CN105066507A - 一种用于循环冷却系统的风冷半导体制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于循环冷却系统的风冷半导体制冷装置，包括：换热装置，所述换热装置是多棱柱，所述换热装置中通有循环的导热介质；所述多棱柱侧面贴有半导体制冷层，所述半导体制冷层的吸热面靠近所述多棱柱的侧面；所述半导体制冷层的散热面设置有散热装置。本发明采用多棱柱的换热器结构，突破传统半导体制冷器在一定空间内安装多片半导体制冷片有数量的限制；使半导体制冷器在满足较大的制冷功率输出的同时，具有较高的制冷能效比；不仅结构紧凑，安装方便，还具有较高的经济效益和社会效益。

Description

一种用于循环冷却系统的风冷半导体制冷装置

技术领域

本发明涉及一种半导体制冷装置，尤其涉及一种用于循环冷却系统的风冷半导体制冷装置，属于半导体制冷技术领域。

背景技术

目前，公知的半导体制冷片是由半导体N型(以下称N型)和半导体P型(以下称P型)经导线连接，用2片导热体(一般为电绝缘的陶瓷片)分别粘在N型和P型的两端面组成。半导体制冷片工作时，N型和P型的散热面所放出的热量，经相对应的导热体向外界散发，N型和P型的吸热面所需吸收的热量，经导热体向外界吸收，其N型和P型的吸热面就有了制冷的功能。但是半导体制冷器效率低，原因是：N型和P型的散热面和吸热面，仅一个端面与导热体相连接，导致热传递的面积小；而且N型和P型的散热面和吸热面被放置在同一个空间内，又导致了其散热面和吸热面之间的热量相互干扰。要想提高半导器的制冷效率，就需要尽可能使散热面温度低，散热面的热传导速度越快、散热效果越好，吸热面温度越高，吸热面的制冷效果就越好。

如图1所示，现有技术中，半导体循环制冷系统包括与热源76通过水循环管路连接的半导体制冷装置710和散热装置，在水循环管路上还设置循环水泵78，用于半导体循环制冷系统的半导体制冷装置710一般都包括：两层吸热面相对设置的半导体制冷片组71、换热器72、金属散热器73、轴流风机74等。半导体制冷片组71中间部分为换热器72，换热器72两侧为两层半导体制冷片组71的吸热面711，两层半导体制冷片组71面为金属散热器73。经过热源75的冷却用导热介质，经循环泵流经换热器72被降温冷却，半导体制冷片组71散热面的热量由金属散热器73加轴流风机74被散掉。所述的制冷器有以下缺陷：半导体制冷装置中半导体制冷片组71的散热面靠金属散热器73加轴流风机74散热，而金属散热器73体积大，与半导体制冷片组71的散热面可接触进行热交换的面积有限。金属散热器73两侧平行设置，不易形成散热风道。另外安装半导体制冷片数量受限，不宜扩展系统制冷功率；金属散热器73散热效率低，严重影响半导体制冷片的制冷效率(40％-60％制冷能效比)；制冷器整体体积大，且安装位置受散热风道的限制，不便安装，浪费空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何在一定空间内安装多片半导体制冷片并提高制冷能效比。

为实现上述的发明目的，本发明提供了一种用于循环冷却系统的风冷半导体制冷装置，包括：

换热装置，所述换热装置是多棱柱，所述换热装置中通有循环的导热介质；

所述多棱柱侧面贴有半导体制冷层，所述半导体制冷层的吸热面靠近所述多棱柱的侧面；

所述半导体制冷层的散热面设置有散热装置。

其中较优地，所述半导体制冷层是在所述多棱柱侧面的多片半导体制冷片。

其中较优地，所述半导体制冷片的宽度略小于所述多棱柱侧面的宽度。

其中较优地，所述半导体制冷层呈环状分布在所述多棱柱侧面。

其中较优地，所述换热装置中空，所述散热循环装置中通有可循环的导热介质。

其中较优地，所述换热装置中空，所述换热装置有预定厚度的管壁，所述管壁内设置有迷宫格；

所述换热装置还包括盖合所述换热装置本体两端的端盖；

所述端盖与所述管壁的迷宫格形成导热介质循环通路。

其中较优地，所述多棱柱是正多棱柱。

其中较优地，所述多棱柱的棱上设置有凸台。

其中较优地，所述散热装置包括贴合在半导体制冷层散热面的散热片，所述散热片上设置有散热鳍片。

其中较优地，所述散热装置还包括：

一组散热风扇；

所述散热风扇设置在所述换热装置一端；或

两组散热风扇，所述两组散热风扇设置在所述换热装置两端，所述两组散热风扇同向转动。

本发明提供的用于循环冷却系统的风冷半导体制冷装置，采用多棱柱换热器结构，突破传统半导体制冷器在一定空间内安装多片半导体制冷片有数量的限制；使半导体制冷器在满足较大的制冷功率输出的同时，具有较高的制冷能效比；解决了散热风道问题，提高半导体制冷器散热面的散热效率，进一步保证半导体制冷器较具有高的制冷能效比。本发明不仅结构紧凑，安装方便还具有85％－120％的制冷能效比，远远高于传统的半导体制冷器产品制冷能效比，具有较高的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是现有技术中换热装置结构示意图；

图2是本发明风冷半导体制冷装置整体结构示意图；

图3是图2所示的风冷半导体制冷装置分解示意图；

图4是本发明半导体制冷层结构示意图；

图5是半导体制冷层环带与换热装置组装结构示意图；

图6是本发明换热装置结构示意图；

图7是图6所示的换热装置分解示意图；

图8是图2所示的风冷半导体制冷装置分解示意图；

图9是本发明风冷半导体制冷装置截面示意图；

图10是本发明散热装置分解示意图；

图11是本发明风冷半导体制冷装置整体结构示意图；

图12是图11所示风冷半导体制冷装置分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图2所示，本发明提供一种用于循环冷却系统的半导体制冷装置。如图2、图3所示，该半导体制冷装置包括：换热装置1，换热装置1是多棱柱，换热装置1中通有循环的导热介质；多棱柱侧面贴有半导体制冷层2，半导体制冷层的吸热面靠近多棱柱的侧面；半导体制冷层的散热面设置有散热装置3。下面对本发明提供的用于循环冷却系统的半导体制冷装置展开详细的说明。

如图4所示，半导体制冷层2是贴合在换热装置1侧面的多片半导体制冷片21。为进一步保证半导体制冷片21吸热面与换热装置1的侧面贴合，半导体制冷片21的宽度略小于多棱柱侧面的宽度。如图3、图4、图5所示，半导体制冷片21组成的半导体制冷层2呈环带状分布在多棱柱侧面。半导体制冷层2包括多片半导体制冷片21，多片半导体制冷片21可以根据电源要求或实际情况串联或并联。多片半导体制冷片21组成的半导体制冷层2形成一个环带状的散热面和一个环带状的吸热面，多片半导体制冷片21的散热面同向(所有半导体制冷片的吸热面或散热面在同一个方向)铺设形成具有较大吸热面和散热面的环带状半导体制冷层2。如图5所示，一般半导体制冷层考虑到半导体制冷装置安装的空间及体积大小，半导体制冷片21可以采用单排设置或多排设置。相应地，与半导体制冷片对应的换热装置1的侧面面积，均需要根据半导体制冷层2的吸热面的面积做相应的调整。为了绝对的提高制冷效率，增加能效比，优选将换热装置侧面面积与半导体制冷层10的接触面的面积相同。在半导体制冷层2的散热面设置有散热装置3。在本发明中，优选半导体制冷片21与换热装置的接触面上还涂有导热硅脂。半导体制冷片21与散热装置的接触面上也涂有导热硅脂。

如图6所示，换热装置1中空，散热循环装置1中通有可循环的导热介质。如图6、图7、图8所示，换热装置有预定厚度的管壁11，管壁11内设置有迷宫格15；相邻的迷宫15之间形成导热介质流过的通道。换热装置1上还设置有循环介质入口和循环介质出口。质入口和循环介质出口通过换热管路与热源连接。换热装置1还包括盖合换热装置本体两端的端盖12、13；两端的端盖12、13分别固定在管壁11上，端盖12、13与管壁内的迷宫格15形成导热介质循环通路。两端的端盖12、13与管壁11之间优选还设置有防漏垫。两端的端盖12、13与管壁11之间优选采用螺丝压紧防漏垫，使端盖12、13与管壁11内的迷宫格15形成密封的导热介质循环通路。散热循环装置1中通的有可循环的导热介质可以是有机导热介质，也可以是无机导热介质。导热介质优选是导热油或水。为了保证半导体制冷片21贴合在换热装置1外侧时能准确快速对位，在换热装置1的棱上设置有凸台10。两条相邻的凸棱10限制半导体制冷片21活动。如图9所示，换热装置1优选是正多棱柱，例如正三棱柱、正四棱柱……正八棱柱、正九棱柱、正十棱柱等。本发明中以换热装置1为正八棱柱为优选例详细说明，应当可以理解其它形式的棱柱形成的换热装置也可以实现本发明，在此就不再一一赘述了。如果正五棱柱单排安装，可安装5片半导体制冷片，双排或多排安装，则可安装10至20片更多数量的半导体制冷片。突破传统半导体制冷器在一定空间内安装多片半导体制冷片有数量的限制。

如图2、图3、图8-图11所示，散热装置3包括贴合在半导体制冷层散热面的散热片31。优选将散热片拆分成多片，每片半导体制冷片21的散热面设置一片散热片31。散热片31的数量可以根据半导体制冷片的数量确定。散热片31上设置有散热鳍片。为了尽可能使散热片31靠紧贴合在半导体制冷片21的散热面，散热装置3的外缘优选采用喉箍扎紧。

如图11所示，为进一步提高散热效率，散热装置3还包括散热风扇4。散热风扇4优选是两组，两组散热风扇4设置在换热装置1两端，两组散热风扇4同向转动，将散热片31的上的热量带走。为了进一步保证两组散热风扇4尽可能多地带走散热片31上的热量，在散热片31的散热鳍片外还设置有外壳5。外壳5中空，两端开设有与风扇直径大小接近的通孔。外壳套5在散热片31的散热鳍片上。如图12所示，两组风扇4与外壳5之间形成包裹散热鳍片的风道，风扇4转动时将散热片31上的热量带走。两组风扇4固定在外壳5上。风扇4与外壳之间设置有外壳端盖6，外壳端盖6上还设置有供空气流通的通孔。

综上所述，本发明提供的用于循环冷却系统的风冷半导体制冷装置，采用多棱柱换热器结构，突破传统半导体制冷器在一定空间内安装多片半导体制冷片有数量的限制；使半导体制冷器在满足较大的制冷功率输出的同时，具有较高的制冷能效比；提高半导体制冷器散热面的散热效率，进一步保证半导体制冷装置具备较高的制冷能效比。本发明不仅结构紧凑，而且安装方便。还具有85％－120％的制冷能效比，远远高于传统的半导体制冷器产品的制冷能效比，具有较高的经济效益和社会效益。可以应用于半导体激光加工设备、激光医疗设备、激光测试设备、生化仪器设备、台式计算机、服务器等领域设备的制冷。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于循环冷却系统的风冷半导体制冷装置，其特征在于，包括：换热装置，所述换热装置是多棱柱，所述换热装置中通有循环的导热介质；

所述多棱柱侧面贴有半导体制冷层，所述半导体制冷层的吸热面靠近所述多棱柱的侧面；

所述半导体制冷层的散热面设置有散热装置。

2.如权利要求1所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述半导体制冷层是在所述多棱柱侧面的多片半导体制冷片。

3.如权利要求2所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述半导体制冷片的宽度略小于所述多棱柱侧面的宽度。

4.如权利要求1所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述半导体制冷层呈环状分布在所述多棱柱侧面。

5.如权利要求1所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述换热装置中空，所述散热循环装置中通有可循环的导热介质。

6.如权利要求5所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述换热装置中空，所述换热装置有预定厚度的管壁，所述管壁内设置有迷宫格；

所述换热装置还包括盖合所述换热装置本体两端的端盖；

所述端盖与所述管壁的迷宫格形成导热介质循环通路。

7.如权利要求1所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述多棱柱是正多棱柱。

8.如权利要求1所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述多棱柱的棱上设置有凸台。

9.如权利要求1-8任意一项所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述散热装置包括贴合在半导体制冷层散热面的散热片，所述散热片上设置有散热鳍片。

10.如权利要求9所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述散热装置还包括：

一组散热风扇；

所述散热风扇设置在所述换热装置一端；或

两组散热风扇，所述两组散热风扇设置在所述换热装置两端，所述两组散热风扇同向转动。