CN104329828A - 半导体制冷冰箱及其热端换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体制冷冰箱及其热端换热装置。其中热端换热装置包括：热端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；和多根散热管路，配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，而且每根散热管路的形成为开口端的第一端连通至热端换热箱的内腔的上部，每根散热管路从其第一端倾斜向上地弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端。本发明的技术方案利用热端换热箱的后壁的外表面与半导体制冷片的热端热连接，而且使其每根散热管路的至少一部分与外壳的外表面贴靠，利用外壳进行散热，充分利用冰箱结构，占用空间小。

Description

半导体制冷冰箱及其热端换热装置

技术领域

本发明涉及制冷设备，特别是涉及半导体制冷冰箱及其热端换热装置。

背景技术

半导体制冷冰箱，也称之为热电冰箱。其利用半导体制冷片通过高效环形双层热管散热及传导技术和自动变压变流控制技术实现制冷，无需制冷工质和机械运动部件，解决了介质污染和机械振动等传统机械制冷冰箱的应用问题。

然而，半导体制冷片的冷端在制冷的同时，会在其热端产生大量的热量，为保证半导体制冷片可靠持续地进行工作，需要及时对热端进行散热，然而现有技术中针对半导体制冷片的热端散热一般使用散热片的方式与周边环境进行热交换，这种方式散热效率低，限制了半导体制冷冰箱的发展。

目前现有技术中出现了通过设置风机对散热片进行强制对流散热的方案，以提高换热效率，但是散热翅片本省体积较大，另外设置风扇更加占用冰箱空间。风扇启动后会引起噪音增加，而且风扇连续工作，可靠性也较差。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种散热效率高、占用空间小的热端换热装置。

本发明一个进一步的目的是要使得热端换热装置生产及装配工艺简单、与冰箱本体配合可靠稳定。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于半导体制冷冰箱的热端换热装置。

该热端换热装置包括：热端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；和多根散热管路，配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，而且每根散热管路的形成为开口端的第一端连通至热端换热箱的内腔的上部，每根散热管路从其第一端倾斜向上地弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端。

可选地，热端换热箱为扁平长方体状，其相对设置的前壁与后壁的面积大于其他面的面积，且后壁的外表面用作与发热源热连接的换热面。

可选地，热端换热箱的箱体外延边缘上设置有多个安装孔，以便利用紧固件将热端换热装置安装固定到半导体制冷冰箱中。

可选地，每根散热管路包括：连接管，与内腔连通且延伸至热端换热箱外部；第一区段，与连接管连接且在与后壁平行的平面中横向地且倾斜向上地延伸；和第二区段，从第一区段向前且倾斜向上地弯折至与热端换热箱的横向相对的侧壁平行的平面，并在与侧壁平行的平面中继续倾斜向上地弯折延伸。

可选地，第二区段包括：多个直管段，每个直管段以相对于水平面呈10°至70°的角度倾斜设置；和弯折管段，连接每两个相邻直管段。

可选地，上述热端换热装置还包括：三通装置，设置于一根散热管路的连接管和第一区段中，三通装置的第一端作为所述连接管与所述内腔连通或者与连接管相连，其第二端与第一区段相连，其第三端为配置成可操作地打开以接收从外部注入的制冷剂的常闭端。。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种半导体制冷冰箱。

该半导体冰箱包括：内胆，其内限定有储物间室；外壳，包括有U壳和后背，设置于内胆的外侧，外壳的后背与内胆的后壁限定有安装空间；半导体制冷片；上述任一种的热端换热装置；半导体制冷片与热端换热装置布置于安装空间内，而且被安装成热端换热装置的热端换热箱的后壁的外表面与半导体制冷片的热端热连接，而且热端换热装置的每根制冷剂管路的至少一部分与外壳的内表面贴靠并向上地弯折延伸，以将来自热端散发的热量散发至周围环境。

可选地，上述半导体制冷冰箱还包括：导热装置，竖直设置于安装空间内作为热桥，导热装置包括：第一传热块，与半导体制冷片的热端热连接；导热体，在竖直方向上具有预设的传热长度，其位于上方的第一端与第一传热块热连接，以将半导体制冷片的热端的热量从第一端传至位于下方的第二端，第二传热块，与导热体的第二端连接，并与热端换热箱的后壁的外表面热连接。

可选地，导热体包括：多根热管，沿竖直方向平行向下延伸。

可选地，上述半导体制冷冰箱还包括：冷端换热装置，与半导体制冷片的冷端热连接，用于将冷端的温度传导至储物间室内。

可选地，冷端换热装置包括：冷端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；和

制冷剂管路，配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，而且制冷剂管路的形成为开口端的第一端和第二端皆连通至冷端换热箱的内腔的下部，制冷剂管路分别从其第一端和第二端倾斜向下地弯折延伸至共同的最低位置，而且制冷剂管路的至少一部分与内胆的外表面贴靠。

可选地，冷端换热装置包括：冷端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；和多根制冷剂管路，配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，而且每根制冷剂管路的形成为开口端的第一端连通至内腔的下部，每根制冷剂管路从其第一端倾斜向下地弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端，而且每根制冷剂管路的至少一部分与内胆的外表面贴靠。

可选地，冷端换热装置包括：冷端导热板，其与冷端热连接；和多根环形热管，每根环形热管的一部分与冷端导热板接触换热，另一部分与半导体制冷冰箱的内腔的外壁接触换热。

可选地，冷端换热装置包括：冷端导热板，其与冷端热连接；多根热管，每根热管的一部分与冷端导热板接触换热，以向其另一部分传导温度；翅片，设置于多根热管的另一部分上，并通过内胆上的开口裸露在储物间室中；风机，用于在储物间室中生成通过翅片的气流。

可选地，冷端换热装置包括：冷端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；第一连接管和第二连接管，分别从冷端换热箱的内腔下部伸出，并通过内胆的开口伸入储物间室；吹胀式蒸发器，包括蒸发板和设置于蒸发板上由吹胀方式形成的制冷管路，蒸发板与内胆的内壁贴靠，制冷管路的形成为开口端的第一端和第二端分别与第一连接管和第二连接管连通，以连通冷端换热箱的内腔，制冷管路从其第一端和第二端分别向下延伸至共同的最低位置。

可选地，冷端换热装置包括：冷端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；第一连接管和第二连接管，分别从冷端换热箱的内腔下部伸出；板管式蒸发器，包括蒸发板和贴靠于蒸发板一面上的制冷管路，蒸发板的另一面与内胆的外壁贴靠，制冷管路的形成为开口端的第一端和第二端分别与第一连接管和第二连接管连通，以连通冷端换热箱的内腔，制冷管路分别从其第一端和第二端倾斜向下地弯折延伸至共同的最低位置。

本发明的热端换热装置中散热管路一端连通至内腔的下部，并倾斜向上弯折延伸，利用制冷剂在热端换热箱和多根散热管路中相变循环换热，有效地对半导体制冷片的热端进行散热，而且利用多根相互独立的散热管路，加工工艺更加简便，有助于与冰箱结构的配合。

进一步地，本发明的半导体制冷冰箱，热端换热箱的后壁的外表面与半导体制冷片的热端以接触贴靠或其他方式进行热连接，而且使其每根散热管路的至少一部分与外壳的外表面贴靠，利用外壳进行散热，充分利用冰箱结构，占用空间小。

更进一步地，本发明的半导体制冷冰箱可以采用多种形式的冷端换热装置及时有效地将半导体制冷片冷端的冷量传导至储物间室内部，配置灵活、制冷效率高。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于半导体制冷冰箱的热端换热装置的示意性爆炸图；

图2是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的示意性爆炸图；

图3是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的示意性后视图；

图4是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的示意性B向剖视图

图5是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的一种导热装置的示意图；

图6是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的一种冷端换热装置的示意性爆炸图；

图7是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置的示意性爆炸图；

图8是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置的示意性爆炸图；

图9是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置的示意性爆炸图；

图10是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置的示意性爆炸图；以及

图11是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置的示意性爆炸图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1是根据本发明一个实施例的用于半导体制冷冰箱的热端换热装置100的示意性爆炸图。该热端换热装置100一般性地可包括：热端换热箱110和多根散热管路120。热端换热箱110限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热。多根散热管路120配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热。每根散热管路120的形成为开口端的第一端连通至热端换热箱110的内腔的上部，且从其第一端倾斜向上地弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端。整根散热管路120具有连续的供制冷剂流动的管腔。

热端换热箱110和散热管路120中灌注的制冷剂可以为水或其他制冷工质，且制冷剂的灌注量可以由通过试验测试得出。每根散热管路120向上地弯折延伸的结构需要保证液态的制冷剂可以依靠重力自由的在管路中流动。本实施例的热端换热装置100工作时，制冷剂在热端换热箱110和散热管路120中进行气液相变，进行热循环。

热端换热箱110可以为扁平长方体状，其相对设置的前壁与后壁112的面积大于其他面的面积，且后壁112的外表面用作与发热源（例如半导体冰箱中的半导体制冷片的热端）热连接的换热面。热连接的方式可以包括该外表面直接与该发热源接触贴靠或者通过导热层接触，其中导热层可以为涂覆于外表面和发热源之间的导热硅胶或石墨等。本实施例中的“热连接”或“热接触”，本可以是直接抵靠接触，采用热传导的方式进行传热。若抵靠接触面涂覆导热硅脂（石墨或其他介质），可将其认为是抵靠接触面上的一部分，作为改善热连接（或热接触）的导热层。

例如，半导体制冷片通电工作时，热端散发热量，与之热连接的热端换热箱110的温度相应升高，热端换热箱110内的液态制冷剂遇热时发生相变蒸发，变化成为气态，气态的制冷剂会在热源压力下沿着散热管路120上升，将热量传给周围环境，制冷剂冷凝放热后重新相变为液态，依靠重力自动回流至热端换热箱110内腔中，再次吸收热端散发的热量进行蒸发，由此进行循环相变散热，有效地降低热端温度。

热端换热箱110的箱体外延边缘上设置有多个安装孔113，以便利用紧固件将热端换热装置100安装固定到半导体制冷冰箱中。

散热管路120可以选用铜管、不锈钢管、铝管等，优选为铜管。每根散热管路120均可以包括：连接管121、第一区段122以及第二区段123。其中连接管121与热端换热箱110的内腔连通且延伸至热端换热箱110外部，作为热端换热箱110与其他区段的连接部。第一区段122与连接管121连接，且在与后壁112平行的平面中横向地且倾斜向上地延伸；和第二区段123，从第一区段122向前且倾斜向上地弯折至与热端换热箱110的横向相对的侧壁平行的平面，并在与侧壁平行的平面中继续倾斜向上地弯折延伸。

在本发明的一个实施例中，散热管路120可以为两根，两根散热管路120的连接管121分别从热端换热箱的两个侧壁的顶部伸出。每根散热管路120的第一区段122沿各自连接管121的延伸方向分别向两侧横向倾斜向上地延伸，后经过一个接近于直角的弯曲部连接到各自的第二区段123上。

每根散热管路120的第二区段123可包括多个直管段和连接每两个相邻直管段的弯折管段。每个直管段以相对于水平面呈10°至70°的角度倾斜设置以保证液态制冷剂在其内依靠重力自由流动回热端换热箱110，而弯折管段优选设置为“C”字形，从而使得第二区段123每三段相邻的直管段总体上呈现一种倾斜的“Z”字形结构。

在进一步优选的实施例中，散热管路120还可以包括第三区段，以进一步扩大换热的面积。该第三区段存在两种形式，其第一种形式第三区段从第二区段123位于最高点的末端弯折至于端换热箱110顶壁平行的平面中；其第二种形式第三区段从第二区段123位于最高点的末端弯折回与热端换热箱110的前壁平行的平面中（该平面与第一区段所处的平面优选相同，但也可以不同）。以上两种形式中，第三区段的终端均位于散热管路120的最高位置。

热端换热装置100还可以设置三通装置125用于制冷剂的灌注。该三通装置125设置于一根散热管路120的连接管121和第一区段122之间，其第一端与连接管121相连，第二端与第一区段122相连，第三端为配置成可操作地打开以接收从外部注入的制冷剂的常闭端。利用三通装置125降低了灌注制冷剂工艺的难度，并为维修提供了手段。

在本实施例中，该三散热管路通装置125的另一种设置形式为：将三通装置125的第一端直接作为此根散热管路120的连接管121，三通装置125的第二端与第一区段122相连，其第三端为配置成可操作地打开以接收从外部注入的制冷剂的常闭端。也就是三通装置125作为散热管路120的连通热端换热箱110内腔的连接部。

本发明的实施例还提供了一种利用了以上热端换热装置100的半导体制冷冰箱，冰箱的箱体结构一般也包括：外壳、内胆、箱门以及绝热层。冰箱外壳一般存在两种结构，一种是拼装式、即由顶盖、左右侧板、后背板、下底板等拼装成一个完整的箱体。另一种是整体式，即将顶盖与左右侧板按要求辊轧成一倒“U”字形，称为U壳，在于后背板、下底板点焊成箱体。本发明实施例的半导体制冷冰箱优选使用整体式外壳。

本实施例的半导体冰箱一般性地可以包括：内胆、外壳、半导体制冷片、上述实施例中介绍的任一种热端换热装置100。内胆内限定有储物间室。外壳采用整体式外壳，包括有U壳210和后背211，设置于内胆的外侧，外壳的后背与内胆的后壁限定有安装空间。图2是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的示意性爆炸图；图3是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的示意性后视图；图4是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的示意性B向剖视图。半导体制冷片（图中未示出）与热端换热装置100布置于该安装空间内，而且被安装成热端换热装置100的热端换热箱的后壁112的外表面与半导体制冷片的热端以直接贴靠或其他方式热连接，而且热端换热装置100的每根散热管路120的至少一部分与外壳的内表面贴靠并向上地弯折延伸，以将来自热端散发的热量散发至周围环境。

半导体制冷片与热端换热装置100安装方向一般为：半导体制冷片冷端与内胆的后壁相对。而且热端换热装置100的制冷剂管路120的不同区段与外壳的不同面贴靠，其中，第一区段122可以与外壳的后背211至少部分贴靠，第二区段123沿U壳210左右侧板弯折向上延伸。

在配置第三区段的情况下，第三区段可以灵活配置为与外壳的后背211的上部贴靠，或者直接弯折至与U壳210的顶盖贴靠。

内胆和外壳之间的空间内设置有绝热层，该绝热层可由发泡工艺生成，以进行热隔离，保证储物内腔的温度避免受到环境温度影响。在本实施例的半导体冰箱工作时，半导体制冷片通电工作，热端散发热量，与之热连接的热端换热箱110的温度相应升高，热端换热箱110内的液态制冷剂遇热时发生相变蒸发，变化成为气态，气态的制冷剂会在热源压力下沿着散热管路120上升，将热量传递给与之贴靠的冰箱外壳，冰箱外壳与冰箱周边环境进行热量交换。制冷剂在散热管路120中冷凝放热后重新相变为液态，依靠重力自动回流至热端换热箱110内腔中，再次吸收热端散发的热量进行蒸发，由此进行循环相变散热，有效地降低半导体制冷片热端温度。

为了扩展热端换热装置100的散热空间，半导体制冷冰箱还可以设置有：导热装置300。该导热装置300竖直设置于以上安装空间内作为热桥。图5是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的一种导热装置的示意图，该导热装置300一般性地可以包括：第一传热块310、导热体320，第二传热块330。第一传热块310与半导体制冷片的热端以直接贴靠或其他方式热连接；导热体320在竖直方向上具有预设的传热长度，其位于上方的第一端与第一传热块310热连接，以将半导体制冷片的热端的热量从第一端传至位于下方的第二端；第二传热块330与导热体320的第二端连接，并与热端换热箱110的后壁的外表面以直接贴靠或其他方式热连接。

利用热桥，热端换热箱110可以布置在较低的位置上，为散热管路120提供更大的向上延伸的空间，从而可以使半导体冰箱具有更大的散热面积。导热体320可以选用沿竖直方向平行向下延伸的多根热管。热管的长度可以根据实际测试进行确定，不能过长或过短，如果过长影响换热效率，如果过短作用有限。

为解决半导体制冷片热端的散热问题，本实施例的半导体制冷冰箱还可以包括：冷端换热装置，与半导体制冷片的冷端以直接贴靠或其他方式热连接，用于将冷端的温度传导至储物间室内，从而利用半导体制冷片对储物间室进行制冷。以下结合附图对本实施例的半导体制冷冰箱的冷端换热装置进行介绍。

图6是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的一种冷端换热装置400的示意性爆炸图，该冷端换热装置400一般性地可以包括：冷端换热箱410和制冷剂管路420。其中冷端换热箱410限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热。制冷剂管路420，配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，而且制冷剂管路420的形成为开口端的第一端和第二端皆连通至冷端换热箱的内腔的下部，制冷剂管路420分别从其第一端和第二端倾斜向下地弯折延伸至共同的最低位置，而且制冷剂管路420的至少一部分与内胆的外表面贴靠。制冷剂管路420具有连续的供制冷剂自由流动的管腔。每根制冷剂管路420的至少一部分与内胆的外表面贴靠，以将来自冷端的冷量传至储物间室内。

冷端换热箱410和制冷剂管路420中灌注的制冷剂可以为二氧化碳或其他制冷工质，且制冷剂的灌注量可以由通过试验测试得出。每根制冷剂管路420向下地弯折延伸需要保证液态的制冷剂可以依靠重力自由的在管路中流动。本实施例的冷端换热装置400工作时，制冷剂在冷端换热箱410和制冷剂管路420中进行气液相变，进行热循环。

冷端换热箱410的前壁与内胆的后壁相对，而且优选间隔一定的距离，以保证在停电或运行故障时热端的热量不会传导至内胆。制冷剂管路420可以从内胆的后壁处向下延伸至内胆的左右侧壁，然后弯折回后壁后连通，形成环路。半导体制冰箱工作时，冷端温度下降，通过传导，冷端换热箱410温度相应下降，箱体内气态的制冷剂遇冷时发生相变冷凝，变化成为低温的液态制冷剂，液态的制冷剂会靠重力沿着制冷剂管420管腔下流，冷凝下流过程中，逐渐吸收内胆的热量受热相变蒸发，变化成为气态。气态蒸汽在热源压力的推动下会上升，气态制冷剂上升到冷端换热箱110处继续冷凝，由此循环制冷，致使导致储物间室的温度下降实现降温。

图7是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置500的示意性爆炸图，冷端换热装置500一般性地可包括：冷端换热箱510和制冷剂管路520，其中冷端换热箱510限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；多根制冷剂管路520为多根，配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热。每根制冷剂管路520的形成为开口端的第一端连通至内腔的下部，每根制冷剂管路520从其第一端倾斜向下地弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端。

冷端换热箱510和制冷剂管路520中灌注的制冷剂可以为二氧化碳或其他制冷工质，且制冷剂的灌注量可以由通过试验测试得出。每根制冷剂管路520向下地弯折延伸需要保证液态的制冷剂可以依靠重力自由的在管路中流动。本实施例的冷端换热装置500工作时，制冷剂在冷端换热箱510和制冷剂管路520中进行气液相变，进行热循环。

冷端换热箱510可以为扁平长方体状，其后壁的外表面用作与半导体制冷片冷端热连接的换热面，热连接的方式可以包括该外表面直接与该冷端接触贴靠或者通过导热层接触，其中导热层可以为涂覆于外表面和冷源之间的导热硅胶或石墨等。半导体制冷片通电工作时，冷端温度下降，通过传导，冷端换热箱510温度相应下降，箱体内气态的制冷剂遇冷时发生相变冷凝，变化成为低温的液态制冷剂，液态的制冷剂会靠重力沿着制冷剂管路520管腔下流，冷凝下流的制冷剂在制冷剂管路520中由于吸收冰箱内部的热量受热相变蒸发，变化成为气态。气态蒸汽在热源压力的推动下会上升，气态制冷剂上升到冷端换热箱510处继续冷凝，由此循环制冷，致使导致储物间室的温度下降实现降温。

该冷端换热装置500与上述冷端换热装置400的工作原理相似，但是区别在于，采用多根一端封闭的散热管路520，而并非形成环路的散热管路420。采用这种断开的散热管路520，生产工艺较为简单，而且可以更好的与冰箱的外壳进行装配，避免在多个平面内进行弯折并要求连接，降低了对加工工艺的严格要求。

图8是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置600的示意性爆炸图，冷端换热装置600一般性地可以包括：冷端导热板610和多根环形热管620。冷端导热板610与半导体制冷片的冷端以贴靠或其他方式热连接。每根环形热管620的一部分与冷端导热板接触换热，另一部分与半导体制冷冰箱的内腔的外壁接触换热。

冷端导热板610与半导体芯片的冷端接触的接触面涂抹有导热材料，以增强传热效果。多根环形热管620直接嵌入到导热板610中或者与导热板610焊接固定，为方便与其他部件连接，环形热管620可选用扁平式结构，增大接触面积。

环形热管620的管腔内壁上可以选择使用具有烧结的金属粉末结构，该结构产生毛细作用。常态下，环形热管620内部为制冷剂的气液两相共存状态，大部分的液态由于自身重力处于管内的下部位置并被吸附在烧结粉末内部，大部分的气态位于管内空间中上部。

当系统工作时，半导体芯片冷端温度传递给冷端导热板610，冷端导热板610再将热量传递给与其接触的热管620，当热管620管内温度下降时，其内液态制冷剂受冷冷凝，转化为液态，由自身重力和烧结粉末的吸附作用，向下部流动，热管620下部与冰箱内腔220接触，吸收内腔220的温度，从而降低储物间室的温度。吸收了热量的制冷剂汽化成为气态，在热源动力的推动下上升到热管620的上部，重新吸收冷端导热板610的温度，冷凝为液态，由此循环工作。

每根环形热管620的形状可以为方形或者菱形，其中，使用方形热管时，方形热管620中位置靠上的水平部与冷端导热板610热接触，方形热管620位置靠下的水平部以及竖直部与冰箱外壳的后背212贴合。当液态的制冷剂位于热管620水平部分时，在此处自身的重力无法引起制冷剂的回流，但热管620内部的烧结粉末具有毛细作用，会产生毛细力，将液态制冷剂吸到受热区域。

使用菱形的热管时，菱形环形热管620的一组对角线竖直设置，另一组对角线水平设置，位置靠上的一组邻边的一部分与导热板610固定，位置靠上的一组邻边的一部分与冰箱外壳的后背212贴合。因此，也可以将管内部的烧结粉末结构去掉，采用普通的光管结构，液态制冷剂下流时完全依靠自身的重力。该种冷端散热装置600无需额外占用冰箱空间，外形美观，静音，无振动，安全可靠。

图9是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置700的示意性爆炸图，冷端换热装置700一般性地可以包括：冷端导热板710、多根热管（图中未示出）、翅片730和风机740，其中冷端导热板710与半导体制冷片冷端以贴靠或其他方式热连接，保证传热效率之间可以涂注有导热硅脂（石墨或其他介质）。每根热管的一部分与冷端导热板接触换热，以向其另一部分传导温度；翅片730设置于多根热管的另一部分上，并通过冰箱内胆220上的开口裸露在储物间室中；风机740用于在储物间室中生成通过翅片730的气流。该种冷端换热装置700，通过热管翅片进行传热，通过风机进行强制对流，散热效果快，结构简单、维修方便、生产工艺简洁。

图10是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置800的示意性爆炸图，冷端换热装置800一般性地可以包括：冷端换热箱810，第一连接管811、第二连接管812、吹胀式蒸发器820，其中吹胀式蒸发器820包括蒸发板821和设置于蒸发板821上由吹胀方式形成的制冷管路822。

冷端换热箱810限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；第一连接管811和第二连接管812，分别从冷端换热箱的内腔下部伸出，并通过内胆的开口伸入储物间室；吹胀式蒸发器820设置于储物间室内部，其蒸发板821可以与冰箱内胆822的内壁贴靠，制冷管路822的第一端和第二端均为开口端，且分别于第一连接管811和第二连接管812连通，以保证制冷管路822和冷端换热箱810的内腔连通，形成散热环路。制冷管路822从其第一端和第二端分别向下延伸至共同的最低位置，制冷管路822需要保证液态的制冷剂可以依靠重力自由的在管路中流动，其中制冷管路822的一种结构形式为，制冷管路822从第一端蛇形弯折向下延伸至最低点后，竖直向上延伸至第二端。

半导体制冰箱工作时，冷端温度下降，通过传导，冷端换热箱810温度相应下降，箱体内气态的制冷剂遇冷时发生相变冷凝，变化成为低温的液态制冷剂，液态的制冷剂会靠重力通过第一连接管811和第二连接管812沿着制冷管822管腔下流，冷凝下流过程中，逐渐吸收蒸发板821的热量受热相变蒸发，变化成为气态。气态蒸汽在热源压力的推动下会上升，气态制冷剂上升到冷端换热箱810处继续冷凝，由此循环制冷，蒸发板821的温度下降致使导致储物间室的温度下降实现降温。

图11是可用于本发明实施例的半导体制冷冰箱的另一种冷端换热装置900的示意性爆炸图，冷端换热装置900一般性地可以包括：冷端换热箱910，第一连接管911、第二连接管912、板管式蒸发器920，其中板管式蒸发器820包括蒸发板821和贴靠于蒸发板921一面上的制冷管路922。

冷端换热箱910限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；第一连接管911和第二连接管912作为冷端换热箱910和制冷管路922的连接部，一端从冷端换热箱910的内腔下部伸出，另一端分别连接制冷管路922的第一端和第二端。制冷管路922的管腔和冷端换热箱910的内腔连通，制冷剂可在制冷管路922和冷端换热箱910之间循环相变。蒸发板921一面上贴靠有制冷管路922，另一面直接贴靠在冰箱内胆220的外侧，以通过内胆向储物间室制冷。

制冷管路922分别从其第一端和第二端倾斜向下地弯折延伸至共同的最低位置。制冷管路922需要保证液态的制冷剂可以依靠重力自由的在管路中流动，其中制冷管路922的一种结构形式为，制冷管路922从第一端蛇形弯折向下延伸至最低点后，竖直向上延伸至第二端。

半导体制冰箱工作时，冷端温度下降，通过传导，冷端换热箱910温度相应下降，箱体内气态的制冷剂遇冷时发生相变冷凝，变化成为低温的液态制冷剂，液态的制冷剂会靠重力通过第一连接管911和第二连接管912沿着制冷管922的管腔下流，冷凝下流过程中，逐渐吸收蒸发板921的热量受热相变蒸发，变化成为气态。气态蒸汽在热源压力的推动下会上升，气态制冷剂上升到冷端换热箱910处继续冷凝，由此循环制冷，蒸发板921与冰箱内胆220贴靠，并通过内胆220向储物间室传递冷量。

通过以上实施例介绍的热端换热装置与各种形式的冷端换热装置进行装配，构成了半导体冰箱的制冷系统，可以可靠地保证半导体制冷片的正常工作，而且提高了换热效率。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (16)

1.一种用于半导体制冷冰箱的热端换热装置，包括：

热端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；和

多根散热管路，配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，而且

每根所述散热管路的形成为开口端的第一端连通至所述热端换热箱的内腔的上部，

每根所述散热管路从其第一端倾斜向上地弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端。

2.根据权利要求1所述的热端换热装置，其中

所述热端换热箱为扁平长方体状，其相对设置的前壁与后壁的面积大于其他面的面积，且所述后壁的外表面用作与发热源热连接的换热面。

3.根据权利要求2所述的热端换热装置，其中

所述热端换热箱的箱体外延边缘上设置有多个安装孔，以便利用紧固件将所述热端换热装置安装固定到所述半导体制冷冰箱中。

4.根据权利要求2所述的热端换热装置，其中

每根所述散热管路包括：

连接管，与所述内腔连通且延伸至所述热端换热箱外部；

第一区段，与所述连接管连接且在与所述后壁平行的平面中横向地且倾斜向上地延伸；和

第二区段，从所述第一区段向前且倾斜向上地弯折至与所述热端换热箱的横向相对的侧壁平行的平面，并在与所述侧壁平行的平面中继续倾斜向上地弯折延伸。

5.根据权利要求4所述的热端换热装置，其中

所述第二区段包括：

多个直管段，每个所述直管段以相对于水平面呈10°至70°的角度倾斜设置；和

弯折管段，连接每两个相邻直管段。

6.根据权利要求4所述的热端换热装置，还包括：

三通装置，设置于一根所述散热管路中，所述三通装置的第一端作为所述连接管与所述内腔连通或者与所述连接管相连，其第二端与所述第一区段相连，其第三端为配置成可操作地打开以接收从外部注入的制冷剂的常闭端。

7.一种半导体制冷冰箱，包括：

内胆，其内限定有储物间室；

外壳，包括有U壳和后背，设置于所述内胆的外侧，所述外壳的后背与所述内胆的后壁限定有安装空间；

半导体制冷片；

根据权利要求1至6中任一项所述的热端换热装置；其中

所述半导体制冷片与所述热端换热装置布置于所述安装空间内，而且被安装成所述热端换热装置的热端换热箱的后壁的外表面与所述半导体制冷片的热端热连接，而且所述热端换热装置的每根制冷剂管路的至少一部分与所述外壳的内表面贴靠并向上地弯折延伸，以将来自所述热端散发的热量散发至周围环境。

8.根据权利要求7所述的半导体制冷冰箱，还包括：导热装置，竖直设置于所述安装空间内作为热桥，所述导热装置包括：

第一传热块，与所述半导体制冷片的热端热连接；

导热体，在竖直方向上具有预设的传热长度，其位于上方的第一端与所述第一传热块热连接，以将所述半导体制冷片的热端的热量从所述第一端传至位于下方的第二端，

第二传热块，与所述导热体的第二端连接，并与所述热端换热箱的后壁的外表面热连接。

9.根据权利要求8所述的半导体制冷冰箱，所述导热体包括：

多根热管，沿竖直方向平行向下延伸。

10.根据权利要求7所述的半导体制冷冰箱，还包括：

冷端换热装置，与所述半导体制冷片的冷端热连接，用于将所述冷端的温度传导至所述储物间室内。

11.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述冷端换热装置包括：

冷端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；和

制冷剂管路，配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，而且

所述制冷剂管路的形成为开口端的第一端和第二端皆连通至所述冷端换热箱的内腔的下部，

所述制冷剂管路分别从其第一端和第二端倾斜向下地弯折延伸至共同的最低位置，而且所述制冷剂管路的至少一部分与所述内胆的外表面贴靠。

12.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述冷端换热装置包括：

冷端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；和

多根制冷剂管路，配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，而且

每根所述制冷剂管路的形成为开口端的第一端连通至所述内腔的下部，

每根所述制冷剂管路从其第一端倾斜向下地弯折延伸，终结于其形成为封闭端的第二端，而且每根所述制冷剂管路的至少一部分与所述内胆的外表面贴靠。

13.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述冷端换热装置包括：

冷端导热板，其与所述冷端热连接；和

多根环形热管，每根所述环形热管的一部分与所述冷端导热板接触换热，另一部分与所述半导体制冷冰箱的内胆的外壁接触换热。

14.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述冷端换热装置包括：

冷端导热板，其与所述冷端热连接；

多根热管，每根所述热管的一部分与所述冷端导热板接触换热，以向其另一部分传导温度；

翅片，设置于所述多根热管的另一部分上，并通过所述内胆上的开口裸露在所述储物间室中；

风机，用于在所述储物间室中生成通过所述翅片的气流。

15.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述冷端换热装置包括：

冷端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；

第一连接管和第二连接管，分别从所述冷端换热箱的内腔下部伸出，并通过所述内胆的开口伸入所述储物间室；

吹胀式蒸发器，包括蒸发板和设置于蒸发板上由吹胀方式形成的制冷管路，

所述蒸发板与所述内胆的内壁贴靠，

所述制冷管路的形成为开口端的第一端和第二端分别与所述第一连接管和所述第二连接管连通，以连通所述冷端换热箱的内腔，

所述制冷管路从其第一端和第二端分别向下延伸至共同的最低位置。

16.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述冷端换热装置包括：

冷端换热箱，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔，且配置成允许制冷剂在其内发生相变换热；

第一连接管和第二连接管，分别从所述冷端换热箱的内腔下部伸出；

板管式蒸发器，包括蒸发板和贴靠于所述蒸发板一面上的制冷管路，

所述蒸发板的另一面与所述内胆的外壁贴靠，

所述制冷管路的形成为开口端的第一端和所述第二端分别与所述第一连接管和第二连接管连通，以连通所述冷端换热箱的内腔，

所述制冷管路分别从其第一端和第二端倾斜向下地弯折延伸至共同的最低位置。