CN104344642A - 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。其中热端传热基板，具有与半导体制冷片热端热连接的换热面；间隔排列的多根散热热管，每根散热热管与热端传热基板固定连接，其至少一端分别弯曲延伸出热端传热基板的一侧；散热翅片，设置在多根散热热管的延伸出热端传热基板的部分上。本发明的技术方案利用多根散热热管将热端的热量有效地进行传导，利用散热翅片扩大散热面积，巧妙地利用了空气受热膨胀，密度变小的特性，自动形成空气自循环，带走翅片的温度，保证了半导体制冷片的工作可靠性，而且加工工艺简便，有助于与冰箱结构的配合。

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，影响了冰箱安装环境的舒适性。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种工作可靠、无振动的热端换热装置。

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，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：热端传热基板，具有与半导体制冷片热端热连接的换热面；间隔排列的多根散热热管，每根散热热管与热端传热基板固定连接，其至少一端分别弯曲延伸出热端传热基板的一侧；散热翅片，设置在多根散热热管的延伸出热端传热基板的部分上。

可选地，每根散热热管的两端分别弯曲延伸出热端传热基板的两侧。

可选地，散热翅片为两组，分别设置在多根散热热管的延伸出热端传热基板的两侧的部分上。

可选地，每根散热热管包括：第一直管段，与热端传热基板固定连接；弯曲段，其第一端从第一直管段向热端传热基板的外侧后方弯曲延伸；第二直管段，其第一端与弯曲段的第二端连接，并延伸穿过散热翅片上的通孔。

可选地，热端传热基板相背与换热面一侧，开设有多个容纳槽；多根散热热管的第一直管段通过压铆嵌入容纳槽，以实现固定连接。

可选地，散热翅片为竖直设置，且与热端传热基板所在平面垂直。

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；外壳，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；以上介绍的任一种热端换热装置，其被安装成使其热端传热基板与半导体制冷片的热端热连接，其中，半导体制冷片和热端换热装置布置于安装空间内。

可选地，后背的上部和下部分别开设有通气口。

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，用于将冷端的冷量传至储物间室。

可选地，冷端换热装置包括：冷端传热基板，与冷端热连接；间隔排列的多根制冷热管，每根制冷热管的中部与冷端传热基板固定连接，其两端分别沿与冷端传热基板平行的平面延伸出预设长度后，弯折至与冷端传热基板垂直的平面继续延伸，其中每根制冷热管延伸段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。

本发明的热端换热装置，利用多根散热热管将热端的热量有效地传导，利用散热翅片扩大散热面积，巧妙地利用了空气受热膨胀，密度变小的特性，自动形成空气自循环，带走翅片的温度，保证了半导体制冷片的工作可靠性，而且加工工艺更加简便，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，无需设置风机等运动机构，震动小，无噪音。

更进一步地，本发明的半导体制冷冰箱还可以利用多根制冷热管均匀地传导冷端传热基板的冷量，有效地利用制冷源如半导体制冷片的温度。

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剖视图；

图3是图2中A处的示意性局部放大图；

图4是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的外壳的示意图

图5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图；以及

图6是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的一种示意性爆炸图。

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700的示意图。如图，本实施例的热端换热装置700一般性地可包括：热端传热基板710，多根散热热管720以及散热翅片730。热端传热基板710具有与半导体制冷片的热端热连接的换热面，从而扩大热端的热传导面积。多根散热热管720依次间隔排列，与热端传热基板710固定连接，并且每根散热热管720的至少一端分别弯曲延伸出热端传热基板710的一侧。散热翅片730可以设置在多根散热热管的延伸出热端传热基板710的部分上。散热热管420的数量可以根据散热量和散热翅片730的尺寸进行设置，例如3根、4根、5根、6根、7根、8根等。

散热热管720的一端可以从热端传热基板710的一侧，并在延伸出热端传热基板710的部分上设置一组散热翅片730。相比于这种方式，更优的一种方式为：每根散热热管720的两端分别弯曲延伸出热端传热基板的两侧。散热翅片730为两组，分别设置在多根散热热管的延伸出热端传热基板的两侧的部分上。散热翅片730为两组，分别设置在多根散热热管720的延伸出热端传热基板的两侧的部分上。

散热热管720的一种可选结构包括：第一直管段，与热端传热基板710固定连接；弯曲段，其第一端从第一直管段向热端传热基板710的外侧后方弯曲延伸；第二直管段，其第一端与弯曲段的第二端连接，并延伸穿过散热翅片730上的通孔。在图1中，由于第一直管段被热端传热基板710遮挡，第二直管段被散热翅片730遮挡，并未示出。在图中显露的散热热管720部分为弯曲段。采用这种结构，可以有效均匀地将热端传热基板710上的热量传导至散热面积大的散热翅片730上。

第一直管段与热端传热基板710固定连接方式可以为：热端传热基板相背于换热面一侧开设有多个容纳槽；多根散热热管720的第一直管段通过压铆嵌入容纳槽，这种方式连接可靠、热阻率低。

优选地，散热翅片730可以为竖直设置，且与热端传热基板710所在平面垂直，以便于更好地形成散热自循环气流。

需要说明的是以上水平、竖直、前向均以本实施例的热端换热装置400在正常工作的状态为参照，即热端传热基板710竖直地安装于半导体制冷冰箱的后部。

本实施例的热端换热装置700装配与半导体制冷冰箱中，可以在不使用任何风机设备的情况，均匀有效地对半导体制冷片进行散热结构紧凑，散热效率高。

进一步地，本发明实施例还提供了一种使用上述热端换热装置700的半导体制冷冰箱，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剖视图；而图3是图2中A处的示意性局部放大图。本实施例的半导体制冷冰箱可以包括半导体模块、冷端换热装置100、热端换热装置700、内胆210、外壳220、箱门230以及绝热层240。内胆210的外表面和外壳220的内表面的可以涂覆石墨膜层，充分利用石墨膜层的横向高导热率，实现对储物间室的均匀制冷和均匀散热。

半导体制冷冰箱的外壳220一般存在两种结构，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，再与后背板、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220，即外壳包括有U壳和后背。图4是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的外壳的示意图，外壳220的后背221形成向后凸出部，与内胆210的后壁211限定有安装空间，半导体模块和热端换热装置700布置于安装空间内。U壳223设置于内胆210的侧壁212和顶壁213的外侧。

后背221的上部和下部分别开设有通气口222，在工作时，由于散热翅片730的温度高于周围温度，其间的空气受热膨胀，密度变小，向上移动，从上方的通气口222处进入周围环境，下方温度较低空气从下方的通气口222被吸入散热翅片730所在的空间，如此进行循环，在无需风机的情况下，实现了空气自循环。通气口222的尺寸和数量需要保证气流的顺利通过。

另外，本实施例的半导体制冷冰箱设置的冷端换热装置100，可以将半导体制冷片的冷量传导至内胆210限定的储物间室内。图5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的示意图。冷端换热装置100一般性地可包括：冷端传热基板110和制冷热管120。其中制冷热管120的具体的数量可以根据半导体制冷片的功率进行配置，一般而言，半导体制冷片的制冷功率每增加25W，则需要增加一根制冷热管120。

冷端传热基板110具有与半导体制冷片的冷端热连接的换热面，从而扩大制冷源的热传导面积。多根制冷热管120依次间隔排列，每根制冷热管120的中部与冷端传热基板固定连接，其两端分别沿与冷端传热基板110平行的平面延伸出预设长度后，弯折至与冷端传热基板110垂直的平面继续延伸。

每根制冷热管120可以均以冷端传热基板110的纵向中心线轴对称，并在水平面的投影为U型。也就是说每根制冷热管120向两端分别延伸的姿态和长度是一致的。

在本实施例中，一种可选的每根制冷热管120的结构为：横向布置的第一区段121与冷端传热基板110固定连接。第二区段122从其第一端从第一区段121沿与冷端传热基板110平行的平面水平或倾斜延伸；第三区段123从第二区段122的第二端弯折至与冷端传热基板110垂直的平面纵向延伸。第一区段121可以通过压铆直接嵌入冷端传热基板110内部，以实现可靠连接。

以上多根每根制冷热管120可以纵向依次排列，其中第一区段121分别平行，第三区段123分别平行。第三区段123所在的平面可以为与冷端传热基板110垂直的竖直平面和/或与冷端传热基板110垂直的水平平面。

第三区段123是制冷热管120的主要蒸发段，第一区段121是制冷热管120的主要冷凝段，在冷凝段中，制冷热管吸收冷量，冷媒冷凝为液态，并回流至制冷热管蒸发段，将冷量传导至与之贴靠的冰箱内体后，蒸发后为气态，返回冷凝段进行循环，完成传导冷量的功能。为了提高第三区段123与半导体制冷冰箱内胆的接触面积，可以选用扁平的方形热管。

半导体制冷片冷端的冷量传导至冷端传热基板110使制冷热管120的冷凝段内的气态工质液化，并回流至制冷热管蒸发段，并通过内胆，将冷量传导给储物间室内部，实现对其制冷。

冷端传热基板110布置于内胆210后壁外侧的中部，从其延伸出的制冷热管120从内胆210的后壁211延伸至内胆210的两个侧壁212或者顶壁213，以与内胆210的贴靠。热管的第三区段123可以均匀地贴靠于内胆两个侧壁212和顶壁213上，作为蒸发段，向储物间室内部传冷。第三区段123的长度与内胆210侧壁212的纵向长度匹配，并且可以为水平布置。

第三区段123优选使用扁管，即贴靠在内胆10侧壁212或顶壁213上的至少部分制冷热管管段的横截面为近似方形或矩圆形。

本实施例的用于半导体制冷冰箱的冷端换热装置100与内胆210进行装配时，可以采用直接焊接、压靠、粘接的方式，将制冷热管120直接固定在内胆210上，利用内胆210良好的传热性进行制冷。本领域的技术人员通常认为，金属内胆就具有导热特性，能够将冷量传递至内胆的储物间室内，且不需要均温，在实现本发明的过程中发现，直接将每根制冷热管120的第三区段123的冷量传至内胆210外表面时，内胆210上的靠近制冷热管120的区域的温度要远远低于远离制冷热管120的区域的温度的区域，也就是随着至制冷热管120的距离增加，内胆210的温度会逐渐提高，导致使内胆210内的储物间室内各个部分吸收的冷量不一致，降低了半导体制冷冰箱的传冷效率。因此本实施例的半导体制冷冰箱还可以在内胆210的至少部分外表面上喷涂石墨涂料或者粘贴石墨膜形成的石墨膜层可使储物间室内的各个位置受冷均匀。

半导体模块一般性地可以包括：半导体制冷片521、导冷块523以及具有中央开口的冷热端隔热层524，半导体制冷片521的数量可以为一块或多块，冷端换热装置100的冷端传热基板110被安装成使其后表面与半导体制冷片521的冷端热连接，冷端传热基板110上形成有至少一个容纳槽，每个容纳槽配置成容纳一根制冷热管120的至少部分第一区段121。导冷块523的后表面与半导体制冷片521的冷端接触抵靠，导冷块523的前表面与冷端传热基板110的后表面接触抵靠，以将半导体制冷片521的冷量传至冷端传热基板110。半导体制冷片521和导冷块523设置在冷热端隔热层524的中央开口中。半导体制冷片521的热端凸出于或平齐于冷热端隔热层524的后侧面，导冷块523的前表面凸出于或平齐于冷热端隔热层524的前侧面，以防止冷端传热基板110与热端传热基板710之间进行冷热交换。热端传热基板710的前表面与半导体制冷片521的热端接触抵靠，以将半导体制冷片521的热量通过散热翅片730传递至空气中，进行散热。半导体制冷片521、冷端传热基板110、热端传热基板710和导冷块523相互之间的接触面可以均涂抹导热硅脂，以降低接触面热阻。

在本发明的一个优选的实施例中，冷端传热基板110的前表面与内胆210的后壁211的外表面接触抵靠，且内胆的后壁211的最外层为石墨膜层512，以使冷端传热基板510与石墨膜层512接触，显著增加了散冷面积。在本发明的一些其它的实施例中，冷端传热基板110的每个容纳槽的开口处于冷端传热基板110的后表面，以使每根制冷热管120的第一区段的部分外壁与导冷块523接触抵靠，以使每根制冷热管120的第一区段121与内胆210后壁211的外表面之间具有一定的间距，可防止每根冷端热管30的第一区段121吸收内胆210外表面上的冷量，降低制冷效果。

本实施例中使用的热管可以采用铜材料，制冷热管120的冷媒工质可选用乙醇或甲醇，热端热管720的冷媒工质可选用去离子水。为了保证半导体冷热端的温度和温差，单根制冷热管120在25W的功率测试条件下其温差必须小于5℃。

图6是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的一种示意性爆炸图，该实施例的半导体制冷冰箱以上介绍的冷端传热装置100和热端传热装置700，将半导体制冷片521的冷端冷量通过内胆210传导至储物间室，同时在冰箱外壳后背形成一个安装空间，以容纳热端传热装置700，利用外壳后背221上下的通气口，形成空气循环，对散热翅片进行散热。

在对该实施例的半导体制冷冰箱进行装配时，可以首先将半导体制冷冰箱的每根制冷热管的至少部分蒸发段放置于半导体制冷冰箱的内胆的外表面的预定位置处；然后将每个冷端固定压板罩扣在相应制冷热管的至少部分蒸发段上；再然后将每个冷端固定压板固定于内胆上；然后将半导体模块的半导体制冷片、导冷块安装于冷热端隔热层后形成的第一预装组件的前表面抵靠于冷端传热基板的后表面；然后将半导体模块的热端传热基板的前表面抵靠于半导体制冷片的热端；将多个螺钉分别依次穿过热端传热基板上的相应通孔、冷热端隔热层上的相应通孔和冷端传热基板上的相应通孔后旋入内胆后壁上的螺钉孔内，以将半导体模块固定于内胆的后壁。半导体冰箱的壳体的后盖与外壳的其余部分通过螺钉固定在一起，在外壳和内胆之间填充聚氨酯发泡层，以隔绝储物间室内的冷量泄露最终在半导体制冷冰箱的前门和外壳的接触处安装磁性密封条，将前门通过铰链与外壳铰接在一起。

需要注意的是，上述步骤已经能够使半导体制冷冰箱进行工作，但是为了美观或者其它要求，还需要安装一些装饰性部件、保护性的部件等。

通过以上实施例介绍的热端换热装置与冷端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，零噪音、能耗低、节能环保、可靠性高、结构简单、安装方便、适应性强。

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 (10)

1.一种用于半导体制冷冰箱的热端换热装置，包括：

热端传热基板，具有与半导体制冷片热端热连接的换热面；

间隔排列的多根散热热管，每根所述散热热管与所述热端传热基板固定连接，其至少一端分别弯曲延伸出所述热端传热基板的一侧；

散热翅片，设置在所述多根散热热管的延伸出热端传热基板的部分上。

2.根据权利要求1所述的热端换热装置，其中

每根所述散热热管的两端分别弯曲延伸出所述热端传热基板的两侧。

3.根据权利要求2所述的热端换热装置，其中

所述散热翅片为两组，分别设置在所述多根散热热管的延伸出所述热端传热基板的两侧的部分上。

4.根据权利要求2所述的热端换热装置，其中每根所述散热热管包括：

第一直管段，与所述热端传热基板固定连接；

弯曲段，其第一端从所述第一直管段向所述热端传热基板的外侧后方弯曲延伸；

第二直管段，其第一端与所述弯曲段的第二端连接，并延伸穿过所述散热翅片上的通孔。

5.根据权利要求4所述的热端换热装置，其中

所述热端传热基板相背与换热面一侧，开设有多个容纳槽；

所述多根散热热管的第一直管段通过压铆嵌入所述容纳槽，以实现固定连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的热端换热装置，其中

所述散热翅片为竖直设置，且与所述热端传热基板所在平面垂直。

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，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；

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，其被安装成使其热端传热基板与所述半导体制冷片的热端热连接，

所述半导体制冷片和所述热端换热装置布置于所述安装空间内。

8.根据权利要求7所述的半导体制冷冰箱，其中

所述后背的上部和下部分别开设有通气口。

9.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，用于将所述冷端的冷量传至所述储物间室。

10.根据权利要求9所述的半导体制冷冰箱，其中

所述冷端换热装置包括：

冷端传热基板，与所述冷端热连接；

间隔排列的多根制冷热管，每根所述制冷热管的中部与所述冷端传热基板固定连接，其两端分别沿与所述冷端传热基板平行的平面延伸出预设长度后，弯折至与所述冷端传热基板垂直的平面继续延伸，其中每根所述制冷热管延伸段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。