DE102005046787B3

DE102005046787B3 - Computer mit thermoelektrischer Umwandlung

Info

Publication number: DE102005046787B3
Application number: DE102005046787A
Authority: DE
Inventors: Lao-Shih Leng; Heng-Yung Hsinchuang Su
Original assignee: Micro Star International Co Ltd
Current assignee: Micro Star International Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-30

Abstract

Ein Computer (1) mit thermoelektrischer Umwandlung verwendet ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul (13, 31-1...31-n), das zwischen einer Wärme erzeugenden Einheit (10, 30-1...30-n) und einer Niedrigtemperatureinheit (14, 32-1...32-n) geschaltet ist, um die freigesetzte Wärme, die durch den Computer (1) erzeugt wird, vollständig zu nutzen. Das thermoelektrische Umwandlungsmodul (13, 31-1...31-n) wandelt basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen der Wärme erzeugenden Einheit (10, 30-1...30-n) und der Niedrigtemperatureinheit (14, 32-1...32-n) Wärme in Leistung. Oberhalb der Niedrigtemperatureinheit (14, 32-1...32-n) ist ein erster Lüfter (12) angeordnet, um Luft von der Niedrigtemperatureinheit (14, 32-1...32-n) weg zu blasen. Die von dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul (13, 31-1...31-n) erzeugte Leistung wird dann an einen zweiten Lüfter (15) übertragen, die durch die Leistung angetrieben werden kann, um die Wärme erzeugende Einheit (10, 30-1...30-n) zu kühlen.

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.

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.

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.

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.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Computer entsprechend des Anspruches 1 gelöst. Der abhängige Anspruch betrifft eine entsprechende Weiterentwicklung und Verbesserung.

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.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
1 eine erste bevorzugte beispielhafte Ausführungsform des Computers mit thermoelektrischer Umwandlung nach dieser Erfindung, und
2 ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten beispielhaften Ausführungsform eines Computers mit thermoelektrischer Umwandlung nach dieser Erfindung.
Bei der nachfolgenden ausführlichen Offenbarung der vorliegenden Erfindung sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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.
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.
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.
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.
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.
2 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Computers 1 mit thermoelektrischer Umwandlung nach der vorliegenden Erfindung.
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.
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.
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.

Claims

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) 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.