CN111928521A - 采用半导体制冷的散热装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用半导体制冷的散热装置及其控制方法，所述散热装置包括：半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端与发热元件对应设置；中间导热板，所述中间导热板设置在所述发热元件与所述半导体制冷片之间，所述中间导热板用于吸收所述发热元件的热量；导热翅片，所述导热翅片的第一端与所述半导体制冷片的冷端相连，所述导热翅片的第二端与所述中间导热板相连，所述导热翅片用于分散所述半导体制冷片冷端所产生的冷量。本发明的散热装置通过设导热翅片，使半导体制冷片的冷端散热面积增加，从而使冷量更加分散，从而不会使冷量过于集中，有效减少冷凝水的产生，提高系统运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电控技术领域，具体涉及一种采用半导体制冷的散热装置及其控制方法。
背景技术
功率器件广泛地应用在很多工业领域，发挥着重要作用。同时，功率器件也是故障率较高的元器件，温度对功率器件的性能有很大的影响。随着全球气候变化，极端高温天气也越来越频繁，工业设备，家电产品等也面临恶劣的运行环境，如何高效地给功率器件散热很重要。
现有技术中的一些散热组件及电控箱，利用半导体制冷原理来散热的散热器结构，但该散热组件并没有很好的处理在工作中产生的冷凝水，尤其是工作在空气湿度很大的南方地区，产生的冷凝水疏导不合理，可能导致机器锈蚀、短路的问题。
发明内容
本发明公开了一种采用半导体制冷的散热装置及其控制方法，解决了现有散热装置对产生的冷凝水疏导不合理，可能导致机器锈蚀、短路的问题。
根据本发明的一个方面，公开了一种散热装置，包括：半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端与发热元件对应设置；中间导热板，所述中间导热板设置在所述发热元件与所述半导体制冷片之间，所述中间导热板用于吸收所述发热元件的热量；导热翅片，所述导热翅片的第一端与所述半导体制冷片的冷端相连，所述导热翅片的第二端与所述中间导热板相连，所述导热翅片用于分散所述半导体制冷片冷端所产生的冷量。
进一步地，所述中间导热板贴设在所述发热元件上。
进一步地，所述半导体制冷片的冷端表面设置有用于收集冷凝水的集水槽。
进一步地，所述集水槽的槽底倾斜设置。
进一步地，所述半导体制冷片的冷端还设置有导流面，所述导流面与所述集水槽的槽口相连，所述导流面用于将冷凝水导入所述集水槽内。
进一步地，所述导热翅片为多个，多个所述导热翅片沿所述集水槽的延伸方向间隔设置。
进一步地，所述导热翅片为多个，多个所述导热翅片间隔设置，相邻的两个所述导热翅片之间形成换热通道。
进一步地，所有所述导热翅片朝同一方向倾斜设置。
进一步地，自所述导热翅片的第一端至第二端方向上，所述导热翅片的厚度逐渐减小，所述换热通道的过流面宽度逐渐增加。
进一步地，所述导热翅片具有相对的第一换热面和第二换热面，所述第一换热面与所述第二换热面之间形成夹角，所述第一换热面与所述第二换热面的夹角开口朝向所述半导体制冷片的冷端。
进一步地，所述第一换热面与所述半导体制冷片的冷端表面之间形成的夹角为钝角；所述第二换热面与所述半导体制冷片的冷端表面之间形成的夹角为钝角。
进一步地，所述散热装置还包括：散热翅片，所述散热翅片为多个，多个所述散热翅片间隔设置在所述半导体制冷片的热端。
进一步地，所述半导体制冷片、所述中间导热板、所述导热翅片为一体成型。
根据本发明的另一个方面，公开了一种用于上述的散热装置的控制方法，所述散热装置还包括：温度传感器和控制装置，所述温度传感器，用于检测发热元件的温度；所述控制装置分别与所述温度传感器、所述半导体制冷片电连接，所述控制方法包括以下步骤：步骤S10：获取发热元件的温度；步骤S20：根据发热元件的温度，控制所述半导体制冷片的工作状态。
进一步地，所述步骤S20还包括以下步骤：步骤S21：获取半导体制冷片当前工作状态；步骤S22：在半导体制冷片启动状态下，若发热元件温度大于或者等于预设值，则保持所述半导体制冷片的工作状态不变；若发热元件温度小于预设值，则关闭所述半导体制冷片；步骤S23：在半导体制冷片关闭状态下，若发热元件温小于预设值，则保持所述半导体制冷片的工作状态不变；若发热元件温度大于或等于预设值，则开启所述半导体制冷片。
本发明的散热装置通过设置中间导热板和导热翅片，可以将发热元件的热量导出到中间导热板上，然后，通过导热翅片引导半导体制冷片冷端的冷量给中间导热板降温，从而降低发热元件的温度，导热翅片的存在使半导体制冷片的冷端散热面积增加，从而使冷量更加分散，从而不会使冷量过于集中，有效减少冷凝水的产生，提高系统运行的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一的散热装置的结构示意图；
图2是本发明实施例一的散热装置的主视图；
图3是本发明实施例一的散热装置的侧视图；
图4是本发明实施例一的半导体制冷片的结构示意图；
图5是本发明实施例二的散热装置的结构示意图；
图6是本发明实施例二的散热装置的主视图；
图7是本发明实施例二的散热装置的侧视图；
图例：10、半导体制冷片；11、集水槽；12、导流面；20、中间导热板；30、导热翅片；31、第一换热面；32、第二换热面；40、换热通道；50、散热翅片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。
如图1至图4所示，本发明公开了一种散热装置，半导体制冷片10设置在发热元件的下方，包括半导体制冷片10、中间导热板20和导热翅片30，半导体制冷片10的冷端与发热元件对应设置；中间导热板20设置在发热元件与半导体制冷片10之间，中间导热板20用于吸收发热元件的热量；导热翅片30的第一端与半导体制冷片10的冷端相连，导热翅片30的第二端与中间导热板20相连，导热翅片30用于分散半导体制冷片10冷端所产生的冷量。本发明的散热装置通过设置中间导热板20和导热翅片30，可以将发热元件的热量导出到中间导热板20上，然后，通过导热翅片30引导半导体制冷片10冷端的冷量给中间导热板20降温，从而降低发热元件的温度，导热翅片30的存在使半导体制冷片10的冷端散热面积增加，从而使冷量更加分散，从而不会使冷量过于集中，有效减少冷凝水的产生，提高系统运行的可靠性。
在上述实施例中，中间导热板20贴设在发热元件上。本发明的散热装置通过将中间导热板20贴设在发热元件上可以提高热传递效率，从而提高散热效果。
在上述实施例中，半导体制冷片10的冷端表面设置有用于收集冷凝水的集水槽11。本发明的散热装置通过设置集水槽11可以将冷凝水集中在集水槽11中，从而大大降低冷凝水处理不当而导致机器短路，锈蚀等风险。
在上述实施例中，集水槽11的槽底倾斜设置。本发明的散热装置通过设置将集水槽11槽底倾斜设置，使冷凝水沿着集水槽11的倾斜方向流动，在集水槽11的尽头，可以通过导流管将冷凝水排出，从而避免冷凝水外溢，大大降低冷凝水处理不当而导致机器短路，锈蚀等风险。
在上述实施例中，半导体制冷片10的冷端还设置有导流面12，导流面12与集水槽11的槽口相连，导流面12用于将冷凝水导入集水槽11内。本发明的散热装置通过设置导流面12，滴落在集水槽11外的冷凝水也可以沿导流面12流入集水槽11中，从而防止冷凝水流到其他元器件或电路板上，大大降低冷凝水处理不当而导致机器短路，锈蚀等风险。
在上述实施例中，导热翅片30为多个，多个导热翅片30沿集水槽11的延伸方向间隔设置。本发明的散热装置通过设置多个导热翅片30可以将半导体制冷片10冷端产生的冷量更多地分散开来，从而使每个导热翅片30上的冷量降低，从而减少冷凝水的产生。
在上述实施例中，导热翅片30为多个，多个导热翅片30间隔设置，相邻的两个导热翅片30之间形成换热通道40。本发明的散热装置通过设置多个导热翅片30可以通过换热通道40提高散热效率。
如图1和图2所示的实施例中，所有导热翅片30朝同一方向倾斜设置。本发明的散热装置通过将导热翅片30倾斜设置，可以使导热翅片30上冷凝水在重力的作用下缓慢的流向半导体制冷片10的冷端，防止冷凝水速度过快引起液滴溅射，大大降低冷凝水处理不当而导致机器短路，锈蚀等风险。
在如图5至7所示的实施例二中，自导热翅片30的第一端至第二端方向上，导热翅片30的厚度逐渐减小，换热通道40的过流面宽度逐渐增加。本发明的散热装置通过将导热翅片30的厚度的逐渐变化，采用这种设置方式，一方面，由于导热翅片30第一端增厚，可以提高与半导体制冷片10冷端的接触面积，从而提高冷量传递效率，使半导体制冷片10的冷量可以更快第传递到导热翅片30上；另一方面，由于导热翅片30第一端与半导体制冷片10相连，因此，在导热翅片30上越靠近第一端温度越低，越靠近第二端温度越高，导热翅片30第一端由于温度过低，容易与空气发生对流换热，导致冷量散失，因此，通过改变导热翅片30厚度，可以使相邻两个导热翅片30间的换热通道40过流面的宽度也逐渐改变，特别是在靠近冷端位置，换热通道40过流面的宽度最窄，导致气流不易通过，减少该部分导热翅片30与空气的对流换热，从而减少了导热翅片30在冷端位置的冷量散失，使更多的冷量用来给发热元件降温，提高散热效果，属于一物多用。
在上述实施例中，导热翅片30具有相对的第一换热面31和第二换热面32，第一换热面31与第二换热面32之间形成夹角，第一换热面31与第二换热面32的夹角开口朝向半导体制冷片10的冷端。导热翅片30在工作时，虽然分散了冷量，但是仍会在导热翅片30的两个换热面上产生少量冷凝水，若处理不好，会使冷凝水滴落飞溅，从而仍会存在机器短路，锈蚀的风险。因此，为了解决上述问题，本发明的散热装置通过将导热翅片30的两个换热面设置形成夹角，可以起到引导冷凝水的作用，使冷凝水的流速放缓，避免水滴飞溅，从而提高可靠性。
在上述实施例中，第一换热面31与半导体制冷片10的冷端表面之间形成的夹角为钝角；第二换热面32与半导体制冷片10的冷端表面之间形成的夹角为钝角。本发明的散热装置通过设置，将两个面与冷端面的角度设置为钝角，这样使导热翅片30的横截面形成了三角形或者梯形，两个换热面都可以减缓冷凝水流下落速度，从而避免水滴飞溅，从而提高可靠性。
可以看出，通过将导热翅片30设置为一端较厚、一端较薄的结构，使导热翅片30同时在传热和导流两个方面都具有较大改善，具有一物多用的功效，大大提高了散热装置整体的散热效果和可运行的可靠性。
在上述实施例中，散热装置还包括：散热翅片50，散热翅片50为多个，多个散热翅片50间隔设置在半导体制冷片10的热端。本发明的散热装置通过设置散热翅片50可以提高热端的散热效果，从而使冷端的制冷效果更好。
在上述实施例中，半导体制冷片10、中间导热板20、导热翅片30为一体成型。本发明的散热装置通过设置采用一体成型设置，可以使安装过程更加方便，并且导热效率更好。
如图4所示的实施例中，半导体制冷片10由若干个N型半导体和P型半导体并联而成，N型都安装在左侧，P型都安装在右侧，N型半导体和P型半导体的冷端接入直流电。
根据本发明的另一个方面，公开了一种用于上述的散热装置的控制方法，其特征在于，散热装置还包括：温度传感器和控制装置，温度传感器，用于检测发热元件的温度；控制装置分别与温度传感器、半导体制冷片10电连接，控制方法包括以下步骤：
步骤S10：获取发热元件的温度；
步骤S20：根据发热元件的温度，控制半导体制冷片10的工作状态。
在上述实施例中，步骤S20还包括以下步骤：
步骤S21：获取半导体制冷片10当前工作状态；
步骤S22：在半导体制冷片10启动状态下，若发热元件温度大于或者等于预设值，则保持半导体制冷片10的工作状态不变，返回步骤S10；若发热元件温度小于预设值，则关闭半导体制冷片10，返回步骤S10；
步骤S23：在半导体制冷片10关闭状态下，若发热元件温小于预设值，则保持半导体制冷片10的工作状态不变，返回步骤S10；若发热元件温度大于或等于预设值，则开启半导体制冷片10，返回步骤S10。
本发明的散热装置的控制方法，通过监测发热元件的温度，控制半导体制冷片10的工作状态，在实现降温作用的同时，尽可能地降低能耗。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (15)
1.一种散热装置，其特征在于，包括：
半导体制冷片(10)，所述半导体制冷片(10)的冷端与发热元件对应设置
中间导热板(20)，所述中间导热板(20)设置在所述发热元件与所述半导体制冷片(10)之间，所述中间导热板(20)用于吸收所述发热元件的热量；
导热翅片(30)，所述导热翅片(30)的第一端与所述半导体制冷片(10)的冷端相连，所述导热翅片(30)的第二端与所述中间导热板(20)相连，所述导热翅片(30)用于分散所述半导体制冷片(10)冷端所产生的冷量。
2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，
所述中间导热板(20)贴设在所述发热元件上。
3.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，
所述半导体制冷片(10)的冷端表面设置有用于收集冷凝水的集水槽(11)。
4.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，
所述集水槽(11)的槽底倾斜设置。
5.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，
所述半导体制冷片(10)的冷端还设置有导流面(12)，所述导流面(12)与所述集水槽(11)的槽口相连，所述导流面(12)用于将冷凝水导入所述集水槽(11)内。
6.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，
所述导热翅片(30)为多个，多个所述导热翅片(30)沿所述集水槽(11)的延伸方向间隔设置。
7.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，
所述导热翅片(30)为多个，多个所述导热翅片(30)间隔设置，相邻的两个所述导热翅片(30)之间形成换热通道(40)。
8.根据权利要求7所述的散热装置，其特征在于，
所有所述导热翅片(30)朝同一方向倾斜设置。
9.根据权利要求7所述的散热装置，其特征在于，
自所述导热翅片(30)的第一端至第二端方向上，所述导热翅片(30)的厚度逐渐减小，所述换热通道(40)的过流面宽度逐渐增加。
10.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，
所述导热翅片(30)具有相对的第一换热面(31)和第二换热面(32)，所述第一换热面(31)与所述第二换热面(32)之间形成夹角，所述第一换热面(31)与所述第二换热面(32)的夹角开口朝向所述半导体制冷片(10)的冷端。
11.根据权利要求10所述的散热装置，其特征在于，
所述第一换热面(31)与所述半导体制冷片(10)的冷端表面之间形成的夹角为钝角；
所述第二换热面(32)与所述半导体制冷片(10)的冷端表面之间形成的夹角为钝角。
12.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括：
散热翅片(50)，所述散热翅片(50)为多个，多个所述散热翅片(50)间隔设置在所述半导体制冷片(10)的热端。
13.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，
所述半导体制冷片(10)、所述中间导热板(20)、所述导热翅片(30)为一体成型。
14.一种用于权利要求1至13中任一项所述的散热装置的控制方法，其特征在于，所述散热装置还包括：温度传感器和控制装置，所述温度传感器，用于检测发热元件的温度；所述控制装置分别与所述温度传感器、所述半导体制冷片(10)电连接，所述控制方法包括以下步骤：
步骤S10：获取发热元件的温度；
步骤S20：根据发热元件的温度，控制所述半导体制冷片(10)的工作状态。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S20还包括以下步骤：
步骤S21：获取半导体制冷片(10)当前工作状态；
步骤S22：在半导体制冷片(10)启动状态下，若发热元件温度大于或者等于预设值，则保持所述半导体制冷片(10)的工作状态不变；若发热元件温度小于预设值，则关闭所述半导体制冷片(10)；
步骤S23：在半导体制冷片(10)关闭状态下，若发热元件温小于预设值，则保持所述半导体制冷片(10)的工作状态不变；若发热元件温度大于或等于预设值，则开启所述半导体制冷片(10)。
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2020
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