CN104329866A - 半导体制冷冰箱及其冷端换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体制冷冰箱及其冷端换热装置。其中该冷端换热装置包括：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。利用本发明的技术方案，制冷剂在冷端换热箱和多根制冷剂管路中相变循环换热，有效地传导半导体制冷片的冷端温度，而且利用多根相互独立的制冷剂管路，加工工艺更加简便，有助于与冰箱结构的配合。

Description

半导体制冷冰箱及其冷端换热装置

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冷端换热装置。

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，半导体制冷冰箱需要有效地将半导体制冷片冷端的温度传导至冰箱储物间室内，现有技术一般采用散热片强制对流，散热片通过与半导体制冷片冷端直接接触，并与储物间室进行热交换，这种固体之间的导热换热效率低，不利于半导体最佳性能的发挥，而且散热翅片体积较大，占用冰箱空间，配合风扇后，会引起噪音增加，且风扇连续工作，可靠性较差。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种换热效率高、占用空间小的冷端换热装置。

本发明一个进一步的目的是要使得冷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，提供了一种用于半导体制冷冰箱的冷端换热装置。该冷端换热装置包括：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。

可选地，冷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冷源热连接的换热面。

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

可选地，每根制冷剂管路包括：连接管，与内腔连通且延伸至冷端换热箱外部；第一区段，与连接管连接且在与前壁平行的平面中横向地且倾斜向下地延伸；和第二区段，从第一区段向前且倾斜向下地弯折至与冷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下地弯折延伸。

可选地，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。

可选地，每根制冷剂管路还包括：第三区段，从第二区段弯折回与前壁平行的平面中，并在其中横向地且倾斜向下地延伸。

可选地，以上冷端换热装置还包括：三通装置，设置于一根制冷剂管路中，设置于一根制冷剂管路中，三通装置的第一端作为连接管与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。该半导体制冷冰箱包括：内胆，其内限定有储物间室；半导体制冷片；以及以上介绍的任一种冷端换热装置，其被安装成使其冷端换热箱的后壁的外表面与半导体制冷片的冷端热连接，而且使其每根制冷剂管路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。

可选地，上述半导体制冷冰箱还包括：外壳，设置于内胆的外侧，其包括有U壳和后背，外壳的后背与内胆的后壁限定有安装空间；半导体制冷片和冷端换热装置布置于安装空间内，且冷端换热箱的前壁与内胆的后壁相对。

可选地，上述半导体制冷冰箱还包括：热端换热装置，与半导体制冷片的热端热连接，用于将热端产生的热量散发至周围环境。

可选地，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，而且散热管路的形成为开口端的第一端和第二端皆连通至热端换热箱的内腔的上部，散热管路分别从其第一端和第二端倾斜向上地弯折延伸至共同的最高位置。

可选地，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，每根散热管路的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，热端换热装置包括：热端导热板，其与热端热连接；和多根环形热管，每根环形热管的一部分与热端导热板接触换热，另一部分与半导体制冷冰箱的外壳的内壁接触换热。

可选地，热端换热装置包括：热端导热板，其与热端热连接；多根热管，每根热管的一端与热端导热板接触换热；散热翅片，设置于多根热管上；和风机，通过紧固机构固定在散热翅片上，以对从多根热管传至散热翅片的热量进行强制对流散热。

可选地，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；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，每根散热管路的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；散热翅片，设置于多根散热管路上；和风机，通过紧固机构固定在散热翅片上，以对从多根散热管路传至散热翅片的热量进行强制对流散热。

可选地，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；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，而且每根散热管路从热端换热箱的顶壁向上延伸至最高点后，沿不同的竖直平面弯折向下延伸至热端换热箱的侧壁的底部，每根散热管路的管腔与热端换热箱的内腔连通，形成散热环路；多个栅状丝管散热面，分别贴靠设置于散热管路的一侧或者贴靠设置于两个相邻的散热管路之间。

本发明的冷端换热装置中制冷剂管路一端连通至内腔的下部，并倾斜向下弯折延伸，利用制冷剂在冷端换热箱和多根制冷剂管路中相变循环换热，有效地传导半导体制冷片的冷端温度，而且利用多根相互独立的制冷剂管路，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，冷端换热箱的后壁的外表面与半导体制冷片的冷端以接触贴靠或其他方式进行热连接，而且使其每根制冷剂管路的至少一部分与内胆的外表面贴靠，利用内胆进行热量传导，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热端换热装置及时有效地将半导体制冷片热端产生的热量散发至周边环境，配置灵活、保证了冰箱的可靠工作。

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冷端换热装置的示意性爆炸图；

图2是根据本发明另一实施例的用于半导体制冷冰箱的冷端换热装置的示意性爆炸图；

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侧面视图；

图4是可用于本发明半导体制冷冰箱的一种热端换热装置的示意性爆炸图；

图5是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置的示意性爆炸图；

图6是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置的示意图；

图7是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置的示意图；

图8是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置的示意图

图9是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置的示意图；以及

图10是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置的B向剖视图。

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冷端换热装置100的示意性爆炸图。冷端换热装置100一般性地可包括：冷端换热箱110和制冷剂管路120，其中冷端换热箱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；多根制冷剂管路120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120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120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110和制冷剂管路120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120向下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。本实施例的冷端换热装置100工作时，制冷剂在冷端换热箱110和制冷剂管路120中进行气液相变，进行热循环。

冷端换热箱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的外表面用作与冷源（例如半导体冰箱中的半导体制冷片）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冷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，冷端温度下降，通过传导，冷端换热箱110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120管腔下流，冷凝下流的制冷剂在制冷剂管路120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。

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

制冷剂管路120可以选用铜管、不锈钢管、铝管等，优选为铜管。例如，每根制冷剂管路120可包括连接管121、第一区段122和第二区段123，其中连接管121与内腔连通且延伸至冷端换热箱110外部，第一区段122与连接管121连接且在与冷端换热箱110的前壁平行的平面中横向地且倾斜向下地延伸，第二区段123从第一区段122向前且倾斜向下地弯折至与冷端换热箱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下地弯折延伸。

在一个具体实施例下，制冷剂管路120可以为两根，其连接管121分别从冷端换热箱110的两个侧壁的底部伸出。每根制冷剂管路120的第一区段122沿各自连接管121的延伸方向分别向两侧倾斜向下地延伸，然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。每根制冷剂管路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，其中每个所述直管段以相对于水平面呈10°至70°的角度倾斜设置以保证液态制冷剂在其内依靠重力自由流动，而弯折管段优选设置为“C”字形，从而使得第二区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，制冷剂管路120还可以包括第三区段124。图2是根据本发明另一实施例的用于半导体制冷冰箱的冷端换热装置100的示意性爆炸图，在该实施例中，第三区段124从第二区段123弯折回与冷端换热箱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），并在其中横向地且倾斜向下地延伸。第三区段124的终端位于制冷剂管路120的最低位置。

冷端换热装置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设置于一根制冷剂管路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，该三通装置125的另一种设置形式为：将三通装置125第一端直接作为此根制冷剂管路120的连接管121，第二端与所述第一区段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作为制冷剂管路120的连通冷端换热箱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冷端换热装置100的半导体制冷冰箱，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侧面视图。该半导体制冷冰箱一般性地可以包括：半导体制冷片（图中未示出）、内胆130、以上任一种实施例的冷端换热装置100。内胆130内限定有储物间室；冷端换热装置100被安装成使其冷端换热箱110的后壁112的外表面与半导体制冷片的冷端以直接贴靠或其他方式热连接，而且使其每根制冷剂管路120的至少一部分与内胆130的外表面贴靠，以将来自冷端的冷量传至储物间室内。

此外冰箱的箱体结构一般也还包括：外壳、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，即外壳包括有U壳和后背，其中U壳设置于内胆的侧壁和顶壁的外侧，外壳的后背与内胆的后壁限定有安装空间。

半导体制冷片和冷端换热装置100可以选择布置于内胆130的后壁外侧与外壁限定的安装空间内，而且冷端换热箱110的前壁111与内胆130的后壁相对。冷端换热箱110的前壁111与内胆130的后壁之间可以优选设置一定的距离，以保证在停电或运行故障时热端的热量不会传导至内胆130，引起温度异常。从而，连接管121和第一区段122所在的平面平行于内胆130的后壁，第二区段123贴靠于内胆130的侧壁外侧，在设置有第三区段124的情况下，第三区段124贴靠于内胆130的后壁的下方。制冷剂管路120为两根时，其第二区段123分别贴靠在内胆130的左壁或右壁外侧。在一种实施例中，第二区段123通过一块传冷板贴靠在内胆130的左壁或右壁外侧，传冷板由良好的传热材料制成，传冷板向内胆传热，可以使内胆的温度更加均匀。

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：热端换热装置，与半导体制冷片的热端热连接，用于将热端产生的热量散发至周围环境。以下结合附图对本实施例的半导体制冷冰箱的热端换热装置进行介绍。

图4是可用于本发明半导体制冷冰箱的一种热端换热装置200的示意性爆炸图。该热端换热装置200包括：热端换热箱210和散热管路220。热端换热箱210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。散热管路220配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，而且散热管路200的形成为开口端的第一端和第二端皆连通至热端换热箱210的内腔的上部，散热管路220分别从其第一端和第二端倾斜向上地弯折延伸至共同的最高位置。

散热管路220可以贴靠在冰箱的外壳230上，利用外壳230将热量散发至周边环境。热端热交换箱210内部灌注制冷剂可以为水或其他制冷剂，其状态为气液两相共存状态，半导体制冷片通电工作时，其热端温度升高。热端与热端换热箱210进行热交换，热端换热箱210形成蒸发器，变化为气态，气态的制冷剂会在热源压力下沿着制冷剂管路上升，将热量传递给冰箱外壳230，然后通过自然对流将热量传递给外部空间，制冷剂管路220形成冷凝器，制冷剂冷凝放热后成为液态，依靠重力回流至热端换热箱210，重新吸收热端热量进行蒸发，形成热循环。

使用该热端换热装置200与以上实施例介绍的冷端换热装置100进行装配时，其结构可以为：半导体制冷片布置在冰箱内胆130的后壁与冰箱外壳后壁之间的空间内，冷端换热装置100的冷端换热箱110的后壁112与半导体制冷片的冷端热连接，制冷剂管路120贴靠在冰箱内胆上，用于对储物内腔制冷。半导体制冷片的热端通过一个竖直向下设置的热桥装置将热端的热量传导到较低的位置，热桥装置的上端与半导体制冷片的热端连接，热端换热装置200的热端热交换箱210可以通过热桥装置的下端与半导体制冷片的热端热连接，从而为散热管路220提供了更大的向上延伸的空间。

图5是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置300的示意性爆炸图。该热端换热装置300包括：热端换热箱310和多根散热管路320。热端换热箱310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320，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320的形成为开口端的第一端连通至热端换热箱310的内腔的上部，每根散热管路320的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。

图5所示的热端换热装置300与图4所示的热端换热装置200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320，而并非形成环路的散热管路220。热端面与热端换热箱310进行热交换，热端换热箱310形成蒸发器，变化为气态，气态的制冷剂会在热源压力下沿着制冷剂管路320上升，将热量传递给冰箱外壳230，然后通过自然对流将热量传递给外部空间，制冷剂管路320形成冷凝器，制冷剂冷凝放热后成为液态，依靠重力回流至热端换热箱310，重新吸收热端热量进行蒸发，形成热循环。采用这种断开的散热管路，生产工艺较为简单，而且可以更好的与冰箱的外壳230进行装配。

本实施例的热端换热装置300，也可以采用与热桥连接的方式将位置布置于较低的位置，从而为散热管路320提供了更大的向上延伸的空间，以具有更大的散热面积。

图6是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置400的示意图。该热端换热装置400包括：热端导热板410和多根环形热管420。热端导热板410与热端以直接贴靠或其他方式进行热连接。每根环形热管420的一部分与热端导热板410接触换热，另一部分与半导体制冷冰箱的外壳内壁接触换热。

热端导热板410与半导体芯片的热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420直接嵌入到导热板410中或者与导热板410焊接固定，为方便与其他部件连接，环形热管420可选用扁平式结构，增大接触面积。

热管420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，热管420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，半导体芯片热端产生的热量通过热传导传递给导热板410，导热板410再将热量传递给与其接触的热管420，当热管420受热时，管内的液态制冷剂受热汽化蒸发，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420的上部，再通过冰箱外壳壳体与外部空间进行对流换热，重新冷凝回液态，液态的制冷剂由于自身的重力加热管的毛细力作用重新流回热管420的下部，然后继续吸热汽化蒸发，由此循环工作。

每根环形热管420的形状可以为方形或者菱形，其中，方形热管420中位置靠下的水平部与导热板410热接触，方形热管420位置靠上的水平部以及竖直部与冰箱外壳内壁贴合，当液态的制冷剂位于热管420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420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。

菱形环形热管420的一组对角线竖直设置，另一组对角线水平设置，位置靠下的一组邻边的一部分与导热板410固定。菱形管路420中没有水平部分管路，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。该种热端散热装置400无需额外占用冰箱空间，外形美观，且无须额外的风机强制对流，静音，无振动，安全可靠。

图7是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置500的示意图。该热端换热装置500包括：热端导热板510、换热多根热管520、散热翅片530和风机540。热端导热板510与热端通过贴靠或其他方式进行热连接。每根热管520的一端与热端导热板510接触换热。散热翅片530设置于多根热520上。风机540通过紧固机构固定在散热翅片530上，以对从多根热管520传至散热翅片530的热量进行强制对流散热。为保证传热效率各连接部件间采用导热硅脂（石墨或其他介质）接触。该种热端换热装置500，通过热管翅片进行传热，通过风扇进行强制对流，散热效果快，结构简单、维修方便、生产工艺简洁。

图8是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置600的示意图。该热端换热装置600包括：热端换热箱610、多根散热管路620、散热翅片630和风机640。热端换热箱610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620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620的形成为开口端的第一端连通至热端换热箱610的内腔的上部，每根散热管路620的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。散热翅片630设置于多根散热管路620上。风机640通过紧固机构固定在散热翅片630上，以对从多根散热管路620传至散热翅片630的热量进行强制对流散热。

该种热端换热装置600在半导体制冷片通电工作时，半导体制冷片的热端面与热端换热箱610进行热交换，热端换热箱610形成蒸发器，变化为气态，气态的制冷剂会在热源压力下沿着制冷剂管路620上升，将热量传递给翅片630，然后通过对流将热量传递给外部空间，制冷剂管路620形成冷凝器，制冷剂冷凝放热后成为液态，依靠重力回流至热端换热箱610，重新吸收热端热量进行蒸发，形成热循环，翅片630和风机640提高了制冷剂管路620的冷凝速度。制冷剂管路620将热量传导至翅片630上，通过风机640进一步提高翅片的散热效率。

图9是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置700的示意图，图10是可用于本发明半导体制冷冰箱的另一种热端换热装置700的B向剖视图。该热端换热装置700一般性地可以包括：热端换热箱710、多根散热管路720、和多个栅状丝管散热面730。其中，热端换热箱710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720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720从热端换热箱710的顶壁向上延伸至最高点后，沿不同的竖直平面弯折向下延伸至热端换热箱710的侧壁的底部，每根散热管路720的管腔与热端换热箱710的内腔连通，形成散热环路；多个栅状丝管散热面730分别贴靠设置于散热管路720的一侧或者贴靠设置于两个相邻的散热管路720之间。

热端换热装置700的一种可选结构为：两根散热管路720从热端换热箱710顶部伸出的两个连接管起始向上其延伸，并在延伸到一定高度后向一个侧倾斜延伸至最高点，然后分别在两个竖直平面内蛇形向下延伸，最终通过热端换热箱710的侧壁的底部的连接管连通热端换热箱710的内腔。栅状丝管散热面730有多组散热丝管平行间隔设置而成，包括三组，分别贴于两根散热管路720的一侧和中间间隔处。当热端换热箱710内的制冷剂受热蒸发后，沿散热管路720上升，将温度散发至周边环境，然后沿蛇形管路逐渐冷凝为液体，在重力作用下返回热端换热箱710。栅状丝管增大了散热面积，提高了散热效率。散热管路720上也可以设置有用于灌注制冷剂的三通装置。

通过以上实施例介绍的冷端换热装置与各种形式的热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。

2.根据权利要求1所述的冷端换热装置，其中

所述冷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冷源热连接的换热面。

3.根据权利要求2所述的冷端换热装置，其中

所述冷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冷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所述的冷端换热装置，其中

每根所述制冷剂管路包括：

连接管，与所述内腔连通且延伸至所述冷端换热箱外部；

第一区段，与所述连接管连接且在与所述前壁平行的平面中横向地且倾斜向下地延伸；和

第二区段，从所述第一区段向前且倾斜向下地弯折至与所述冷端换热箱的横向相对的侧壁平行的平面，并在所述与侧壁平行的平面中继续倾斜向下地弯折延伸。

5.根据权利要求4所述的冷端换热装置，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所述的冷端换热装置，其中

每根所述制冷剂管路还包括：

第三区段，从所述第二区段弯折回与所述前壁平行的平面中，并在其中横向地且倾斜向下地延伸。

7.根据权利要求4所述的冷端换热装置，还包括：

三通装置，设置于一根所述制冷剂管路中，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。

8.一种半导体制冷冰箱，包括：

内胆，其内限定有储物间室；

半导体制冷片；

根据权利要求1至7中任一项所述的冷端换热装置，其被安装成使其冷端换热箱的后壁的外表面与所述半导体制冷片的冷端热连接，而且使其每根制冷剂管路的至少一部分与所述内胆的外表面贴靠，以将来自所述冷端的冷量传至所述储物间室。

9.根据权利要求8所述的半导体制冷冰箱，还包括：

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

所述半导体制冷片和所述冷端换热装置布置于所述安装空间内，且所述冷端换热箱的前壁与所述内胆的后壁相对。

10.根据权利要求8所述的半导体制冷冰箱，还包括：

热端换热装置，与所述半导体制冷片的热端热连接，用于将所述热端产生的热量散发至周围环境。

11.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述热端换热装置包括：

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

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

所述散热管路的形成为开口端的第一端和第二端皆连通至所述热端换热箱的内腔的上部，

所述散热管路分别从其第一端和第二端倾斜向上地弯折延伸至共同的最高位置。

12.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述热端换热装置包括：

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，

每根所述散热管路的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。

13.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述热端换热装置包括：

热端导热板，其与所述热端热连接；和

多根环形热管，每根所述环形热管的一部分与所述热端导热板接触换热，另一部分与所述半导体制冷冰箱的外壳的内壁接触换热。

14.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述热端换热装置包括：

热端导热板，其与所述热端热连接；

多根热管，每根所述热管的一端与所述热端导热板接触换热；

散热翅片，设置于所述多根热管上；和

风机，通过紧固机构固定在所述散热翅片上，以对从所述多根热管传至所述散热翅片的热量进行强制对流散热。

15.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述热端换热装置包括：

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；

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，

每根所述散热管路的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；

散热翅片，设置于所述多根散热管路上；和

风机，通过紧固机构固定在所述散热翅片上，以对从所述多根散热管路传至所述散热翅片的热量进行强制对流散热。

16.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中

所述热端换热装置包括：

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；

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从所述热端换热箱的顶壁向上延伸至最高点后，沿不同的竖直平面弯折向下延伸至所述热端换热箱的侧壁的底部，所述每根所述散热管路的管腔与所述热端换热箱的内腔连通，形成散热环路；

多个栅状丝管散热面，分别贴靠设置于所述散热管路的一侧或者贴靠设置于两个相邻的所述散热管路之间。