CN110757752A - 一种具有半导体制冷装置的模具 - Google Patents

Abstract

一种具有半导体制冷装置的模具，包括模板，模板的外侧连接有一个以上的半导体制冷装置，半导体制冷装置包括导冷块、半导体制冷芯片，半导体制冷芯片设有吸收热量面和释放热量面；其中，导冷块一侧和模板外表面紧密贴合，导冷块另一侧和半导体制冷芯片的吸收热量面紧密贴合；释放热量面和外界空气连通；模板内对应模腔设有冷却水管，导冷块和模板外表面紧密贴合、模板外表面的导冷块靠近冷却水管。本发明在模板的外侧连接有一个以上的半导体制冷装置，在没有改变模具内部结构的同时，有效对模具进行制冷，提高模具运水效果，降低模腔的影响，提高注塑质量。

Description

一种具有半导体制冷装置的模具

技术领域

本发明涉及一种具有半导体制冷装置的模具。

背景技术

产品和模具属于一个密闭系统，而模具产生热量的散热方式为：产品的热量只能由模具进行带走。传统模具塑料带入模具的热量Q由四个部分进行带走。Q＝Qf+Qd+Qc+Qw，其中Qf为辐射散热量，受模具表面积、环境温度和辐射散热系数影响；Qd为对流散热量，受对流传热系数、模具侧表面积、模具型腔和分型面表面积影响；Qc为模具向注射机模板传导散热量，受传导散热系数、模具与注塑机板接触面积、注塑机模板温度影响；Qw为冷却水带走的热量。

中国专利文献号CN209386594U于2019.09.13公开一种用于注塑模具水冷的制冷装置，包括过水系统和制冷系统，制冷系统包括压缩机和冷凝器，压缩机的顶端一侧设有制冷剂进气管，制冷剂进气管和压缩机的中间位置设有氨液分离器，制冷剂进气管和压缩机均与氨液分离器连通，压缩机的端部安装有油分离器，冷凝器安装于压缩机的底部，且冷凝器和压缩机的中间位置摄于第二管路，冷凝器和压缩机均与第二管路连通，过水系统由进水管、截流阀毛细管组件和水泵构成。该结构庞大，占用面积大，因此有待进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种制冷效果较好、占用面积较少、安装灵活快捷，有效提高注塑质量的具有半导体制冷装置的模具，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种具有半导体制冷装置的模具，包括模板，模板的外侧连接有一个以上的半导体制冷装置，半导体制冷装置包括导冷块、半导体制冷芯片，半导体制冷芯片设有吸收热量面和释放热量面；其中，导冷块一侧和模板外表面紧密贴合，导冷块另一侧和半导体制冷芯片的吸收热量面紧密贴合，释放热量面和外界空气连通，以在外界空气中释放热量。通过从模具外部布置制冷装置，从模具外部将冷量传递至模具内部，加快模具运水的冷却效果，降低模腔的问题，从而提高产品的生产效率。

模板内对应模腔设有冷却水管，导冷块和模板外表面紧密贴合、模板外表面的导冷块靠近冷却水管。导冷块一面必须与模板外一面贴合，二者中间不能有间隙，且导冷块尽量贴近模具运水附近；半导体制冷芯片通过导冷块传递冷量到模具内部，通过散热组件将释放热量面的热量导出外界空气中或降低释放热量面的热量。

半导体制冷芯片为半导体材料，半导体制冷芯片连接电源，电源通过半导体材料的半导体制冷芯片串联成的电偶，并在电偶的两端分别吸收热量和放出热量。利用半导体制冷材料的帕尔贴效应，即当直流电通过半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量(冷面)和放出热量(热面)，可以实现制冷的目的。

半导体制冷芯片采用水冷、风冷、自然散热或铜管散热。

当半导体制冷芯片工作时，如果其热端的热量不能及时散发出去，将会影响半导体制冷芯片的制冷效率，严重时甚至导致半导体制冷芯片烧毁。半导体制冷芯片散热设计尤为重要。而且当半导体制冷芯片热端散热效果不理想时，热量容易通过热桥从半导体制冷芯片的热端传递到其冷端，从而降低了系统的制冷效果，因此，解决半导体制冷芯片热端的散热问题是提高制冷效率的重要条件。半导体制冷芯采用水冷循环装置、且半导体制冷芯片上设有散热组件，散热组件和半导体制冷芯片的释放热量面邻近设置或紧邻设置，以降低半导体制冷芯片工作时产生的热量；散热组件包括进水口和出水口，进水口和出水口分别通过水管连接水冷循环装置。水冷循环装置包括自来水或冷却液。

每个半导体制冷芯片的制热功率P_制热＝U*I，其中U为半导体制冷芯片的电压，I为半导体制冷芯片的电流；半导体制冷芯片的散热功率P_散热＝C_水*△T*ρ_水*V_水/t；V_水＝S*L；其中，C_水为水的比热容，△T为水的温差，ρ_水为水的密度，V_水为水的体积，S为水管横截面积，L为水管长度，t为水流时间。

制热功率P_制热＜散热功率P_散热。

本发明的有益效果如下：

a、模板的外侧连接有一个以上的半导体制冷装置，在没有改变模具内部结构的同时，有效对模具进行制冷，提高模具运水效果，降低模腔的影响，提高注塑质量；

b、半导体制冷装置与大功率、高能耗的压缩机制冷技术不同，半导体制冷装置是利用半导体制冷材料的帕尔贴效应，即当直流电通过半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量(冷面)和放出热量(热面)，可以实现制冷的目的；占用面积少，安装灵活；

c、导冷块尽量贴近模具运水附近；半导体制冷芯片通过导冷块传递冷量到模具内部，提高模具运水效果，降低模腔的影响，提高注塑质量。

附图说明

图1为本发明一实施例的模具立体结构示意图。

图2为本发明一实施例的半导体制冷装置设置在模板外侧的结构示意图。

图3为本发明一实施例的模具平面结构示意图。

图4为图3中的局部放大图。

图中，1为模板，2为导冷块，3为半导体制冷芯片，3.1为吸收热量面，3.2为释放热量面，4为进水口，5为出水口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图4，一种具有半导体制冷装置的模具，包括模板1，模板1的外侧连接有一个以上的半导体制冷装置，半导体制冷装置包括导冷块2、半导体制冷芯片3，半导体制冷芯片3设有吸收热量面3.1和释放热量面3.2；其中，导冷块2一侧和模板1外表面紧密贴合，导冷块2另一侧和半导体制冷芯片3的吸收热量面3.1紧密贴合，以在外界空气中释放热量。

模板1内对应模腔设有冷却水管，导冷块2和模板1外表面紧密贴合、模板1外表面的导冷块2靠近冷却水管。

半导体制冷芯片3为半导体材料，半导体制冷芯片3连接电源，电源通过半导体材料的半导体制冷芯片3串联成的电偶，并在电偶的两端分别吸收热量和放出热量。

半导体制冷芯片3采用水冷、风冷、自然散热或铜管散热。

半导体制冷芯片3采用水冷循环装置、且半导体制冷芯片3上设有散热组件，散热组件和半导体制冷芯片3的释放热量面3.2邻近设置或紧邻设置，以降低半导体制冷芯片3工作时产生的热量；散热组件包括进水口4和出水口5，进水口4和出水口5分别通过水管连接水冷循环装置。

每个半导体制冷芯片3的制热功率P_制热＝U*I，其中U为半导体制冷芯片3的电压，I为半导体制冷芯片3的电流；半导体制冷芯片3的散热功率P_散热＝C_水*△T*ρ_水*V_水/t；V_水＝S*L；其中，C_水为水的比热容，△T为水的温差，ρ_水为水的密度，V_水为水的体积，S为水管横截面积，L为水管长度，t为水流时间。

制热功率P_制热＜散热功率P_散热。

具体地：

考虑到需要加大制冷系统制冷量，本实施例半导体制冷芯片3采用12V、5A的半导体制冷芯片3，使用数量为两块。

单芯片功率：P＝U*I＝12*5＝60W，双芯片功率P2＝2*60W＝120W。

双芯片转化为冷量的转化效率为80％，半导体制冷芯片3的吸收热量面(冷面)3.1产生的冷量为Ptec＝120W*80％＝96W。制热功率Pr＝2*U*I＝120W。

本实施例的散热组件采用水冷系统，采用水冷头进行运作。根据：Q＝C*△T*m，C为比热容，△T为温差，m为物体的质量；散热功率P_散热＝W/t＝Q/t＝C_水*m_水*△T/t，m_水为水的质量＝ρ_水*V_水；V_水＝S*L，C_水为水的比热容，△T为水的温差。若散热功率P_散热＞制热功率P_制热，散热组件可行。

例如：水的流速v_水＝1.5m/s，水冷头水道横截面积S＝6.4*10^5m2，△T＝0.5℃，散热功率P_散热＝W/t＝Q/t＝C_水*△T*m_水，v_水＝L/t，t为水流时间，则P_散热＝4.2*10^3J/(KG·℃)*10^3kg/m3*0.5℃*1.5m/s＝3.15*10^6W。

而模具所产生热量计算为：塑料熔体带入模具的总热量Q_总＝m_塑料*C_塑料*(tR-tE)，其中，tR为熔料温度、tE塑件的脱模温度、C_塑料为塑料的比热容J/(kg·℃)、m_塑料为包括浇注系统在内的单次注射熔料全部质量(Kg)。

则根据此操作实例，熔料温度tR为240℃、塑件脱模温度tE为45℃，产品m1为0.4Kg，塑料的比热容C_塑料为1.591*10^3J/(kg·℃)；则塑料熔体带入传统模具的总热量Q_总＝0.4*1.591*10^3J/(kg·℃)*(240℃-45℃)＝124098J；注塑成型时间t1＝50s。

则传统模具P1＝Q/t1＝(Qf+Qd+Qc+Qw)/t1＝124098J/50s＝2482W。

而具有半导体制冷装置的模具可将塑料带入的模具热量Q由五个部分进行带走。Q＝Qf+Qd+Qc+Qw+Qtec，Qtec为半导体制冷系统所带走的热量。则本实施的具有半导体制冷装置的模具P2＝(Qf+Qd+Qc+Qw+Qtec)/t2；上述中一个半导体制冷装置所提供的冷量Ptec＝96W，本实施例采用三个半导体的制冷装置，

总提供的冷量为Ptec_总＝96W*3＝288W。

则P2＝P1+Ptec＝2482W+288W＝2770W。

则可得出新型半导体制冷模具可增加288W的散热功率，提高整个模具的散热效果。

而具有半导体制冷装置的模具的注塑时间t2＝Q1/P2＝124098J/2770W＝44.8s。

传统模具的t1和具有半导体制冷装置的模具的t2的相差时间为△t＝t1-t2＝50-44.8＝5.2s。

则可得出本实施例具有半导体制冷装置的模具比传统模具快5.2s，注塑成型效率提高10.4％。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种具有半导体制冷装置的模具，包括模板(1)，其特征在于：模板(1)的外侧连接有一个以上的半导体制冷装置，半导体制冷装置包括导冷块(2)、半导体制冷芯片(3)，半导体制冷芯片(3)设有吸收热量面(3.1)和释放热量面(3.2)；其中，导冷块(2)一侧和模板(1)外表面紧密贴合，导冷块(2)另一侧和半导体制冷芯片(3)的吸收热量面(3.1)紧密贴合；释放热量面(3.2)和外界空气连通。

2.根据权利要求1所述具有半导体制冷装置的模具，其特征在于：模板(1)内对应模腔设有冷却水管，导冷块(2)和模板(1)外表面紧密贴合、模板(1)外表面的导冷块(2)靠近冷却水管。

3.根据权利要求1所述具有半导体制冷装置的模具，其特征在于：半导体制冷芯片(3)为半导体材料，半导体制冷芯片(3)连接电源，电源通过半导体材料的半导体制冷芯片(3)串联成的电偶，并在电偶的两端分别吸收热量和放出热量。

4.根据权利要求1或3所述具有半导体制冷装置的模具，其特征在于：半导体制冷芯片(3)采用水冷、风冷、自然散热或铜管散热。

5.根据权利要求4所述具有半导体制冷装置的模具，其特征在于：半导体制冷芯片(3)采用水冷循环装置、且半导体制冷芯片(3)上设有散热组件，散热组件和半导体制冷芯片(3)的释放热量面(3.2)邻近设置或紧邻设置，以降低半导体制冷芯片(3)工作时产生的热量；散热组件包括进水口(4)和出水口(5)，进水口(4)和出水口(5)分别通过水管连接水冷循环装置。

6.根据权利要求5所述具有半导体制冷装置的模具，其特征在于：每个半导体制冷芯片(3)的制热功率P_制热＝U*I，其中U为半导体制冷芯片(3)的电压，I为半导体制冷芯片(3)的电流；半导体制冷芯片(3)的散热功率P_散热＝C_水*△T*ρ_水*V_水/t；V_水＝S*L；其中，C_水为水的比热容，△T为水的温差，ρ_水为水的密度，V_水为水的体积，S为水管横截面积，L为水管长度，t为水流时间。

7.根据权利要求6所述具有半导体制冷装置的模具，其特征在于：制热功率Pr＜散热功率Ps。

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