CN108800712A - 多温区半导体制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多温区半导体制冷设备，包括箱壳和设置在所述箱壳中的多个内胆，相邻两个所述内胆之间通过绝热连接件连接，每个所述内胆形成一制冷间室，其特征在于，每个所述内胆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、热端散热器和冷端散热器，所述冷端散热器设置在所述内胆上，所述热端散热器设置在所述箱壳的背板上，相邻两个所述热端散热器之间通过导风板间隔开，所述导风板将所述背板分割成多个独立的散热区域，每个所述散热区域中设置有散热风扇。实现提高制冷设备的制冷效率并降低能耗。

Description

多温区半导体制冷设备

技术领域

本发明涉及制冷设备，尤其涉及一种多温区半导体制冷设备。

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，但是，热端散热器通过热管形成一个整体散热器，虽然一定程度上能够增大散热面积，但在实际过程中发现，由于散热部分热量上升，导致上部的半导体制冷芯片受散热热量影响严重，位于上部的半导体制冷芯片制冷效率较低。如何设计一种制冷效率高的制冷设备是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种多温区半导体制冷设备，实现提高制冷设备的制冷效率并降低能耗。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种多温区半导体制冷设备，包括箱壳和设置在所述箱壳中的多个内胆，相邻两个所述内胆之间通过绝热连接件连接，每个所述内胆形成一制冷间室，每个所述内胆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、热端散热器和冷端散热器，所述冷端散热器设置在所述内胆上，所述热端散热器设置在所述箱壳的背板上，相邻两个所述热端散热器之间通过导风板间隔开，所述导风板将所述背板分割成多个独立的散热区域，每个所述散热区域中设置有散热风扇。

进一步的，所述导风板的纵截面为人字形结构。

进一步的，所述半导体制冷模组包括组装模块，所述组装模块包括第一隔热支架、第二隔热支架、热端导热座和冷端导热座，所述第一隔热支架固定在所述第二隔热支架上，所述第一隔热支架与所述第二隔热支架之间形成安装腔体，所述第一隔热支架开设有连通所述安装腔体的安装孔，所述半导体制冷芯片位于所述安装孔中，所述冷端导热座设置在所述安装腔体中并与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第一隔热支架上并与所述半导体制冷芯片的热端面接触，所述冷端导热座连接有第一热管，所述第一热管贴在对应所述内胆上；所述冷端导热座和所述第一热管构成所述冷端散热器，所述热端导热座构成所述热端散热器。

进一步的，所述热端导热座上设置有散热翅片；或者，所述热端导热座连接有第二热管，所述第二热管上设置有散热翅片。

进一步的，所述第一隔热支架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支架的外表面。

进一步的，所述冷端导热座上设置有避让缺口，所述第一隔热支架、所述第二隔热支架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，所述第一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，所述第一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，所述第一隔热支架的内表面设置有用于安装所述第一热管的第一管槽，所述第二隔热支架的边缘设置有用于所述第一热管穿过的缺口或贯通孔或第二管槽。

进一步的，所述半导体制冷模组包括多个所述半导体制冷芯片，所述组装模块配置有与所述半导体制冷芯片对应的所述热端导热座和所述冷端导热座，并且，所述第一隔热支架开设有与所述半导体制冷芯片对应所述安装孔。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过在相邻的两个热端散热器之间设置导风板，利用导风板的间隔导风作用，使得箱壳的背板针对每个热端散热器形成相对独立的散热区域，在运行过程中，位于下方的热端散热器释放的热量上升经由导风板引导至外部而不会进入到上部的散热区域中，从而避免上部内胆配置的半导体制冷模组受下部半导体制冷模组的散热影响而导致散热效率降低，确保不同部位处的半导体制冷模块散热互不影响，实现提高制冷设备的制冷效率并降低能耗。

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支架的安装孔中，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为本发明多温区半导体制冷设备实施例的结构示意图；

图2为本发明多温区半导体制冷设备实施例中内胆与冷端散热器的组装图；

图3为本发明多温区半导体制冷设备实施例中导风板的结构示意图；

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支架的正面结构示意图；

图6为本发明半导体制冷模组中第一隔热支架的反面结构示意图；

图7为本发明半导体制冷模组第二隔热支架的正面结构示意图；

图8为本发明半导体制冷模组中第二隔热支架的反面结构示意图；

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，本实施例多温区半导体制冷设备，包括箱壳200和设置在所述箱壳中的多个内胆100，相邻两个所述内胆100之间通过绝热连接件101连接，每个所述内胆100形成一制冷间室，其每个所述内胆100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1、热端散热器和冷端散热器，所述冷端散热器设置在所述内胆100上，所述热端散热器设置在所述箱壳200的背板上，相邻两个所述热端散热器之间通过导风板300间隔开，所述导风板300将所述背板分割成多个独立的散热区域，每个所述散热区域中设置有散热风扇400。

具体而言，本实施例多温区半导体制冷设备在背板上设置导风板300来间隔开相邻的两个热端散热器，在实际运行过程中，位于下方的热端散热器释放的热量向上移动并经由导风板300引导输出至外部，导风板300能够有效的阻挡下部的热空气上升进入到上部的热端散热器中产生热影响，从而避免因上部热端散热器受下部热空气影响而出现散热性能下降而导致制冷效率下降的现象发生。在导风板300的作用下，能够有效的减少高位置处的半导体制冷模组受下方热端散热器产生的热影响，保障了多温区的制冷一致性。其中，所述导风板300可以为双弧形、弧形或直板型板体，例如：导风板300的纵截面为人字形结构，即导风板300包括两个背向设置的弧形板形成的双弧形结构。

本实施例多温区半导体制冷设备，通过在相邻的两个热端散热器之间设置导风板，利用导风板的间隔导风作用，使得箱壳的背板针对每个热端散热器形成相对独立的散热区域，在运行过程中，位于下方的热端散热器释放的热量上升经由导风板引导至外部而不会进入到上部的散热区域中，从而避免上部内胆配置的半导体制冷模组受下部半导体制冷模组的散热影响而导致散热效率降低，确保不同部位处的半导体制冷模块散热互不影响，实现提高制冷设备的制冷效率并降低能耗。

进一步的，为了更有效的提高制冷效率，如图1-图11所示，半导体制冷模组包括半导体制冷芯片1和第一热管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包括第一隔热支架31、第二隔热支架32、热端导热座33和冷端导热座34，所述第一隔热支架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支架31的安装孔312，所述第二隔热支架32的内表面设置有第二凹槽321，所述第一隔热支架31固定在所述第二隔热支架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支架31上并与所述半导体制冷芯片1的热端面接触，所述第一热管2连接所述冷端导热座34。其中，冷端导热座34和第一热管2构成冷端散热器，而热端导热座33构成热端散热器，而针对热端导热座33为了提高散热效率，可以在热端导热座33上设置翅片结构，或者，热端导热座连接有第二热管，所述第二热管上设置有散热翅片。

具体而言，本实施例半导体制冷模组将半导体制冷芯片1嵌入在第一隔热支架31的安装孔312中，半导体制冷芯片1的外围被第一隔热支架31包裹住，并且，通过第一隔热支架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包裹在由第一隔热支架31和第二隔热支架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，第一隔热支架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支架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支架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，第一隔热支架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，所述第一隔热支架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，所述第一隔热支架31、所述第二隔热支架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、第一隔热支架31、冷端导热座34和所述第二隔热支架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，所述第一隔热支架31的内表面设置有用于安装所述第一热管2的第一管槽316和第一管槽317，所述第二隔热支架32的边缘设置有用于所述第一热管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100上。另外，为了便于快速定位安装热端导热座33，第一隔热支架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，所述第一热管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，所述第一热管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100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支架的安装孔中，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 (10)

1.一种多温区半导体制冷设备，包括箱壳和设置在所述箱壳中的多个内胆，相邻两个所述内胆之间通过绝热连接件连接，每个所述内胆形成一制冷间室，其特征在于，每个所述内胆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、热端散热器和冷端散热器，所述冷端散热器设置在所述内胆上，所述热端散热器设置在所述箱壳的背板上，相邻两个所述热端散热器之间通过导风板间隔开，所述导风板将所述背板分割成多个独立的散热区域，每个所述散热区域中设置有散热风扇。

2.根据权利要求1所述的多温区半导体制冷设备，其特征在于，所述导风板的纵截面为人字形结构。

3.根据权利要求1所述的多温区半导体制冷设备，其特征在于，所述半导体制冷模组包括组装模块，所述组装模块包括第一隔热支架、第二隔热支架、热端导热座和冷端导热座，所述第一隔热支架固定在所述第二隔热支架上，所述第一隔热支架与所述第二隔热支架之间形成安装腔体，所述第一隔热支架开设有连通所述安装腔体的安装孔，所述半导体制冷芯片位于所述安装孔中，所述冷端导热座设置在所述安装腔体中并与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第一隔热支架上并与所述半导体制冷芯片的热端面接触，所述冷端导热座连接有第一热管，所述第一热管贴在对应所述内胆上；所述冷端导热座和所述第一热管构成所述冷端散热器，所述热端导热座构成所述热端散热器。

4.根据权利要求3所述的多温区半导体制冷设备，其特征在于，所述热端导热座上设置有散热翅片；或者，所述热端导热座连接有第二热管，所述第二热管上设置有散热翅片。

5.根据权利要求3所述的多温区半导体制冷设备，其特征在于，所述第一隔热支架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支架的外表面。

6.根据权利要求3所述的多温区半导体制冷设备，其特征在于，所述冷端导热座上设置有避让缺口，所述第一隔热支架、所述第二隔热支架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。

7.根据权利要求3所述的多温区半导体制冷设备，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，所述第一热管夹在所述第一导热板和所述第二导热板之间。

8.根据权利要求7所述的多温区半导体制冷设备，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，所述第一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。

9.根据权利要求3所述的多温区半导体制冷设备，其特征在于，所述第一隔热支架的内表面设置有用于安装所述第一热管的第一管槽，所述第二隔热支架的边缘设置有用于所述第一热管穿过的缺口或贯通孔或第二管槽。

10.根据权利要求3所述的多温区半导体制冷设备，其特征在于，所述半导体制冷模组包括多个所述半导体制冷芯片，所述组装模块配置有与所述半导体制冷芯片对应的所述热端导热座和所述冷端导热座，并且，所述第一隔热支架开设有与所述半导体制冷芯片对应所述安装孔。