CN209639310U - 热管散热内部流动型半导体制冷系统及制冷设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制冷设备领域，公开了一种热管散热内部流动型半导体制冷系统，包括存储容器、半导体制冷芯片和热管散热器，存储容器的一侧设有或一体形成有内表面暴露于该存储容器内腔的导冷件，半导体制冷芯片的冷端与导冷件接触，半导体制冷芯片的热端与热管散热器接触；存储容器内安装有液体驱动装置，该液体驱动装置安装为能够在工作过程中引导饮用液体的热对流运动，且使其至少局部处于紊流状态。此外，本实用新型还提供一种具有所述热管散热内部流动型半导体制冷系统的制冷设备。本实用新型采用液体驱动装置促进存储容器内液体的热对流运动，利用热管散热器降低半导体制冷芯片热端与冷端的温度差，增强半导体制冷芯片的制冷效率。

Description

热管散热内部流动型半导体制冷系统及制冷设备

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，具体地涉及一种热管散热内部流动型半导体制冷系统及含有其的制冷设备。

背景技术

半导体制冷是利用热电效应实现制冷的一种制冷方法，这种制冷方法没有机械传动部件，但是具有工作时无噪音，不需要制冷工质，设备体积小，质量轻等优点，已被应用于饮用水或饮品的制冷设备中。

现有的制冷设备中，半导体芯片的冷端一般通过与存储容器内的液体直接接触进行制冷，使得液体温度逐渐降低，该结构冷端的导热面积小、换热效率低，只能满足与半导体芯片冷端接触的局部液体的制冷，而远离半导体芯片冷端的液体可能仍处于常温或温热的状态，影响人们的正常使用。

由于半导体芯片的热端产生了大量的热量，为保证半导体芯片的冷端进行可持续的制冷，需要对热端进行散热。目前针对半导体芯片的热端散热一般通过设置风机对散热翅片进行强制对流散热，这种散热装置的体积比较大，需要的安装空间大，不适合家用或公共场合供饮设备的应用，同时还存在散热效率差、噪音大等问题。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供一种热管散热内部流动型半导体制冷系统，该热管散热内部流动型半导体制冷系统可以有效解决制冷速度慢、效率低、温度不均匀的问题。

本实用新型还提供一种制冷设备，所述制冷设备包括上述热管散热内部流动型半导体制冷系统。

为了解决本实用新型的上述基本技术问题，第一方面，本实用新型提供一种热管散热内部流动型半导体制冷系统，包括存储容器、半导体制冷芯片和热管散热器，所述存储容器的一侧设有或一体形成有内表面暴露于该存储容器内腔的导冷件，所述半导体制冷芯片的冷端与所述导冷件接触，所述半导体制冷芯片的热端与所述热管散热器接触；所述存储容器内安装有液体驱动装置，该液体驱动装置安装为能够在工作过程中引导饮用液体的热对流运动，且使其至少局部处于紊流状态。

优选地，所述液体驱动装置的抽吸口和泵出口均位于所述存储容器内腔内，其中所述抽吸口朝向所述导冷件，以能够在工作过程中驱动所述导冷件周围的饮用液体朝向离开该导冷件的方向运动，并使得所述存储容器内其他区域的饮用液体被引导朝向所述导冷件运动。

作为一种优选实施方式，所述导冷件与所述存储容器可拆卸地密封性连接。

优选地，所述导冷件包括导冷板和位于所述导冷板的内表面上的扰流翅片，其中，所述扰流翅片凸出到所述存储容器内腔内，所述导冷板的外表面与所述半导体制冷芯片的冷端接触。

更优选地，所述存储容器侧壁上形成有导冷件安装开口，该导冷件安装开口的周围与所述导冷板上设有相互匹配的安装孔，所述导冷件安装到所述存储容器侧壁上以封闭所述导冷件安装开口。

作为另一种优选实施形式，所述热管散热器包括热管单元、散热件和用于对该散热件提供冷却风的冷却风驱动装置，所述热管单元设置在所述散热件与所述半导体制冷芯片的热端之间以能够散热。

优选地，散热件包括侧板和散热片，所述散热片之间形成有冷却风对流风道，其中所述冷却风驱动装置包括设置在所述冷却风对流风道进口的送风装置和/或设置在该冷却风对流风道出口的抽风装置。

更优选地，所述热管单元与所述半导体制冷芯片的热端接触或邻近的部分为热管蒸发部，与所述散热件接触或邻近的部分为热管冷凝部，其中所述热管单元包括基板和热管，所述基板上形成有热管槽，所述热管的中间段嵌设到所述热管槽中且从该热管槽中凸出以与所述半导体制冷芯片的热端接触，两端区域弯曲以各自从所述散热件的两侧插入到该散热件的内部。

具体地，所述基板与所述散热件之间设置有隔热板。

第二方面，本实用新型提供一种制冷设备，包括机体，所述机体内安装有上述所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统。

通过本实用新型的上述技术方案可以看出，本实用新型的热管散热内部流动型半导体制冷系统，半导体制冷芯片的冷端通过导冷件与存储容器内的饮用液体接触进行制冷，同时利用液体驱动装置对存储容器内的饮用液体进行不断的抽吸和泵出，使饮用液体在存储容器内形成强制热对流运动，促进饮用液体间的热传递，避免存储容器内液体出现温度梯度差，增强制冷效率，半导体制冷芯片的热端通过热管散热器进行降温，以保持半导体制冷芯片冷端的制冷性能。

在优选实施方式中，本实用新型的液体驱动装置抽吸口朝向导冷件，在工作过程中驱动导冷件周围的饮用液体朝向离开该导冷件的方向运动，并使得存储容器内其他区域的饮用液体被引导朝向导冷件运动，相对精确地控制液体强制热对流运动的运动轨迹，形成并促进饮用液体的强迫对流换热，有效地提高制冷效率；此外，利用扰流翅片增大导冷件附近饮用液体的流动速度，形成局部紊流，提高换热系数，促进冷扩散；热管散热器中热管的两端均插入散热片的内部，增大了散热面积，提高了散热效率，使半导体制冷芯片的热端与环境温度的温度差减小，相应的半导体制冷芯片冷端的稳定温度降低，提高制冷量。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的热管散热内部流动型半导体制冷系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型的导冷件的一种具体实施方式的结构示意图；

图3是本实用新型的热管散热器的一种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1存储容器 2半导体制冷芯片

3热管散热器 31热管单元

311基板 312热管

313热管槽 32冷却风驱动装置

33散热件 331侧板

332散热片 333冷却风对流风道

34隔热板 4导冷件

41导冷板 42扰流翅片

43安装孔 5液体驱动装置

51抽吸口 52泵出口

53电机 54泵体

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为存储容器的内腔或外壁，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“接触”应做广义理解，例如，接触可以是直接紧贴接触，也可以是通过中间媒介进行间接接触。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1所示，本实用新型的热管散热内部流动型半导体制冷系统，包括存储容器1、半导体制冷芯片2和热管散热器3，存储容器1的一侧设有或一体形成有内表面暴露于该存储容器内腔的导冷件4，半导体制冷芯片2的冷端与导冷件4接触，半导体制冷芯片2的热端与热管散热器3接触；存储容器1内安装有液体驱动装置5，该液体驱动装置5安装为能够在工作过程中引导饮用液体的热对流运动，且使其至少局部处于紊流状态。

本实用新型的热管散热内部流动型半导体制冷系统可以应用到各种需将饮用液体降温的电器或设备中，例如饮水机，也可以是果汁机或饮料机等。通过本实用新型上述基本技术方案的热管散热内部流动型半导体制冷系统，半导体制冷芯片2在接通直流电时，冷端的热量被移到热端，导致冷端温度降低、热端温度升高，形成半导体制冷芯片2的冷端和热端，半导体制冷芯片2冷端通过导冷件4对存储容器1中的饮用液体进行冷却的同时，液体驱动装置5通过对存储容器1内的饮用液体进行抽吸和泵出，使存储容器1内的饮用液体流动速度增加，形成并促进饮用液体的热对流运动，增强了温度扩散，避免出现存储容器1内液饮用体温度不均匀的现象，同时利用热管散热器3将半导体制冷芯片2热端的热能传导出去，使得半导体制冷芯片2的热端和冷端的温度差保持稳定状态，以维持半导体制冷芯片2的制冷性能。

在此需要说明的是，本实用新型的热管散热内部流动型半导体制冷系统可以是立式结构，也可以是卧式结构，具体实施方式中将以立式结构对本实用新型作详细描述。此外，上述液体驱动装置5的设置，可以是仅一个液体驱动装置5置于存储容器1的侧壁上，也可以是多个液体驱动装置5分布在存储容器1的单个或多个侧壁上。

进一步地，液体驱动装置5的抽吸口51和泵出口52均位于存储容器1内腔内，抽吸口51朝向导冷件4，以能够在工作过程中驱动导冷件4周围的饮用液体朝向离开该导冷件4的方向运动，并使得存储容器1内其他区域的饮用液体被引导朝向导冷件4运动。这样，在制冷工作过程中，通过液体驱动装置5将抽吸口51周围的饮用液体不断吸入再从泵出口52泵出，如此导冷件4周围最新被冷却的饮用液体不断朝向离开导冷件4的方向运动，远离导冷件4的区域内未被冷却的饮用液体被不断填入，按此不断循环，形成一种液体的强制循环运动。由于导冷件4附近的饮用液体被不断抽离，存储容器1内其他区域的饮用液体需要不断朝向导冷件4运动，填充导冷件4附近的区域，这样存储容器1内的饮用液体整体呈现一种不断移动的趋势，这种运动与自然热对流运动轨迹不同，而是一种经过设计、相对精确控制液体运动轨迹的强制热对流运动。也就是说，在本实用新型的技术方案中，相对精确地控制存储容器1内饮用液体的运动轨迹，使得饮用液体的运动顺应并形成一种强制热对流运动，形成并促进饮用液体的强迫对流换热，使得饮用液体温度迅速降低，制冷效率显著提高，制冷迅速，同时使得饮用液体温度均匀，不会再产生饮用液体温度不均匀的现象，有效地提升了用户的使用体验。

需要说明的是，本实用新型的相对精确控制饮用液体运动轨迹的强制热对流运动，并不限于上述液体驱动装置装置5的抽吸形成的控制方式，还可以是在存储容器1内设置叶轮，通过搅动方式控制饮用液体的热对流运动。

优选地，液体驱动装置5可以选择离心泵，包括电机53和泵体54，电机53置于存储容器1的外侧，泵体54置于存储容器1的内侧，使抽吸口51和泵出口52均在存储容器1的内腔内，使饮用液体经液体驱动装置5泵出后直接冲击存储容器1内的液体，促进存储容器1内液体紊流运动，同时便于电机53与外部电源连接。进一步地，液体驱动装置5可以选择磁力离心泵，提高液体驱动装置5的使用安全性及寿命。

作为一种优选实施方式，导冷件4包括导冷板41和位于导冷板41的内表面上的扰流翅片42，扰流翅片42凸出到存储容器1内腔内，导冷板41的外表面与半导体制冷芯片2的冷端接触以进行热传递，在扰流翅片42的作用下，存储容器1内的饮用液体进一步形成局部紊流，导冷板41附近饮用液体的流动速度增大，提高了饮用液体与导冷板41之间的换热系数，提升制冷效率。

进一步地，导冷件4可以与存储容器1进行可拆卸地密封性连接，具体地，在存储容器1侧壁上形成有导冷件安装开口，该导冷件安装开口的周围与导冷板41上设有相互匹配的安装孔，导冷板41上的安装孔43如图2所示，导冷件4安装到存储容器1侧壁上以封闭导冷件安装开口，并通过密封圈进行密封安装，可拆卸式的安装形式有利于对存储容器1、导冷板41等存储容器内部件的清洁与维护，导冷件4也可以是与存储容器1一体形成的。

本实用新型的热管单元可以是各种结构形式的热管散热形式，作为本实用新型的一种优选结构形式，热管散热器3包括热管单元31、散热件33和用于对该散热件33提供冷却风的冷却风驱动装置32，热管单元31设置在散热件33与半导体制冷芯片2的热端之间以能够散热。如图3所示，散热件33包括侧板331和散热片332，散热片332之间形成有冷却风对流风道333，冷却风驱动装置32包括设置在冷却风对流风道333进口的送风装置和/或设置在该冷却风对流风道333出口的抽风装置，送风装置或抽风装置能够加速冷却风对流风道333中空气的对流，加速散热片332热量的散发，从而加快热管单元31与散热片332和半导体制冷芯片2的热传递，提高热管散热器3的散热效率。

进一步地，热管单元31包括基板311和热管312，基板311上形成有热管槽313，热管312的中间段嵌设到热管槽313中且从该热管槽313中凸出以与半导体制冷芯片2的热端接触，两端区域弯曲以各自从散热件33的两侧插入到该散热件33的内部。热管312的中间段作为蒸发段通过热管槽313固定在基板311上，此时，半导体制冷芯片2热端同时与基板311和热管312接触，热量能够同时传导至基板311和热管312的中间段，双重导热使热管312吸收传导热能的效率增加，热管312的两侧弯曲分别从两侧插入散热片332的内部，将热管312内部的散热液从中间段吸收热量蒸发后，可以从两端同时进行冷凝回流，增加了热管312冷凝部与散热片332的接触面积，在提高了散热效率的同时，也有效减小了热管散热器3的体积。

具体地，在基板311与散热件33之间设置隔热板34，将散热件33与热管单元31之间分隔开，避免散热件33与热管单元31之间出现热量相互传导的现象，以保证热管312的蒸发段区域与冷凝段区域存在较大的温度差，提高热管312的散热效果，同时隔热板34可以将散热件33的冷却对流风与半导体制冷芯片2的冷端隔开，避免冷却对流风的热量影响半导体制冷芯片2冷端的温度，此时不仅能够提高热管散热器3的散热效率，而且基板311可以紧靠散热件33设置，进一步减小热管散热器3的体积，更利于相关制冷设备的结构设计。

根据本实用新型第二方面实施例的制冷设备，包括机体，机体内设有上述的热管散热内部流动型半导体制冷系统，有利于提高制冷设备的制冷效率。

由上述描述可以看出，本实用新型的热管散热内部流动型半导体制冷系统，半导体制冷芯片2的冷端通过导冷件4与存储容器1内的饮用液体接触进行制冷，利用扰流翅片42增大导冷件4附近饮用液体的流动速度，形成局部紊流，提高换热系数，促进冷扩散；同时在存储容器1内设置液体驱动装置5，在工作过程中驱动导冷件4周围的饮用液体朝向离开该导冷件4的方向运动，并使得存储容器1内其他区域的饮用液体被引导朝向导冷件4运动，相对精确地控制液体强制热对流运动的运动轨迹，形成并促进饮用液体的强迫对流换热，促进饮用液体间的热传递，避免存储容器1内饮用液体出现温度梯度差，有效地提高制冷效率；半导体制冷芯片2的热端通过热管散热器3进行快速降温，热管散热器3的热管单元31和散热件33的结构设计有效减小了热管散热器3的体积，同时增强散热效率，缩小半导体制冷芯片2热端与冷端的温度差，提升制冷性能，缩短制冷时间。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种热管散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，包括存储容器(1)、半导体制冷芯片(2)和热管散热器(3)，所述存储容器(1)的一侧设有或一体形成有内表面暴露于该存储容器内腔的导冷件(4)，所述半导体制冷芯片(2)的冷端与所述导冷件(4)接触，所述半导体制冷芯片(2)的热端与所述热管散热器(3)接触；

所述存储容器(1)内安装有液体驱动装置(5)，该液体驱动装置(5)安装为能够在工作过程中引导饮用液体的热对流运动，且使其至少局部处于紊流状态。

2.根据权利要求1所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述液体驱动装置(5)的抽吸口(51)和泵出口(52)均位于所述存储容器(1)内腔内，其中所述抽吸口(51)朝向所述导冷件(4)，以能够在工作过程中驱动所述导冷件(4)周围的饮用液体朝向离开该导冷件(4)的方向运动，并使得所述存储容器(1)内其他区域的饮用液体被引导朝向所述导冷件(4)运动。

3.根据权利要求1所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述导冷件(4)与所述存储容器(1)可拆卸地密封性连接。

4.根据权利要求1所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述导冷件(4)包括导冷板(41)和位于所述导冷板(41)的内表面上的扰流翅片(42)，其中，所述扰流翅片(42)凸出到所述存储容器(1)内腔内，所述导冷板(41)的外表面与所述半导体制冷芯片(2)的冷端接触。

5.根据权利要求4所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述存储容器(1)侧壁上形成有导冷件安装开口，该导冷件安装开口的周围与所述导冷板(41)上设有相互匹配的安装孔，所述导冷件(4)安装到所述存储容器(1)侧壁上以封闭所述导冷件安装开口。

6.根据权利要求1至5中任一所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述热管散热器(3)包括热管单元(31)、散热件(33)和用于对该散热件(33)提供冷却风的冷却风驱动装置(32)，所述热管单元(31)设置在所述散热件(33)与所述半导体制冷芯片(2)的热端之间以能够散热。

7.根据权利要求6所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述散热件(33)包括侧板(331)和散热片(332)，所述散热片(332)之间形成有冷却风对流风道(333)，其中所述冷却风驱动装置(32)包括设置在所述冷却风对流风道(333)进口的送风装置和/或设置在该冷却风对流风道(333)出口的抽风装置。

8.根据权利要求6所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述热管单元(31)与所述半导体制冷芯片(2)的热端接触或邻近的部分为热管蒸发部，与所述散热件(33)接触或邻近的部分为热管冷凝部，其中所述热管单元(31)包括基板(311)和热管(312)，所述基板(311)上形成有热管槽(313)，所述热管(312)的中间段嵌设到所述热管槽(313)中且从该热管槽(313)中凸出以与所述半导体制冷芯片(2)的热端接触，两端区域弯曲以各自从所述散热件(33)的两侧插入到该散热件(33)的内部。

9.根据权利要求8所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述基板(311)与所述散热件(33)之间设置有隔热板(34)。

10.一种制冷设备，包括机体，其特征在于，所述机体内安装有根据权利要求1至9中任一项所述的热管散热内部流动型半导体制冷系统。