热电致冷模块与包含热电致冷模块的散热装置的制作方法

本发明涉及一种热电致冷模块与包含热电致冷模块的散热装置，特别是一种具多个突出于盖体的热交换件的热电致冷模块。

背景技术：

随着电子产业的发展，电子芯片的尺寸不断缩小，电子芯片的运算能力也不断提升。然而，伴随电子芯片尺寸缩小与运算能力提升，电子芯片运算时产生的热量也大幅提高。为了维持电子装置中电子芯片运算时的稳定性，人们对散热装置的要求也逐渐提高。

目前大部分利用热电致冷模块进行降温的散热装置中，通常透过导热流体于产生热量的电子芯片与热电致冷芯片之间进行热交换以达到对电子芯片进行降温的目的。然而，目前的热电致冷模块的降温能力受到热电致冷芯片与导热流体之间的热交换效率的限制而无法有效提升。如此一来，必须使用具有更高功率的致冷芯片进行降温，造成散热装置消耗的能量提高。因此，如何提升热电致冷芯片与导热流体之间的热交换效率以避免能量的浪费成为业界亟欲解决的问题。

技术实现要素：

本发明涉及一种热电致冷模块与包含热电致冷模块的散热装置，藉以提升热电致冷芯片与导热流体之间的热交换效率以避免能量的浪费。

本发明提供一种热电致冷模块，包含一基座、多个热交换件与一致冷芯片。基座包含一壳体及一盖体。壳体具有一入口与一出口。盖体覆盖壳体并与壳体共同形成一容置空间。入口与出口连通容置空间，且入口与该出口用以供一导热流体进出容置空间。致冷芯片热接触于基座的盖体，且致冷芯片用以对盖体进行热交换。多个热交换件设置并热接触于盖体，且自盖体朝容置空间内延伸。热交换件用以与容置空间内的导热流体进行热交换。

本发明提供一种散热装置，包含前述的热电致冷模块、一热交换座、一第一导管与一第二导管。热交换座与一热源热接触。热交换座具有一热交换空间，且热交换空间用以使导热流体透过热交换座而与热源进行热交换。第一导管连接热电致冷模块中基座的入口与热交换空间。第二导管连接热电致冷模块中基座的出口与热交换空间。

本发明提供另一种散热装置，包含前述的热电致冷模块、一热交换座、一气冷模块、一第一导管、一第二导管与一第三导管。热交换座与一热源热接触。热交换座具有一热交换空间，且热交换空间用以使导热流体透过热交换座与热源进行热交换。气冷模块包含一散热器与一散热风扇。散热器具有一散热空间，且该散热风扇设置于散热器以增加流经散热器的气流。第一导管连接热电致冷模块中基座的入口与散热空间。第二导管连接热电致冷模块中基座的出口与热交换空间。第三导管连接热交换空间与散热空间。

根据上述本发明所揭露的热电致冷模块，致冷芯片透过设置于盖体并自盖体朝容置空间内延伸的多个热交换件与导热流体进行热交换。如此一来，致冷芯片与导热流体之间进行热交换的面积提升，进而使得致冷芯片与导热流体之间的热交换效率提升，解决了散热装置能量浪费的问题。

以上的关于本揭露内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。

附图说明

图1为本发明一实施例的热电致冷模块的立体透视图。

图2为图1的热电致冷模块一部分部件的立体分解图。

图3为图1的热电致冷模块另一部份部件的立体分解图。

图4为本发明一实施例的散热装置的使用状态示意图。

图5为图4的散热装置的温度控制模块与温度检测模块示意图。

图6为本发明另一实施例的散热装置的使用状态示意图。

其中，附图标记说明如下：

1热电致冷模块

2、3散热装置

10基座

11壳体

111底板

112第一侧板

113第二侧板

114第三侧板

115第四侧板

116容置空间

117入口

118出口

12盖体

121顶面

122底面

20致冷芯片

21冷端

22热端

30热交换件

410导热板

411第一表面

412第二表面

420散热鳍片

430热管

440风扇

50热交换座

51热交换空间

61第一导管

62第二导管

63第三导管

70气冷模块

71散热器

711散热空间

72散热风扇

80温度传感器

90温度控制模块

h热源

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

首先说明本发明一实施例的热电致冷模块，请参照图1至图3。图1为本发明一实施例的热电致冷模块的立体透视图。图2为图1的热电致冷模块一部分部件的立体分解图。图3为图1的热电致冷模块另一部份部件的立体分解图。本发明一实施例的热电致冷模块1包含一基座10、一致冷芯片20、多个热交换件30、一导热板410、一散热鳍片420、三热管430与一风扇440。

基座10包含一壳体11与一盖体12。壳体11包含一底板111、一第一侧板112、一第二侧板113、一第三侧板114、一第四侧板115。盖体12具有相对的一顶面121与一底面122。第一侧板112、第二侧板113、第三侧板114与第四侧板115竖立于底板111的周缘。第一侧板112与第二侧板113彼此相对向，第三侧板114与第四侧板115彼此相对向，且第三侧板114与第四侧板115位于第一侧板112与第二侧板113之间。壳体11的底板111、第一侧板112、第二侧板113、第三侧板114、第四侧板115与盖体12共同环绕形成一容置空间116，且盖体12的底面122为盖体12朝向容置空间116的表面。壳体11具有一入口117与一出口118。入口117位于第一侧板112，出口118位于第二侧板113。导热流体经由入口117流入容置空间116后，再经由出口118离开容置空间116。出口118于第一侧板112的正交投影与入口117相错位。基座10的材质可为具有高热传导系数的金属或是合金，例如铝、铝合金、铜或铜合金。

致冷芯片20设置于盖体12的顶面121。致冷芯片20具有一冷端21及 一热端22，冷端21与盖体12的顶面121热接触。如此一来，当致冷芯片20通电进行运行时，冷端21与盖体12进行热交换使盖体12的温度下降。于本实施例中，致冷芯片20的数量为一片，但不以此为限。于本发明其它实施例中，致冷芯片的数量可以为二片以上。

多个热交换件30设置并热接触于盖体12的底面122，并且由盖体12的底面122往容置空间116内延伸。热交换件30的材质可为具有高热传导系数的金属或是合金，例如铝、铝合金、铜或铜合金。于本发明一实施例中，多个热交换件30为圆柱，但不以此为限。于本发明其它实施例中，多个热交换件可以为不同形状的凸柱、具有穿孔的板体或是鳍片。于本发明一实施例中，多个热交换件30与盖体12为一体成型，但不以此为限。于本发明其它实施例中，多个热交换件可以透过焊接或激光接合的方式固定于盖体。

当致冷芯片20运行时，致冷芯片20的冷端21透过盖体12与多个热交换件30对容置空间116内流动的导热流体进行热交换，藉此降低导热流体的温度。于本发明一实施例中，导热流体流过多个热交换件30与盖体12的底面122，使得导热流体进行热交换的面积较习用的无热交换件的热电致冷模块增加，进而提高热电致冷模块1与导热流体之间进行热交换的效率。再者，导热流体于容置空间116内流动时，受到多个热交换件30的干扰而改变流动方向，使得导热流体由入口117流动至出口118的路径增长。导热流体于容置空间116内流动的路径增长连带使得导热流体与多个热交换件30进行热交换的时间增长，亦可提高热电致冷模块1与导热流体之间进行热交换的效率。如此一来，热电致冷模块1对导热流体进行降温时所需消耗的能量得以降低。

此外，壳体11上彼此相错位的入口117与出口118可增加导热流体于容置空间116内停留并与多个热交换件30进行热交换的时间，亦可有效提升热电致冷模块1与导热流体之间进行热交换的效率。藉此，同样可达到降低热电致冷模块1对导热流体进行降温时消耗的能量的功效。

于本实施例中，致冷芯片20透过盖体12与多个热交换件30将导热流体的温度降低至室温以下，且整个热电致冷模块1消耗的功率低于传统热电致冷模块消耗的功率。于本发明其它实施例中，致冷芯片亦可透过盖体与多个热交换件将导热流体的温度降低至室温与热源的温度之间，且整个热电致 冷模块消耗的功率亦低于传统热电致冷模块消耗的功率。

导热板410设置于盖体12的顶面121，使得致冷芯片20被夹设于盖体12与导热板410之间。导热板410具有相对的一第一表面411与一第二表面412。第一表面411与致冷芯片20的热端22热接触。导热板410的材质可为具有高热传导系数的金属或是合金，例如铝、铝合金、铜或铜合金。散热鳍片420透过三热管430与导热板的第二表面412热接触。如此一来，致冷芯片20运行时产生的热量可依序经由热端22、导热板410与热管430传递至散热鳍片420以进行散热。风扇440设置于散热鳍片420。当风扇440运转时，可带动气流通过散热鳍片420，藉此增加散热鳍片420的散热效果。

接下来介绍本发明一实施例的散热装置2，请参照图4与图5。图4为本发明一实施例的散热装置的使用状态示意图。图5为图4的散热装置的温度控制模块与温度检测模块示意图。

本发明一实施例的散热装置2包含前述的热电致冷模块1、一热交换座50、一第一导管61、一第二导管62、一温度传感器80与一温度控制模块90。

热交换座50与一热源h热接触。热交换座50具有一热交换空间51。当导热流体通过热交换座50的热交换空间51时，导热流体透过热交换座50与热源h进行热交换。

第一导管61连接热电致冷模块1中基座10的入口117与热交换空间51。第二导管62连接热电致冷模块1中基座10的出口118与热交换空间51。导热流体于热交换座50的热交换空间51中吸收热源h的热量后，高温的导热流体经由第一导管61及入口117流入热电致冷模块1的容置空间116中。高温的导热流体于容置空间116中与多个热交换件30进行热交换后转为低温的导热流体。低温的导热流体经由出口118离开容置空间116，并经由第二导管62流入热交换座50的热交换空间51中以完成导热流体于散热装置2中的一个工作循环。

导热流体于散热装置2中流动的动能是由一泵(未绘示)提供。泵可串接于热电致冷模块1的基座10的入口117与热交换座50的热交换空间51之间，或是串接于热电致冷模块1的基座10的出口118与热交换座50的热交换空间51之间。

温度传感器80热接触热源h以检测热源h的温度。温度控制模块90 电性连接致冷芯片20与温度传感器80，且温度控制模块90根据温度传感器80提供的热源h的温度调控输入致冷芯片20的工作电压。详细来说，温度控制模块90自温度传感器80获取热源h的温度信息后，温度控制模块90判断欲使热源h温度下降至预定温度范围时，致冷芯片20进行冷却工作所需的工作电压大小。接着，温度控制模块90依据判断的结果提供致冷芯片20所需的工作电压。透过温度控制模块90实时地根据热源h的温度调整提供致冷芯片20的工作电压，散热装置2的能源利用效率得到提升，避免致冷芯片20消耗过多能源而造成能源的浪费。

于本发明一实施例中，散热装置2应用于对计算机的中央处理器(未绘示)进行降温。散热装置2的热交换座50与中央处理器(未绘示)热接触。热电致冷模块1设置于计算机机壳(未绘示)外部，并透过第一导管61与第二导管62使导热流体于热交换座50的热交换空间51与基座10的容置空间116之间流动以进行热交换。于本发明其它实施例中，散热装置2亦可以应用于显示卡的绘图芯片或服务器等其它种类的电子设备。根据实验结果，散热装置2使中央处理器的温度降低1℃需消耗7至9瓦的能量，然而中央处理器的温度每升高1℃，中央处理器欲维持相同的工作频率所需额外消耗的能量高于13瓦。因此由实验结果可知散热装置2与电子装置搭配后有助于降低整体的总耗能。

接下来介绍本发明另一实施例的散热装置3，请参照图6。图6为本发明另一实施例的散热装置的使用状态示意图。图6中的散热装置3的结构相似于图4与图5中的散热装置2，因此以下仅针对相异处加以说明，相同之处在此便不再赘述。

散热装置3包含前述的热电致冷模块1、一热交换座50、一第一导管61、一第二导管62、一第三导管63、一气冷模块70、一温度传感器80与一温度控制模块90。气冷模块70包含一散热器71与一散热风扇72。散热器71具有一散热空间711。散热风扇72设置于散热器71以增加流经散热器71的气流，藉此增加散热器71的散热效果。

第一导管61连接热电致冷模块1中基座10的入口117与散热器71的散热空间711。第二导管62连接热电致冷模块1中基座10的出口118与热交换座50的热交换空间51。第三导管63连接热交换空间51与散热空间711。 导热流体于热交换座50的热交换空间51中吸收热源h的热量后，高温的导热流体经由第三导管63流入散热器71的散热空间711中，并与散热器71进行热交换以完成初步降温。接着，完成第一阶段降温的中温的导热流体由散热空间711依序经由第一导管61及入口117流入热电致冷模块1的容置空间116中。中温的导热流体于容置空间116中与多个热交换件30进行热交换后转为低温的导热流体。低温的导热流体经由出口118离开容置空间116，并经由第二导管62流入热交换座50的热交换空间51中以完成导热流体于散热装置2中的一个工作循环。

导热流体于散热装置2中流动的动能是由一泵(未绘示)提供。泵可串接于热电致冷模块1的基座10的入口117与散热器71的散热空间711之间，串接于散热器71的散热空间711与热交换座50的热交换空间51之间，或是串接于热电致冷模块1的基座10的出口118与热交换座50的热交换空间51之间。

于散热装置3中，高温的导热流体经气冷模块70进行初步降温得到中温的导热流体，接着中温的导热流体再经热电致冷模块1降温得到低温的导热流体。因此，热电致冷模块1所负担的导热流体温度下降量降低，进而使得热电致冷模块1的致冷芯片20进行冷却工作所需的工作电压下降。如此一来，散热装置3进行散热所需消耗的能量下降。

根据实验结果，散热装置3使中央处理器的温度降低1℃需消耗3至5瓦的能量，然而中央处理器的温度每升高1℃，中央处理器欲维持相同的工作频率所需额外消耗的能量高于13瓦。因此由实验结果可知散热装置3与电子装置搭配后有助于降低整体的总耗能。

综上所述，根据上述本发明所揭露的热电致冷模块，致冷芯片透过设置于盖体并自盖体朝容置空间内延伸的多个热交换件与导热流体进行热交换。如此一来，致冷芯片与导热流体之间进行热交换的面积提升，进而使得致冷芯片与导热流体之间的热交换效率提升，解决了散热装置能量浪费的问题。再者，由热电致冷模块与气冷模块搭配构成的散热装置更进一步的减少降温所需消耗的能量，使得散热装置的节能效果得到更进一步的提升。此外，本发明所揭露的热电致冷模块可将导热流体的温度降低至室温以下，且本发明所揭露的热电致冷模块消耗的能量低于传统热电致冷模块所消耗的能量。

虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的权利要求书。