CN114383339A - 一种半导体制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体制冷系统，涉及温度控制技术领域，包括制冷单元、导热金属、电路板和连接板；制冷单元位于连接板的一端面上，制冷单元包括半导体制冷片、冷端金属和热端金属，半导体制冷片设于热端金属和冷端金属之间；导热金属与电路板设于连接板的同一端面上；电路板上设有将外部的供电传输至制冷单元的接线端子，且接线端子与制冷单元中的半导体制冷片通过导线连接。本发明提供的制冷系统中的半导体制冷片立式放置，且水冷管道设于制冷系统的内部，提高了空间利用率高和功率密度高，具有易于拓展和维护方便等优点。

Description

一种半导体制冷系统

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，尤其是涉及一种半导体制冷系统。

背景技术

现代制冷设备使用的制冷原理主要有压缩机制冷和半导体制冷两种方式，压缩机常用于大型设备上，半导体制冷片则由于其体积小、使用方便等优点用于小型制冷设备上。而半导体制冷的方法发热量大，受环境温度影响大，所以实际使用中需要外部辅助散热才能达到需要的制冷温度。目前的半导体制冷片通常直接水平贴装在需要制冷的物体表面，在半导体的另一面贴装散热器，安装方式简单，在大多数时候都比较适用。但是水平排布半导体的方法空间利用率低，半导体制冷片不成模块化，安装之后难以拆卸维修。因此需要一种空间利用率高，功率密度高，维护方便的制冷功率组件。

中国专利CN209371560U公开了一种半导体制冷组件，包括固定外壳、半导体制冷片、冷端基板和热端基板，所述冷端基板与半导体制冷片的冷端之间、以及热端基板与半导体制冷片的热端之间均设置有石墨烯导热层，所述半导体制冷片的冷端和热端的表面粗糙度Ra均小于0.2um，所述石墨烯导热层的表面粗糙度Ra小于0.04um，所述冷端基板和热端基板的表面粗糙度Ra均小于0.1um，所述热端基板内开设有冷却水道，所述冷却水道通过微型水泵与冷水机相连，突出于固定外壳的热端基板的侧面上固定有铜铝合金柱，所述铜铝合金柱内填充有铜质圆柱体，所述铜铝合金柱的外表面设置有导热硅脂套和圆柱形凸起。但是该专利需要人员手动操作，降低了操作过程中的方便性以及可靠性。

中国专利CN215062969U公开了一种基于半导体制冷片的制冷模组，其结构包括安装支架、若干半导体制冷片、若干热管散热器以及散热片，安装支架通过分隔板被划分为内热交换区、外热交换区，若干半导体制冷片从上到下分布在内热交换区的内部，若干半导体制冷片的热端均设置在分隔板上，散热片设置在半导体制冷片的冷端，内热交换区的内部排布有若干内微型风扇，外热交换区的内部通过间隔板被划分为若干安装槽，若干热管散热器分别均匀设置在安装槽的内部，热管散热器的蒸发端和半导体制冷片的热端相对设置在分隔板上，安装槽的内部排布有若干外微型风扇，但是该专利需要通过若干个微型风扇等进行提高散热效率，结构较为复杂，且安装和拆卸操作不方便。

发明内容

为了解决现有中存在的结构复杂以及空间利用率低等问题，本发明提供了一种半导体制冷系统。

为了实现本发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种半导体制冷系统，包括制冷单元、导热金属、电路板和连接板；所述制冷单元位于连接板的一端面上，所述制冷单元包括半导体制冷片、冷端金属和热端金属，半导体制冷片设于热端金属和冷端金属之间；所述导热金属与电路板设于连接板的同一端面上；所述电路板上设有将外部的供电传输至制冷单元的接线端子，且接线端子与制冷单元中的半导体制冷片通过导线连接。

进一步地，所述热端金属至少设置有两个，且至少一个热端金属内部开设有溶液腔，所述导热金属内部设有水冷管道，水冷管道一端与溶液腔的一端连通，水冷管道的另一端连通制冷系统的外部。

进一步地，还包括堵头和隔热垫，堵头一端插入溶液腔内，隔热垫设于一热端金属和冷端金属之间，且隔热垫上设有凸起的通道，通道内壁设有螺纹，且隔热垫的凸起通道将热端金属的溶液腔与水冷管道连通。

进一步地，所述隔热垫和水冷管道之间设有冷端金属和连接板，冷端金属和连接板上对应均开设有安装孔，安装孔一端连通隔热垫的通道，一端连接水冷管道。

进一步地，所述连接板与制冷单元通过固定件固定连接，且紧固件拧入隔热垫的通道内，并于通道内的螺纹相配合，所述固定件包括螺栓。

进一步地，所述制冷单元至少设置一个，同一个制冷单元中的两个热端金属之间通过紧固件连接，且半导体制冷片与热端金属、冷端金属之间均采用机械限位的方式固定，所述紧固件包括螺栓。

进一步地，所述半导体制冷片的下端面与连接板的上端面之间设有间隙。

进一步地，多个制冷单元间隔设置在连接板上，且相邻制冷单元中的冷端金属之间连通。

进一步地，所述冷端金属上开设有通孔，同一个制冷单元中的两个热端金属之间的紧固件穿过冷端金属上的通孔，且通孔的截面直径大于紧固件的截面直径。

进一步地，所述导热金属上开设的通孔的直径大于内部安装的水冷管道的圆截面直径，且通孔和水冷管道的外表面之间的缝隙内填充有隔热发泡剂。

与现有技术相比，本发明的有意效果具体体现在：

(1)本发明提供的导热金属上开设的通孔的直径大于内部安装的水冷管道的圆截面直径，这种结构不仅利于通孔和水冷管道的外表面之间的缝隙内可填充隔热发泡剂，更好的降低冷端金属和冷却液之间的热交换能力，且安装在导热金属内的冷端金属的体积减小，结合冷端金属存储的热量可以使温度的控制更灵敏，也减轻了制冷系统本身的质量。

(2)本发明提供的隔热垫上凸起的通道内壁设置了螺纹结构，该结构不仅起到隔离冷端金属和热端金属的作用，并且将热端金属的溶液腔和制冷单元的外部联通，可阻止温度较高的冷却也和冷端金属接触，这种方式空间布局紧凑，水冷方式提高功率密度。

(3)本发明提供的制冷系统中的半导体制冷片立式放置，且水冷管道设于制冷系统的内部，提高了空间利用率高和功率密度高，具有易于拓展和维护方便等优点。

附图说明

图1为本发明制冷系统的结构示意图；

图2为显示接线端子的本发明指令系统的结构示意图；

图3为本发明制冷系统的主视图；

图4为图3的剖视图；

图5为本发明制冷系统的侧视图；

图6为图5的剖视图；

图7为本发明制冷系统的仰视图；

图8为本发明制冷系统的俯视图；

附图标记如下：1.冷端金属；2.热端金属；3.半导体制冷片；4.连接板；5.导热金属；6.溶液腔；7.隔热垫；8.堵头；9.固定件；10.电路板；11.水冷管道；12.接线端子；13.紧固件。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

根据图1-图8所示的一种半导体制冷系统，包括包括制冷单元、导热金属5、电路板10、连接板4、堵头8和隔热垫7；所述制冷单元位于连接板4的一端面上，连接板4上设置有多个制冷单元，如图1所示的连接板4上设置了4个完全相同的制冷单元，所述制冷单元包括半导体制冷片3、冷端金属1和热端金属2，半导体制冷片3设于热端金属2和冷端金属1之间；所述导热金属5与电路板10设于连接板4的同一端面上；所述电路板10上设有多对接线端子12，将外部的供电快速传输至每个制冷单元。接线端子12使用了快速接线端子12，制冷单元安装的连接板4上时，接线端子12便自动接触，无需手动连接，相比手动连接更方便且增强连接的可靠性，且接线端子12的正负极与制冷单元中的半导体制冷片3通过导线连接。

如图1-图8所示，每个制冷单元中包括有两个热端金属2、两个半导体制冷片3和一个冷端金属1，其中热端金属2和冷端金属1的金属均可以选择铝块，具体的热端金属2与冷端金属1之间设有半导体制冷片3，两个热端金属2通过紧固件13固定，其中的紧固件13可以选择螺栓，同时也通过螺栓传递热量，冷端金属1上开设有通孔，同一个制冷单元中的两个热端金属2之间的紧固件13穿过冷端金属1上的通孔，且通孔的截面直径大于紧固件13的截面直径，因此热端金属2和冷端金属1均只与半导体制冷片3接触，且冷端金属1也不与螺栓接触。而两个半导体制冷片3之间的冷端金属1整体呈L形状，且L形状的竖直上端部和下端部之间设置有卡槽，且在冷端金属1的两端均设有卡槽，而半导体制冷片3设于卡槽内，且半导体制冷片3和热端金属2、冷端金属1之间均通过摩擦力和机械限位的方式固定。

同一个制冷单元中的一个热端金属2内部开设有溶液腔6，导热金属5内部设有水冷管道11，水冷管道11一端与溶液腔6的一端连通，水冷管道11的另一端连通制冷系统的外部。堵头8一端插入溶液腔6内，隔热垫7设于一热端金属2和冷端金属1之间，且隔热垫7上设有凸起的通道，通道内壁设有螺纹，且隔热垫7的凸起通道将热端金属2的溶液腔6与水冷管道11连通。其中堵头8用来封闭溶液腔6使其形成单一的的管道，管道内壁的螺纹结构不仅起到隔离冷热端金属2的作用，并且将热端金属2的溶液腔6和制冷单元的外部联通，并且阻止温度较高的冷却也和冷端金属1接触，这种方式空间布局紧凑，水冷方式提高功率密度。

所述隔热垫7和水冷管道11之间设有冷端金属1和连接板4，冷端金属1和连接板4上对应均开设有安装孔，安装孔一端连通隔热垫7的通道，一端连接水冷管道11。所述连接板4与制冷单元通过固定件9固定连接，且紧固件13拧入隔热垫7的通道内，并于通道内的螺纹相配合，所述固定件9包括螺栓。具体的，连接板4的作用是安装多个制冷单元并且将所有制冷单元的冷端金属1连通，连接板4和制冷单元通过中空的尼龙螺栓连接，尼龙螺栓拧到制冷单元的隔热尼龙垫的管道内螺纹上，既实现了制冷单元和连接板4的紧密接触，又将冷却液和连接板4进行了有效隔离。而整个制冷系统的冷却液入口和出口为水冷管道11的两端，其中导热金属5内可设有多个水冷管道11，由于每个水冷管道11开设有三个开口与外界相连，每个水冷管道11都需要堵住三个开口中的一个，该开口为连通隔热垫7凸起通道的开口，其他的开口分别连接到水冷系统的入口和出口，制冷单元的冷却液出口和入口为导热金属5内安装的水冷管道11的两端开口。

所述导热金属5上开设的通孔的直径大于内部安装的水冷管道11的圆截面直径，这种结构不仅利于通孔和水冷管道11的外表面之间的缝隙内可填充隔热发泡剂，更好的降低冷端金属1和冷却液之间的热交换能力，因为冷却液要与热端金属2交换热量，且安装在导热金属5内的冷端金属1的体积减小，结合冷端金属1存储的热量可以使温度的控制更灵敏，也减轻了制冷系统本身的质量。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体制冷系统，其特征在于，包括制冷单元、导热金属、电路板和连接板；

所述制冷单元位于连接板的一端面上，所述制冷单元包括半导体制冷片、冷端金属和热端金属，半导体制冷片设于热端金属和冷端金属之间；

所述导热金属与电路板设于连接板的同一端面上；

所述电路板上设有将外部的供电传输至制冷单元的接线端子，且接线端子与制冷单元中的半导体制冷片通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种半导体制冷系统，其特征在于，所述热端金属至少设置有两个，且至少一个热端金属内部开设有溶液腔，所述导热金属内部设有水冷管道，水冷管道一端与溶液腔的一端连通，水冷管道的另一端连通制冷系统的外部。

3.根据权利要求2所述的一种半导体制冷系统，其特征在于，还包括堵头和隔热垫，堵头一端插入溶液腔内，隔热垫设于一热端金属和冷端金属之间，且隔热垫上设有凸起的通道，通道内壁设有螺纹，且隔热垫的凸起通道将热端金属的溶液腔与水冷管道连通。

4.根据权利要求3所述的一种半导体制冷系统，其特征在于，所述隔热垫和水冷管道之间设有冷端金属和连接板，冷端金属和连接板上对应均开设有安装孔，安装孔一端连通隔热垫的通道，一端连接水冷管道。

5.根据权利要求3所述的一种半导体制冷系统，其特征在于，所述连接板与制冷单元通过固定件固定连接，且紧固件拧入隔热垫的通道内，并于通道内的螺纹相配合。

6.根据权利要求1所述的一种半导体制冷系统，其特征在于，所述制冷单元至少设置一个，同一个制冷单元中的两个热端金属之间通过紧固件连接，且半导体制冷片的侧面与热端金属之间采用机械限位的方式固定，半导体制冷片的侧面与冷端金属之间采用机械限位的方式固定。

7.根据权利要求6所述的一种半导体制冷系统，其特征在于，所述冷端金属上开设有通孔，同一个制冷单元中的两个热端金属之间的紧固件穿过冷端金属上的通孔，且通孔的截面直径大于紧固件的截面直径。

8.根据权利要求6所述的一种半导体制冷系统，其特征在于，多个制冷单元间隔设置在连接板上，且相邻制冷单元中的冷端金属之间连通。

9.根据权利要求1所述的一种半导体制冷系统，其特征在于，所述半导体制冷片的下端面与连接板的上端面之间设有间隙。

10.根据权利要求1所述的一种半导体制冷系统，其特征在于，所述导热金属上开设的通孔的直径大于内部安装的水冷管道的圆截面直径，且通孔和水冷管道的外表面之间的缝隙内填充有隔热发泡剂。

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