CN105300147A - 一种散热装置及冰箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热装置及冰箱，涉及散热技术领域。本发明的主要技术方案为：散热装置包括热管和散热器。热管具有冷凝段和至少两个蒸发段，任意两个相邻的蒸发段之间设置有冷凝段；散热器包括散热翅片组件，散热翅片组件设置在冷凝段上。热管的蒸发段用于连接半导体致冷片热端使蒸发段内的液态工质吸收半导体致冷片热端的热量后汽化；汽化后的工质扩展至冷凝段内，散热器对冷凝段内的汽化工质进行散热使其液化；液化后的工质回流到蒸发段内。本发明主要用于提供适合半导体致冷片热端的热管散热结构，提高散热装置的散热稳定性，保证了半导体冰箱的性能。

Description

一种散热装置及冰箱

技术领域

本发明涉及散热技术领域，尤其涉及一种散热装置及冰箱。

背景技术

半导体冰箱与普通冰箱的制冷原理完全不同，它以半导体致冷片通过散热装置散热及传导技术和自动变压变流控制技术实现制冷。其中，半导体材料、电源及热端散热等因素会影响半导体致冷片的制冷效果。在这些因素中，半导体热端散热的影响尤为明显。

为提升半导体热端的散热效率，半导体致冷片热端的散热结构开始逐步使用整体式烧结热管进行散热。整体式烧结热管主要是通过热动力、重力和毛细作用，利用工质的气液两相，将热量从半导体热端转移到相应位置并散热。如图1所示，现有技术中的烧结热管散热结构主要包括两根烧结热管11，其中，烧结热管11具有蒸发段和冷凝段，蒸发段位于烧结热管11的一端，冷凝段位于烧结热管11的另一端，蒸发段嵌入导热基板13上的凹槽内，用于吸收半导体热端的热量，其内部液态工质汽化；冷凝段通过穿插翅片12进行散热，将内部气态工质冷凝。为增强换热效果，通常使烧结热管的冷凝段位于蒸发段的上方(利用重力作用，能使冷凝段的液态工质快速回流至蒸发段内)。

本发明的发明人发现，虽然目前的热管结构相较于传统铝散热器效率较高，但是，上述现有技术中的烧结热管散热结构仍然至少存在如下问题：

1、一端蒸发段，一端冷凝段的烧结热管结构系统会缺乏稳定性，即热管组件存在最佳散热功率范围，超出或低于最佳功率范围时会出现热管内部表面干涸或不蒸发的情况；因此，当散热功率需求变化而散热功率不在热管的最佳工作区间时热管散热效率差。

2、为提升冰箱内部的制冷效果及温度均匀性，半导体致冷片处于冰箱的位置越高越好。而上述现有技术中的烧结热管散热结构需要一定的顶部空间用于散热，否则，冷凝段的位置低于蒸发段的位置将会降低散热效果和散热功率。普通的整体式烧结热管随着致冷片数量的增加，散热功率需求增大，为满足散热需求，冷凝端的散热器的面积也在同步增加。因此，在增强换热效果的同时也牺牲了上部最有利的制冷空间。

3、由于半导体制冷效率相对较低，为提升制冷效果，目前半导体冰箱会使用多片半导体致冷片，从而使上述问题更加凸显。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种散热装置及冰箱，主要目的是提供适合半导体致冷片热端的热管散热结构，提高散热装置的散热稳定性，保证了半导体冰箱的性能。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种散热装置，用于对半导体致冷片热端进行散热，所述散热装置包括：

热管，所述热管具有冷凝段和蒸发段，其中，所述蒸发段至少为两个，且任意两个相邻的蒸发段之间设置有冷凝段；

散热器，所述散热器设置在所述热管的冷凝段上；

其中，所述热管的蒸发段用于连接半导体致冷片热端，使蒸发段内的液态工质吸收半导体致冷片热端的热量后汽化；汽化后的工质扩展至冷凝段内，散热器对冷凝段内的汽化工质进行散热，使其液化；液化后的工质回流到蒸发段内。

优选地，所述蒸发段为两个，其中一个为第一蒸发段，另一个为第二蒸发段；其中，

所述第一蒸发段位于所述热管的一端，所述第二蒸发段位于所述热管的另一端，所述冷凝段位于所述第一蒸发段和第二蒸发段之间。

优选地，所述热管的冷凝段包括第一冷凝段和第二冷凝段；其中，

所述第一冷凝段和第二冷凝段呈第一设定角度β，其中，0°＜β≤90°；

所述第二冷凝段位于所述第一冷凝段和第二蒸发段之间。

优选地，所述第二冷凝段与所述第二蒸发段呈第二设定角度α。

优选地，所述第一冷凝段位于所述第一蒸发段的上方；所述第二冷凝段位于所述第二蒸发段的上方。

优选地，所述第一冷凝段的长度大于所述第二冷凝段的长度。

优选地，所述散热器包括：

第一散热翅片组件，所述第一散热翅片组件设置在所述第一冷凝段上，用于对第一冷凝段进行散热；

第二散热翅片组件，所述第二散热翅片组件设置在所述第二冷凝段上，用于对第二冷凝段进行换热。

优选地，所述散热器还包括风机；其中，所述风机安装在所述第一散热翅片组件上，用于对所述冷凝段及第一散热翅片组件、第二散热翅片组件进行换热；其中，第一冷凝段上的散热翅片大于第二冷凝段上的散热翅片。

优选地，所述第一散热翅片组件上固定有减震圈，所述风机固定在所述减震圈上。

优选地，所述散热装置还包括用于连接半导体致冷片热端的导热基板，且导热基板上设置有凹槽；其中，

所述导热基板的数量与所述蒸发段的数量一致，每个所述蒸发段贴合在相应导热基板的凹槽内。

另一方面，本发明实施例还提供一种冰箱，所述冰箱包括：

半导体致冷片；

上述任一项所述的散热装置；其中，所述散热装置的蒸发段与所述半导体致冷片的热端连接，用于对半导体致冷片热端进行散热。

与现有技术相比，本发明实施例提出的一种散热装置及冰箱至少具有如下有益效果：

本发明实施例提供的散热装置中的热管具有至少两个蒸发段，且任意相邻的两个蒸发段之间具有冷凝段，通过这样设置合理地将半导体的热源区域分散为至少两处，通过对半导体不同热源区域的单独控制，根据冰箱的制冷量需求使其全部区域工作，或部分区域工作，从而提高了散热装置的稳定性，使散热装置在冰箱不同制冷量需求的情况下始终处于最佳散热状态。另外，由于散热装置具有至少两个蒸发段，在半导体致冷片较多的情况下，仅需一个散热装置即可满足对其散热，而无需如现有技术中并用多个热管散热结构；因此，本发明实施例提供的散热装置使散热装置能处于冰箱的最佳位置，减小内部空间限制。

进一步地，本发明实施例提供的散热装置中热管的蒸发段为两个，即位于热管一端的第一蒸发段、位于热管另一端的第二蒸发段；通过这样设置，将半导体热源区域分散至两处，并使用单一的热管散热装置对其进行散热，使得热管上的第一蒸发段、第二蒸发段和冷凝段形成双循环的循环系统，通过对与第一蒸发段连接的半导体热端区域、与第二蒸发段连接的半导体热端区域进行单独控制，以满足冰箱内部不同工况下的半导体散热需求，使散热装置的散热稳定性好，且始终处于最佳散热状态。

进一步地，本发明实施例提供的散热装置中，位于第一蒸发段和第二蒸发段之间的冷凝段包括第一冷凝段和第二冷凝段，通过这样设置，使第一冷凝段和第二冷凝段配合对热管内部的气态工质进行冷凝，一方面提高冷凝效率，进而提高散热效率；另一方面可防止热管出现干涸现象，进一步提高散热装置的散热稳定性。另外，通过使第一冷凝段和第二冷凝段呈第一设定角度β，其中，0°＜β≤90°，节省减小散热装置的所占用冰箱的空间，能使半导体致冷片处于冰箱的最佳位置，减小内部空间的限制。

综上，本发明实施例提供的散热装置及冰箱通过合理地将半导体热端区域进行划分为两个或两个以上的区域，结合半导体区域的单独控制，在一个热管散热装置上设计出上述循环系统，使散热装置在冰箱不同制冷量需求的情况下始终处于最佳散热状态，提升了散热装置的散热稳定性，使冰箱更为节能。另外，还使散热装置能处于冰箱的最佳位置，减小内部空间限制。

附图说明

图1为现有技术中的烧结热管散热结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种散热装置的结构分解示意图；

图3为图2的散热装置在组装后的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种散热装置在实际应用中的安装示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例提供一种散热装置，用于对半导体致冷片热端进行散热。具体地，该散热装置包括热管和散热器。其中，热管具有蒸发段(如图2中的蒸发段211、蒸发段212)和冷凝段。其中，蒸发段至少为两个，且任意两个相邻的蒸发段之间设置有冷凝段。散热器设置在热管的冷凝段上，用于对冷凝段内的气态工质散热，使其液化。

其中，热管有三根，热管的蒸发段用于连接半导体致冷片热端(即，不同的蒸发段与不同的半导体致冷片热端连接，或不同的蒸发段与半导体致冷片的不同区域连接，具体情况由半导体致冷片热端、蒸发段的面积而定)，使蒸发段内的液态工质吸收半导体致冷片热端的热量后汽化；汽化后的工质在热动力的驱动下扩展至冷凝段内，散热翅片组件对冷凝段内的汽化工质进行散热，使其液化；液化后的工质在重力和毛细作用下回流到蒸发段内。

现有的烧结热管散热结构散热稳定性较差的原因是：当散热功率偏离最佳功率一定范围时，热管内部会出现干涸或不蒸发的情况，导致热管散热效率差。与现有技术相比，本实施例提供的散热装置，通过上述设置合理地将半导体的热源区域分散为至少两处，通过对半导体不同热源区域的单独控制，根据冰箱的制冷量需求使其全部区域工作，或部分区域工作，从而提高了散热装置的稳定性，使散热装置在冰箱不同制冷量需求的情况下始终处于最佳散热状态。另外，由于散热装置具有至少两个蒸发段，在半导体致冷片较多的情况下，仅需一个散热装置即可满足对其散热，而无需如现有技术中并用多个热管散热结构；因此，本发明实施例提供的散热装置能处于冰箱的最佳位置，减小内部空间限制。

例如，在全负荷工作时，冰箱上的所有的半导体致冷片同时工作，则本实施例的散热装置全负荷工作，当到达一定工况时，冰箱内部制冷量需求较少时，产生的热量也较少，可以控制部分半导体致冷片工作，即使热管上的部分蒸发段工作，部分蒸发段停止工作，而此时多余的液态工质可储存在不工作的蒸发段内，这样设置保证热管内部不会出现干涸或不蒸发的现象。总之，本实施例提供的散热装置的散热稳定性好，可以满足冰箱在不同工况下的最佳工作状态，同时使半导体冰箱更为节能。

实施例2

如图2、图3及图4所示，本实施例提供一种散热装置，用于对半导体致冷片热端进行散热，与上一实施例相比，本实施例中热管上的蒸发段为两个，其中一个为第一蒸发段211，另一个为第二蒸发段212。第一蒸发段211位于热管的一端，第二蒸发段212位于热管的另一端，冷凝段位于第一蒸发段211和第二蒸发段212之间。散热器设置在热管的冷凝段上(详见图2中的散热翅片组件221和散热翅片组件222及风机24)。

在本实施例中，热管的第一蒸发段211、第二蒸发段212用于连接半导体致冷片热端，使第一蒸发段211、第二蒸发段212内的液态工质吸收半导体致冷片热端的热量后汽化；汽化后的气态工质在热动力的驱动下扩展至热管的冷凝段内，散热翅片组件对冷凝段内的气态进行散热，使其液化；液化后的液态工质在重力和毛细的相互作用下回流到第一蒸发段211和/或第二蒸发段212内，继续上述循环。

本实施例提供的散热装置将半导体热源区域分散至两处，并使用单一的热管散热装置对其进行散热，使得热管上的第一蒸发段、第二蒸发段和冷凝段形成双循环的循环系统，通过对与第一蒸发段连接的半导体热端区域、与第二蒸发段连接的半导体热端区域进行单独控制，以满足冰箱内部不同工况下的半导体散热需求，使散热装置的散热稳定性好，且始终处于最佳散热状态。

实施例3

如图2、图3及图4所示，本实施例提供一种散热装置，与实施例2相比，本实施例中热管的冷凝段包括第一冷凝段和第二冷凝段；其中，第一冷凝段和第二冷凝段呈第一设定角度β，其中，0°＜β≤90°；第二冷凝段位于第一冷凝段和第二蒸发段212之间。

本实施例通过将冷凝段分成第一冷凝段和第二冷凝段，进一步提升了散热装置的散热效率，使第一冷凝段和第二冷凝段配合地对热管内部的气态工质进行冷凝。具体地，第二冷凝段主要对第二蒸发段内所蒸发的气态工质进行初步冷凝，初步冷凝的液态工质在重力和毛细作用下回流至第二蒸发段内；而部分未冷凝的气态工质可以进一步通过第一冷凝段进行冷凝。第一蒸发段所蒸发的气态工质在第一冷凝段冷凝，冷凝后的液态工质在重力和毛细作用下回流至第一蒸发段内，部分液态工质也可以通过毛细作用回流至第二蒸发段中。

另外，本实施例通过使第一冷凝段和第二冷凝段呈第一设定角度β，其中，0°＜β≤90°，节省、减小散热装置所占用冰箱的空间，能使半导体致冷片处于冰箱的最佳位置，减小内部空间的限制。

较佳地，第二冷凝段与第二蒸发段呈第二设定角度α，第二设定角度α的大小可根据实际的结构和散热的功率需求进行调整，以便更好适应不同的结构和散热需求。优选地，90°＜α≤180°。较佳地，通过调节第二设定角度α，可使第一蒸发段和第二蒸发段位于同一平面上，这样可进一步减小散热装置的所占用冰箱的空间，进一步使半导体致冷片处于冰箱的最佳位置，减小内部空间的限制。

较佳地，第一冷凝段位于第一蒸发段211的上方；第二冷凝段位于第二蒸发段212的上方，通过这样设置，使第一冷凝段内的液态工质尽可能地在重力和毛细的作用下回流至第一蒸发段内，使第二冷凝段内的液态工质尽可能地在重力和毛细的作用下回流至第二蒸发段内，进一步提高了散热装置的散热效果及散热效率。

较佳地，本实施例中的第一冷凝段的长度大于所述第二冷凝段的长度。通过这样设置，使第一冷凝段为主冷凝段，第二冷凝段为辅助冷凝段。

实施例4

如图2、图3和图4所示，本实施例提出一种散热装置，与实施例3相比，本实施例中的散热器包括第一散热翅片组件221和第二散热翅片组件222。其中，第一散热翅片组件221设置在第一冷凝段上，用于对第一冷凝段进行散热。第二散热翅片组件222设置在第二冷凝段上，用于对第二冷凝段进行换热。优选地，设置在第一冷凝段上的第一散热翅片组件221为大翅片，用于对第一冷凝段进行散热。设置在第二冷凝段上的第二散热翅片组件222为小翅片，用于对第二冷凝段进行换热。

另外，本实施例中的散热器还包括风机24，风机24(优选直流风机)安装在第一散热翅片组件221上，用于对冷凝段及其上的散热翅片组件进行换热。在此，风机也可设置两个，分别安装在第一散热翅片组件221、第二散热翅片组件222上。由于第一冷凝段和第二冷凝段呈锐角设置，即使只在第一散热翅片组件221上安装一个风机，也能实现对整个冷凝段进行换热。

较佳地，第一散热翅片组件221上固定有减震圈25，风机24固定在减震圈25上。较佳地，减震圈25通过固定板26固定在第一散热翅片组件221上。其中，固定板夹持在第一散热翅片组件221上，且与第一散热翅片组件通过螺钉固定。较佳地，固定板上设置有第一螺孔，减震圈上相应地设置有第二螺孔，通过螺栓、第一螺孔及第二螺孔将减震圈固定在第一散热翅片组件221上。

实施例5

本实施例提供一种散热装置，与上述实施例相比，本实施例中的散热装置还包括：用于连接半导体致冷片热端的导热基板，且导热基板上设置有凹槽；其中，导热基板的数量与所述蒸发段的数量一致，且对应设置，每个蒸发段贴合在相应的导热基板的凹槽内。

如图2、图3及图4所示，当热管的蒸发段为两个时，导热基板包括第一导热基板231和第二导热基板232。其中，第一导热基板231用于连接半导体致冷片热端，且第一导热基板232上设置有凹槽；第一蒸发段211贴合在第一导热基板231的凹槽内。第二导热基板232用于连接半导体致冷片热端，且第二导热基板232上设置有凹槽；第二蒸发段212贴合在第二导热基板232的凹槽内。

实施例6

如图4所示，上述实施例提供的散热装置在对半导体致冷片热端进行散热的工作过程具体如下(其中，以下工作过程是以实施例5提供的散热装置为例)：

1、将第一导热基板231、第二导热基板232分别贴合在不同的半导体致冷片3上。将热管一端的第一蒸发段压入第一导热基板231上的凹槽内，将热管另一端的第二蒸发段压入第二导热基板232上的凹槽内。第一蒸发段、第二蒸发段吸收半导体热端的热量，使其内部的工质由液态变为气态，在热动力的驱动下向冷凝段扩散。

2、由于第一翅片组件221上的风机24的强制换热作用，气态工质在第一冷凝段和第二冷凝段内冷凝成液态工质。

3、在重力和毛吸的相互作用下，液态工质回流至第一蒸发段和第二蒸发段内，一个循环过程结束。

在上述过程中，当第一冷凝段的长度大于第二冷凝段的长度时，第一冷凝段为主要的冷凝段，第二冷凝段为辅助冷凝段。风机24的强制对流换热可以对第一冷凝段、第二冷凝段及其上的散热翅片组件同时散热。具体阐述如下：

当与第一导热基板连接的半导体致冷片3、与第二导热基板连接的半导体致冷片3同时工作时，第二冷凝段可以对第二蒸发段所蒸发出的气态工质进行初步的冷凝，初步冷凝的液态工质可以在重力和毛细的共同作用下回流至第二蒸发段内。部分未冷凝的气体通过第一冷凝段进行冷凝。另外，第一蒸发段产生的气态工质在第一冷凝段内冷凝；冷凝后的液体在重力和毛吸的作用下回流至第一蒸发段内，部分液态工质也可以通过毛吸作用回流至第二蒸发段内，开始下一个循环流程。

当只是与第二导热基板连接的半导体致冷片3工作时，第二冷凝段起到预先冷凝的效果，第一冷凝段最终将所有的气态工质冷凝。部分在第二冷凝段内的冷凝工质通过重力和毛吸作用回流至第二蒸发段内，在第一冷凝段冷凝的液态工质通过毛吸作用可回流至第二蒸发段。同时，第一蒸发段由于与其连接的半导体致冷片未工作，可以起到一定的储藏多余液态工质的作用；

当只是与第一导热基板连接的半导体致冷片工作时，第一冷凝段依然起主要冷凝作用，第二冷凝段起辅助冷凝作用。第一冷凝段冷凝后的液态工质在重力和毛吸的作用下回流至第一蒸发段内，第二冷凝段冷凝后的液态工质在重力和毛细作用下流至第二蒸发段内，也可以通过毛吸作用回流至第一蒸发段内。同时，由于第二导热基板连接的半导体致冷片，可以起到储藏多余液态工质的作用。

为节省空间，第二散热翅片组件即小翅片散热器的大小和设计角度α可根据实际的结构和散热的功率需求进行调整，以便更好适应不同的结构和散热需求。

另外，在散热装置实际使用时，其可以按照如图4所示使第一蒸发段和第二蒸发段上下布置，也可以按照图3所示使第一蒸发段和第二蒸发段水平布置。

实施例7

本实施例提供一种冰箱，该冰箱包括半导体致冷片及上述任一实施例所述的散热装置；其中，所述散热装置的蒸发段与半导体致冷片的热端连接，用于对半导体致冷片热端进行散热。

综上，本发明实施例提供的散热装置及冰箱通过合理地将半导体热端区域进行划分为两个或两个以上的区域，结合半导体区域的单独控制，在一个热管散热装置上设计出上述循环系统，使散热装置在冰箱不同制冷量需求的情况下始终处于最佳散热状态，提升了散热装置的散热稳定性，使冰箱更为节能。另外，与现有技术相比，本发明实施例的散热装置使散热装置能处于冰箱的最佳位置，减小内部空间限制。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种散热装置，用于对半导体致冷片热端进行散热，其特征在于，所述散热装置包括：

热管，所述热管具有冷凝段和蒸发段，其中，所述蒸发段至少为两个，且任意两个相邻的蒸发段之间设置有冷凝段；

散热器，所述散热器设置在所述热管的冷凝段上；

其中，所述热管的蒸发段用于连接半导体致冷片热端，使蒸发段内的液态工质吸收半导体致冷片热端的热量后汽化；汽化后的工质扩展至冷凝段内，散热器对冷凝段内的汽化工质进行散热，使其液化；液化后的工质回流到蒸发段内。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述蒸发段为两个，其中一个为第一蒸发段，另一个为第二蒸发段；其中，

所述第一蒸发段位于所述热管的一端，所述第二蒸发段位于所述热管的另一端，所述冷凝段位于所述第一蒸发段和第二蒸发段之间。

3.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述热管的冷凝段包括第一冷凝段和第二冷凝段；其中，

所述第一冷凝段和第二冷凝段呈第一设定角度β，其中，0°＜β≤90°；

所述第二冷凝段位于所述第一冷凝段和第二蒸发段之间。

4.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述第二冷凝段与所述第二蒸发段呈第二设定角度α。

5.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述第一冷凝段位于所述第一蒸发段的上方；所述第二冷凝段位于所述第二蒸发段的上方。

6.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述第一冷凝段的长度大于所述第二冷凝段的长度。

7.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述散热器包括：

第一散热翅片组件，所述第一散热翅片组件设置在所述第一冷凝段上，用于对第一冷凝段进行散热；

第二散热翅片组件，所述第二散热翅片组件设置在所述第二冷凝段上，用于对第二冷凝段进行换热；

其中，第一冷凝段上的散热翅片大于第二冷凝段上的散热翅片。

8.根据权利要求7所述的散热装置，其特征在于，所述散热器还包括风机；其中，所述风机安装在所述第一散热翅片组件上，用于对所述冷凝段及第一散热翅片组件、第二散热翅片组件进行换热。

9.根据权利要求8所述的散热装置，其特征在于，所述第一散热翅片组件上固定有减震圈，所述风机固定在所述减震圈上。

10.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括用于连接半导体致冷片热端的导热基板，且导热基板上设置有凹槽；其中，

所述导热基板的数量与所述蒸发段的数量一致，每个所述蒸发段贴合在相应导热基板的凹槽内。

11.一种冰箱，其特征在于，所述冰箱包括：

半导体致冷片；

权利要求1-10任一项所述的散热装置；其中，所述散热装置的蒸发段与所述半导体致冷片的热端连接，用于对半导体致冷片热端进行散热。