CN106197098A - 换热装置及具有该换热装置的半导体制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热装置及具有该换热装置的半导体制冷设备。具体地，本发明提供一种换热装置，包括具有与热源热连接的换热面的传热基板、至少两根热管和多个换热翅片。每根热管均具有与传热基板热连接的中间区段和两个分别由中间区段的两端沿传热基板的长度方向延伸的端部区段。多个换热翅片设置在热管的端部区段上，以散发从中间区段向端部区段传送的热量。每根热管的至少部分中间区段设置在传热基板上，以使每根热管的至少一个端部区段在换热翅片的长度方向上位于其他至少一根热管的两个端部区段之间。本发明还提供一种半导体制冷设备，包括限定有储物间室的箱体、半导体制冷片和与半导体制冷片的热端热连接的换热装置。

Description

换热装置及具有该换热装置的半导体制冷设备

技术领域

本发明涉及换热技术，特别是涉及一种换热装置及具有该换热装置的半导体制冷设备。

背景技术

近年来，半导体制冷设备由于其优越的性能而被广泛应用，例如半导体制冷冰箱、半导体制冷冰柜等。半导体制冷设备利用半导体制冷片的自动变压变流控制技术实现制冷，同时通过热管及传导技术实现散热，无需制冷工质和机械运动部件。因此，半导体制冷设备在应用过程中没有工质污染和机械振动等传统机械制冷设备在应用上的一系列问题。

然而，半导体制冷片的冷端产生冷量的同时，其热端会产生大量的热量。为了保证半导体制冷片可靠持续地进行工作，需要及时散发其热端产生的热量。现有技术中一般通过设置风机或并排设置的散热热管进行散热，但风机占用空间较大，启动后会产生较大的噪音和剧烈的振动；而通过并排设置的散热热管这一方式对散热空间的利用率较低，导致散热效果不佳，且散热热管的需要数量较多，增加了半导体制冷设备的成本。

发明内容

本发明第一方面的一个目的旨在克服现有半导体制冷设备换热装置的至少一个缺陷，提供一种换热装置，其具有至少两个交叉设置的热管，每根热管均具有中间区段和两个端部区段，从而有效利用了换热空间，减少了热管的数量，降低了成本。

本发明第一方面的一个进一步的目的是要提高换热装置换热的均匀性。

本发明第一方面的又一个进一步的目的是要提高换热装置的换热效率。

本发明第二方面的一个目的旨在提供一种具有换热装置的半导体制冷设备。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种换热装置，包括：

传热基板，具有与热源热连接的换热面，以从所述热源接收热量；

至少两根热管，每根所述热管均具有与所述传热基板热连接的中间区段和两个分别由所述中间区段的两端沿所述传热基板的长度方向延伸的端部区段；以及

多个换热翅片，设置在所述热管的端部区段上，以散发从所述中间区段向所述端部区段传送的热量；其中

所述每根热管的至少部分中间区段设置在所述传热基板上，以使所述每根热管的至少一个端部区段在所述换热翅片的长度方向上位于其他至少一根热管的两个端部区段之间。

可选地，所述至少两根热管包括第一热管和第二热管，所述第一热管和所述第二热管的中间区段均具有沿所述传热基板的宽度方向依次连接的第一直线型子区段、第二直线型子区段和第三直线型子区段；且

所述第一热管的第二直线型子区段嵌设在所述传热基板中，所述第二热管的第一直线型子区段或第三直线型子区段嵌设在所述传热基板中。

可选地，所述传热基板内设有两个贯穿其宽度方向的穿孔，所述第一热管和所述第二热管的中间区段分别嵌设在所述两个穿孔中。

可选地，所述换热面具有两个贯穿所述传热基板宽度方向的卡装槽，所述第一热管和所述第二热管的中间区段分别嵌设在所述两个卡装槽内。

可选地，所述多个换热翅片分布在所述传热基板的两端，以形成两个独立的换热翅片模组。

可选地，所述第一热管和所述第二热管的朝向同一方向延伸的端部区段配置成沿所述换热翅片的长度方向以等间距间隔穿设于所述换热翅片模组中。

可选地，所述第一热管和所述第二热管均为U形，以使每根热管的两个端部区段由其中间区段的两端朝同一方向平行延伸，进而使得每根所述热管的两个端部区段均穿设在同一个所述换热翅片模组中。

可选地，所述换热装置还包括：

至少一个其他传热基板，所述传热基板和所述至少一个其他传热基板并列且间隔设置；且

嵌设在所述传热基板中的热管的至少一个端部区段位于嵌设在所述其他传热基板中的热管的至少两个端部区段之间。

可选地，所述多个换热翅片的每个换热翅片均沿所述传热基板的宽度方向延伸，且其所在平面与所述传热基板的换热面垂直；且

每个所述换热翅片的片体中均形成有通风孔，且相邻两个换热翅片的通风孔正向相对。

根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种半导体制冷设备，包括：

箱体，其内限定有用于储存物品的储物间室；

半导体制冷片，其冷端与所述储物间室热连接，以为所述储物间室提供冷量；以及

以上任一所述的换热装置，其传热基板的换热面与所述半导体制冷片的热端热连接，以散发所述热端产生的热量。

本发明的换热装置中由于其每根热管的至少部分中间区段设置在传热基板上，可使不同热管将其中间区段的不同部分设置在传热基板上，即达到每根热管的至少一个端部区段在换热翅片的长度方向上位于其他至少一根热管的两个端部区段之间，实现至少两根热管的交错穿插设置，从而增加热管与其所处换热空间的接触面积，以较少的热管数量达到较好的换热效果，从而降低了换热装置的成本。

进一步地，由于本发明的换热装置中，热管朝向同一方向延伸的端部区段沿换热翅片的长度方向以等间距间隔穿设于换热翅片中，因此，热管中的热量或冷量可均衡地散发至换热翅片中，从而通过换热翅片实现更加均匀的换热效果。

进一步地，由于本发明的换热装置中，换热翅片分布在传热基板的两端，形成了两个独立的换热翅片模组，增大了翅片换热面积，提高了换热效率。

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换热装置的示意性结构图；

图2是根据本发明一个实施例的换热装置的热管的示意性结构图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的换热装置的示意性结构图。如图1所示，换热装置100包括：传热基板11、至少两根热管和多个换热翅片30。传热基板11具有与热源热连接的换热面111，以从热源接受热量。每根热管均具有与传热基板11连接的中间区段和两个分别由中间区段的两端沿传热基板11的长度方向延伸的端部区段。多个换热翅片30设置在热管的端部区段上，以散发从中间区段向端部区段传送的热量。特别地，每根热管的至少部分中间区段设置在传热基板11上，以使每根热管的至少一个端部区段在换热翅片30的长度方向上位于其他至少一根热管的两个端部区段之间。也就是说，本发明实施例中的至少两根热管交错穿设设置，以增加热管与其所处换热空间的接触面积，以较少的热管数量实现较好的换热效果，降低了换热装置的成本。

在本发明的一些实施例中，至少两根热管可包括第一热管21和第二热管22。第一热管21的中间区段211的中间部分嵌设在传热基板11中，第二热管22的中间区段221的上端部分嵌设在传热基板11中。第一热管21的其中一个端部区段212位于第二热管22的端部区段222和另一端部区段223之间；第二热管22的端部区段222位于第一热管21的端部区段212和另一端部区段213之间。

图2是根据本发明一个实施例的换热装置100的热管的示意性结构图。在本发明实施例中，第一热管21和第二热管22的结构大致相同，下面以第一热管21为例对其结构进行详细说明。第一热管21的中间区段211具有沿传热基板的宽度方向依次连接的第一直线型子区段2111、第二直线型子区段2112和第三直线型子区段2113。第一直线型子区段2111、第二直线型子区段2112和第三直线型子区段2113可位于同一条直线上，也可分别位于不同的直线上，还可以为相邻两个子区段位于具有一定夹角的两条直线上。第一直线型子区段2111、第二直线型子区段2112和第三直线型子区段2113的长度可等长，也可不等长。

如图1所示，第二热管22的中间区段221也具有沿传热基板11的宽度方向依次连接的第一直线型子区段、第二直线型子区段和第三直线型子区段。第一热管21的第二直线型子区段2112嵌设在传热基板11中，第二热管22的第一直线型子区段或第三直线型子区段嵌设在传热基板11中。也就是说，第一热管21和第二热管22在传热基板11的宽度方向上错开设置，避免二者并排叠加，从而可使第一热管21和第二热管22的除嵌设在传热基板11中的区段之外的其他各个区段均暴露于换热空间内或穿设在换热翅片30中，进而使第一热管21和第二热管22的尽可能多的区段均能够与换热空间或换热翅片30进行换热，即实现换热空间的最大化，达到较好的换热效果。

在本发明的一些实施例中，传热基板11内可设有两个贯穿其宽度方向的穿孔，第一热管21和第二热管22的中间区段分别嵌设在两个穿孔中。两个穿孔在传热基板11中间隔一定距离设置，以充分接受传热基板11的热量。优选地，两个穿孔可配置成将传热基板11沿其长度方向分割为等长的三部分，以使传热基板11中的热量均匀地传递至两根热管。在本发明其他的实施方式中，传热基板11内可设有多个贯穿其宽度方向的穿孔，以供多根热管嵌设其中。该多个穿孔以等间距间隔排列，一方面可方便布置热管，另一方面，可使传热基板11中的热量均匀地传递至多根热管。穿孔的大小可与热管的外径相匹配，以在热管嵌设在穿孔中后，使热管的外表面与位于穿孔内的传热基板紧密接触，从而使实现热量的有效传递。

本领域技术人员应理解，在本发明的另一些实施方式中，传热基板11的换热面111可具有两个贯穿传热基板11宽度方向的卡装槽，第一热管21和第二热管22的中间区段分别嵌设在该两个卡装槽内。两个卡装槽在传热基板11中间隔一定距离设置，以充分接受传热基板11的热量。优选地，两个卡装槽可配置成将传热基板11沿其长度方向分割为等长的三部分，以使传热基板11中的热量均匀地传递至两根热管。卡装槽的尺寸配置成使得热管可在外力作用下卡装嵌入其中，并保持该热管，避免其自动脱离卡装槽。

进一步地，在本发明的一些实施例中，如图1所示，多个换热翅片30分布在传热基板11的两端，以形成两个独立的换热翅片模组，从而增大了散热翅片的阵列面积，保证有效的自然散热。由此，嵌设在传热基板11中的至少两根热管可分为沿传热基板11长度方向上的分别朝向传热基板11两端延伸的两组热管。每组热管的端部区段均穿设在位于传热基板11的相应端部的换热翅片模组中，从而便于至少两根热管的布置和安装，同时也充分利用了位于两个换热翅片模组之间的换热空间。进一步地，至少两根热管可在位于两个换热翅片模组之间的换热空间内交错穿插设置，以不规则或规则的形式布满该换热空间，从而有效利用了该换热空间，提高了换热效果，减少了热管数量。

进一步地，在本发明实施例中，第一热管21和第二热管22的朝向同一方向延伸的端部区段配置成沿换热翅片30的长度方向以等间距间隔穿设于换热翅片模组中。也就是说，热管朝向传热基板11同一端延伸的多个端部区段沿换热翅片30的长度方向以等间距间隔地依次排列。换句话说，该多个端部区段可将换热翅片30沿其长度方向分割为等长的若干部分，以使热管端部区段的热量均匀地传递至换热翅片30。也就是使换热翅片30接受到的热量更加均匀，便于其更加均匀地换热，提高换热效率。

在本发明的一些实施例中，结合图1和图2，第一热管21和第二热管22可均大致呈U形，以使每根热管的两个端部区段由其中间区段的两端朝同一方向平行延伸，进而使得每根热管的两个端部区段均穿设在同一个换热翅片模组中。以第一热管21为例，其端部区段212和另一个端部区段213由其中间区段211的两端沿传热基板11的长度方向朝传热基板11的同一端(图1中所示状态的右端)延伸，从而端部区段212和另一个端部区段213均穿设在位于该端的换热翅片模组中。本领域技术人员应理解，在本发明其他的实施方式中，第一热管21和第二热管22还可均大致呈Z形。也即是，每根热管的两个端部区段分别由其中间区段的两端沿传热基板11的长度方向朝传热基板11的两个不同端部延伸，从而使每根热管的两个端部区段分别穿设在位于传热基板11两端的两个换热翅片模组中。当然，在本发明的又一些其他的实施方式中，第一热管21可大致呈U形，第二热管22可大致呈Z形，第一热管21和第二热管22交错穿插设置。

在本发明的一些实施例中，多个换热翅片30中的每个换热翅片均沿传热基板11的宽度方向延伸，且其所在平面与传热基板11的换热面111垂直。每个换热翅片的片体中均形成有通风孔，且相邻两个换热翅片的通风孔正向相对，便于空气的流通，从而提高传热效率。进一步地，多个换热翅片30中的相邻两个换热翅片间隔一定距离设置，以在相邻两个换热翅片之间形成预定间隙，从而使得换热翅片上的热量能够从相邻两个换热翅片之间的空隙散发至空间内，进一步提高换热效率。优选地，相邻两个换热翅片之间的间距优选为10～20mm。

进一步地，在本发明的一些实施例中，传热基板11上还可设置有轴流风扇(图中未示出)，以促使空气朝向位于传热基板11两侧的换热翅片流动，并通过换热翅片30上的通风孔实现换热翅片30与空气之间的强制对流换热，实现大容量的换热能力，进一步提高换热效率。

在本发明的一些实施例中，换热装置100还包括至少一个其他传热基板，传热基板11和至少一个其他传热基板并列且间隔设置。嵌设在传热基板11中的热管的至少一个端部区段位于嵌设在其他传热基板中的热管的至少两个端部区段之间。在本发明实施例中，换热装置100还包括一个其他传热基板12，其他传热基板12与传热基板11的长度方向、宽度方向均一致。传热基板11和其他传热基板12沿传热基板11的宽度方向并列且间隔一定距离设置。

进一步地，其他传热基板12中嵌设有至少两根热管，嵌设在传热基板11中的热管和嵌设在其他传热基板12中的热管在位于两个换热翅片模组之间的换热空间内交错穿插设置。也就是说，传热基板11中的每根热管的至少部分中间区段设置在传热基板11上，其他传热基板12中的每根热管的至少部分中间区段设置在其他传热基板12上，以使嵌设在传热基板11中的热管的至少一个端部区段位于嵌设在其他传热基板12中的热管的至少两个端部区段之间。

进一步地，传热基板11和其他传热基板12中的热管的朝向同一方向延伸的端部区段均穿设于同一组换热翅片模组中。嵌设在传热基板11和其他传热基板12中的热管的朝向同一方向延伸的端部区段配置成沿换热翅片的长度方向以等间距间隔穿设于换热翅片模组中。

本发明还提供一种半导体制冷设备，包括箱体、半导体制冷片和换热装置100。箱体内限定有用于储存物品的储物间室。半导体制冷片的冷端与储物间室热连接，以为该储物间室提供冷量。换热装置100的传热基板11的换热面111与半导体制冷片的热端热连接，以散发该热端产生的热量。

在本发明的一些实施例中，半导体制冷片的冷端可紧贴储物间室的内壁或外壁，半导体制冷片的热端可紧贴传热基板11的换热面111。传热基板11朝向换热面111的一侧设置有螺丝固定孔，用于固定半导体制冷片的热端，保证该热端与换热装置100的可靠热连接。在本发明实施例中，换热装置100可为散热装置，在本发明其他的实施方式中，换热装置100还可为散冷装置。

本领域技术人员应理解，本发明实施例中涉及的半导体制冷设备可以为冰箱、冰柜、冷冻冷藏罐或其他利用半导体制冷片进行制冷的设备。

本领域技术人员还应理解，在没有特别说明的情况下，本发明所称的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”均是以安装在半导体制冷设备中的换热装置100的正常使用状态为基准而言的。

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)

1.一种换热装置，包括：

传热基板，具有与热源热连接的换热面，以从所述热源接收热量；

至少两根热管，每根所述热管均具有与所述传热基板热连接的中间区段和两个分别由所述中间区段的两端沿所述传热基板的长度方向延伸的端部区段；以及

多个换热翅片，设置在所述热管的端部区段上，以散发从所述中间区段向所述端部区段传送的热量；其中

所述每根热管的至少部分中间区段设置在所述传热基板上，以使所述每根热管的至少一个端部区段在所述换热翅片的长度方向上位于其他至少一根热管的两个端部区段之间。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其中，

所述至少两根热管包括第一热管和第二热管，所述第一热管和所述第二热管的中间区段均具有沿所述传热基板的宽度方向依次连接的第一直线型子区段、第二直线型子区段和第三直线型子区段；且

所述第一热管的第二直线型子区段嵌设在所述传热基板中，所述第二热管的第一直线型子区段或第三直线型子区段嵌设在所述传热基板中。

3.根据权利要求2所述的换热装置，其中，

所述传热基板内设有两个贯穿其宽度方向的穿孔，所述第一热管和所述第二热管的中间区段分别嵌设在所述两个穿孔中。

4.根据权利要求2所述的换热装置，其中，

所述换热面具有两个贯穿所述传热基板宽度方向的卡装槽，所述第一热管和所述第二热管的中间区段分别嵌设在所述两个卡装槽内。

5.根据权利要求2所述的换热装置，其中，

所述多个换热翅片分布在所述传热基板的两端，以形成两个独立的换热翅片模组。

6.根据权利要求5所述的换热装置，其中，

所述第一热管和所述第二热管的朝向同一方向延伸的端部区段配置成沿所述换热翅片的长度方向以等间距间隔穿设于所述换热翅片模组中。

7.根据权利要求6所述的换热装置，其中，

所述第一热管和所述第二热管均为U形，以使每根热管的两个端部区段由其中间区段的两端朝同一方向平行延伸，进而使得每根所述热管的两个端部区段均穿设在同一个所述换热翅片模组中。

8.根据权利要求1所述的换热装置，还包括：

至少一个其他传热基板，所述传热基板和所述至少一个其他传热基板并列且间隔设置；且

嵌设在所述传热基板中的热管的至少一个端部区段位于嵌设在所述其他传热基板中的热管的至少两个端部区段之间。

9.根据权利要求1所述的换热装置，其中，

所述多个换热翅片的每个换热翅片均沿所述传热基板的宽度方向延伸，且其所在平面与所述传热基板的换热面垂直；且

每个所述换热翅片的片体中均形成有通风孔，且相邻两个换热翅片的通风孔正向相对。

10.一种半导体制冷设备，包括：

箱体，其内限定有用于储存物品的储物间室；

半导体制冷片，其冷端与所述储物间室热连接，以为所述储物间室提供冷量；以及

权利要求1-9任一项所述的换热装置，其传热基板的换热面与所述半导体制冷片的热端热连接，以散发所述热端产生的热量。