CN107796140A - 用于半导体制冷设备的热端换热装置与半导体制冷设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于半导体制冷设备的热端换热装置与半导体制冷设备。其中用于半导体制冷设备的热端换热装置，包括：至少一个热端传热基座，其配置成与半导体制冷模块的热端配合；两个翅片组，分别布置于热端传热基座的两侧，翅片组包括多个平行间隔设置的翅片，并且翅片组的中部向内凹入，以形成两个凹腔；多根散热热管，每根散热热管一部分与热端传热基座相连，其另一部分从热端传热基座的一侧伸出，以穿入翅片组，从而将半导体制冷模块的热端的热量传导至翅片组上；以及两个风机，分别布置在两个翅片组的凹腔内，以供生成穿过翅片组的散热气流。本发明的方案，结构紧凑，散热效率高，充分利用了散热能力，尤其适用于双温区的半导体制冷设备。

Description

用于半导体制冷设备的热端换热装置与半导体制冷设备
技术领域
本发明涉及冷冻冷藏设备，特别是涉及用于半导体制冷设备的热端换热装置与半导体制冷设备。
背景技术
半导体制冷设备(包括半导体冰箱、制冷酒柜等)的制冷核心是半导体制冷模块，它基于帕尔贴效应，通直流电时，一端为冷面，一端为热面。
半导体制冷模块的热端的热量为制冷量和电功率的总和，同时，由于半导体制冷模块的热源面积很小，导致热流密度很大。比如，常用的TEC1-12708型号的半导体制冷模块的尺寸为50*50mm，其最大热功率＝电功率(12V*8A)+69W＝165W，考虑到环境温度高时的恶劣条件，需要保证散热器的能力至少1.2至1.5倍，约198至247.5W。
由于半导体制冷模块的热端产生了大量的热量，为保证半导体制冷模块可靠持续地进行工作，需要及时对热端进行散热。
现有技术中针对半导体制冷模块的热端散热一般使用通过设置风机对散热翅片进行强制对流散热。这种热交换器的体积比较大，需要安装空间大等问题，不适合在较小的空间内安装。另外，为了满足散热要求，一般通过增加风机的转速和功率来提高对流能力，散热效率差且噪音大能耗高。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种散热效率高的用于半导体制冷设备的热端换热装置。
本发明一个进一步的目的是要使得热端换热装置的结构紧凑。
本发明另一个进一步的目的是要满足具有双半导体制冷模块的半导体制冷设备散热要求。
特别地，本发明提供了一种用于半导体制冷设备的热端换热装置，包括：至少一个热端传热基座，其配置成与半导体制冷模块的热端配合；两个翅片组，分别布置于热端传热基座的两侧，翅片组包括多个平行间隔设置的翅片，并且翅片组的中部向内凹入，以形成两个凹腔；多根散热热管，每根散热热管一部分与热端传热基座相连，其另一部分从热端传热基座的一侧伸出，以穿入翅片组，从而将半导体制冷模块的热端的热量传导至翅片组上；以及两个风机，分别布置在两个翅片组的凹腔内，以供生成穿过翅片组的散热气流。
可选地，散热热管包括水平设置的第一热管，第一热管的第一管段与热端传热基座相连，其第二管段从热端传热基座的一侧伸出，以穿入翅片组。
可选地，散热热管包括弯折的第二热管，第二热管竖直设置的第一管段与热端传热基座相连，其第二管段从第一管段的末端弯折水平延伸出热端传热基座，并穿入翅片组。
可选地，热端传热基座为多个，纵向排列于两个翅片组之间，并且每个热端传热基座具有与其连接的多根散热热管。
可选地，每个热端传热基座连接的散热热管的数量相同，并且均分地穿入两个翅片组。
可选地，翅片组中翅片均为竖直设置，并且翅片组上部的翅片之间的间隔小于翅片组下部的翅片之间的间隔。
可选地，翅片之间最小间隔设置为大于或等于6毫米。
可选地，风机为无边框轴流风扇，其旋转轴线平行于翅片。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种半导体制冷设备，其包括：内胆，其内限定有储物间室；半导体制冷模块，用于对储物间室制冷；上述介绍的任一种的热端换热装置，其被安装成使其热端传热基座与半导体制冷模块的热端热连接，以对半导体制冷模块散热。
可选地，半导体制冷模块为多片，热端换热装置的热端传热基座也为多个，每个半导体制冷模块的热端与一个热端传热基座相连接。
本发明的用于半导体制冷设备的热端换热装置，利用设置在热端传热基座的两侧的两个翅片组，加大散热面积，同时翅片组中部向内凹入以形成按照风机的凹腔，风机可以嵌入翅片组内，从而减小了换热装置占用的空间，结构紧凑。
进一步地，本发明的用于半导体制冷设备的热端换热装置，采用翅片组与风机对流的方式共同进行散热，由于风机采用无边框设计，并且嵌入翅片组内部，实现了高效散热。
更进一步地，本发明的用于半导体制冷设备的热端换热装置，可以适用于具有双半导体制冷模块的半导体制冷设备，两个半导体制冷模块共同使用一体化的换热装置进行散热，即使两个半导体制冷模块在不同散热功率下工作时，仍然可以利用换热装置有效地均分高热功率部分的热量，占用空间小，散热效率高，充分利用了换热装置的散热能力，尤其适用于双温区的半导体制冷冰箱、酒柜等半导体制冷设备。
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用于半导体制冷设备的热端换热装置的示意性主视图；
图2是图1所示的用于半导体制冷设备的热端换热装置的侧视图；
图3是图1所示的用于半导体制冷设备的热端换热装置的俯视图；
图4是根据本发明另一实施例的用于半导体制冷设备的热端换热装置的示意图；以及
图5是根据本发明一个实施例的半导体制冷设备的示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的用于半导体制冷设备的热端换热装置的示意性主视图，图2是图1所示的用于半导体制冷设备的热端换热装置的侧视图，以及图3是图1所示的用于半导体制冷设备的热端换热装置的俯视图。该用于半导体制冷设备的热端换热装置一般性地可以包括：至少一个热端传热基座110、两个翅片组120、多根散热热管130、两个风机140。
热端传热基座110，其配置成与半导体制冷模块的热端配合，例如热端热传热基座可以具有可以与半导体制冷模块的热端紧贴配合的导热面，该导热面可以通过界面导热材料(如：导热硅脂)紧贴在半导体制冷模块的热端。
两个翅片组120，分别布置于热端传热基座110的两侧，翅片组120包括多个平行间隔设置的翅片，并且翅片组120的中部向内凹入，以形成两个凹腔。凹腔的深度可以与风机140的厚度相适配。
每根散热热管130一部分与热端传热基座110相连，其另一部分从热端传热基座110的一侧伸出，以穿入翅片组120，从而将半导体制冷模块的热端的热量传导至翅片组120上。
散热热管130可以包括水平设置的第一热管131和弯折设置的第二热管132，其中第一热管131的第一管段与热端传热基座110相连，其第二管段从热端传热基座110的一侧伸出，以穿入翅片组120。第一热管131的第一管段可以嵌入热端传热基座110内以与其固定连接，第一热管131的第一管段的末端向前弯折，使其第二管段穿入翅片组120。
第二热管132竖直设置的第一管段与热端传热基座110相连，其第二管段从第一管段的末端弯折水平延伸出热端传热基座110，并穿入翅片组120。如图1所示，第二热管132与热端传热基座110相连的部分竖直向上延伸后，分别向两侧延伸进入翅片组120。
以上第一热管131和第二热管132可以均为多根，其中第一热管131与热端传热基座110相连的部分水平排列，第二热管132与热端传热基座110相连的部分竖直排列，从而充分地传导热端传热基座110的热量。
为了保证均匀散热，上述两个翅片组120的尺寸规格可以设置为一致，优选地，两个翅片组120可以热端传热基座110的中心竖直平面对称设置，并且穿入两个翅片组120的热管的数量可以相同。
两个风机140，分别布置在两个翅片组120的凹腔内，以供生成穿过翅片组120的散热气流。风机140嵌入翅片组120内部，在安装后，其表面可与翅片组120平齐或者完全凹入翅片组120，风机140可以使用无边框轴流风扇，其旋转轴线平行于翅片，从而可以通过轴向吸风，然后沿径向将风送到散热器的翅片中，加快翅片间气流流动，强制风冷散热。风机140下方的翅片需要保留1/3到2/3的翅片高度。
翅片组120中翅片均为竖直设置，并且翅片组120上部的翅片之间的间隔小于翅片组120下部的翅片之间的间隔。翅片采用上密下疏设计，配合风机140产生的散热气流，保证总体的散热功率是半导体制冷模块热功率的1.2～1.5倍。上密下疏的结构用于解决翅片间的风阻问题，保证散热器上方的翅片和下方的翅片可以均匀得到有效的强制风冷散热。经过发明人对翅片组120的测试，翅片之间最小间隔优先设置为大于或等于6毫米。使得风机140在不工作的情况保证翅片组120的自然散热能力。
本实施例的用于半导体制冷设备的热端换热装置可以热端传热基座110中央竖直平面对称设置，以保证均匀散热。
本实施例的用于半导体制冷设备的热端换热装置可以适用于具有多半导体制冷模块的半导体制冷设备，可对多个半导体制冷模块公共一体化的换热装置进行散热，多半导体制冷模块可以对半导体制冷设备的不同温区进行制冷。
热端传热基座110为多个，纵向排列于两个翅片组120之间，并且每个热端传热基座110具有与其连接的多根散热热管130。每个热端传热基座110的多根散热热管130可以均分地穿入左右两侧的翅片组120中。每个热端传热基座110连接的散热热管130的数量相同，并且均分地穿入两个翅片组120。这种结构可以利用两个一体的翅片组120实现对多个半导体制冷模块进行散热，即使多个半导体制冷模块在不同散热功率下工作时，仍然可以利用换热装置有效地均分高热功率部分的热量，占用空间小，散热效率高，充分利用了换热装置的散热能力。
例如，本实施例的用于半导体制冷设备的热端换热装置可以适用于具有双温区的半导体制冷设备，两个半导体制冷模块分别对一个温区进行制冷，相应地设置两个热端传热基座110，共同使用两个一体式的翅片组120进行散热。该半导体制冷设备的热端换热装置在布置完成后需要满足上方热端传热基座110的散热功率要保证是半导体制冷模块热功率的1.2倍以上。
图4是根据本发明另一实施例的用于半导体制冷设备的热端换热装置的示意性主视图，该实施例的用于半导体制冷设备的热端换热装置结构与上一实施例相似，不同之处在于第二热管132与热端传热基座110相连的部分竖直向下延伸后，然后分别向两侧延伸进入翅片组120。
考虑到散热热管130在翅片中冷凝过程，借助于重力回流，可以优选采用图1至图3的热管结构。在具体实施时，可以根据安装半导体制冷设备的热端换热装置的位置来选择具体的热端换热装置结构。
本实施例还提供了一种半导体制冷冰箱。图5是根据本发明一个实施例的半导体制冷冰箱的示意图。该半导体制冷设备包括：内胆100、半导体制冷模块300、上述任一实施例的热端换热装置。其中内胆100限定有储物间室101，储物间室101的数量可以根据需要设置，在图中示出了包含两个储物间室101的示例，在实际实施时，数量可不受此限制。
半导体制冷模块300用于对储物间室101制冷，半导体制冷模块300为多片，每片半导体制冷模块300用于对一个储物间室101进行制冷。
热端换热装置被安装成使其热端传热基座110与半导体制冷模块300的热端热连接，以对半导体制冷模块300散热。热端换热装置的热端传热基座110的数量与半导体制冷模块300的数量一致，使得每个热端传热基座110与一个半导体制冷模块300的热端与一个热端传热基座110相连接。
本实施例的半导体制冷设备可以为双温区的半导体制冷冰箱、酒柜等，其热端换热装置可对两个半导体制冷模块进行散热，即使两个半导体制冷模块在不同散热功率下工作时，仍然可以利用换热装置有效地均分高热功率部分的热量，占用空间小，散热效率高，充分利用了换热装置。
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)

1.一种用于半导体制冷设备的热端换热装置，包括：
至少一个热端传热基座，其配置成与半导体制冷模块的热端配合；
两个翅片组，分别布置于所述热端传热基座的两侧，所述翅片组包括多个平行间隔设置的翅片，并且所述翅片组的中部向内凹入，以形成两个凹腔；
多根散热热管，每根散热热管一部分与所述热端传热基座相连，其另一部分从所述热端传热基座的一侧伸出，以穿入所述翅片组，从而将所述半导体制冷模块的热端的热量传导至所述翅片组上；以及
两个风机，分别布置在所述两个翅片组的凹腔内，以供生成穿过所述翅片组的散热气流。
2.根据权利要求1所述的热端换热装置，其中，
所述散热热管包括水平设置的第一热管，所述第一热管的第一管段与所述热端传热基座相连，其第二管段从所述热端传热基座的一侧伸出，以穿入所述翅片组。
3.根据权利要求1所述的热端换热装置，其中
所述散热热管包括弯折的第二热管，所述第二热管竖直设置的第一管段与所述热端传热基座相连，其第二管段从所述第一管段的末端弯折水平延伸出所述热端传热基座，并穿入所述翅片组。
4.根据权利要求1所述的热端换热装置，其中
所述热端传热基座为多个，纵向排列于所述两个翅片组之间，并且每个所述热端传热基座具有与其连接的多根散热热管。
5.根据权利要求4所述的热端换热装置，其中
每个所述热端传热基座连接的所述散热热管的数量相同，并且均分地穿入所述两个翅片组。
6.根据权利要求1所述的热端换热装置，其中
所述翅片组中翅片均为竖直设置，并且所述翅片组上部的翅片之间的间隔小于所述翅片组下部的翅片之间的间隔。
7.根据权利要求6所述的热端换热装置，其中所述翅片之间最小间隔设置为大于或等于6毫米。
8.根据权利要求1所述的热端换热装置，其中
所述风机为无边框轴流风扇，其旋转轴线平行于所述翅片。
9.一种半导体制冷设备，包括：
内胆，其内限定有储物间室；
半导体制冷模块，用于对所述储物间室制冷；
根据权利要求1至8中任一项所述的热端换热装置，其被安装成使其热端传热基座与所述半导体制冷模块的热端热连接，以对所述半导体制冷模块散热。
10.根据权利要求9所述的半导体制冷设备，其中
所述半导体制冷模块为多片，所述热端换热装置的热端传热基座也为多个，每个所述半导体制冷模块的热端与一个所述热端传热基座相连接。
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