CN101907369B - 一种便携式热管半导体制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种便携式热管半导体制冷装置，设有散热装置、散冷装置、具有绝热层的内胆、外壳、散热腔室、盖体、携带部件；散热装置设于内胆的外侧，并设于散热腔室，散热装置设有热管、散热基座和散热翅片，热管第一管段与散热基座连接，热管第二管段与散热翅片连接，散热翅片设于散热基座的上方；散冷装置设于内胆的内侧，散冷装置设有低温热管和金属层；半导体制冷芯片的热端与散热基座连接，半导体制冷芯片的冷端与内胆外表面紧密触接，并与设于内胆外表面的绝热层无间隙对接；盖体设于内胆的上方，并与内胆密封连接；携带部件设于盖体或者外壳。该便携式热管半导体制冷装置不仅制冷速度快，制冷效果好，而且结构简单、体积小、易于携带，便于推广及应用。

Description

一种便携式热管半导体制冷装置

技术领域

本发明涉及一种制冷设备，特别是涉及一种便携式热管半导体制冷装置。

背景技术

传统采用氟利昂或者其它化合物制冷剂的制冷装置，由于其所采用的氟利昂或者其它化合物制冷剂的泄漏，会对周围环境造成一定的污染，并对大气臭氧层具有强烈的破坏作用，所以，这些制冷装置已逐渐被市场所淘汰。因此，研制开发一种性能优越，对环境无害的制冷技术已经成为全球制冷技术科学研究领域的一个重要课题。

现代化高科技的半导体制冷技术，不需要任何制冷剂，而是利用半导体的珀尔帖效应就能够实现制冷的，这是一种环境友好型的制冷方式。这种半导体制冷技术的原理为：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移。如通过电流由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端，可用于制热；通过电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端，可用于制冷。由于半导体制冷技术，无需任何制冷剂，无运动部件，同时还具有无噪声、无磨损、寿命长、可靠性高、转换效率高、易控制、尺寸小和重量轻等优点，所以，已经广泛应用于工业、农业、医疗、科研、国防等领域。

现有技术中，半导体制冷装置包括有半导体制冷芯片，半导体制冷芯片的一端称为热端，另一端称为冷端。然而，由于半导体制冷芯片在制冷时，如果热端的热量不及时散发，将会影响半导体制冷芯片的制冷效率，严重时甚至导致半导体芯片烧毁；并且，由于热量容易通过热桥从半导体制冷芯片的热端传到冷端，从而降低了半导体制冷装置的制冷效果，因此，解决半导体制冷芯片的散热问题成为提高制冷效果的重要的先决条件。

并且，现有技术中大多数的半导体制冷装置，体积都较大、不便于携带，无法满足机动车驾驶员、野外工作人员、疫苗运输人员等使用者的使用。

因此，针对现有技术的不足，亟需提供一种不仅制冷速度快，制冷效果好，而且结构简单、体积小、易于携带，便于推广及应用的便携式热管半导体制冷装置。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种不仅制冷速度快，制冷效果好，而且结构简单、体积小、易于携带，便于推广及应用的便携式热管半导体制冷装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种便携式热管半导体制冷装置，包括有至少一个半导体制冷芯片，所述半导体制冷芯片具有热端和冷端，其中，设置有散热装置、散冷装置、具有绝热层的内胆、外壳、所述外壳与所述内胆之间围成的散热腔室、盖体，以及携带部件；所述散热装置设置于所述内胆的外侧，并设置于所述散热腔室，所述散热装置设置有热管、散热基座和散热翅片，所述热管的第一管段与所述散热基座连接，所述热管的第二管段与所述散热翅片连接，所述散热翅片设置于所述散热基座的上方；所述散冷装置设置于所述内胆的内侧，所述散冷装置设置有低温热管和用于保护所述低温热管的金属层，所述低温热管与所述内胆内表面紧密触接，所述金属层设置于所述低温热管与冷藏物相邻的一侧；所述半导体制冷芯片的热端与所述散热基座紧密触接，所述半导体制冷芯片的冷端与所述内胆外表面紧密触接，并与设置于所述内胆外表面的绝热层无间隙对接；所述盖体设置于所述内胆的上方，并与所述内胆密封连接；所述携带部件设置于所述盖体或者外壳。

所述半导体制冷芯片的冷端与所述内胆外表面的底部紧密触接。

所述半导体制冷芯片的冷端与所述内胆外表面的侧部紧密触接。

所述散热基座设置有孔，所述热管的第一管段与所述孔的内壁面相接。

所述散热基座设置有第一基座和第二基座，所述第一基座和所述第二基座分别设置有沟槽，所述热管的第一管段嵌合于所述沟槽，所述第一基座和所述第二基座压紧固定。

所述散热翅片设置有散热孔和/或散热口。

所述热管为折线型热管或者直管型热管或者U型热管，所述热管的横截面形状为圆形或者矩形；所述低温热管为折线型低温热管或者直管型低温热管或者U型低温热管，所述低温热管的横截面形状为圆形或者矩形。

所述外壳设置有与所述散热腔室相连通的透气孔。

所述内胆的下方设置有支架。

所述携带部件为设置于所述盖体的手柄和/或设置于所述外壳的背带连接件。

本发明的有益效果：本发明的一种便携式热管半导体制冷装置包括有至少一个半导体制冷芯片，所述半导体制冷芯片具有热端和冷端，其中，设置有散热装置、散冷装置、具有绝热层的内胆、外壳、外壳与内胆之间围成的散热腔室、盖体，以及携带部件；所述散热装置设置于所述内胆的外侧，并设置于所述散热腔室，所述散热装置设置有热管、散热基座和散热翅片，所述热管的第一管段与所述散热基座连接，所述热管的第二管段与所述散热翅片连接，所述散热翅片设置于所述散热基座的上方；所述散冷装置设置于所述内胆的内侧，所述散冷装置包括有低温热管和用于保护所述低温热管的金属层，所述低温热管与所述内胆内表面紧密触接，所述金属层设置于所述低温热管与冷藏物相邻的一侧；所述半导体制冷芯片的热端与所述散热基座紧密触接，所述半导体制冷芯片的冷端与所述内胆外表面紧密触接，并与设置于所述内胆外表面的绝热层无间隙对接；所述盖体设置于所述内胆的上方，并与所述内胆密封连接；所述携带部件为所述盖体或者外壳。与现有技术相比，散热装置利用热管作为导热元件，能将半导体制冷芯片热端的热量迅速导走，并利用散热翅片散发到外界环境中，大大提高了散热能力；半导体制冷芯片的冷端直接与内胆外表面紧密接触，增强了制冷效果，而且内胆外表面除半导体制冷芯片的冷端外，其它地方设置有绝热层，可以阻挡外部热量传递到内胆；在内胆的内侧增设由低温热管组成的散冷装置，能有效的将半导体制冷芯片的冷量快速传递到内胆，进一步增强其制冷效果；并且产品结构简单，便于推广及应用。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例一的结构示意图。

图2是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例一的散热装置的结构示意图。

图3是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例一的散热翅片的结构示意图。

图4是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例二的散热装置的结构示意图。

图5是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例二的一种散热基座的结构示意图。

图6是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例二的另一种散热基座的结构示意图。

图7是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例三的结构示意图。

图8是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例三的散热装置的结构示意图。

图9是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例三的散热翅片的结构示意图。

图10是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例四的散热装置的结构示意图。

图11是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例四的散热基座的结构示意图。

图12是本发明的一种便携式热管半导体制冷装置实施例五的结构示意图。

在图1至图12中包括：1——半导体制冷芯片、11——热端、12——冷端、2——散热装置、21——热管、22——散热基座、221——孔、222——第一基座、223——第二基座、224——沟槽、23——散热翅片、231——散热孔、232——散热口、31——低温热管、32——金属层、4——内胆、5——绝热层、6——外壳、61——透气孔、7——散热腔室、8——盖体、91——手柄、92——背带连接件、10——支架。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明的一种便携式热管半导体制冷装置的具体实施方式之一，如图1和图2所示，包括有至少一个半导体制冷芯片1，该半导体制冷芯片1具有热端11和冷端12。半导体制冷芯片1的数量可以根据实际应用中对制冷装置冷量的需求而进行设定，可以为一个或者多个。本实施例中的半导体制冷芯片1的正极和整机电源的正极相接，半导体制冷芯片1的负极和整机电源的负极相接，同时可以通过改变工作电流的大小，控制制冷温度和制冷速度，具有调节控制灵活方便的特点。

除此之外，半导体制冷芯片1与电源的连接具有可逆性，如果将半导体制冷芯片1的正极和整机电源的负极相接，半导体制冷芯片1的负极和整机电源的正极相接，这种改变电流的极性就可实现制冷、制热的互换，成为制热模式。

如图1所示，该便携式热管半导体制冷装置设置有散热装置2、散冷装置、具有绝热层5的内胆4、外壳6、外壳6与内胆4之间围成的散热腔室7、盖体8，以及携带部件；散热装置2设置于内胆4的外侧，并设置于散热腔室7内。内胆4可以设置为矩形或者圆形或者椭圆形或者其它类型的形状，内胆4的面越多，其散冷的效果就越好。

如图1所示，半导体制冷芯片1的冷端12与内胆4外表面的底部紧密触接，并与设置于内胆4外表面的绝热层5无间隙对接。将内胆4外表面直接与半导体制冷芯片1的冷端12相接触，可以增强制冷效果，而且内胆4外表面的其它地方具有绝热层5，可以防止外部热量对内胆4加热。

如图2所示，散热装置2设置有热管21、散热基座22和散热翅片23，热管21的第一管段与散热基座22连接，热管21的第二管段与散热翅片23连接，散热翅片23设置于散热基座22的上方。因为热管21的冷凝段应该设置于热管21的蒸发段的上面，确保液体工质的汽液的顺利循环。散热基座22设置有孔221，热管21的第一管段与孔221的内壁面连接。热管21的第一管段与孔221的内壁面进行压紧固定连接，使热管21与散热基座22可以紧密接触，减少接触热阻。本实施例中的热管21可以采用L型的折线型热管或者还可以采用U型热管，而且热管21的横截面形状可以采用圆形或者矩形，就是俗称的圆热管和扁热管。

如图3所示，散热翅片23设置有散热孔231。该散热孔231可以均匀或者不均匀的分布于环形的散热翅片23，以便形成空气对流，加速散热。

如图1所示，散冷装置设置于内胆4的内侧，散冷装置设置有低温热管31和用于保护低温热管31的金属层32，低温热管31与内胆4内表面紧密触接，金属层32设置于低温热管31与冷藏物相邻的一侧；半导体制冷芯片1的热端11与散热基座22紧密触接。本实施例中的低温热管31可以为L型低温热管或者U型低温热管，低温热管31的横截面形状可以为圆形或者矩形，就是俗称的圆热管和扁热管。

如图1所示，外壳6可以由金属或者塑料制成，外壳6设置有与散热腔室7相连通的透气孔61，在外壳6的顶部、侧面和底部设置有多个透气孔61，以便形成空气对流，加速散热腔室7内的散热装置2的散热。

内胆4的下方设置有支架10。该支架10用于支撑内胆4，再者可以隔离内胆4与外壳6的接触，避免热量的传递。

热管21的工作原理：热管21的受热端为蒸发段（吸热），散热端为冷凝段（放热），当热管21的蒸发段受热时，毛细吸液芯中的液体工质蒸发，“热的”蒸发段和“冷的”冷凝段之间的压力差驱动蒸汽流动至冷凝段中并在冷凝段冷凝。变回液体的工质在毛细力的驱动下，沿毛细结构从冷凝段流回蒸发段。如此循环，热量由热管21的一段传至另一段端。热管21内部主要就是靠传热介质的“汽液”相变传热，热阻很小，具有很高的导热能力，其传热能力比铜、铝等金属高两个数量级以上。因此具有更快的传热速率，更大的传热功率，更好的等温性能的特点。上述热管21和低温热管31都是热管，只不过散热装置2中的热管21的启动温度为20℃，散冷装置中的低温热管31的启动温度在-10℃～10℃。

半导体制冷芯片1的冷端12的冷量传递给内胆4外表面，内胆4外表面通过低温热管31的可以将冷量传递至整个内胆4，半导体制冷芯片1的热端11的热量传递给散热基座22，散热基座22将热量传递至热管21的蒸发段，热管21的蒸发段吸收散热基座22散发的热量，其中的毛细吸液芯内的液体工质蒸发，汽化后的热管21的工质气体在浮升力的作用下驱动蒸汽流动至冷凝段中并在冷凝段冷凝，上升到上部的热管21的冷凝段通过散热翅片23进行散热，热管21冷凝段内的热管介质蒸气冷凝成液体后，热管介质液体在重力作用下沿热管21内壁流回下部的热管21蒸发段，完成一次循环，可以有效的散发半导体制冷芯片1工作中所产生的热量。

本实施例中的携带部件为设置于盖体8顶部的手柄91。手柄91与盖体8焊接或者一体成型。

实施例2

本发明的一种便携式热管半导体制冷装置的具体实施方式之二，如图4和图5和图6所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述，而且在图4、图5和图6中与图1、图2、和图3相同的部件采用相同的标号。本实施例与实施例1的区别在于，散热基座22设置有第一基座222和第二基座223，第一基座222和第二基座223分别设置有沟槽224，热管21的第一管段嵌合于沟槽224，第一基座222和第二基座223上下压紧固定。热管21的第一管段与沟槽224进行压紧固定连接，使热管21与散热基座22可以紧密接触，减少接触热阻。本实施例中的热管21设置有六个，在第一基座222上和第二基座223上与之相对应的沟槽分别设置有六条。沟槽224设置的数量应与热管21的数量相匹配。 

实施例3

本发明的一种便携式热管半导体制冷装置的具体实施方式之三，如图7和图8和图9所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述，而且在图7、图8和图9中与图1、图2、和图3相同的部件采用相同的标号。本实施例与实施例1的区别在于，半导体制冷芯片1的冷端12与内胆4外表面的侧部紧密触接。本实施例中的散热翅片23设置有散热口232，该散热口232为开设于散热翅片23的缺口。本实施例中的热管21可以采用在直管型热管的基础上进行弯折的折线型热管，或者采用直管型热管，只需将散热基座增加一定的厚度。

实施例4

本发明的一种便携式热管半导体制冷装置的具体实施方式之四，如图10和图11所示，本实施例的主要技术方案与实施例3相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例3中的解释，在此不再进行赘述，而且在图10和图11中与图7、图8、和图9相同的部件采用相同的标号。本实施例与实施例3的区别在于，散热基座22设置有第一基座222和第二基座223，第一基座222和第二基座223分别设置有沟槽224，热管21的第一管段嵌合于沟槽224，第一基座222和第二基座223上下压紧固定。热管21的第一管段与沟槽224进行压紧固定连接，使热管21与散热基座22可以紧密接触，减少接触热阻。本实施例中的热管21设置有三个，在第一基座222上和第二基座223上与之相对应的沟槽分别设置有三条。沟槽224设置的数量应与热管21的数量相匹配。 

实施例5

本发明的一种便携式热管半导体制冷装置的具体实施方式之五，如图12所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述，其区别在于，携带部件还包括外壳设置的背带连接件92，通过该背带连接件92，人们可以用背带将该便携式热管半导体制冷装置背在身上，便于出行。

实施例6

本发明的一种便携式热管半导体制冷装置的具体实施方式之六，如图12所示，本实施例的主要技术方案与实施例3相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例2中的解释，在此不再进行赘述，其区别在于，携带部件还包括外壳设置的背带连接件92，通过该背带连接件92，人们可以用背带将该便携式热管半导体制冷装置背在身上，便于出行。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种便携式热管半导体制冷装置，包括有至少一个半导体制冷芯片，所述半导体制冷芯片具有热端和冷端，其特征在于：设置有散热装置、散冷装置、具有绝热层的内胆、外壳、所述外壳与所述内胆之间围成的散热腔室、盖体，以及携带部件；所述散热装置设置于所述内胆的外侧，并设置于所述散热腔室，所述散热装置设置有热管、散热基座和散热翅片，所述热管的第一管段与所述散热基座连接，所述热管的第二管段与所述散热翅片连接，所述散热翅片设置于所述散热基座的上方；所述散冷装置设置于所述内胆的内侧，所述散冷装置设置有低温热管和用于保护所述低温热管的金属层，所述低温热管与所述内胆内表面紧密触接，所述金属层设置于所述低温热管与冷藏物相邻的一侧；所述半导体制冷芯片的热端与所述散热基座紧密触接，所述半导体制冷芯片的冷端与所述内胆外表面紧密触接，并与设置于所述内胆外表面的绝热层无间隙对接；所述盖体设置于所述内胆的上方，并与所述内胆密封连接；所述携带部件设置于所述盖体或者外壳。

2.根据权利要求1所述的便携式热管半导体制冷装置，其特征在于：所述半导体制冷芯片的冷端与所述内胆外表面的底部紧密触接。

3.根据权利要求1所述的便携式热管半导体制冷装置，其特征在于：所述半导体制冷芯片的冷端与所述内胆外表面的侧部紧密触接。

4.根据权利要求1或2或3所述的便携式热管半导体制冷装置，其特征在于：所述散热基座设置有孔，所述热管的第一管段与所述孔的内壁面相接。

5.根据权利要求1或2或3所述的便携式热管半导体制冷装置，其特征在于：所述散热基座设置有第一基座和第二基座，所述第一基座和所述第二基座分别设置有沟槽，所述热管的第一管段嵌合于所述沟槽，所述第一基座和所述第二基座压紧固定。

6.根据权利要求1或2或3所述的便携式热管半导体制冷装置，其特征在于：所述散热翅片设置有散热孔和/或散热口。

7.根据权利要求1或2或3所述的便携式热管半导体制冷装置，其特征在于：所述热管为折线型热管或者直管型热管或者U型热管，所述热管的横截面形状为圆形或者矩形；所述低温热管为折线型低温热管或者直管型低温热管或者U型低温热管，所述低温热管的横截面形状为圆形或者矩形。

8.根据权利要求1或2或3所述的便携式热管半导体制冷装置，其特征在于：所述外壳设置有与所述散热腔室相连通的透气孔。

9.根据权利要求1或2或3所述的便携式热管半导体制冷装置，其特征在于：所述内胆的下方设置有支架。

10.根据权利要求1或2或3所述的便携式热管半导体制冷装置，其特征在于：所述携带部件为设置于所述盖体的手柄和/或设置于所述外壳的背带连接件。

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