CN105650934B - 半导体制冷模块的散热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体制冷模块的散热方法，对多个半导体制冷模块进行散热，半导体制冷模块上连接有散热器，散热器包括导热体、多根热管、散热片组和风扇，导热体连接在半导体制冷模块的热端，热管连接在导热体上，散热片组连接在热管上，导热体上还连接有辅助热管，散热片组包括多片散热翅片，除了位于外侧的散热翅片外，其余散热翅片上设置有缺口，多个缺口形成辅助风道，散热片组的外表面上还设置有罩体；任一散热器中的辅助热管还与剩余散热器中的至少一个散热片组连接；具体散热方法包括：一部分热量传递到热管连接的散热片组进行散热，另一部分传递到辅助热管上所连接的散热片组进行散热，风扇间歇性的对散热片组进行吹风强制散热。

Description

半导体制冷模块的散热方法

技术领域

本发明涉及制冷装置，尤其涉及一种半导体制冷模块的散热方法。

背景技术

目前，制冷设备（例如冰箱、冷柜、酒柜）是人们日常生活中常用的电器，制冷设备中通常具有制冷系统，一般情况下制冷系统由压缩机、冷凝器和蒸发器构成，能够实现较低温的制冷。然而，随着半导体制冷技术的发展，采用半导体制冷片进行制冷的制冷设备也被广泛使用。现有技术中的半导体制冷设备通过半导体制冷模块的冷端释放冷量对箱体内的储物空间进行制冷，同时，半导体制冷模块的热端将释放热量。现有技术中，通常采用在半导体制冷模块的热端上直接设置风扇进行风冷，而在实际使用过程中，风扇需要一直处于工作状态，导致半导体制冷设备的能耗较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种半导体制冷模块的散热方法，实现降低半导体制冷设备的能耗。

本发明提供的技术方案是，一种半导体制冷模块的散热方法，对多个半导体制冷模块进行散热，每个所述半导体制冷模块上连接有散热器，所述散热器包括导热体、多根热管、散热片组和风扇，所述导热体连接在所述半导体制冷模块的热端，所述热管连接在所述导热体上，所述散热片组连接在所述热管上，所述导热体上还连接有辅助热管，所述散热片组包括多片散热翅片，除了位于外侧的所述散热翅片外，其余所述散热翅片上设置有缺口，多个所述缺口形成辅助风道，所述散热片组的外表面上还设置有罩体，所述风扇位于辅助风道的内侧并固定在罩体上；任一所述散热器中的所述辅助热管还与剩余所述散热器中的至少一个所述散热片组连接；具体散热方法包括：对于任一所述半导体制冷模块的热端产生的热量，一部分热量传递到所述热管连接的所述散热片组进行散热，另一部分传递到所述辅助热管上所连接的所述散热片组进行散热，而所述风扇间歇性的对所述散热片组进行吹风强制散热，所述风扇产生的气流经由所述辅助风道传输。

本发明提供的半导体制冷模块的散热方法，通过采用导热体吸收半导体制冷模块热端的热量，导热体能够通过热管将热量传递到散热面积较大的散热片组中进行自热散热，而风扇仅在半导体制冷模块热端的散热量较大而散热片组自身无法满足散热要求的情况下才启动，而无需风扇一直通电进行风冷，降低了半导体制冷设备的能耗；并且，当散热量大风扇启动后，风扇向辅助风道内吹风，加速散热翅片之间的空气流动，而热空气上升从出风口输出，使得外界的冷空气从底部的进风口进入到散热翅片之间，使得冷风能够从下至上运动过程中，经过散热翅片的整个表面，以充分利用散热翅片的散热能力。另外，导热体能够同时利用多个散热器中的散热片组进行散热，使得多个散热片组始终处于散热的状态，以充分利用多个散热片组的散热能力，实现提高半导体制冷设备的散热能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明半导体制冷设备的结构示意图；

图2为本发明半导体制冷设备的爆炸图；

图3为本发明半导体制冷设备中箱体的结构示意图；

图4为本发明半导体制冷设备中箱体的局部剖视图；

图5为本发明半导体制冷设备中安装板的结构示意图；

图6为本发明半导体制冷设备中冷端散热器的结构示意图；

图7为本发明半导体制冷设备中冷端散热器与导热内胆的组装图；

图8为本发明半导体制冷设备中第一导热体的剖视图；

图9为本发明半导体制冷设备中第一导热体与定位件的组装关系图；

图10为本发明半导体制冷设备中散热装置的结构示意图；

图11为图10中风在散热片组的流动原理图；

图12为本发明半导体制冷设备中第二导热体的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图2所示，本实施例半导体制冷设备，包括至少两个彼此间隔的导热内胆100，每个所述导热内胆100上设置有一半导体制冷模组，所述半导体制冷模组包括半导体制冷模块200、冷端散热器300和散热器400，所述冷端散热器300连接在所述半导体制冷模块200的冷端，所述散热器400连接在所述半导体制冷模块200的热端，所述冷端散热器300还与所述导热内胆100连接。

具体而言，本实施例半导体制冷设备包括两个导热内胆100，而导热内胆100外设置有外壳101，外壳101与导热内胆100之间设置有保温层，导热内胆100形成储物空间用于冷藏或冷冻物品。其中，每个导热内胆100对应有半导体制冷模组，半导体制冷模组将对应的制冷导热内胆100内的储物空间，而半导体制冷模组中半导体制冷模块200的冷端产生的冷量通过冷端散热器300传递到导热内胆100上，由导热内胆100将迅速的将冷量释放到其内形成的储物空间中进行制冷，而半导体制冷模块200的热端产生的热量通过散热器400散热。

如图2、图10和图11所示，本实施例中的散热器400包括第二导热体41、多根第二热管42和散热片组43，所述第二热管42连接在所述第二导热体41上，所述散热片组43连接在所述第二热管42上。具体的，第二导热体41贴在半导体制冷模块200的热端，而散热片组43贴在外壳101上，半导体制冷模块200的热端产生的热量通过第二导热体41传递给第二热管42，第二热管42能够快速的将热量传递给散热片组43中，而散热片组43能够根据需要制成较大面积的散热体，散热片组43能够利用自身较大的散热面积对第二热管42传递的热量进行快速散热，从而无需风扇45一直通电接对半导体制冷模块200的热端进行散热。其中，为了充分的利用各个散热片组43进行散热，第二导热体41上还连接有第三热管44，任一所述散热器400中的所述第三热管44还与其余所述散热器400中的所述散热片组43连接。在实际使用过程中，当各个半导体制冷模块200工作产生的热量相同时，各个半导体制冷模块200通过各自的散热片组43进行散热，而当某一个半导体制冷模块200的散热量较大时，连接在该半导体制冷模块200热量的第二导热体41通过第三热管44将热量传递到其他半导体制冷模块200对应的散热片组43中，从而可以利用全部散热片组43更加高效的进行散热；在设计过程中，每个第二导热体41可以通过第三热管44与其余的散热片组43进行热连接，供用全部散热片组43的散热能力，从而实现自然冷却。而为了增强散热片组43的通风能力，散热片组43包括多片散热翅片431，所述散热翅片431上设置有通风孔432，位于同一轴线上的多个所述通风孔432形成风道，散热片组43除了利用散热翅片431之间的间隔进行通风外，还利用通风孔432形成风道进行通风，从而可以有效的增强散热片组43的通风能力。而当各个半导体制冷模块200处于较大功率下运行，为了满足大功率散热的要求，可以增加风扇，风扇45与散热片组43并排设置并位于风道的一侧，风扇45间歇性通电运转，风扇45朝向风道延伸的方向出风，风扇45吹出的风进入到风道中以加快风道中风的流动，而由于热空气较轻容易朝上流动，在通风孔432中穿流的风将使得热空气在两个散热翅片431之间涡旋流动，最大程度的利用散热翅片431的面积进行散热。而为了更充分的利用散热翅片431进行散热，除了位于外侧的散热翅片431外，其余散热翅片431开设有缺口433，位于同一高度位置上的缺口433形成辅助风道，散热翅片竖向布置431均竖向布置，散热翅片竖向布置431均竖向布置，散热片组43上还设置有罩体46，所述风扇45还位于辅助风道的内侧并固定在罩体46上，罩体46遮盖在散热片组43上，罩体46的下端部形成进风口，而罩体46的上端部形成出风口。

具体散热方法包括：对于任一所述半导体制冷模块200的热端产生的热量，一部分热量传递到所述第二热管42连接的所述散热片组43进行散热，另一部分传递到所述第三热管44上所连接的所述散热片组43进行散热，而所述风扇45间歇性的对所述散热片组44进行吹风强制散热，所述风扇45产生的气流经由所述辅助风道传输。具体的，风扇45启动后向辅助风道内吹风，加速散热翅片431之间的空气流动，而热空气上升从出风口输出，使得外界的冷空气从底部的进风口进入到散热翅片431之间，使得冷风能够从下至上运动过程中，经过散热翅片431的整个表面，以充分利用散热翅片431的散热能力；而罩体46上用于安装风扇45的位置还开设有通风口461，风扇45通过通风口461将外界的风进一步的引入到散热翅片431中。其中，每个第二导热体41的两侧分别设置有散热片组43，而风扇45同时位于两个散热片组43之间。而为了便于热管与第二导热体41连接，如图12所示，第二导热体41上形成有多个安装孔410，所述第二热管42和所述第三热管44插在对应的所述安装孔410中，热管插在安装孔410中能够增大与第二导热体41之间的接触面积，提高热传导效率；而第二导热体41包括两个表面设置有凹槽的压块411，两个所述压块411固定连接在一起，对应的两个所述凹槽形成所述安装孔410，采用两个压块411组成第二导热体41，能够便于热管与第二导热体41之间的组装连接。

其中，相邻两个所述导热内胆100之间设置有隔热连接件102，相邻两个所述导热内胆100通过所述隔热连接件102连接在一起。具体的，如图3-图5所示，隔热连接件102一方面能够起到将相邻的两个导热内胆100连接在一起，另一方面还能够通过隔热连接件102减少或阻断相邻两个导热内胆100之间发生热传导，从而使得各个导热内胆100所形成的温区更加的独立。隔热连接件102可以采用多种方式，例如：所述隔热连接件102设置有背向布置的插槽1021，所述导热内胆100插在所述插槽1021中，在组装两个导热内胆100时，将导热内胆100的边沿插入到插槽1021中，实现两个导热内胆100连接在一起，而导热内胆100插在所述插槽1021中后可以采用涂胶、螺钉固定等方式紧固，优选的，所述导热内胆100卡装在插槽1021中，具体的，所述导热内胆100插在所述插槽1021的端部设置有倒刺结构1001，所述插槽1021的侧壁设置有与所述倒刺结构1001配合的卡块1022，所述倒刺结构1001卡在所述卡块1022上。另外，本实施例中的多个导热内胆100之间可以采用水平排布，优选的，多个所述导热内胆100由上至下堆叠布置，而半导体制冷模块200均位于最上部的所述导热内胆100上。具体的，半导体制冷模块200统一安装在最上部的导热内胆100上，而为了方便安装均半导体制冷模块200，位于最上部的所述导热内胆上100设置有安装板103，所述半导体制冷模块200固定在所述安装板103上。安装板103可以采用隔热材料支撑，以避免导热内胆100通过安装板103与半导体制冷模块200之间发生热传递，而安装板103中还可以设置有加强板1031，通过加强板1031增强安装板103的结构强度。

在实际使用过程中，现有采用半导体制冷的设备通常采用散热片进行强制对流，以将冷量通过散发到储物空间中，而为了使得半导体制冷模块200冷端的热量更有效的对储物空间进行制冷，并确保冷量的分布均匀，如图6-图9所示，本实施例中的所述冷端散热器300包括第一导热体31和多根第一热管32，所述第一导热体31中形成有腔体（未图示），所述第一热管32密封插在所述第一导热体31中并与所述腔体连通；所述第一导热体31贴在所述半导体制冷模块200的冷端，所述第一热管32贴在所述导热内胆100上，第一热管32通过第一导热体31实现与半导体制冷模块200的冷端热连接。具体的，半导体制冷模块200的冷端产生的冷量通过第一导热体31传递给第一热管32，而第一热管32能够快速的将冷量分散到导热内胆100上，导热内胆100能够直接将冷量释放到其内部形成的储物空间进行制冷，有效的提高了制冷效率，避免了半导体制冷模块200的冷端产生的冷量采用散热片进行散冷而出现制冷效率低的现象。其中，第一导热体31上开设有多个插孔311，所述第一热管32密封插在所述插孔311中，相邻两个所述插孔311之间设置有第一贯通孔312，所述第一热管32插在所述插孔311中的端部开设有第二贯通孔（未图示），所述第一贯通孔与所述第二贯通孔相互连通形成通道，所述通道为所述腔体。在冷端散热器300实际组装过程中，第一热管32插入到插孔311中，通过合理设计插孔311的深度以及第一热管32上第二贯通孔的位置，使得第一贯通孔312与第二贯通孔连通形成通道，或者，在实际组装过程中，第一导热体31上先设置有插孔311，在将第一热管32插入到插孔311中后，从第一导热体31的侧壁上开设有贯通第一导热体31和第一热管32的贯通孔，以在第一导热体31中形成腔体，然后，再将用于热管中气液相变制冷剂灌注到第一热管32以及腔体中，使得第一热管32具有热管速热的性能。而为了便于液化后的制冷剂能够快速的进入到第一热管32中进行制冷，所述第一导热体31的下端部开设有所述插孔311。其中，所述第一导热体31上还设置有可开关的加注口313，所述加注口313与所述腔体连通，通过加注口313能够方便的向第一热管32中灌注制冷剂，而在实际使用过程中，为了避免因故障使得半导体制冷模块200不能正常运行而导致第一热管32内的压力过大发生炸管，第一导热体31上还设置有安全压力阀314，所述安全压力阀314与所述腔体连通，当第一热管32中的压力超过设定值后，安全压力阀314将打开释放压力，以确保使用安全。对于灌注的制冷剂，第一热管32中需要灌注制冷剂工质可以为冰箱制冷系统常用制冷剂，如R134a、R600a、CO2等均可，具体制冷剂工质的选取可根据通用性要求、系统压力要求、冷量传递要求、工质物性、环保等因素综合确定。优选的，为了减少第一热管32的数量，同时，满足散冷均匀的要求，冷端散热器300包括两根所述第一热管32，所述第一导热体31上开设有四个所述插孔311，所述第一热管32的两端部均插在对应的所述插孔311中；其中一第一热管32弯曲分布在所述导热内胆100的两侧部，另一所述第一热管32弯曲分布在所述导热内胆100的背部。具体的，第一热管32的两端部均插在插孔311中，使得第一热管32实现两根热管的散冷能力，而其中一第一热管32弯曲分布在导热内胆100的两侧部，另一第一热管32弯曲分布在导热内胆100的背部，在通过第一热管32散冷过程中，弯曲分布的第一热管32与导热内胆100的接触面积更大，从而使得导热内胆100能够更加均匀的获取冷量，同时，导热内胆100的两侧部和背部均分布有第一热管31进行散冷，使得导热内胆100形成环抱式的散冷表面，从而确保内部的储物空间制冷均匀。而为了使得第一热管31能够快速的将冷量从其端部延伸传递，第一热管32从其两端部分别倾斜向下地弯折延伸，具体的，第一热管32中的制冷剂在受冷后液化成液体、而在受热时气化成气体，通过将第一热管32采用倾斜向下地弯折的方式延伸，而在第一热管32散冷过程中，液化的制冷剂能够在重力作用下向下流动，而气化的制冷剂能够沿着倾斜的第一热管32上升到第一导热体31形成的腔体中进行制冷，其中，第一热管32在弯曲延伸后将形成直管段和弯管段，对于第一热管32的直管段的倾斜角度为：第一热管32的以毫米为单位的管路直径（以下简称管径）被配置成大于或等于第一热管32的以度为单位的相对于水平方向的倾角θ的1.2-1.3倍，在实际生产中，每个第一热管32的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，以提高第一热管32的散冷效率。另外，对于单根第一热管32，第一热管32的两端部呈对称方式向下倾斜弯曲延伸。

而在需要将半导体制冷模块200安装到导热内胆100的过程中，导热内胆100上的安装板103又形成有卡槽1032，第一导热体31插在卡槽1032中，而半导体制冷模块200与第一导热体31之间设置导热硅脂并通过第一导热体31安装到安装板103上。优选的，半导体制冷模块200的周边套有密封圈201，安装板103上还固定设置有辅助安装架202，辅助安装架202上设置有安装口2021，密封圈201位于安装口2021中，通过密封圈201和辅助安装架202能够更加牢固的将半导体制冷模块200进行安装固定，同时，密封圈201又能够将半导体制冷模块200的周边密封，避免冷量从半导体制冷模块200的周边散失。而为了对第一热管32进行定位，避免在对导热内胆100和外壳101之前进行发泡处理时第一热管32受力移位，第一热管32的弯折处设置有定位件104，所述定位件104固定在所述导热内胆100上。第一热管32的弯折处通过定位件104进行定位，定位件104能够保持第一热管32的弯折状态，使得在发泡过程以及日常使用中，第一热管32的弯曲状态保持不变，同时避免出现第一热管32 移位。其中，定位件104包括定位块1041和连接柱1042，所述定位块1041连接在所述连接柱1042上，所述连接柱1042固定在所述导热内胆100上，所述第一热管32绕在所述连接柱1042上并位于所述定位块1041和所述导热内胆100之间，在组装过程中，第一热管32绕在连接柱1042弯折，而第一热管32的弯折处夹在定位块1041和所述导热内胆100之间，对于定位件104与导热内胆100之间的连接，导热内胆100上铆接有铆螺母105，所述定位件104开设有通孔1043，所述铆螺母105位于所述通孔1043中，螺钉106插在所述通孔1043并螺纹连接在所述铆螺母105中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种半导体制冷模块的散热方法，其特征在于，对多个半导体制冷模块进行散热，每个所述半导体制冷模块上连接有散热器，所述散热器包括导热体、多根热管、散热片组和风扇，所述导热体连接在所述半导体制冷模块的热端，所述热管连接在所述导热体上，所述散热片组连接在所述热管上，所述导热体上还连接有辅助热管，所述散热片组包括多片散热翅片，所述散热翅片上还设置有通风孔，多个所述通风孔形成风道，除了位于外侧的所述散热翅片外，其余所述散热翅片上设置有缺口，位于同一高度位置上的多个所述缺口形成辅助风道，所述散热翅片竖向布置，所述散热片组的外表面上还设置有罩体，所述风扇位于所述辅助风道的内侧并固定在罩体上，所述罩体遮盖在所述散热片组上，所述罩体的下端部形成进风口，所述罩体的上端部形成出风口；任一所述散热器中的所述辅助热管还与剩余所述散热器中的至少一个所述散热片组连接；

具体散热方法包括：对于任一所述半导体制冷模块的热端产生的热量，一部分热量传递到所述热管连接的所述散热片组进行散热，另一部分传递到所述辅助热管上所连接的所述散热片组进行散热，而所述风扇间歇性的对所述散热片组进行吹风强制散热，所述风扇产生的气流经由所述辅助风道传输，所述散热片组在通过所述散热翅片自身进行散热的同时，还通过所述风道中的空气流动进行散热，而所述风扇产生的气流还经由所述风道传输。

2.根据权利要求1所述的半导体制冷模块的散热方法，其特征在于，所述散热器包括两个散热片组，所述导热体位于两个所述散热片组之间。

3.根据权利要求1所述的半导体制冷模块的散热方法，其特征在于，所述导热体上连接有多根所述辅助热管；任一所述散热器中的多根所述辅助热管与剩余所述散热器中对应的所述散热片组连接。

4.根据权利要求1所述的半导体制冷模块的散热方法，其特征在于，所述导热体上形成有多个安装孔，所述热管和所述辅助热管插在对应的所述安装孔中。

5.根据权利要求4所述的半导体制冷模块的散热方法，其特征在于，所述导热体包括两个表面设置有凹槽的压块，两个所述压块固定连接在一起，对应的两个所述凹槽形成所述安装孔。