CN109974334A - 一种风冷型半导体制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风冷型半导体制冷装置，包括半导体制冷片、风冷散热的散热单元和吸热单元，其特征在于：所述散热单元包括至少一个、并构成完整的环柱形，所述吸热单元包括至少一个、并构成完整的环柱形，所述散热单元和吸热单元嵌套设置，所述半导体制冷片设置在散热单元和吸热单元之间。采用环形结构能够提高制冷装置的空间利用率，利于小型化设计；采用环形结构增大了面积，利于排布更多的半导体制冷片，提高制冷功率。

Description

一种风冷型半导体制冷装置
技术领域
本发明涉及制冷装置，尤其是一种风冷型半导体制冷装置。
背景技术
半导体制冷技术是指：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端；由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。能量转移大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定。
由于半导体自身存在电阻，当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。只有将热面热量及时高效地散发掉，才能得到冷面高效的制冷量。常用的风冷型半导体制冷装置，如申请号为200820063836.6的中国专利公开的一种闪点测定仪的风冷式电子制冷器，包括半导体电子制冷模块、紧贴半导体电子制冷模块的发热端面的金属散热器，以及安装在金属散热器另一面的风扇，风扇对金属散热器进行风冷散热，金属散热器可以为铝制的翅片式散热器；又如申请号为201610173776.2的中国专利公开的一种高精度的风冷型半导体制冷恒温设备，包括换热器、制冷片组件、第一调速风扇、第二调速风扇、第一板翅式散热器、第二板翅式散热器，换热器、制冷片组件和第一板翅式散热器、第二板翅式散热器之间固定连接，第一调速风扇、第二调速风扇安设于第一板翅式散热器、第二板翅式散热器的外部，当第一及第二调速风扇运转时，在板翅式散热器内形成受迫对流换热，带走由制冷片组件生成的热量，第一板翅式散热器及第二板翅式散热器包括底板和固定连接于底板上的散热翅片。
上述现有的半导体制冷装置，其散热装置多采用带有翅片的平板式铝制板粘贴在热端，再在铝制板上加风机进行散热。为使得散热有效，一般采取较大的散热器以增加换热面积或提高风机的转速，这使得制冷装置体积较大，并且散热风机的噪音较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种提高制冷效率、利于小型化的风冷型半导体制冷装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种风冷型半导体制冷装置，包括半导体制冷片、风冷散热的散热单元和吸热单元，其特征在于：所述散热单元包括至少一个、并构成完整的环柱形，所述吸热单元包括至少一个、并构成完整的环柱形，所述散热单元和吸热单元嵌套设置，所述半导体制冷片设置在散热单元和吸热单元之间。
优选的，每个散热单元包括散热基体和散热鳍片，所述散热基体与半导体制冷片的热面相贴，所述散热鳍片布置在散热基体远离半导体制冷片的一侧。
优选的，每个吸热单元包括吸热基体和吸热鳍片，所述吸热基体与半导体制冷片的冷面相贴，所述吸热鳍片布置在吸热基体远离半导体制冷片的一侧。
为使得散热面积最大化，所有的散热基体构成完整的圆环柱形、并且具有中心轴，所述散热鳍片相对中心轴呈放射状分布。
优选的，为确保自然对流散热的顺利，相邻的两个散热鳍片的间距为d，并且d的取值范围在4mm以上。
优选的，为使得散热能力达到最优化，所述散热鳍片靠近散热基体的端部为鳍片根部，所述散热基体的厚度为T，所述鳍片根部的厚度为t，所述散热鳍片的高度为h，上述三个参数满足以下关系：0.25T≤t≤0.75T，1.2T≤H≤3T。
为使得吸热面积最大化，所有的吸热基体构成完整的圆环柱形、并且具有中心轴，所述吸热鳍片相对中心轴呈放射状分布。
优选的，为便于制造和安装，所述散热单元和吸热单元分别包括两组，两组散热单元构成一个完整的环柱形，两组吸热单元构成一个完整的环柱形。
优选的，为加快散热和吸热，两组散热单元构成一个完整的圆环柱形，两组吸热单元构成一个完整的圆环柱形，所述散热单元和吸热单元同轴布置。
进一步地，为实现散热单元和吸热单元各自的拼接，所述散热单元之间、所述吸热单元之间通过卡扣结合粘胶的方式、或者通过螺钉实现连接固定。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用环形结构能够提高制冷装置的空间利用率，利于小型化设计；采用环形结构增大了面积，利于排布更多的半导体制冷片，提高制冷功率。
附图说明
图1为本发明实施例的制冷装置的示意图；
图2为本发明实施例的制冷装置的分解结构示意图；
图3为本发明实施例的制冷装置的散热单元的局部放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1和图2，一种风冷型半导体制冷装置，包括半导体制冷片1、风冷散热的散热单元2和吸热单元3。
在本实施例中，半导体制冷片1、散热单元2和吸热单元3分别包括两组，两组散热单元2组成一个完整的圆环柱形(横截面为完整的环形，优选的为圆环)，两组吸热单元3组成一个完整的圆环柱形(横截面为完整的环形，优选的为圆环)。
散热单元2和吸热单元3嵌套设置，优选的为具有中心轴X的同轴布置，并且吸热单元3位于散热单元2内周，上述的半导体制冷片1设置在散热单元2的内周面和吸热单元3的外周面之间。每组半导体制冷片1、散热单元2和吸热单元3组合成一个半环柱形的制冷器，两组半导体制冷片1、散热单元2和吸热单元3组合成一个完整的环柱形制冷装置。
每组散热单元2包括散热基体21和散热鳍片22，散热基体21可以由铝、铜或其他有较高导热性能的材料制成，散热基体21的横截面呈半环形，优选的，呈半圆环形，散热基体21的内侧面与半导体制冷片1的热面相贴。散热鳍片22具有多个，布置在散热基体21远离中心轴X(远离半导体制冷片1)的一侧，并且相对中心轴X呈放射状分布。
散热单元2内部的热量由对流及辐射散热，而对流部分所占的比例非常高，散热鳍片22壁面会因为表面的温度变化而产生自然对流，造成壁面的空气层(边界层)。一般情况下散热鳍片22间隔变狭窄导致自然对流发生减低，降低散热效率，间隔变大会造成数量变少，表面积减少也会降低散热效率。
散热鳍片22靠近散热基体21的端部为鳍片根部221，散热鳍片22远离散热基体21的端部为鳍片顶部222。由于空气层的厚度约为2mm，因此相邻两个散热鳍片22的间距d(相邻两个散热鳍片22的根部221相邻侧之间的间距)需要在4mm以上才能确保自然对流顺利。
此外，散热鳍片22的厚度和高度的平衡，对于散热鳍片22的散热能力也有着重要的作用。当散热鳍片22变薄时，从鳍片根部221传热到鳍片顶部222的能力变弱；但散热鳍片22变厚时，导致散热鳍片22的数量减少(表面积减少)，散热能力变弱；当散热鳍片22的高度增加时，则从鳍片根部221传热到鳍片顶部222的能力变弱；而散热鳍片22的高度减少时，同样导致散热鳍片的表面积减少，散热能力变弱。
因此，在本实施例中，优选的，散热基体21的厚度为T，散热鳍片22的鳍片根部221的厚度为t，散热鳍片22的高度(鳍片根部221到鳍片顶部222之间的垂直距离)为h，上述三个参数满足以下关系：0.25T≤t≤0.75T，1.2T≤H≤3T。
每组吸热单元3包括吸热基体31和吸热鳍片32，吸热基体31的横截面呈半环形，优选的，呈半圆环形，吸热基体31的外侧面与半导体制冷片1的冷面相贴。吸热鳍片32具有多个，布置在吸热基体31朝向中心轴X(远离半导体制冷片1)的一侧，并且相对中心轴X呈放射状分布。
可替代的，散热单元2和吸热单元3也可以分别为一组或大于两组，只要构成完整的环柱形即可。散热基体21之间的连接、吸热基体31之间的连接可以采用卡扣结合粘胶的方式来固定，也可以直接用螺钉固定。
采用环形结构的制冷装置，能够提高制冷装置的空间利用率，利于小型化设计；采用环形结构增大了面积，利于排布更多的半导体制冷片，提高制冷功率；散热单元与吸热单元的长度尺寸可以根据换热面积的需要各自选取不同的数据；在制冷装置的端面可安装主动换热风机，由于风向与散热鳍片22顺向，阻力小换热效率高，利于风机噪音控制。

Claims (10)

1.一种风冷型半导体制冷装置，包括半导体制冷片(1)、风冷散热的散热单元(2)和吸热单元(3)，其特征在于：所述散热单元(2)包括至少一个、并构成完整的环柱形，所述吸热单元(3)包括至少一个、并构成完整的环柱形，所述散热单元(2)和吸热单元(3)嵌套设置，所述半导体制冷片(1)设置在散热单元(2)和吸热单元(3)之间。
2.根据权利要求1所述的风冷型半导体制冷装置，其特征在于：每个散热单元(2)包括散热基体(21)和散热鳍片(22)，所述散热基体(21)与半导体制冷片(1)的热面相贴，所述散热鳍片(22)布置在散热基体(21)远离半导体制冷片(1)的一侧。
3.根据权利要求1所述的风冷型半导体制冷装置，其特征在于：每个吸热单元(3)包括吸热基体(31)和吸热鳍片(32)，所述吸热基体(31)与半导体制冷片(1)的冷面相贴，所述吸热鳍片(32)布置在吸热基体(31)远离半导体制冷片(1)的一侧。
4.根据权利要求2所述的风冷型半导体制冷装置，其特征在于：所有的散热基体(21)构成完整的圆环柱形、并且具有中心轴(X)，所述散热鳍片(22)相对中心轴(X)呈放射状分布。
5.根据权利要求4所述的风冷型半导体制冷装置，其特征在于：相邻的两个散热鳍片(22)的间距为d，并且d的取值范围在4mm以上。
6.根据权利要求4所述的风冷型半导体制冷装置，其特征在于：所述散热鳍片(22)靠近散热基体(21)的端部为鳍片根部(221)，所述散热基体(21)的厚度为T，所述鳍片根部(221)的厚度为t，所述散热鳍片(22)的高度为h，上述三个参数满足以下关系：0.25T≤t≤0.75T，1.2T≤H≤3T。
7.根据权利要求3所述的风冷型半导体制冷装置，其特征在于：所有的吸热基体(31)构成完整的圆环柱形、并且具有中心轴(X)，所述吸热鳍片(32)相对中心轴(X)呈放射状分布。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的风冷型半导体制冷装置，其特征在于：所述散热单元(2)和吸热单元(3)分别包括两组，两组散热单元(2)构成一个完整的环柱形，两组吸热单元(3)构成一个完整的环柱形。
9.根据权利要求8所述的风冷型半导体制冷装置，其特征在于：两组散热单元(2)构成一个完整的圆环柱形，两组吸热单元(3)构成一个完整的圆环柱形，所述散热单元(2)和吸热单元(3)同轴布置。
10.根据权利要求1～7中任一项所述的风冷型半导体制冷装置，其特征在于：所述散热单元(2)之间、所述吸热单元(3)之间通过卡扣结合粘胶的方式、或者通过螺钉实现连接固定。
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