CN104567175B - 半导体制冷冰箱 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体制冷冰箱。具体地，本发明提供了一种半导体制冷冰箱，其包括：内胆；至少一个半导体制冷片；和多个冷端换热装置，每个冷端换热装置配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，以将至少一个半导体制冷片的冷端的冷量传至内胆的储物间室。特别地，每个冷端换热装置具有三根制冷剂管路，每根制冷剂管路具有：在一竖直平面中向下弯折延伸且末端封闭的蒸发段，每个冷端换热装置的三根制冷剂管路的蒸发段分别与内胆的后壁和两个侧壁热连接。本发明的半导体制冷冰箱中因为具有多个冷端换热装置，显著地提高了与冰箱内胆进行热连接的有效换热面积，进而显著提高了半导体制冷冰箱的能效。

Description

半导体制冷冰箱
技术领域
本发明涉及制冷设备，特别是涉及一种半导体制冷冰箱。
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
本发明的一个目的旨在克服现有的半导体制冷冰箱的至少一个缺陷，提供一种换热效率高的半导体制冷冰箱。
本发明一个进一步的目的是要尽量半导体制冷冰箱产生的噪音，提高其可靠性。
为了实现上述至少一个目的，本发明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；
至少一个半导体制冷片，设置于所述内胆后壁的后方；和
多个冷端换热装置，每个所述冷端换热装置配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，以将所述至少一个半导体制冷片的冷端的冷量传至所述内胆的储物间室；而且
每个所述冷端换热装置具有三根制冷剂管路，每根所述制冷剂管路具有：在一竖直平面中向下弯折延伸且末端封闭的蒸发段，每个所述冷端换热装置的三根制冷剂管路的蒸发段分别与所述内胆的后壁和两个侧壁热连接。
可选地，每个所述冷端换热装置还具有冷端换热部，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔或管道；且每根所述制冷剂管路还包括从其蒸发段的起始端向上弯折延伸并连通至相应所述冷端换热部的内腔或管道的连接段。
可选地，每个所述冷端换热装置的冷端换热部为扁平长方体状，其相对设置的前表面与后表面的面积大于其他表面的面积，且每个所述冷端换热部的后表面与所述内胆后壁平行设置，并用作与冷源热连接的换热面。
可选地，所述至少一个半导体制冷片的数量为多个，多个所述半导体制冷片的冷端分别与一个相应所述冷端换热装置的冷端换热部的后表面热连接。
可选地，多个所述冷端换热装置的冷端换热部沿竖直方向间隔设置。
可选地，所述多个冷端换热装置的数量为两个；且两个所述冷端换热装置中一个所述冷端换热装置的两根制冷剂管路的蒸发段分别与所述内胆的两个侧壁外表面的前半部分热连接；另一所述冷端换热装置的两根制冷剂管路的蒸发段分别与所述内胆的两个侧壁外表面的后半部分热连接。
可选地，所述多个冷端换热装置的数量为两个；且两个所述冷端换热装置中一个所述冷端换热装置的一根制冷剂管路的蒸发段与所述内胆的后壁外表面的左半部分热连接；另一所述冷端换热装置的一根制冷剂管路的蒸发段与所述内胆的后壁外表面的右半部分热连接。
可选地，每个所述冷端换热装置的三根制冷剂管路的蒸发段分别与所述内胆的后壁和两个侧壁热连接是通过每个所述冷端换热装置的三根制冷剂管路的蒸发段分别贴靠于所述内胆的后壁和两个侧壁外表面实现的。
可选地，每根所述制冷剂管路的蒸发段在水平面上的投影长度小于所述内胆的相应后壁或侧壁的宽度的1/2且大于所述内胆的相应后壁或侧壁的宽度的1/4。
可选地，每根所述制冷剂管路的蒸发段包括：多个竖向间隔设置的直管区段，每个所述直管区段以相对于水平面呈10°至70°的角度倾斜设置；和弯折区段，连接每两个相邻所述直管区段。
可选地，所述半导体制冷冰箱进一步包括：多个固位钢丝，沿竖直方向设置；而且每根所述制冷剂管路同侧的各个弯折区段的外顶点处管壁均焊接于一个所述固位钢丝。
可选地，每根所述制冷剂管路的下端处于同一水平位置。
本发明的半导体制冷冰箱中因为具有多个冷端换热装置，显著地提高了与冰箱内胆进行热连接的有效换热面积，进而显著提高了半导体制冷冰箱的能效。也可同时使用多个半导体制冷片进行制冷，进一步提高了半导体制冷冰箱的能效。
进一步地，本发明的半导体制冷冰箱中每个冷端换热装置的三根制冷剂管路均分别与内胆的后壁和两个侧壁进行热连接，使每个冷端换热装置的换热效率大致上相等，以更好地保护半导体制冷冰箱。
进一步地，本发明的半导体制冷冰箱中制冷剂管路一端连通至相应冷端换热部，并倾斜向下弯折延伸，利用制冷剂在冷端换热部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。同时也省略使用散冷风机，降低半导体制冷冰箱的噪音，提高半导体冰箱的可靠性。
进一步地，本发明的半导体制冷冰箱中，冷端换热部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。
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半导体制冷冰箱的局部结构的示意性后视图；
图2是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的局部结构的示意性右视图；
图3是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的局部结构的示意性结构图；
图4是图1中A处的示意性局部放大图；
图5是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的热端换热装置的示意性结构图。
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半导体制冷冰箱的局部结构的示意性后视图，其中示出了半导体制冷冰箱的内胆100和多个冷端换热装置200。如图1所示，并参考图2和图3，本发明实施例提供了一种半导体制冷冰箱。半导体制冷冰箱一般可包括：内胆100、半导体制冷片、冷端换热装置200、热端换热装置600、外壳、箱门和绝热层。内胆100内限定有储物间室。特别地，本发明实施例中半导体制冷冰箱中，半导体制冷片的数量为至少一个，冷端换热装置200的数量为多个。每个冷端换热装置200配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，以将至少一个半导体制冷片的冷端的冷量传至内胆100的储物间室。每个冷端换热装置200具有三根制冷剂管路20，且每根制冷剂管路20具有：在一竖直平面中向下弯折延伸且末端封闭的蒸发段21。每个冷端换热装置200的三根制冷剂管路20的蒸发段21分别与内胆100的后壁和两个侧壁热连接，以提高半导体制冷冰箱的制冷效率。
在本发明实施例中，半导体制冷片的数量可为一个，设置于内胆100后壁的后方，其冷端通过导热装置分别与多个冷端换热装置200热连接；半导体制冷片的数量也可为多个，均设置于内胆100后壁的后方，多个半导体制冷片的冷端分别与一个相应冷端换热装置200热连接，以进一步提高半导体制冷冰箱的能效比。
在本发明的一些实施例中，每个冷端换热装置200还具有冷端换热部30，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔或管道。每根制冷剂管路20还包括从其蒸发段21的起始端向上弯折延伸并连通至相应冷端换热部30的内腔或管道的连接段22。冷端换热部30和制冷剂管路20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20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200工作时，制冷剂在冷端换热部30和制冷剂管路20中进行气液相变，进行热循环。
每个冷端换热装置200的冷端换热部30可为扁平长方体状，可设置在内胆100后壁与外壳后壁之间。例如，冷端换热部30的前表面与内胆100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量不会传导至内胆100，引起温度异常。
每个冷端换热部30的相对设置的前表面与后表面的面积大于其他表面的面积，且每个冷端换热部30的后表面与内胆100后壁平行设置，并用作与冷源(例如半导体制冷片的冷端)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。
在本发明实施例中，半导体制冷片的数量为多个，多个冷端分别与一个冷端换热装置200的冷端换热部30的后表面热连接，例如多个半导体制冷片可以选择布置于内胆100的后壁外侧与外壳后壁限定的安装空间内，且其冷端可分别贴靠于一个冷端换热装置200的冷端换热部30的后表面。
本发明实施例的半导体制冷冰箱的工作过程为：每个半导体制冷片通电工作时，冷端温度下降，通过传导，冷端换热部30温度相应下降，其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20管腔下流，冷凝下流的制冷剂在制冷剂管路20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部30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。
在本发明的一些实施例中，多个冷端换热装置200的数量为两个。两个冷端换热装置200中一个冷端换热装置200的两根制冷剂管路20的蒸发段21分别与内胆100的两个侧壁外表面的前半部分热连接；另一冷端换热装置200的两根制冷剂管路20的蒸发段21分别与内胆100的两个侧壁外表面的后半部分热连接。两个冷端换热装置200中一个冷端换热装置200的一根制冷剂管路20的蒸发段21与内胆100的后壁外表面的左半部分热连接；另一冷端换热装置200的一根制冷剂管路20的蒸发段21与内胆100的后壁外表面的右半部分热连接。
为了更好地使每个蒸发段21的冷量传递至冰箱内胆100，每个冷端换热装置200的三根制冷剂管路20的蒸发段21分别与内胆100的后壁和两个侧壁热连接是通过每个冷端换热装置200的三根制冷剂管路20的蒸发段21分别贴靠于内胆100的后壁和两个侧壁外表面实现的。在本发明的一些替代性实施例中，每个蒸发段21可贴靠于一个相应导热平板上，导热平板在与内胆100的后壁和两个侧壁贴靠，以使冰箱内胆100内受冷更加均匀。
为了尽可能地提高有效换热面积，每根制冷剂管路20的蒸发段21在水平面上的投影长度小于内胆100的相应后壁或侧壁的宽度的1/2且大于内胆100的相应后壁或侧壁的宽度的1/4。
在本发明的一些实施例中，每个制冷剂管路20可以选用铜管、不锈钢管、铝管等，优选为铜管。如图4所示，每个冷端换热装置200的其蒸发段21与内胆100的侧壁热连接的制冷剂管路20的连接段22可包括第一区段221和第二区段222，其中第一区段221与冷端换热部30的内腔或管道连通且延伸至冷端换热部30外部，第二区段222与第一区段221连接且在与内胆100的后壁上横向地且倾斜向下地延伸后，并向前且倾斜向下地弯折至与内胆100侧壁以连接相应的制冷剂管路20的蒸发段21。每个冷端换热装置200的其蒸发段21与内胆100的后壁热连接的制冷剂管路20的连接段22可仅包括第一区段221。
每根制冷剂管路20的蒸发段21可包括多个竖向间隔设置的直管区段211和连接每两个相邻直管区段211的弯折区段212，其中每个直管区段211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，而弯折区段212优选设置为“C”字形，或为弧形管段，从而使得蒸发段21总体上呈现一种倾斜的“Z”字形结构。
为了防止每根制冷剂管路20的蒸发段21发生弹性变形，本发明实施例的半导体制冷冰箱还包括多个固位钢丝40。每个固位钢丝40沿竖直方向设置。每根制冷剂管路20同侧的各个弯折区段212的外顶点处(也可称为顶凸处)管壁均焊接于一个相应固位钢丝40。具体地，两个固位钢丝40可分别固定于一个相应制冷剂管路20的蒸发段21的两侧，且每个固位钢丝40在沿其长度的不同部位处依次固定于相应蒸发段的相应侧的各个弯折区段的顶凸处。进一步地，每根制冷剂管路20的其它与相应固位钢丝40接触的部分均可焊接于该固位钢丝40。
在本发明实施例中，每个冷端换热装置200的冷端换热部30可为换热铜块，其内部设置有三个沿竖直方向延伸的阶梯盲孔31和连通每个阶梯盲孔31上部的水平管孔32，以形成冷端换热部30内部的管道。每根制冷剂管路20的上端可插接于相应阶梯盲孔31内。每个冷端换热装置200还包括一根制冷剂灌注管50，其一端与相应水平管孔32连通，另一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，以向每根制冷剂管路20内灌注制冷剂。
在本发明的一些替代性实施例中，每个冷端换热装置200的冷端换热部30可为冷端换热箱，其内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。每根制冷剂管路20的连接段22连通至内腔的下部。冷端换热装置200还可以设置三通装置用于制冷剂的灌注。该三通装置设置于一根制冷剂管路20的连接段22上，其第一端用于连通连接段22的相应两区段，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。利用三通装置降低了灌注制冷剂工艺的难度，并为维修提供了手段。
在本发明的一些替代性实施例中，每个冷端换热装置200的冷端换热部30可为换热铜块。每根制冷剂管路20的两端均封闭，内部灌注有制冷剂，且每根制冷剂管路20的上端插设于相应换热铜块内。每根制冷剂管路20上均可具有灌注制冷剂的阀门。
在本发明的一些实施例中，多个冷端换热装置200的冷端换热部30沿竖直方向间隔设置，且每根制冷剂管路20的下端可处于同一水平位置。
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：多个热端换热装置600，分别与多个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。例如，如图5所示，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。在本发明的一些替代性实施例中，本领域的技术人员也可采用其它形式的热端换热装置，例如，采用包括热管、翅片和风机的热端换热装置。本领域的技术人员也可将本发明上述任一实施例中的冷端换热装置倒置(使其冷端换热部位于其蒸发段的下方)后的装置作为热端换热装置，安装时，可使其冷端换热部与半导体制冷片的热端热连接，其蒸发段贴靠于外壳的内表面上，实现半导体制冷冰箱的散热。
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 (12)

1.一种半导体制冷冰箱，包括：
内胆，其内限定有储物间室；
至少一个半导体制冷片，设置于所述内胆后壁的后方；和
多个冷端换热装置，每个所述冷端换热装置配置成允许制冷剂在其内流动且发生相变换热，以将所述至少一个半导体制冷片的冷端的冷量传至所述内胆的储物间室；而且
每个所述冷端换热装置具有三根制冷剂管路，每根所述制冷剂管路具有：在一竖直平面中向下弯折延伸且末端封闭的蒸发段，每个所述冷端换热装置的三根制冷剂管路的蒸发段分别与所述内胆的后壁和两个侧壁热连接。
2.根据权利要求1所述的半导体制冷冰箱，其中
每个所述冷端换热装置还具有冷端换热部，限定有用于容装气液两相共存的制冷剂的内腔或管道；且
每根所述制冷剂管路还包括从其蒸发段的起始端向上弯折延伸并连通至相应所述冷端换热部的内腔或管道的连接段。
3.根据权利要求2所述的半导体制冷冰箱，其中
每个所述冷端换热装置的冷端换热部为扁平长方体状，其相对设置的前表面与后表面的面积大于其他表面的面积，且每个所述冷端换热部的后表面与所述内胆后壁平行设置，并用作与冷源热连接的换热面。
4.根据权利要求3所述的半导体制冷冰箱，其中
所述至少一个半导体制冷片的数量为多个，每个所述半导体制冷片的冷端与一个相应所述冷端换热装置的冷端换热部的后表面热连接。
5.根据权利要求4所述的半导体制冷冰箱，其中
多个所述冷端换热装置的冷端换热部沿竖直方向间隔设置。
6.根据权利要求1所述的半导体制冷冰箱，其中
所述多个冷端换热装置的数量为两个；且
两个所述冷端换热装置中一个所述冷端换热装置的两根制冷剂管路的蒸发段分别与所述内胆的两个侧壁外表面的前半部分热连接；另一所述冷端换热装置的两根制冷剂管路的蒸发段分别与所述内胆的两个侧壁外表面的后半部分热连接。
7.根据权利要求1所述的半导体制冷冰箱，其中
所述多个冷端换热装置的数量为两个；且
两个所述冷端换热装置中一个所述冷端换热装置的一根制冷剂管路的蒸发段与所述内胆的后壁外表面的左半部分热连接；另一所述冷端换热装置的一根制冷剂管路的蒸发段与所述内胆的后壁外表面的右半部分热连接。
8.根据权利要求1所述的半导体制冷冰箱，其中
每个所述冷端换热装置的三根制冷剂管路的蒸发段分别与所述内胆的后壁和两个侧壁热连接是通过每个所述冷端换热装置的三根制冷剂管路的蒸发段分别贴靠于所述内胆的后壁和两个侧壁外表面实现的。
9.根据权利要求1所述的半导体制冷冰箱，其中
每根所述制冷剂管路的蒸发段在水平面上的投影长度小于所述内胆的相应后壁或侧壁的宽度的1/2且大于所述内胆的相应后壁或侧壁的宽度的1/4。
10.根据权利要求1所述的半导体制冷冰箱，其中，每根所述制冷剂管路的蒸发段包括：
多个竖向间隔设置的直管区段，每个所述直管区段以相对于水平面呈10°至70°的角度倾斜设置；和
弯折区段，连接每两个相邻所述直管区段。
11.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，进一步包括：
多个固位钢丝，沿竖直方向设置；而且
每根所述制冷剂管路同侧的各个弯折区段的外顶点处管壁均焊接于一个所述固位钢丝。
12.根据权利要求10所述的半导体制冷冰箱，其中
每根所述制冷剂管路的下端处于同一水平位置。
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