CN101056528B - 制冷装置、制热装置以及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子通信技术领域，公开了制冷装置、制热装置以及通信设备，所述装置包括冷端散热器和冷端相变单元，所述冷端散热器用于释放制冷量，所述冷端相变单元组设于所述冷端散热器，所述冷端相变单元内填充用来积蓄制冷量的相变材料，所述冷端相变单元内置散热翅片或热管。利用本发明可以缓冲制冷过程中所导致的局部低温，同时使得机柜/箱内不会产生冷凝水，或者缓冲制热过程中所导致的局部高温，进而提高制冷效率或制热效率。另外，本发明可以有效减少启停次数和运行时间，进而降低运行成本。

Description

制冷装置、制热装置以及通信设备

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，尤其涉及制冷装置、制热装置以及通信设备。

背景技术

在低功耗、高可靠性要求的通信机柜设备中通常使用热电制冷器(TEC，Thermoelectric Cooler)技术。下面结合图1对现有技术的一种热电制冷器进行介绍。

由图1可知，该TEC包括冷端风扇11、冷端散热器12、冷端空间13、半导体芯片14、热端空间15、隔热密封层16、热端散热器17以及热端风扇18，其中，冷端风扇11、冷端散热器12和冷端空间13布置在半导体芯片14的一侧，热端空间15、热端散热器17以及热端风扇18在半导体芯片14的另一侧，冷端散热器12或热端散热器17是由基板和翅片组成。

半导体芯片14用于产生制冷量和制热量，半导体芯片14将产生的制冷量传输给冷端散热器12，冷端风扇11将制冷量释放给冷端空间13；半导体芯片14将产生的制热量传输给热端散热器17，热端风扇18将制热量释放给热端空间15。

上述现有技术中TEC的半导体芯片14直接将制冷量传输给冷端散热器12，这样冷端散热器12与半导体芯片14接触的一侧温度较低，而冷端散热器12的另一侧温度并没有降低，从而使得制冷过程中出现局部低温的现象，同理，制热过程中也会出现局部高温的现象。

另外，在冷端散热器12与半导体芯片14接触的一侧温度低至露点温度时，空调机柜/箱内含有水蒸汽的环境空气容易出现凝露现象，这样不仅降低了TEC的寿命和可靠性，而且给空调机柜/箱内电子设备的安全运行造成隐患。其中，露点温度就是水蒸汽变成凝露时的温度。

最后，在外部环境温度剧烈变化时，会向机柜/箱内传递大量的热量，这样导致TEC空调机柜/箱内的热量也会波动较大，外部热量的持续冲击又会导致TEC的反复启停，这样使得TEC在较长时间内反复工作，进而导致TEC的运行成本较高。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种制冷装置，该装置能够缓冲制冷过程中所导致的局部低温。

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种制热装置，该装置能够缓冲制热过程中所导致的局部高温。

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种通信设备，该设备能够避免局部低温现象。

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种通信设备，该设备能够避免局部高温现象。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种制冷装置，该装置包括冷端散热器和冷端相变单元，所述冷端散热器用于释放制冷量，所述冷端相变单元组设于所述冷端散热器，所述冷端相变单元内填充用来积蓄制冷量的相变材料，所述冷端相变单元内置散热翅片或热管。

本发明实施例提供一种制热装置，该装置包括热端散热器以及热端相变单元，所述热端散热器用于释放制热量，所述热端相变单元组设于所述热端散热器，所述热端相变单元内填充用来积蓄制热量的相变材料，所述热端相变单元内置散热翅片或热管。

本发明实施例提供了一种通信设备，该通信设备包括电子器件、冷端散热器以及冷端相变单元，所述冷端散热器用于释放所述电子器件内的制冷量，所述冷端相变单元组设于所述冷端散热器，所述冷端相变单元内填充用来积蓄制冷量的相变材料，所述冷端相变单元内置散热翅片或热管。

本发明实施例还提供了一种通信设备，该通信设备包括电子器件、热端散热器以及热端相变单元，所述热端散热器用于释放所述电子器件内的制热量，所述热端相变单元组设于所述热端散热器，所述热端相变单元内填充用来积蓄制热量的相变材料，所述热端相变单元内置散热翅片或热管。

以上技术方案可以看出，本发明实施例在冷端散热器侧增加冷端相变单元，并在冷端相变单元内填充用来积蓄制冷量的相变材料(PCM，Phase ChangeMaterial)材料，同时PCM材料也会将制冷量均匀释放出去，只要PCM材料积蓄的制冷量没有超出极限，也就是PCM材料积蓄的制冷量没有使冷端空间的温度低于PCM材料的相变温度，PCM材料的相态就不会发生变化，这样使得冷端空间的温度在一段时间内仍保持在一定范围内，从而使得PCM材料积蓄的制冷量均匀释放到冷端空间，实现持续、稳定地下降，直至系统达到热平衡，进而能够缓冲能量冲击和维持局部温度恒定的作用，同时也可以提高制冷效率。

另外，本发明实施例在热端散热器侧增加热端相变单元，该热端相变单元内填充PCM材料，该PCM材料用来积蓄制热量，同时也会均匀释放部分制热量，只要PCM材料积蓄的制热量没有超出极限，也就是PCM材料积蓄的制热量没有使热端空间的温度高于PCM材料的相变温度，PCM材料的相态就不会发生变化，这样使得热端空间的温度在一段时间内仍保持在一定范围内，从而使得PCM材料积蓄的制热量均匀释放到热端空间，实现持续、稳定地上升，直至系统达到热平衡，进而能够缓冲能量冲击和维持局部温度恒定的作用，同时也可以提高制热效率。

附图说明

图1是现有技术一种TEC的示意图；

图2是本发明制冷装置实施例一的示意图；

图3是本发明实施例相变材料内置散热翅片的示意图；

图4是本发明实施例相变材料内置热管的示意图；

图5是本发明制热装置实施例一的示意图；

图6a～图6b是本发明实施例热端散热器和热端相变单元的位置示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种制冷装置，该制冷装置是利用TEC技术来达到制冷的目的，该装置在冷端散热器侧还包括冷端相变单元，该冷端相变单元内填充用来积蓄制冷量的相变材料，这样可以缓冲制冷过程中所导致的局部低温和冷凝水的产生，提高制冷效率。其中，PCM材料是一种储蓄能量的特殊材料，该材料能够在适当的条件下将储蓄的能量释放出来，它的相变温度根据成份和组合的不同而不同，可以在0℃～100℃之间变化。PCM材料主要包括以下种类：无机水合盐、有机材料(石蜡)、金属以及合金。金属或合金主要应用于芯片封装级散热，石蜡或水合盐用于各种需要蓄热的场合。

本发明实施例也提供一种制热装置，该制热装置是利用TEC技术来达到制热的目的，该装置在热端散热器侧还包括热端相变单元，所述热端相变单元内填充用来积蓄制热量的相变材料，这样可以缓冲制热过程中所导致的局部高温，从而提高制热效率。

为使本领域技术人员能够更好地理解本发明，下面结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细说明。

制冷装置实施例一

参照图2，图2是本发明制冷装置实施例一的示意图，由图2可知，该装置包括冷端散热器22和冷端相变单元23，所述冷端相变单元23组设于所述冷端散热器22，所述冷端散热器22用于释放制冷量，所述冷端相变单元23内填充用来积蓄制冷量的相变材料。

将电子器件24内的制冷量传输给冷端相变单元23，冷端相变单元23的一侧通过导热膏脂或导热垫片与电子器件24(例如：半导体芯片)相连，另一侧与冷端散热器22的基板相连，冷端风扇21将制冷量散发到冷端空间，从而可以对冷端空间进行制冷。为了使冷端相变单元23能够较好地与冷端散热器22衔接起来，冷端相变单元23的两侧可以呈平面、曲面、抛物面等形状。

冷端相变单元23内充装PCM材料，该PCM材料用来积蓄电子器件24(例如：半导体芯片)内的制冷量，同时PCM材料也会均匀释放部分制冷量，只要PCM材料积蓄的制冷量没有超出极限，也就是PCM材料积蓄的制冷量没有使冷端空间的温度低于PCM材料的相变温度，PCM材料的相态就不会发生变化，这样使得冷端空间的温度在一段时间内仍保持在一定范围内，从而使得PCM材料积蓄的制冷量均匀释放到冷端空间，实现持续、稳定地下降，直至系统达到热平衡，进而能够缓冲能量冲击和维持局部温度恒定的作用。

另外，冷端相变单元23内充装的PCM材料的相变温度要高于水蒸汽的露点温度，这样使得冷端空间在制冷的过程中不会产生冷凝水。

可选地，本制冷装置通常还包括温度监控器，当温度监控器探测到冷端空间的温度高于T1时，制冷装置中除温度监控器之外的各个组成部分开始工作，直至冷端空间的温度降至T2时才停止工作。其中，T1和T2是预先设置的系数，一般是T1＞T2。

由上述可知，本实施例是对冷端空间进行制冷的优选实施方式，该实施例是在冷端散热器22的基板一侧增加冷端相变单元23，并且冷端相变单元23与冷端散热器22是相互独立的。

制冷装置实施例二

本发明制冷装置实施例是将冷端相变单元内置于冷端散热器，例如，冷端相变单元的一侧与冷端散热器的基板相连，另一侧与冷端散热器的翅片相连。

制冷装置实施例三

本发明制冷装置实施例是在冷端散热器的翅片一侧增加冷端相变单元。

同时，可以在冷端相变单元或热端相变单元内置散热翅片或热管对PCM相变材料进行均温，使其蓄热性能得到充分发挥。采用内置散热翅片的方法对PCM材料进行均温，具体可见图3，同时充装PCM材料的散热器上部还可带有外翅片。采用内置热管的方法对PCM材料进行均温，具体可见图4，同时充装PCM材料的散热器上部还可带有外翅片。

制热装置实施例一

本发明实施例也提供一种制热装置，参照图5，图5是本发明制热装置实施例一的示意图，由图5可知，该装置包括热端散热器52以及热端相变单元53，所述热端相变单元53组设于所述冷端散热器52，所述热端散热器52用于释放制热量，所述热端相变单元53内填充用来积蓄制热量的相变材料。

将电子器件54内的制热量传输给热端相变单元53，热端相变单元53的一侧通过导热膏脂或导热垫片与电子器件54(例如：半导体芯片)相连，另一侧与热端散热器52相连，热端风扇51将制热量散发到热端空间，从而可以对热端空间进行制热。为了使热端相变单元53能够较好地与热端散热器52衔接起来，热端相变单元53的两侧可以呈平面、曲面、抛物面等形状。

热端相变单元53内充装PCM材料，该PCM材料用来积蓄电子器件54(例如：半导体芯片)内的制热量，同时PCM材料也会均匀释放部分制热量，只要PCM材料积蓄的制热量没有超出极限，也就是PCM材料积蓄的制热量没有使热端空间的温度高于PCM材料的相变温度，PCM材料的相态就不会发生变化，这样使得热端空间的温度在一段时间内仍保持在一定范围内，从而使得PCM材料积蓄的制热量均匀释放到热端空间，实现持续、稳定地下降，直至系统达到热平衡，进而能够缓冲能量冲击和维持局部温度恒定的作用。

另外，热端相变单元53内充装的PCM材料的相变温度要高于环境温度，一旦环境温度高于PCM材料的相变温度，PCM材料积蓄制热量的能力就会超出极限，此时PCM材料的相态就会发生变化，这样不能使得热端空间的温度在一段时间内仍保持在一定范围内，从而不能缓冲热端空间在制热的过程中出现的局部高温。

可选地，本发明制热装置实施例通常还包括温度监控器，当温度监控器探测到热端空间的温度低于T1时，制热装置中除温度监控器之外的各个组成部分开始工作，直至热端空间的温度升至T2时才停止工作。其中，T1和T2是预先设置的系数，一般是T1小于T2。

由上述可知，本实施例是对热端空间进行制热的优选实施方式，该实施例是在热端散热器52的基板一侧增加热端相变单元53，并且热端相变单元53与热端散热器52是相互独立的。

制热装置实施例二

本发明制热装置实施例将热端相变单元内置于热端散热器，例如，热端相变单元的一侧与热端散热器的基板相连，另一侧与热端散热器的翅片相连。

制热装置实施例三

本发明制热装置实施例是在热端散热器的翅片一侧增加热端相变单元。

接着，对热端散热器和热端相变单元的位置关系进行说明，冷端散热器和冷端相变单元的位置关系类同。通常热端散热器由基板和翅片组成，图6a的热端相变单元是内置于热端散热器中，它的一侧与热端散热器的基板相连，另一侧与热端散热器的翅片相连。图6b的热端相变单元是外置于热端散热器，它的一侧与热端散热器的基板相连。

另外，本发明实施例在通信设备中也可以采用制冷装置或制热装置的原理来缓冲出现的局部低温或局部高温现象。

通信设备实施例一

本发明实施例的通信设备包括电子器件、冷端散热器以及冷端相变单元，所述冷端散热器用于释放所述电子器件内的制冷量，所述冷端相变单元组设于所述冷端散热器，所述冷端相变单元内填充用来积蓄制冷量的相变材料。

通信设备实施例二

本发明实施例的通信设备包括电子器件、热端散热器以及热端相变单元，所述热端散热器用于释放所述电子器件内的制热量，所述热端相变单元组设于所述冷端散热器，所述热端相变单元内填充用来积蓄制热量的相变材料包括热端散热器以及隔热密封层，该热端散热器用于释放隔热密封层内的制热量，其中，热端散热器侧还包括热端相变单元，所述热端相变单元内填充用来积蓄制热量的相变材料。

由上述可知，本发明实施例在冷端散热器侧增加冷端相变单元，并在冷端相变单元内填充用来积蓄制冷量的PCM材料，同时PCM材料也会将制冷量均匀释放出去，只要PCM材料积蓄的制冷量没有超出极限，也就是PCM材料积蓄的制冷量没有使冷端空间的温度低于PCM材料的相变温度，PCM材料的相态就不会发生变化，这样使得冷端空间的温度在一段时间内仍保持在一定范围内，从而使得PCM材料积蓄的制冷量均匀释放到冷端空间，实现持续、稳定地下降，直至系统达到热平衡，进而能够缓冲能量冲击和维持局部温度恒定的作用，同时也可以提高制冷效率。

进一步地，由于本发明实施例在热端散热器侧增加热端相变单元，该热端相变单元内填充PCM材料，该PCM材料用来积蓄制热量，同时也会均匀释放部分制热量，只要PCM材料积蓄的制热量没有超出极限，也就是PCM材料积蓄的制热量没有使热端空间的温度高于PCM材料的相变温度，PCM材料的相态就不会发生变化，这样使得热端空间的温度在一段时间内仍保持在一定范围内，从而使得PCM材料积蓄的制热量均匀释放到热端空间，实现持续、稳定地下降，直至系统达到热平衡，进而能够缓冲能量冲击和维持局部温度恒定的作用，同时也可以提高制热效率。

进一步地，冷端相变单元内充装的PCM材料的相变温度要高于水蒸汽的露点温度，这样使得冷端空间在制冷的过程中不会产生冷凝水。

进一步地，热端相变单元内充装的PCM材料的相变温度要高于环境温度，这样PCM材料积蓄制热量的能力就不会超出极限，此时PCM材料的相态就不会发生变化，这样就可以缓冲热端空间在制热的过程中出现的局部高温。

进一步地，由于本发明实施例在热端散热器一侧增加填充PCM材料的热端相变单元，或者在冷端散热器一侧增加填充PCM材料的热端相变单元，这样使得TEC空调机柜/箱内的热量波动较少，从而减少启停次数和运行时间，进而降低运行成本。

进一步地，由于本发明实施例将冷端相变单元或热端相变单元的两侧加工成平面，这样可以将制冷量或制热量均匀分布在两侧，从而可以进一步缓冲制热过程中所导致的局部高温，或者进一步缓冲制冷过程中所导致的局部低温。

进一步地，由于冷端相变单元可内置散热翅片或热管，从而通过散热翅片或热管将制冷量迅速导入冷端，从而使柜内温度实现持续、稳定地下降，直至系统达到热平衡。

进一步地，由于热端相变单元可内置散热翅片或热管，从而通过散热翅片或热管将制热量迅速导入热端，从而使柜内温度实现持续、稳定地上升，直至系统达到热平衡。

最后，本发明实施例也不排除将制冷装置和制热装置同时应用在一个温度控制系统，例如，空调系统等。

以上对本发明实施例所提供的一种制冷装置以及制热装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种制冷装置，其特征在于，所述装置包括冷端散热器和冷端相变单元，所述冷端散热器用于释放制冷量，所述冷端相变单元组设于所述冷端散热器，所述冷端相变单元内填充用来积蓄制冷量的相变材料，所述冷端相变单元内置散热翅片或热管，将制冷量迅速导入冷端，使得柜内温度实现持续、稳定下降，直至系统达到热平衡；

其中所述冷端相变单元内置有两个散热翅片，所述两个散热翅片分别设置在所述冷端相变单元的上端和下端，所述两个散热翅片中的翅片相对设置且不连接；或所述冷端相变单元内置有竖直平行的热管。

2.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，所述相变材料的相变温度高于露点温度。

3.如权利要求1或2所述的制冷装置，其特征在于，所述冷端相变单元内置于冷端散热器，冷端相变单元的一侧与冷端散热器的基板相连，另一侧与冷端散热器的翅片相连。

4.如权利要求1或2任一项所述的制冷装置，其特征在于，所述冷端相变单元外置于冷端散热器，所述单元的一侧与冷端散热器相连，另一侧与电子器件相连。

5.一种制热装置，其特征在于，所述装置包括热端散热器以及热端相变单元，所述热端散热器用于释放制热量，所述热端相变单元组设于所述热端散热器，所述热端相变单元内填充用来积蓄制热量的相变材料，所述热端相变单元内置散热翅片或热管，将制热量迅速导入热端，使得柜内温度实现持续、稳定上升，直至系统达到热平衡；

其中所述热端相变单元内置有两个散热翅片，所述两个散热翅片分别设置在所述热端相变单元的上端和下端，所述两个散热翅片中的翅片相对设置且不连接；或所述热端相变单元内置有竖直平行的热管。

6.如权利要求5所述的制热装置，其特征在于，所述相变材料的相变温度高于环境温度。

7.如权利要求5或6所述的制热装置，其特征在于，所述热端相变单元内置于热端散热器，热端相变单元的一侧与热端散热器的基板相连，另一侧与热端散热器的翅片相连。

8.如权利要求5或6所述的制热装置，其特征在于，所述热端相变单元外置于热端散热器，所述单元的一侧与热端散热器相连，另一侧与电子器件相连。

9.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括电子器件、冷端散热器以及冷端相变单元，所述冷端散热器用于释放所述电子器件内的制冷量，所述冷端相变单元组设于所述冷端散热器，所述冷端相变单元内填充用来积蓄制冷量的相变材料，所述冷端相变单元内置散热翅片或热管，将制冷量迅速导入冷端，使得柜内温度实现持续、稳定下降，直至系统达到热平衡；

其中所述冷端相变单元内置有两个散热翅片，所述两个散热翅片分别设置在所述冷端相变单元的上端和下端，所述两个散热翅片中的翅片相对设置且不连接；或所述冷端相变单元内置有竖直平行的热管。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括电子器件、热端散热器以及热端相变单元，所述热端散热器用于释放所述电子器件内的制热量，所述热端相变单元组设于所述热端散热器，所述热端相变单元内填充用来积蓄制热量的相变材料，所述热端相变单元内置散热翅片或热管，将制热量迅速导入热端，使得柜内温度实现持续、稳定上升，直至系统达到热平衡；

其中所述热端相变单元内置有两个散热翅片，所述两个散热翅片分别设置在所述热端相变单元的上端和下端，所述两个散热翅片中的翅片相对设置且不连接；或所述热端相变单元内置有竖直平行的热管。

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