CN101922778B - 一种半导体制冷空调装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体制冷空调装置，第一壳体与第二壳体相邻壁面连接设置，第一壳体与第二壳体相邻壁面连接设置的位置均对应开有与半导体制冷芯片外围尺寸相配合的通孔，半导体制冷芯片固定于通孔中，半导体制冷芯片的冷端设于散冷腔体，其热端设于散热腔体；散冷腔体内设散冷装置；散热腔体内设散热装置；第一壳体的上部设进气孔，进气孔与散冷腔体连通，散冷腔体内设进气装置，室内空气通过进气装置经进气孔输送至散冷腔体内，并经散冷装置制冷，第一壳体的下部设置出气槽道，经散冷装置制冷后的空气通过出气槽道输出；散热装置设有风冷装置或水冷装置对散热翅片进行冷却。具有制冷速度快、制冷效果好、结构简单、节约环保、无噪声、便于推广及应用的特点。

Description

一种半导体制冷空调装置

技术领域

本发明涉及一种制冷设备，特别是涉及一种半导体制冷空调装置。

背景技术

传统空调装置的制冷，是以机械技术及化学技术为基础，依靠制冷介质(例如：氟利昂)的液态——气态相变过程的热交换来实现的。由于所采用的氟利昂或者其它化合物往往易引起的泄漏，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，这些空调装置将逐渐被市场所淘汰。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，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，形成热端，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，形成冷端，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，半导体制冷空调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，其工作原理就是依靠半导体制冷芯片的电子携带能量迁移,实现空调装置的制冷、制热的效能。半导体空调技术不仅能节省用户的费用、可减少燃料资源的开采，同时由于没有使用任何制冷剂，可抑制温室效应的加剧，有利于环境的保护，必将成为中国空调行业未来的发展方向之一。

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制冷芯片的烧毁；并且，由于热量容易通过热桥从半导体制冷芯片的热端传递到冷端，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。

现有技术中，半导体制冷空调装置普遍采用风机直接冷却或者自然对流的冷却方式，这类冷却方式容易使得灰尘、湿气、油雾等进入，对电子元器件的工作可靠性和使用寿命等造成不利影响，甚至会影响电子元器件的正常工作。现有技术中还有一些是采用半导体制冷芯片加散热器的原理进行制冷，这种结构的能效比较低，制冷量不超过300W，并且当环境温度较高的时候很难实现制冷。

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、节能环保，便于推广及应用的半导体制冷空调装置。

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、节能环保，便于推广及应用的半导体制冷空调装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种半导体制冷空调装置，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，设置有第一壳体和第二壳体，所述第一壳体具有散冷腔体，所述第二壳体具有散热腔体，所述第一壳体与所述第二壳体相邻壁面连接设置，所述第一壳体与所述第二壳体相邻壁面连接设置的位置均对应开设有与所述半导体制冷芯片的外围尺寸相配合的通孔，所述半导体制冷芯片固定于所述通孔中，所述半导体制冷芯片的冷端设置于所述散冷腔体，所述半导体制冷芯片的热端设置于所述散热腔体；所述散冷腔体内设置有散冷装置，所述散冷装置设置有低温热管、散冷基座和散冷翅片组，所述散冷基座的一侧与所述半导体制冷芯片的冷端紧密触接，所述散冷基座的另一侧与所述低温热管的第一管段连接，所述低温热管的第二管段与所述散冷翅片组连接；所述散热腔体内设置有散热装置，所述散热装置设置有热管、散热基座和散热翅片组，以及设置有对所述散热翅片组进行冷却的风冷装置或者水冷装置，所述散热基座的一侧与所述半导体制冷芯片的热端紧密触接，所述散热基座的另一侧与所述热管的第一管段连接，所述热管的第二管段与所述散热翅片组连接；所述第一壳体的上部设置有进气孔，所述进气孔与所述散冷腔体连通，所述散冷腔体内设置有进气装置，室内空气通过所述进气装置经所述进气孔输送至所述散冷腔体内，并经所述散冷装置制冷，所述第一壳体的下部设置有出气槽道，经所述散冷装置制冷后的空气通过所述出气槽道输出。

所述半导体制冷芯片、所述散冷装置和所述散热装置相接为一体式模块化结构。

所述散热腔体设置有风冷装置，所述风冷装置设置于所述散热翅片组邻近所述第二壳体的出风口的一侧。

所述风冷装置与所述散热翅片组垂直设置，即朝向所述散热翅片组中散热翅片间的间隙。

所述风冷装置设置有轴流风扇或者径流风扇。

所述散热腔体设置有水冷装置，所述水冷装置设置有水泵和与所述水泵连通设置的冷却介质循环管。

设置有第一压块和第二压块，所述散冷基座的另一侧设置有第一沟槽，所述低温热管的第一管段嵌设于所述第一沟槽内，并通过所述第一压块无缝隙地压紧固接于所述散冷基座；所述散热基座的另一侧设置有第二沟槽，所述热管的第一管段嵌设于所述第二沟槽内，并通过所述第二压块无缝隙地压紧固接于所述散热基座。

所述散热翅片组中的每一片散热翅片均对应设置有散热孔，所述散冷翅片组中的每一片散冷翅片均对应设置有散冷孔。

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。

所述进气装置为滚筒横流式风扇，所述滚筒横流式风扇设置于所述进气孔的下方。

本发明的有益效果：由于本发明的半导体制冷空调装置包括有至少一个半导体制冷芯片，半导体制冷芯片具有热端和冷端，其中，设置有第一壳体和第二壳体，第一壳体具有散冷腔体，第二壳体具有散热腔体，第一壳体与第二壳体相邻壁面连接设置，第一壳体与第二壳体相邻壁面连接设置的位置均对应开设有与半导体制冷芯片的外围尺寸相配合的通孔，半导体制冷芯片固定于通孔中，半导体制冷芯片的冷端设置于散冷腔体，半导体制冷芯片的热端设置于散热腔体；散冷腔体内设置有散冷装置，散冷装置设置有低温热管、散冷基座和散冷翅片组，散冷基座的一侧与半导体制冷芯片的冷端紧密触接，散冷基座的另一侧与低温热管的第一管段连接，低温热管的第二管段与散冷翅片组连接；散热腔体内设置有散热装置，散热装置设置有热管、散热基座和散热翅片组，以及设置有对所述散热翅片组进行冷却的风冷装置或者水冷装置，散热基座的一侧与半导体制冷芯片的热端紧密触接，散热基座的另一侧与热管的第一管段连接，热管的第二管段与散热翅片组连接；第一壳体的上部设置有进气孔，进气孔与散冷腔体连通，散冷腔体内设置有进气装置，室内空气通过进气装置经进气孔输送至散冷腔体内，并经散冷装置制冷，第一壳体的下部设置有出气槽道，经散冷装置制冷后的空气通过出气槽道输出。与现有技术相比，该半导体制冷空调装置，其散热装置利用热管作为导热元件，能将半导体制冷芯片的热端的热量迅速导走，并利用风冷或者水冷对散热翅片组进行冷却，并散发到外界环境中，大大提高了散热能力；其散冷装置与半导体制冷芯片的冷端紧密触接，增强了制冷效果，该由低温热管组成的散冷装置，能够有效的将半导体制冷芯片的冷量迅速传递到散冷翅片组，同时，第一壳体的上部设置有进气孔，进气孔与散冷腔体连通，散冷腔体内设置有进气装置，室内空气通过进气装置经进气孔输送至散冷腔体内，并经散冷装置制冷，第一壳体的下部设置有出气槽道，经散冷装置制冷后的空气通过出气槽道流出，以便对室内空间进行降温。由此具有制冷速度快、制冷效果好、结构简单、节约环保、无噪声、便于推广及应用的特点。

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，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种半导体制冷空调装置的结构示意图。

图2是本发明的一种半导体制冷空调装置的侧向结构示意图。

图3是本发明的一种半导体制冷空调装置的一体式模块化结构的结构示意图。

图4是本发明的一种半导体制冷空调装置的散冷装置的结构示意图。

图5是本发明的一种半导体制冷空调装置的散热装置的结构示意图。

图6是本发明的一种半导体制冷空调装置的散冷腔体的空气流通路径示意图。

图7是本发明的一种半导体制冷空调装置的散热腔体的空气或冷却介质流通路径示意图。

在图1至图7中包括：1——半导体制冷芯片、11——热端、12——冷端、2——散热装置、20——第二壳体、201——散热腔体、21——热管、22——散热基座、221——第二沟槽、23——散热翅片组、231——散热孔、24——第二压块、3——散冷装置、30——第一壳体、301——散冷腔体、31——低温热管、32——散冷基座、321——第一沟槽、33——散冷翅片组、331——散冷孔、34——第一压块、35——出气槽道、36——进气孔、4——进气装置。

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

本发明的一种半导体制冷空调装置的具体实施方式之一，如图1、图2和图3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。

而且，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，所以本实施中的半导体制冷空调装置可以实现制热的需求。

本发明的一种半导体制冷空调装置如图1和图2所示，设置有第一壳体30和第二壳体20，第一壳体30具有散冷腔体301，第二壳体20具有散热腔体201，第一壳体30与第二壳体20相邻壁面连接设置，第一壳体30与第二壳体20相邻壁面连接设置的位置均对应开设有与半导体制冷芯片1的外围尺寸相配合的通孔，半导体制冷芯片1固定于通孔中，半导体制冷芯片1的冷端12设置于散冷腔体301，半导体制冷芯片1的热端11设置于散热腔体201；散热与散冷在散热腔体201和散冷腔体301两个腔体内分别完成，从而使得冷量的传递和热量的传递不在同一空间内完成，避免了只有局部制冷的情况产生。其中，第一壳体30和第二壳体20为绝缘的外壳，该第一壳体30还具有绝热的功能。半导体制冷芯片1与通孔的配合是无间隙的紧密配合。

如图2和图4所示，散冷腔体301内设置有散冷装置3，散冷装置3设置有低温热管31、散冷基座32和散冷翅片组33，散冷基座32的一侧与半导体制冷芯片1的冷端12紧密触接，散冷基座32的另一侧与低温热管31的第一管段连接，低温热管31的第二管段与散冷翅片组33连接；散热腔体201内设置有散热装置2，散热装置2设置有热管21、散热基座22和散热翅片组23，以及设置有对散热翅片组23进行冷却的风冷装置或者水冷装置，散热基座22的一侧与半导体制冷芯片1的热端11紧密触接，散热基座22的另一侧与热管21的第一管段连接，热管21的第二管段与散热翅片组23连接。热管21的第二管段的外径比热管装配孔的内径略大，热管21的第二管段依次穿过散热翅片组23中每一片的散热翅片的热管装配孔，装配时，热管21的第二管段的外壁胀紧于热管装配孔处，每一片散热翅片之间的距离设置均匀，且每一片散热翅片与热管21的第二管段垂直设置；低温热管31与散冷翅片组33的装配同热管21与散热翅片组23的装配。

其中，热管21为折线型热管或者直管型热管或者U型热管，热管21的横截面形状为圆形或者矩形；低温热管31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，低温热管31的横截面形状为圆形或者矩形。本实施例中，热管21采用U型热管，低温热管31采用U型低温热管，该热管21的第一管段为U型的底部，该热管21的第二管段为U型的两端部，即两个支脚；该低温热管31的第一管段为U型的底部，该低温热管31的第二管段为U型的两端部，即两个支脚。

如图1、图2和图6所示，第一壳体30的上部设置有进气孔36，进气孔36与散冷腔体301连通，散冷腔体301内设置有进气装置4，室内空气通过进气装置4经进气孔36输送至散冷腔体301内，并经散冷装置3制冷，第一壳体30的下部设置有出气槽道35，经散冷装置3制冷后的空气通过出气槽道35输出。散冷腔体内的空气的流通路径如图6中箭头方向所示，从第一壳体30的上部设置的进气孔36至第一壳体30的下部设置的出气槽道35，形成了散冷腔体301内的冷对流通道，通过该冷对流通道，实现了进气装置4将室内的空气吹进散冷空腔301内，通过散冷翅片组33进行冷却，然后从出气槽道35出来形成冷气，以便对室内空间进行降温。

如图7所示，散热装置2通过风冷方式对散热翅片组23进行冷却，具体的，散热腔体201设置有风冷装置，该风冷装置设置于散热翅片组23邻近第二壳体20的出风口（如图1箭头所示）的一侧。散热腔体201的空气流通路径如图7中箭头方向所示，室外空气从第二壳体20的进风口进入，流经散热翅片组23，然后通过风冷装置对散热翅片组23吹风，加快散热翅片组23的散热速度，以便更快地吸收由热管21传递过来的热量，从而降低热管21的温度，使得热管21可以更多、更有效地吸收半导体制冷芯片1的热端11释放的热量。其中，该风冷装置与散热翅片组23垂直设置，即朝向散热翅片组23中的散热翅片的间隙，这样设置可以确保风冷装置可以对每一片散热翅片进行强制散热，即可以通过对各散热翅片之间的间隙进行风冷散热，进一步加强了散热效果。其中，风冷装置可以设置有轴流风扇或者径流风扇。

如图3所示，半导体制冷芯片1、散冷装置3和散热装置2相接为一体式模块化结构。预先将半导体制冷芯片1、散冷装置3和散热装置2进行组装，具有结构简单的特点，而且这种一体式模块化结构便于空调装置的整体组装。

热管的工作原理：热管的受热端为蒸发段（吸热），散热端为冷凝段（放热），当热管的蒸发段受热时，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，热量由热管的第一管段传至另一管段。热管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。热管可以采用沟槽式和烧结式的混合吸液芯结构。

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3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的冷量通过散冷基座32传递给低温热管31的第一管段，再通过低温热管31的第一管段传递至低温热管31的第二管段上的散冷翅片组33，室内空气由进气孔36由进气装置4吸入散冷腔体301内，并通过散冷翅片组33进行制冷，再由第一壳体30的下部设置的出气槽道35吹出至室内进行与室内空气的热交换；半导体制冷芯片1的热端11的热量通过散热基座22传递给热管21的第一管段，再通过热管21的第一管段传递至热管21的第二管段上的散热翅片组23，可以选用风冷的方式进行加强散热，从而有效地散发半导体制冷芯片1工作中所产生的热量。

本发明的一种半导体制冷空调装置如图1至图5所示，设置有第一压块34和第二压块24，散冷基座32的另一侧设置有第一沟槽321，低温热管31的第一管段嵌设于第一沟槽321内，并通过所述第一压块34无缝隙地压紧固接于散冷基座32；散热基座22的另一侧设置有第二沟槽221，热管21的第一管段嵌设于所述第二沟槽221内，并通过第二压块24无缝隙地压紧固接于散热基座22。采用沟槽与压块配合压接的固定方式，有助于热管21与散热基座22的紧密固定，从而使得热管21可以全部吸收来自散热基座22的热量，有助于低温热管31与散热基座32的紧密固定，从而使得低温热管31可以全部吸收来自散冷基座32的冷量。

并且，为了保证第一压块34可以将低温热管31无缝隙地压紧固接于散冷基座32以及第二压块24可以将热管21无缝隙地压紧固接于散热基座22，在它们之间可以填充导热硅脂，进而避免缝隙的产生。

如图4和图5所示，散热翅片组23中的每一片散热翅片均对应设置有散热孔231，散冷翅片组33中的每一片散冷翅片均对应设置有散冷孔331。各个散热孔231对齐纵向排列，各个散冷孔331对齐纵向排列。在散热翅片上设置散热孔231有助于空气对流，加快散热；在散冷翅片上设置散冷孔331有助于空气对流，加快散冷，而且使得制冷量均匀，避免局部冷、局部热的现象产生。

如图1和图2所示，进气装置4为滚筒横流式风扇，该滚筒横流式风扇设置于进气孔36的下方。该滚筒横流式风扇使用铝合金材质，具有重量轻、风量大、噪音低、高强度、低震动、耐温佳、寿命长的优点。通过该滚筒横流式风扇，将室内空气吸进散冷腔体301内进行制冷处理。

实施例2

本发明的一种半导体制冷空调装置的具体实施方式之二，如图7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。本实施例与实施例1的区别在于，散热腔体201设置有水冷装置，水冷装置包括有水泵和与水泵连通设置的冷却介质循环管，散热装置2通过水冷方式对散热翅片组23进行冷却。散热腔体201的空气流通路径如图7中箭头方向所示，冷却介质从第二壳体20的进风口进入，通过冷却介质循环管流经散热翅片组23，使散热装置2在工作时，冷却介质能与散热翅片组23充分接触，从而提高散热效率。水泵不断的使冷却介质进行流动循环。其中，冷却介质可以采用具有环保特点的水。

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)

1.一种半导体制冷空调装置，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：设置有第一壳体和第二壳体，所述第一壳体具有散冷腔体，所述第二壳体具有散热腔体，所述第一壳体与所述第二壳体相邻壁面连接设置，所述第一壳体与所述第二壳体相邻壁面连接设置的位置均对应开设有与所述半导体制冷芯片的外围尺寸相配合的通孔，所述半导体制冷芯片固定于所述通孔中，所述半导体制冷芯片的冷端设置于所述散冷腔体，所述半导体制冷芯片的热端设置于所述散热腔体；所述散冷腔体内设置有散冷装置，所述散冷装置设置有低温热管、散冷基座和散冷翅片组，所述散冷基座的一侧与所述半导体制冷芯片的冷端紧密触接，所述散冷基座的另一侧与所述低温热管的第一管段连接，所述低温热管的第二管段与所述散冷翅片组连接；所述散热腔体内设置有散热装置，所述散热装置设置有热管、散热基座和散热翅片组，以及设置有对所述散热翅片组进行冷却的风冷装置或者水冷装置，所述散热基座的一侧与所述半导体制冷芯片的热端紧密触接，所述散热基座的另一侧与所述热管的第一管段连接，所述热管的第二管段与所述散热翅片组连接；所述第一壳体的上部设置有进气孔，所述进气孔与所述散冷腔体连通，所述散冷腔体内设置有进气装置，室内空气通过所述进气装置经所述进气孔输送至所述散冷腔体内，并经所述散冷装置制冷，所述第一壳体的下部设置有出气槽道，经所述散冷装置制冷后的空气通过所述出气槽道输出。

2.根据权利要求1所述的半导体制冷空调装置，其特征在于：所述半导体制冷芯片、所述散冷装置和所述散热装置相接为一体式模块化结构。

3.根据权利要求1或2所述的半导体制冷空调装置，其特征在于：所述散热腔体设置有风冷装置，所述风冷装置设置于所述散热翅片组邻近所述第二壳体的出风口的一侧。

4.根据权利要求3所述的半导体制冷空调装置，其特征在于：所述风冷装置与所述散热翅片组垂直设置，即朝向所述散热翅片组中散热翅片间的间隙。

5.根据权利要求4所述的半导体制冷空调装置，其特征在于：所述风冷装置设置有轴流风扇或者径流风扇。

6.根据权利要求1或2所述的半导体制冷空调装置，其特征在于：所述散热腔体设置有水冷装置，所述水冷装置设置有水泵和与所述水泵连通设置的冷却介质循环管。

7.根据权利要求1或2所述的半导体制冷空调装置，其特征在于：设置有第一压块和第二压块，所述散冷基座的另一侧设置有第一沟槽，所述低温热管的第一管段嵌设于所述第一沟槽内，并通过所述第一压块无缝隙地压紧固接于所述散冷基座；所述散热基座的另一侧设置有第二沟槽，所述热管的第一管段嵌设于所述第二沟槽内，并通过所述第二压块无缝隙地压紧固接于所述散热基座。

8.根据权利要求1或2所述的半导体制冷空调装置，其特征在于：所述散热翅片组中的每一片散热翅片均对应设置有散热孔，所述散冷翅片组中的每一片散冷翅片均对应设置有散冷孔。

9.根据权利要求1或2所述的半导体制冷空调装置，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。

10.根据权利要求1或2所述的半导体制冷空调装置，其特征在于：所述进气装置为滚筒横流式风扇，所述滚筒横流式风扇设置于所述进气孔的下方。

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