (as a heat-generating unit, which may also include other elements such as a memory or a chip), a heat sink 11 , a first fan 12 , a thermoelectric conversion module 13 , a low-temperature unit 14 (as a low temperature source, these may be other elements that are a low temperature source such as a housing or a low temperature conductor) and a second fan 15 (as a load). The heat sink 11 that is above the CPU 10 installed, and the first fan 12 , which is above the heat sink 11 are not further described as they are elements known in the art.

Die CPU 10 hat eine Oberfläche 100, auf der ein Wärmeleiter 101 angeordnet ist. Der Wärmeleiter 101 kann aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen Material bestehen, das einen hohen Wärmeleitkoeffizienten hat.The CPU 10 has a surface 100 on which a heat conductor 101 is arranged. The heat conductor 101 can be made of copper, aluminum or another material that has a high coefficient of thermal conductivity.

Die Niedrigtemperatureinheit 14 ist netzartig und besteht aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen Material, das einen hohen Wärmeleitkoeffizienten hat. Sie ist zwischen dem Kühlkörper 11 und dem ersten Lüfter 12 angeordnet. Die Niedrigtemperatureinheit 14 hat relativ zum Wärmeleiter 101 eine geringere Temperatur, da der erste Lüfter 12 Luft von der Niedrigtemperatureinheit 14 weg bläst.The low temperature unit 14 is reticulated and made of copper, aluminum or other material that has a high coefficient of thermal conductivity Has. It is between the heat sink 11 and the first fan 12 arranged. The low temperature unit 14 has relative to the heat conductor 101 a lower temperature, since the first fan 12 Air from the low-temperature unit 14 blow away.

Das thermoelektrische Umwandlungsmodul 13 besteht aus einem P-Typ-Halbleiter und einem N-Typ-Halbleiter; es ist mit einem Ende mit dem Wärmeleiter 101 und mit dem anderen Ende mit der Niedrigtemperatureinheit 14 verbunden. Besteht eine Temperaturdifferenz zwischen beiden Enden des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 13, so ist die Ladungsträgerdichte der Hochtemperaturzone höher als die der Niedrigtemperaturzone, was dazu führt, dass Ladungsträger von der Hochtemperaturzone zur Niedrigtemperaturzone diffundieren. Die ungleiche Verteilung der Ladungsträger erzeugt eine elektromotorische Kraft und produziert einen Strom durch ein als Seebeck-Effekt bekanntes Phänomen. Mittels des Seebeck-Effekts kann das thermoelektrische Umwandlungsmodul 13 entsprechend des thermoelektrischen Umwandlungsprinzips Wärme in Leistung konvertieren.The thermoelectric conversion module 13 consists of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor; it ends with the heat conductor 101 and at the other end with the low temperature unit 14 connected. There is a temperature difference between both ends of the thermoelectric conversion module 13 Thus, the carrier density of the high-temperature zone is higher than that of the low-temperature zone, which causes carriers to diffuse from the high-temperature zone to the low-temperature zone. The uneven distribution of the charge carriers generates an electromotive force and produces a current through a phenomenon known as the Seebeck effect. By means of the Seebeck effect, the thermoelectric conversion module 13 Convert heat to power according to the thermoelectric conversion principle.

Der zweite Lüfter 15 (die Last) ist mit zwei leitfähigen Leitern mit dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 13 verbunden und kann durch die vom thermoelektrischen Umwandlungsmodul 13 erzeugte Leistung betrieben werden. Die durch den Betrieb der CPU 10 erzeugte Wärme wird von der Oberfläche 100 zum Wärmeleiter 101 geleitet. Das thermoelektrische Umwandlungsmodul 13 kann dann aufgrund der Temperaturdifferenz Leistung aus der Wärme erzeugen. Die von dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 13 erzeugte Leistung kann dem zweiten Lüfter 15 als Strom zur Verfügung gestellt werden und den zweiten Lüfter 15 betreiben, um die CPU 10 zu kühlen.The second fan 15 (the load) is with two conductive conductors with the thermoelectric conversion module 13 connected and can by the thermoelectric conversion module 13 generated power to be operated. The by the operation of the CPU 10 heat generated is from the surface 100 to the heat conductor 101 directed. The thermoelectric conversion module 13 can then generate power from the heat due to the temperature difference. That of the thermoelectric conversion module 13 generated power can be the second fan 15 be provided as power and the second fan 15 operate to the CPU 10 to cool.

2 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Computers 1 mit thermoelektrischer Umwandlung nach der vorliegenden Erfindung. 2 shows a second preferred embodiment of the computer 1 with thermoelectric conversion according to the present invention.

In der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von parallelen thermoelektrischen Umwandlungsmodulen 31-1 bis 31-n dargestellt. Jedes thermoelektrische Umwandlungsmodul 31-1 bis 31-n ist jeweils zwischen eine entsprechende Wärme erzeugende Einheit 30-1 bis 30-n (wie z.B. eine CPU, einen Speicher oder jeden anderen Chip innerhalb eines Computers, welche in dieser Figur nicht gezeigt sind) und eine von mehreren Niedrigtemperatureinheiten 32-1 bis 32-n (wie ein Niedrigtemperaturleiter oder ein Gehäuse) gekoppelt. Jedes thermoelektrische Umwandlungsmodul 31-1 bis 31-n kann entsprechend einer Temperaturdifferenz zwischen der Wärme erzeugenden Einheit und der Niedrigtemperatureinheit Wärme in Leistung umwandeln. Die Last 33, d.h. ein Lüfter, ist mit der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmodulen 31-1 bis 31-n verbunden, um die Summe der Leistung der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmodulen 31-1 bis 31-n zu erhalten.In the second preferred embodiment, a plurality of parallel thermoelectric conversion modules 31-1 to 31-n shown. Each thermoelectric conversion module 31-1 to 31-n is in each case between a corresponding heat-generating unit 30-1 to 30-n (such as a CPU, memory, or any other chip within a computer, not shown in this figure) and one of several low-temperature units 32-1 to 32-n (such as a low-temperature conductor or a housing) coupled. Each thermoelectric conversion module 31-1 to 31-n can convert heat to power according to a temperature difference between the heat generating unit and the low temperature unit. Weight 33 That is, a fan is with the plurality of thermoelectric conversion modules 31-1 to 31-n connected to the sum of the power of the plurality of thermoelectric conversion modules 31-1 to 31-n to obtain.

Der Computer mit thermoelektrischer Umwandlung nach dieser Erfindung nutzt die während des Betriebs des Computers erzeugte Wärme vollständig, indem er Wärme in Leistung umwandelt, die verwendet werden kann, um die Wärme vom Computer selbst weg zu führen und die Arbeitstemperatur des Computers zu verringern. Die von dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul des Computers erzeugte Leistung kann weiter eine Hilfsleistungsquelle zur Verfügung stellen, um den Akkumulator bzw. die wiederaufladbare Batterie des Computers zu laden und so die zur Verfügung stehende Nutzungsdauer zu erhöhen. Gleichermaßen kann die Leistung auch an andere elektronische Einheiten geliefert werden, wodurch die dem Computer zur Verfügung gestellten Gesamtenergie bestmöglich verwendet wird.Of the Thermoelectric conversion computer according to this invention uses the during the Operating the computer completely generates heat by giving heat to power converts that can be used to heat away from the computer itself respectively and to reduce the working temperature of the computer. The one of the thermoelectric conversion module of the computer generated power may further provide an auxiliary power source to the accumulator or to charge the computer's rechargeable battery and so on the available increase the useful life. equally The power can also be supplied to other electronic units which makes the total energy available to the computer best possible is used.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Computer mit thermoelektrischer Umwandlung. Der Computer verwendet ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul, das zwischen einer Wärme erzeugenden Einheit und einer Niedrigtemperatureinheit geschaltet ist, um die freigesetzte Wärme, die durch den Computer erzeugt wird, vollständig zu nutzen. Das thermoelektrische Umwandlungsmodul wandelt basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen der Wärme erzeugenden Einheit und der Niedrigtemperatureinheit Wärme in Leistung. Oberhalb der Niedrigtemperatureinheit ist ein erster Lüfter angeordnet, um Luft von der Niedrigtemperatureinheit weg zu blasen. Die von dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul erzeugte Leistung wird dann an einen zweiten Lüfter übertragen, der durch die Leistung angetrieben werden kann, um die Wärme erzeugende Einheit zu kühlen.In summary The invention relates to a computer with thermoelectric conversion. Of the Computer uses a thermoelectric conversion module, the between a heat switching unit and a low-temperature unit is to the heat released, which is generated by the computer to fully use. The thermoelectric conversion module converts based on a temperature difference between the heat generating Unit and the low-temperature unit heat in performance. Above the Low-temperature unit is a first fan arranged to remove air from to blow away the low temperature unit. The thermoelectric Conversion module power is then transferred to a second fan, which can be powered by the power to produce the heat Unit to cool.

Claims (2)

Computer (1) mit thermoelektrischer Umwandlung, umfassend: ein elektronisches Element (10, 20, 30-1...30-n) mit einem Wärmeleiter (101), der auf einer Oberfläche (100) des elektronischen Elements (10, 20, 30-1...30-n) angeordnet ist; einen Niedrigtemperaturleiter (14, 22, 32-1...32-n); und ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul (13, 31-1...31-n), das mit dem Wärmeleiter (101) und dem Niedrigtemperaturleiter (14, 31-1...32-n) verbunden ist, um Leistung entsprechend einer Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeleiter (101) und dem Niedrigtemperaturleiter (14, 32-1...32-n) zu erzeugen; gekennzeichnet durch einen ersten Lüfter (12), der oberhalb des Niedrigtemperaturleiters (14, 32-1...32-n) angeordnet ist, um Luft von dem Niedrigtemperaturleiter (14, 32-1...32-n) weg zu blasen; und einen zweiten Lüfter (15), der mit dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul (13, 31-1...31-n) verbunden ist, um Leistung von dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul (13, 31-1...31-n) zur Kühlung des elektronischen Elements (10, 20, 30-1...30-n) zu empfangen.Computer ( 1 ) with thermoelectric conversion, comprising: an electronic element ( 10 . 20 . 30-1 ... 30-n ) with a heat conductor ( 101 ) standing on a surface ( 100 ) of the electronic element ( 10 . 20 . 30-1 ... 30-n ) is arranged; a low-temperature conductor ( 14 . 22 . 32-1 ... 32-n ); and a thermoelectric conversion module ( 13 . 31-1 ... 31-n ), that with the heat conductor ( 101 ) and the low-temperature conductor ( 14 . 31-1 ... 32-n ) is connected to power in accordance with a temperature difference between the heat conductor ( 101 ) and the low-temperature conductor ( 14 . 32-1 ... 32-n ) to create; characterized by a first fan ( 12 ), which is above the low-temperature conductor ( 14 . 32-1 ... 32-n ) is arranged to remove air from the low-temperature conductor ( 14 . 32-1 ... 32-n ) to blow away; and a second fan ( 15 ) associated with the thermoelectric conversion module ( 13 . 31-1 ... 31-n ) is connected to power from the thermoelectric conversion module ( 13 . 31-1 ... 31-n ) for cooling the electronic element ( 10 . 20 . 30-1 ... 30-n ) to recieve. Computer (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper (11), der zwischen dem elektronischen Element (10, 20, 30-1...30-n) und dem Niedrigtemperaturleiter (14, 32-1...32-n) angeordnet ist, um von dem elektronischen Element (10, 20, 30-1...30-n) erzeugte Wärme abzuführen.Computer ( 1 ) according to claim 1, characterized by a heat sink ( 11 ) between the electronic element ( 10 . 20 . 30-1 ... 30-n ) and the low-temperature conductor ( 14 . 32-1 ... 32-n ) is arranged to move from the electronic element ( 10 . 20 . 30-1 ... 30-n ) dissipate generated heat.
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