CN108800711B - 双温区固态制冷设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双温区固态制冷设备，双温区固态制冷设备，包括上下布置的上温区内胆和下温区内胆，所述上温区内胆和所述下温区内胆通过绝热连接件连接，所述上温区内胆和所述下温区内胆分别配置有半导体制冷模组，所述半导体制冷模组包括组装在一起的半导体制冷芯片、热端导热座和冷端导热座，所述冷端导热座上连接有热管，所述热管分为设置在所述上温区内胆上的第一热管、以及设置在所述下温区内胆上的第二热管；两个所述冷端导热座均连接有所述第一热管，其中一所述冷端导热座连接有所述第二热管。实现提高制冷设备的制冷效率并降低能耗。

Description

双温区固态制冷设备
技术领域
本发明涉及制冷设备，尤其涉及一种双温区固态制冷设备。
背景技术
目前，随着半导体制冷技术的发展，采用半导体制冷芯片进行制冷的制冷设备被广泛使用，中国专利号2014107111772公开了一种半导体制冷设备，采用半导体制冷芯片产生的冷量实现制冷。而半导体制冷芯片包括释放冷量的冷端和释放热量的热端，在运行过程中，半导体制冷芯片的冷端通过冷端散热器将冷量释放到制冷设备的制冷间室中，而半导体制冷芯片的热端需要通过热端散热器将热量散发至外部。上述专利公开了双温区的制冷设备，每个半导体制冷芯片对应控制一个温区的制冷温度，但在实际过程中发现，由于受冷端散热器冷量下沉以及热端散热器热量上升的作用，上温区冷量流失到下温区，同时，上温区对应热端散热器的温度高于下部的热端散热器，导致上部的半导体制冷芯片制冷效率降低，从而导致上温区不能满足制冷的要求，制冷效果较差。如何设计一种制冷效果好且制冷效率高的半导体制冷设备是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种双温区固态制冷设备，实现提高制冷设备的制冷效率并优化制冷效果。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种双温区固态制冷设备，包括上下布置的上温区内胆和下温区内胆，所述上温区内胆和所述下温区内胆通过绝热连接件连接，所述上温区内胆和所述下温区内胆分别配置有半导体制冷模组，所述半导体制冷模组包括组装在一起的半导体制冷芯片、热端导热座和冷端导热座，所述冷端导热座上连接有热管，所述热管分为设置在所述上温区内胆上的第一热管、以及设置在所述下温区内胆上的第二热管；两个所述冷端导热座均连接有所述第一热管，其中一所述冷端导热座连接有所述第二热管。
进一步的，两个所述冷端导热座上下布置，位于下方的所述冷端导热座上连接有所述第二热管。
进一步的，还包括隔热支架，所述隔热支架中形成两个安装腔体，所述隔热支架的外表面开设有连通对应所述安装腔体的安装孔，所述半导体制冷芯片设置在对应的所述安装孔中，所述冷端导热座设置在对应的所述安装腔体中并与对应的所述半导体制冷芯片的冷端面接触，所述热端导热座设置在所述隔热支架上并与对应的所述半导体制冷芯片的热端面接触。
进一步的，所述隔热支架包括第一隔热板和第二隔热板；所述第一隔热板和/或所述第二隔热板的内表面设置有凹槽，所述第一隔热板和所述第二隔热板连接后在所述凹槽区域形成所述安装腔体，所述第一隔热板上开设有所述安装孔。
进一步的，所述第一隔热板的外表面绕所述安装孔设置有隔热槽，所述隔热槽中设置有隔热棉；所述半导体制冷芯片的热端面向外凸出于所述第一隔热板的外表面。
进一步的，所述冷端导热座上设置有避让缺口，所述第一隔热板、所述第二隔热板和所述热端导热座上分别设置有通孔，螺栓穿设在对应的所述通孔中，所述螺栓穿过所述避让缺口所形成的区域。
进一步的，所述冷端导热座包括连接在一起的第一导热板和第二导热板，所述热管夹在所述第一导热板和所述第二导热板之间。
进一步的，所述第一导热板的内表面开设有横向设置的第一安装槽，所述第二导热板的内表面开设有纵向设置的第二安装槽，所述热管分为横向扁平热管和纵向扁平热管，所述横向扁平热管设置在所述第一安装槽中，所述纵向扁平热管设置在所述第二安装槽中，并且，所述横向扁平热管与所述纵向扁平热管相互接触。
进一步的，所述第一隔热板的内表面设置有用于安装所述热管的第一管槽，所述第二隔热板的边缘设置有用于所述热管穿过的缺口或贯通孔或第二管槽。
进一步的，所述第一隔热板的外表面绕所述安装孔的外侧设置有多块定位挡板，所述热端导热座设置在多块所述定位挡板之间。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过将两个半导体制冷芯片产生的冷量分别通过第一热管传递给上部的上温区内胆，而其中一个半导体制冷芯片产生的冷量则通过第二热管传递给下温区内胆，这样，可以有效的保证上温区内胆获得足够的冷量，同时，利用冷量下沉，可以补偿下温区内胆的冷量需求，实现在不增加半导体制冷芯片功率和数量的前提下，实现上温区内胆的冷量增强，能够有效的下拉上温区内胆空间的最低温度，实现提高制冷设备的制冷效率并优化制冷效果。
采用两个隔热支架之间形成的安装腔体来安装冷端导热座，使得冷端导热座与热端导热座被隔热支架有效的隔热间隔开，从而可以大大降低冷端导热座与热端导热座之间产生的热交换量，有效的减少冷量的散失，以提高制冷设备的制冷效率并降低能耗。与此同时，半导体制冷芯片嵌在第一隔热板的安装孔中，在确保半导体制冷芯片的冷端面与冷端导热座良好接触的同时，确保半导体制冷芯片的热端面与热端导热座良好接触，确保热量快速散发，提高使用可靠性。
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为本发明双温区固态制冷设备实施例的结构示意图一；
图2为本发明双温区固态制冷设备实施例的结构示意图二；
图3为本发明双温区固态制冷设备实施例的结构示意图三；
图4为本发明半导体制冷模组的结构示意图;
图5为本发明半导体制冷模组中第一隔热板的正面结构示意图；
图6为本发明半导体制冷模组中第一隔热板的反面结构示意图；
图7为本发明半导体制冷模组第二隔热板的正面结构示意图；
图8为本发明半导体制冷模组中第二隔热板的反面结构示意图；
图9为本发明半导体制冷模组中第一导热板的结构示意图；
图10为本发明半导体制冷模组中第二导热板的结构示意图；
图11为本发明半导体制冷模组的爆炸图。
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3所示，本实施例双温区固态制冷设备，包括上下布置的上温区内胆101和下温区内胆102，所述上温区内胆101和所述下温区内胆102通过绝热连接件103连接，所述上温区内胆101和所述下温区内胆102分别配置有半导体制冷模组，所述半导体制冷模组包括组装在一起的半导体制冷芯片、热端导热座和冷端导热座，所述冷端导热座上连接有热管，所述热管分为设置在所述上温区内胆101上的第一热管21、以及设置在所述下温区内胆102上的第二热管22；两个所述冷端导热座均连接有所述第一热管21，其中一所述冷端导热座连接有所述第二热管22。
具体而言，本实施例双温区固态制冷设备利用两个半导体制冷芯片提供冷量，而两个半导体制冷芯片分别通过对应的冷端导热座向外传递冷量，其中，为了确保位于上部的上温区内胆101获得充足的冷量以减弱受冷量下沉的影响，其中一个半导体制冷芯片产生的冷量通过第一热管21全部用于对上温区内胆101制冷，而另一半导体制冷芯片的部分冷量也通过第一热管21全部用于对上温区内胆101制冷，另一半导体制冷芯片的剩余冷量则通过第二热管22传递给下温区内胆102，这样便可以有效的拉低上温区内胆101的制冷温度，以满足上温区内胆101大容积高效制冷的要求。其中，为了保证上下内胆的冷量分配均匀，热管分布在内胆的背部和两侧壁。另外，为了便于组装，两个所述冷端导热座上下布置均安装在上温区内胆101上，位于下方的所述冷端导热座上连接有所述第二热管22。其中，图1和图3的区别在于第一热管21和第二热管22的布置方式不同，本实施例对热管的布置方式不做限制。
本实施例双温区固态制冷设备，通过将两个半导体制冷芯片产生的冷量分别通过第一热管传递给上部的上温区内胆，而其中一个半导体制冷芯片产生的冷量则通过第二热管传递给下温区内胆，这样，可以有效的保证上温区内胆获得足够的冷量，同时，利用冷量下沉，可以补偿下温区内胆的冷量需求，实现在不增加半导体制冷芯片功率和数量的前提下，实现上温区内胆的冷量增强，能够有效的下拉上温区内胆空间的最低温度，实现提高制冷设备的制冷效率并优化制冷效果。
优选的，为了提高半导体制冷芯片的制冷效率，减少冷量的损失，半导体制冷模组采用如下结构形式：
如图4-图11所示，半导体制冷模组包括半导体制冷芯片1和热管2，所述半导体制冷芯片1包括释放冷量的冷端面和释放热量的热端面，还包括组装模块3，所述组装模块3包括第一隔热板31、第二隔热板32、热端导热座33和冷端导热座34，所述第一隔热板31的内表面上设置有第一凹槽311，所述第一凹槽311中开设有贯穿所述第一隔热板31的安装孔312，所述第二隔热板32的内表面设置有第二凹槽321，所述第一隔热板31固定在所述第二隔热板32上，所述第一凹槽311和所述第二凹槽321之间形成安装腔体，所述半导体制冷芯片1位于所述安装孔312中，所述冷端导热座34设置在所述安装腔体中并与所述半导体制冷芯片1的冷端面接触，所述热端导热座33设置在所述第一隔热板31上并与所述半导体制冷芯片1的热端面接触，所述热管2连接所述冷端导热座34。
具体而言，本实施例半导体制冷模组将半导体制冷芯片1嵌入在第一隔热板31的安装孔312中，半导体制冷芯片1的外围被第一隔热板31包裹住，并且，通过第一隔热板31将热端导热座33和冷端导热座34间隔开，可以有效的减少热端导热座33和冷端导热座34之间产生的热传递量，从而减少冷端导热座34的冷量损失，与此同时，冷端导热座34包裹在由第一隔热板31和第二隔热板32形成的具有隔温功能的安装腔体中，冷端导热座34传导的半导体制冷芯片1产生的冷量能够最大限度的通过热管2快速的传递到所需要的区域，从而减少冷端导热座34自身冷量散失量，更有效的降低能耗提高制冷效率。
优选的，第一隔热板31的外表面绕所述安装孔312设置有隔热槽313，所述隔热槽313中设置有隔热棉（未标记）；所述半导体制冷芯片1的热端面向外凸出于所述第一隔热板31的外表面。具体的，通过隔热槽313能够在半导体制冷芯片1的外围设置隔热棉，从而通过隔热棉形成的保温圈进一步的减少半导体制冷芯片1冷端面的冷量向外散失，同时，也可以减少半导体制冷芯片1热端面的热量进入到安装腔体中，最大限度的减少冷量的损失；而半导体制冷芯片1热端面略高出第一隔热板31的外表面，一方面使得半导体制冷芯片1热端面与热端导热座33能够良好的接触传热，另一方面，半导体制冷芯片1热端面脱离出安装孔312，能够减少热量从安装孔312传入到安装腔体中，也可以有效的减少冷量的损失。其中，为了便于电路布线连接，第一隔热板31的外表面还设置有布线槽314，所述布线槽314与所述安装孔312连通。另外，根据制冷设备的制冷量需要，本实施例半导体制冷模组包括多个所述半导体制冷芯片1，所述组装模块3配置有与所述半导体制冷芯片1对应的所述热端导热座33和所述冷端导热座34，并且，所述第一隔热板31开设有与所述半导体制冷芯片1对应所述安装孔312。
进一步的，为了更有效的减少因组装造成热端导热座33和冷端导热座34之间产生的热传递，冷端导热座34上设置有避让缺口340，所述第一隔热板31、所述第二隔热板32和所述热端导热座33上分别设置有通孔（未标记），螺栓35穿设在对应的所述通孔中，所述螺栓35穿过所述避让缺口340所形成的区域。具体的，在组装过程中，通过螺栓35将热端导热座33、第一隔热板31、冷端导热座34和所述第二隔热板32依次组装固定在一起，而螺栓35通过避让缺口340避让开冷端导热座34，从而可以避免热端导热座33和冷端导热座34之间通过螺栓35产生热交换。其中，所述第一隔热板31的内表面设置有用于安装所述热管2的第一管槽316和第一管槽317，所述第二隔热板32的边缘设置有用于所述热管2穿过的缺口或贯通孔322或第二管槽。具体的，热管2通过第一管槽316和第一管槽317与贯通孔322配合穿出组装模块3，以方便热管2布置在制冷设备的内胆上。另外，为了便于快速定位安装热端导热座33，第一隔热板31的外表面绕所述安装孔312的外侧设置有多块定位挡板315，所述热端导热座33设置在多块所述定位挡板315之间。在组装时，通过定位挡板315能够方便的定位安装热端导热座33，并确保热端导热座33能够准确的与半导体制冷芯片1接触良好。
又进一步的，所述冷端导热座34包括连接在一起的第一导热板341和第二导热板342，所述热管2夹在所述第一导热板341和所述第二导热板342之间。具体的，第一导热板341的内表面开设有横向设置的第一安装槽3411，所述第二导热板342的内表面开设有纵向设置的第二安装槽3421，所述热管2分为横向扁平热管和纵向扁平热管，所述横向扁平热管设置在所述第一安装槽3411中，所述纵向扁平热管设置在所述第二安装槽3421中，并且，所述横向扁平热管与所述纵向扁平热管相互接触。具体的，采用扁平热管能够有效的增大热管与冷端导热座34的接触面积，同时，扁平热管还能够有效的增大与内胆之间的接触面积，提供热交换效率。并且，横向扁平热管与所述纵向扁平热管相互接触，使得不同位置处的热管温度分布均匀，缩小温差提高均温性。
通过采用两个隔热支架之间形成的安装腔体来安装冷端导热座，使得冷端导热座与热端导热座被隔热支架有效的隔热间隔开，从而可以大大降低冷端导热座与热端导热座之间产生的热交换量，有效的减少冷量的散失，以提高制冷设备的制冷效率并降低能耗。与此同时，半导体制冷芯片嵌在第一隔热板的安装孔中，在确保半导体制冷芯片的冷端面与冷端导热座良好接触的同时，确保半导体制冷芯片的热端面与热端导热座良好接触，确保热量快速散发，提高使用可靠性。
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个实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种双温区固态制冷设备，包括上下布置的上温区内胆和下温区内胆，所述上温区内胆和所述下温区内胆通过绝热连接件连接，所述上温区内胆和所述下温区内胆分别配置有半导体制冷模组，所述半导体制冷模组包括组装在一起的半导体制冷芯片、热端导热座和冷端导热座，所述冷端导热座上连接有热管，其特征在于，所述热管分为设置在所述上温区内胆上的第一热管、以及设置在所述下温区内胆上的第二热管；两个所述冷端导热座均连接有所述第一热管，其中一所述冷端导热座连接有所述第二热管；所述双温区固态制冷设备还包括隔热支架，所述隔热支架中形成两个安装腔体，所述隔热支架的外表面开设有连通对应所述安装腔体的安装孔，所述半导体制冷芯片设置在对应的所述安装孔中，所述冷端导热座设置在对应的所述安装腔体中并与对应的所述半导体制冷芯片的冷端面接触，所述热端导热座设置在所述隔热支架上并与对应的所述半导体制冷芯片的热端面接触。
2.根据权利要求1所述的双温区固态制冷设备，其特征在于，两个所述冷端导热座上下布置，位于下方的所述冷端导热座上连接有所述第二热管。
3.根据权利要求1所述的双温区固态制冷设备，其特征在于，所述隔热支架包括第一隔热板和第二隔热板；所述第一隔热板和/或所述第二隔热板的内表面设置有凹槽，所述第一隔热板和所述第二隔热板连接后在所述凹槽区域形成所述安装腔体，所述第一隔热板上开设有所述安装孔。
4.根据权利要求3所述的双温区固态制冷设备，其特征在于，所述第一隔热板的外表面绕所述安装孔设置有隔热槽，所述隔热槽中设置有隔热棉；所述半导体制冷芯片的热端面向外凸出于所述第一隔热板的外表面。
5.根据权利要求3所述的双温区固态制冷设备，其特征在于，所述冷端导热座上设置有避让缺口，所述第一隔热板、所述第二隔热板和所述热端导热座上分别设置有通孔，螺栓穿设在对应的所述通孔中，所述螺栓穿过所述避让缺口所形成的区域。
6.根据权利要求1所述的双温区固态制冷设备，其特征在于，所述冷端导热座包括连接在一起的第一导热板和第二导热板，所述热管夹在所述第一导热板和所述第二导热板之间。
7.根据权利要求6所述的双温区固态制冷设备，其特征在于，所述第一导热板的内表面开设有横向设置的第一安装槽，所述第二导热板的内表面开设有纵向设置的第二安装槽，所述热管分为横向扁平热管和纵向扁平热管，所述横向扁平热管设置在所述第一安装槽中，所述纵向扁平热管设置在所述第二安装槽中，并且，所述横向扁平热管与所述纵向扁平热管相互接触。
8.根据权利要求3所述的双温区固态制冷设备，其特征在于，所述第一隔热板的内表面设置有用于安装所述热管的第一管槽，所述第二隔热板的边缘设置有用于所述热管穿过的缺口或贯通孔或第二管槽。
9.根据权利要求3所述的双温区固态制冷设备，其特征在于，所述第一隔热板的外表面绕所述安装孔的外侧设置有多块定位挡板，所述热端导热座设置在多块所述定位挡板之间。
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