CN107101415A - 一种热超导散热tec液体制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热超导散热TEC液体制冷装置，属于固体制冷和散热技术领域，包括液体冷却块，液体冷却块上、下面分别紧贴平铺TEC层，对应TEC层的另一面紧贴设置有热超导散热器基板，热超导散热器基板左右两侧均设置有多根热超导管，热超导管上设置有多片翅片。该装置通过对TEC独特地组合设计及其冷、热端高效散热布局，采用热超导管对热端热量导出，冷端采用液体循环实现冷量的输出，显著提高TEC的制冷效率和制冷能力，从而实现了对TEC组合制冷的高效应用。

Description

一种热超导散热TEC液体制冷装置

技术领域

本发明属于固体制冷和散热技术领域，具体涉及一种热超导散热TEC液体制冷装置。

背景技术

半导体制冷（TEC）又称之为热电制冷或温差电制冷，是建立在珀尔帖效应原理上的一种制冷技术。当直流电通过不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶两端即可分别吸收热量和放出热量，达到制冷目的。近年来热电制冷技术被广泛应用研究，其主要原因是热电制冷的固定电子元件具有无污染、体积小、重量轻、制冷/制热速度快、运行可靠性高、易于与相应控制系统相结合使用及操作简便等特点。因此，目前在电子、医学、工业、航空以及日常生活等领域中应用越来越广。

随着半导体材质性能的提高，半导体制冷技术也逐渐向制冷量大、集成制冷器微型化等方向快速发展，如电子设备的冷却、汽车空调器的应用等等，其市场潜力也变的越来越大，同时，半导体制冷片不受环境及放置方式的影响，系统仍能正常工作，只需调控电流大小，就可改变半导体制冷换热的能力，由于其独特的优势已经解决许多特殊场合的制冷难题。

但是，由于半导体材料、电源和热端散热等方面的影响，半导体制冷与常规的压缩机制冷相比，仍然存在着制冷效率低的问题。半导体制冷系统的热量来源于珀尔帖效应、焦耳效应、傅立叶效应、塞贝克效应、汤姆逊效应等，即半导体制冷系统的热端热流量比较大，由于当前生产的半导体制冷器很薄，辐射传热太大，在制冷器通电工作时热端的热量很容易通过半导体制冷器本身渗透到冷端，将自身热量传递到冷端，即导致“漏热”现象。从而在很大程度上影响其制冷效果，因此，开发高效超级热端散热器，能够更好有效扩散热端热量，从而集成一种新型高效半导体制冷装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足, 本发明提供了一种热超导散热TEC液体制冷装置，通过对TEC独特地组合设计及其冷、热端高效散热布局，采用热超导管对热端热量导出，冷端采用液体循环实现冷量的输出，显著提高TEC的制冷效率和制冷能力，从而实现了对TEC组合制冷的高效应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种热超导散热TEC液体制冷装置，包括液体冷却块，液体冷却块上设置有进液口和出液口，液体冷却块上、下面分别紧贴平铺上TEC层和下TEC层，使得上TEC层和下TEC层的冷端与液体冷却块紧密贴合，实现对液体冷却块进行制冷；对应上TEC层的另一面紧贴设置有上热超导散热器基板，对应下TEC层的另一面紧贴设置有下热超导散热器基板，使得上、下TEC层的热端分别与上、下热超导散热器基板紧密贴合，实现将上、下TEC层热端产生热量的导出；所述的上热超导散热器基板和下热超导散热器基板左右两侧均设置有多根热超导管，热超导管上设置有多片翅片，对应上、下TEC层热端产生的热量，被上、下热超导散热器基板及其热超导管将热量高效快速导出到翅片上，提高TEC热量的快速散热能力。

优选的，所述的上热超导散热器基板和下热超导散热器基板前后两端的延伸面通过压紧弹簧螺栓紧压固定连接，通过压紧弹簧螺栓将上热超导散热器基板、上TEC层、液体冷却块、下TEC层、下热超导散热器基板紧压固定形成一个整体，保证该装置的整体性；压紧弹簧螺栓与上TEC层、液体冷却块和下TEC层不接触，压紧弹簧螺栓中部腾空设置，避免上、下热超导散热器基板的热量导入到液体冷却块内，影响到液体冷却块的制冷效果。

优选的，所述的液体冷却块为铜或铝合金材质，液体冷却块内部采用蛇形管道、弯曲槽道、柱状或微型流道结构中的一种，液体冷却块内部设置为流道结构，使得流体在液体冷却块内紊乱流动，提高流体对TEC产生的冷量换热能力。

优选的，所述的上热超导散热器基板和下热超导散热器基板左右两侧设置的多根热超导管相互平行，翅片垂直于热超导管设置，热超导管将热量高效快速导出到翅片上，通过翅片快速的将热量排出，在实际使用过程中，可以对翅片鼓吹流动的空气，由产生的强制环境空气快速带走热量，进一步提高翅片散热的效果。

优选的，所述的上TEC层和下TEC层的上下两面通过导热胶分别紧密贴合液体冷却块和上、下热超导散热器基板，以减小接触热阻。

优选的，所述的上TEC层和下TEC层均由多块TEC模片通过串、并联方式平铺组合而成。

本发明中采用液体冷却块上、下表面紧贴上、下TEC层，上、下TEC层冷端对液体冷却块制冷，水（防冻液）循环流经液体冷却块腔体与上、下TEC层产生的冷量换热，使水（防冻液）温度降低，实现对上、下TEC层制冷效率提高，并确保上、下TEC层产生的冷量持续输出。而对应上、下TEC层热端产生的热量，被紧贴有上、下热超导散热器基板及其热超导管将热量高效快速导出到翅片上，提高TEC热量的快速散热能力。同时，液体冷却块内部设有流道结构，使得流体在腔体内紊乱流动，提高流体对TEC产生的冷量换热能力。

本发明的优点是：

（1）本装置将热超导管与热电制冷技术有机整合，强化了TEC层热传导能力，真正实现制冷装置的小温差传递，有效解决了TEC热端散热问题和避免了“漏热”现象，促进了TEC冷量的有效输出和热量的高效散失，使得装置稳定运行；

（2）本装置采用液体水冷方式吸收上、下TEC层产生的冷量，实现上、下TEC层制冷的持续与快速输出，提高装置的制冷效率和制冷能力；

（3） 本装置重量轻、体积小、使用方便，维护和维修费用低，无噪音、安全可靠，无任何制冷剂污染；

（4）本装置中的上、下TEC层采用多个TEC模片串联或者并联的方式连接，实现制冷量堆积，提高制冷能力，同时制冷功率可根据调节输入直流电压以最大负荷满足环境的需求；

（5）本发明装置结构对称，整体设计合理，加工制作容易，在实际使用过程中安装及操作简单。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为图2中A-A面的破视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

一种热超导散热TEC液体制冷装置，包括液体冷却块10，液体冷却块10上设置有进液口11和出液口12，液体冷却块10上、下面分别紧贴平铺上TEC层13和下TEC层14，使得上TEC层13和下TEC层14的冷端与液体冷却块10紧密贴合，实现对液体冷却块10进行制冷；对应上TEC层13的另一面紧贴设置有上热超导散热器基板15，对应下TEC层14的另一面紧贴设置有下热超导散热器基板16，使得上、下TEC层的热端分别与上、下热超导散热器基板紧密贴合，实现将上、下TEC层热端产生热量的导出；所述的上热超导散热器基板15和下热超导散热器基板16左右两侧均设置有多根热超导管17，热超导管17上设置有多片翅片18，对应上、下TEC层热端产生的热量，被上、下热超导散热器基板及其热超导管17将热量高效快速导出到翅片18上，提高TEC热量的快速散热能力。

为了保证该装置的整体性，保证整个装置使用过程的稳定性，所述的上热超导散热器基板15和下热超导散热器基板16前后两端的延伸面通过压紧弹簧螺栓19紧压固定连接，通过压紧弹簧螺栓19将上热超导散热器基板15、上TEC层13、液体冷却块10、下TEC层14、下热超导散热器基板16紧压固定形成一个整体，压紧弹簧螺栓19与上TEC层13、液体冷却块10和下TEC层14不接触。

为了使流体在液体冷却块10内紊乱流动，提高流体对TEC产生的冷量换热能力，所述的液体冷却块10为铜或铝合金材质，液体冷却块10内部采用蛇形管道、弯曲槽道、柱状或微型流道结构中的一种。

为了进一步提高散热能力，所述的上热超导散热器基板15和下热超导散热器基板16左右两侧设置的多根热超导管17相互平行，翅片18垂直于热超导管17设置。

为了减小接触热阻，所述的上TEC层13和下TEC层14的上下两面通过导热胶分别紧密贴合液体冷却块和上、下热超导散热器基板。

所述的上TEC层13和下TEC层14均由多块TEC模片通过串、并联方式平铺组合而成。

本装置的工作原理：将多个TEC模片串、并联形成上、下TEC层，上、下TEC层通入直流电后工作，上、下TEC层的冷端开始制冷，热端开始制热，冷端冷量经液体冷却块10表面传导与腔体内的循环液体换热，热端热量分别通过上、下热超导散热器基板将热量经热超导管17传递到翅片18上，由风扇产生的强制环境空气快速带走，实现上、下TEC层产生热量的快速散失，产生的冷量快速移走，而提高TEC冷端的制冷能力和TEC层热端的热量散失能力。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种热超导散热TEC液体制冷装置，包括液体冷却块，液体冷却块上设置有进液口和出液口，其特征在于，液体冷却块上、下面分别紧贴平铺上TEC层和下TEC层，对应上TEC层的另一面紧贴设置有上热超导散热器基板，对应下TEC层的另一面紧贴设置有下热超导散热器基板；所述的上热超导散热器基板和下热超导散热器基板左右两侧均设置有多根热超导管，热超导管上设置有多片翅片。

2.如权利要求1所述的一种热超导散热TEC液体制冷装置，其特征在于，所述的上热超导散热器基板和下热超导散热器基板前后两端的延伸面通过压紧弹簧螺栓紧压固定连接，通过压紧弹簧螺栓将上热超导散热器基板、上TEC层、液体冷却块、下TEC层、下热超导散热器基板紧压固定形成一个整体，压紧弹簧螺栓与上TEC层、液体冷却块和下TEC层不接触。

3.如权利要求1所述的一种热超导散热TEC液体制冷装置，其特征在于，所述的液体冷却块为铜或铝合金材质，液体冷却块内部采用蛇形管道、弯曲槽道、柱状或微型流道结构中的一种。

4.如权利要求1所述的一种热超导散热TEC液体制冷装置，其特征在于，所述的上热超导散热器基板和下热超导散热器基板左右两侧设置的多根热超导管相互平行，翅片垂直于热超导管设置。

5.如权利1所述的一种热超导散热TEC液体制冷装置，其特征在于，所述的上TEC层和下TEC层的上下两面通过导热胶分别紧密贴合液体冷却块和上、下热超导散热器基板。

6.如权利1所述的一种热超导散热TEC液体制冷装置，其特征在于，所述的上TEC层和下TEC层均由多块TEC模片通过串、并联方式平铺组合而成。