CN209801858U - 双芯片循环液体制冷系统及制冷设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制冷技术领域，具体地涉及一种双芯片循环液体制冷系统及制冷设备，该系统包括第一半导体制冷芯片、第二半导体制冷芯片、散热器、液冷换热单元、存储容器和泵送装置；所述第一半导体制冷芯片的热端端面和所述第二半导体制冷芯片的热端端面分别与所述散热器接触；二者的冷端端面分别与所述液冷换热单元接触；所述液冷换热单元、存储容器和所述泵送装置相连形成一个闭合的循环液路，该循环液路中形成的饮用液体运动轨迹适于引导所述饮用液体的热对流运动，且所述饮用液体适于在所述饮用液体运动轨迹的局部形成局部紊流。本实用新型提供的制冷系统能够有效地提高半导体芯片的制冷效率，提高其制冷能力，而且制冷温度均匀。

Description

双芯片循环液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，具体地涉及一种双芯片循环液体制冷系统及制冷设备。

背景技术

现在人们的生活水平越来越高，对生活质量的要求也就越来越高，相应地，一些家庭和公共场所(例如医院、车站等)的供饮设施也越来越趋向于便利化和完善化。就现在的供饮设施而言，典型地例如饮水机、果汁机、饮料机等，其能够根据用户的需要提供冷、热饮用液体已经比较普遍，这种人性化的供饮设施已经日益普及，应用越来越广泛。

现在常用的供饮设备大都采用半导体制冷的方式提供冷水，该制冷方式不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是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。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。

目前半导体制冷系统中，半导体制冷系统的热端采用传统的散热铝和风扇组合的风冷散热器，冷端通过一个小的散热铝与水箱内的水直接接触，使得水温度逐渐降低。整个制冷系统的冷热端换热效率很低，使半导体芯片制冷效率低下。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的半导体芯片制冷效率低下、制冷效果不理想的问题，提供一种双芯片循环液体制冷系统及制冷设备，该制冷系统能够有效地提高半导体芯片的制冷效率，提高其制冷能力，而且制冷温度均匀。而且本实用新型采用双半导体制冷芯片，使得其制冷效果更优于单个半导体制冷芯片。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种双芯片循环液体制冷系统，包括第一半导体制冷芯片、第二半导体制冷芯片、散热器、液冷换热单元、存储容器和泵送装置；所述第一半导体制冷芯片的热端端面和所述第二半导体制冷芯片的热端端面分别与所述散热器接触；二者的冷端端面分别与所述液冷换热单元接触；所述液冷换热单元、存储容器和所述泵送装置相连形成一个闭合的循环液路，该循环液路中形成的饮用液体运动轨迹适于引导所述饮用液体的热对流运动，且所述饮用液体适于在所述饮用液体运动轨迹的局部形成局部紊流。

优选地，所述液冷换热单元的壳体与所述第一半导体制冷芯片的冷端接触的一侧形成第一冷能传导部；所述液冷换热单元的壳体与所述第二半导体制冷芯片的冷端接触的一侧形成第二冷能传导部。

优选地，所述第一冷能传导部和所述第二冷能传导部上设有用于形成所述局部紊流的壳体内部凸起。

优选地，所述壳体内部凸起适于形成所述饮用液体流动的迂回路径，以增加经过所述液冷换热单元的液路长度。

优选地，所述液冷换热单元的外部设有适于所述第一半导体制冷芯片的冷端和所述第二半导体制冷芯片的冷端放置的凹入部，所述第一冷能传导部和所述第二冷能传导部位于所述凹入部的背面。

优选地，所述液冷换热单元的壳体内部进液口处设有弧形挡板，所述弧形挡板的弧形面向靠近所述进液口处凸起，所述弧形挡板上设有多个分流孔。

优选地，所述泵送装置安装在所述液冷换热单元的进液口或出液口处，并与该液冷换热单元形成为集成模块。

优选地，所述存储容器的出口位于其下部，进口位于其上部，所述饮用液体通过所述进口与出口之间的高度差产生的液体冲击形成所述局部紊流。

优选地，所述散热器为风冷散热器、水冷散热器或热管散热器。

本实用新型第二方面提供一种制冷设备，包括本实用新型第一方面任一项所述的双芯片循环液体制冷系统。

通过上述技术方案，本实用新型的双芯片循环液体制冷系统中芯片的冷端直接接触冷能传导部，通过泵送装置的设置和存储容器进出口位置的设置使得待冷却的饮用液体不断运动且与冷能传导部接触，同时人为地在储存容器、第一冷能传导部及第二冷能传导部内的饮用液体的运动轨迹上各形成一处局部紊流强化其热对流运动，提高制冷效率，并使得饮用液体温度均匀。经过测试证实，本实用新型的双芯片循环液体制冷系统中饮用液体的强迫对流换热系数达到1000-15000W/(m²·℃)，制冷效率显著提高，制冷迅速，并且存储容器内的饮用液体温度保持均匀，不会再产生底部温度低，顶部温度高的现象，有效地提升了用户的使用体验。本实用新型的双芯片循环液体制冷系统操作简单实用、成本相对较低，能够普遍适用于饮水机、冷饮机、果汁机等供饮设备。本实用新型的双芯片循环液体制冷系统中将泵送装置设置于所述液冷换热单元的进液口处和出液口处并形成模块，可以有效的节约本制冷系统所占空间，更有利于使用设备的小型化。

有关本实用新型的其他优点以及优选实施方式的技术效果，将在下文的具体实施方式中进一步说明。

附图说明

下列附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但本实用新型的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1是本实用新型一个实施例的风冷散热双芯片循环液体制冷系统示意图；

图2是本实用新型一个实施例的水冷散热双芯片循环液体制冷系统示意图；

图3是本实用新型一个实施例的热管散热双芯片循环液体制冷系统示意图；

图4是本实用新型一个实施例中液冷换热单元的纵剖面示意图；

图5是本实用新型一个实施例中液冷换热单元的横剖面示意图。

附图标记说明

1 半导体制冷芯片

11 第一半导体制冷芯片 12 第二半导体制冷芯片

a 热端 b 冷端

2 散热器

21 散热件 22 冷却风驱动装置

23 吸热液雾散布装置 24 冷却水箱

25 水泵 26 热管单元

3 液冷换热单元

31 凸起 32 凹入部

33 弧形挡板 34 分流孔

35 进液口 36 出液口

4 存储容器

41 出口 42 进口

5 泵送装置

具体实施方式

下面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。

首先需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本实用新型的技术方案而涉及的一些方位词，例如“外部”、“内部”等均是按照双芯片循环液体制冷系统中零部件正常所指的方位类推所具有的含义，例如，液体所经过的部位为内部，与之相对的部位则为外部。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。

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“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

本实用新型的一个实施例提供一种双芯片循环液体制冷系统，如图1-3 所示，包括第一半导体制冷芯片11、第二半导体制冷芯片12、散热器2、液冷换热单元3、存储容器4和泵送装置5；所述第一半导体制冷芯片11的热端a端面和所述第二半导体制冷芯片12的热端a端面分别与所述散热器2 接触；二者的冷端b端面分别与所述液冷换热单元3接触；所述液冷换热单元3、存储容器4和所述泵送装置5相连形成一个闭合的循环液路，该循环液路中形成的饮用液体运动轨迹适于引导所述饮用液体的热对流运动，且所述饮用液体适于在所述饮用液体运动轨迹的局部形成局部紊流。

本实用新型的实施例提供的双芯片循环液体制冷系统可以应用于各种需要对液体进行降温处理的电器和设备中，如饮水机、冷饮机、果汁机等供饮设备，也可以应用于适用于低于室温条件下的实验的恒温设备中。在本实用新型提供的制冷系统工作时，向半导体制冷芯片1通入直流电时，由于半导体制冷芯片1的特殊结构和性能，会将芯片一端的热迅速传至另一端，导致半导体制冷芯片1一端温度上升，另一端温度下降，温度上升的这一端是我们通常所说的热端a，而温度下降的这一端是我们通常所说的冷端b。在机械设备、电器设备和仪器设备中，我们经常会使用到半导体制冷芯片1，利用它热端a可以传递出大量的热和冷端b可以吸收大量的热的性能。在半导体制冷芯片1工作过程中，其热端a的产热性能和冷端b的制冷性能不仅会受半导体制冷芯片1自生材料和结构的影响，也会受到其热端a和冷端b 这两端温差的影响，当两端温差过高时，半导体制冷芯片1的产热性能和制冷性能会大大降低，影响其产热效果和制冷效果。所以在半导体制冷芯片1 不变的情况下，降低其热端a和冷端b的温度差可以提高其产热效果和制冷效果。本实用新型在两个半导体制冷芯片1的冷端b设置了接在循环液路中的液冷换热单元3，并在液冷换热单元3中设置了两处强制紊流，使液冷换热单元3在半导体制冷芯片1冷端b的换热效果更好。

具体的，例如，所述存储容器4的进口42位于所述存储容器4的上部，出口41位于所述存储容器4的下部，可以使得存储容器4中的液体通过高度差的作用而形成紊流，进口42位置的温度较低的液体因紊流的作用迅速与存储容器4中温度较高的液体混合，存储容器4中的液体的整体温度迅速降低，并且整个容器中的液体的温度更加均匀，不会出现存储容器4中上半部分液体温度较低，下半部分液体温度较高的现象。同时，在制冷工作过程中，通过泵送装置5的泵送，饮用液体从存储容器4的出口抽出饮用液体，经由上部连接液路送到液冷换热单元3，液冷换热单元3的一侧侧面作为吸热面与第一半导体制冷芯片11的冷端b以及第二半导体制冷芯片12的冷端 b直接接触，经过液冷换热单元3内腔的饮用液体与液冷换热单元3的吸热面直接接触，其热量被吸热面吸收，被泵送装置5抽吸流出液冷换热单元3，从存储容器4的上部进口42进入存储容器4内的上部。如此存储容器4下部的饮用液体被不断抽出，同时存储容器4上部最新被冷却的饮用液体被不断填入，依此不断循环，形成一种饮用液体的强制循环运动。由于存储容器 4下部的饮用液体被不断抽出，存储容器4内的饮用液体需要不断填充到下部，这样存储容器4内的液体整体呈现一种从上到下不断移动的趋势，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。

在本实用新型的一个实施例中，如图4-5所示，所述液冷换热单元3的壳体与所述第一半导体制冷芯片11的冷端b接触的一侧形成第一冷能传导部；所述液冷换热单元3的壳体与所述第二半导体制冷芯片12的冷端b接触的一侧形成第二冷能传导部。所述第一冷能传导部和所述第二冷能传导部彼此连通，具体地，所述第一冷能传导部和所述第二冷能传导部上设有用于形成所述局部紊流的壳体内部凸起31。进一步地，所述壳体内部凸起31适于形成所述饮用液体流动的迂回路径，以增加经过所述液冷换热单元3的液路长度。在本实用新型的一个优选实施方式中，所述液冷换热单元3外部设有适于所述第一半导体制冷芯片11的冷端b和所述第二半导体制冷芯片12 的冷端b放置的凹入部32，所述凹入部32可以是一个大的凹入部32，也可以是两个小的凹入部32，所述第一冷能传导部和所述第二冷能传导部位于所述凹入部32的背面，用来增大半导体制冷芯片1冷端a与紊流液体的接触面积，从而提高其制冷效果。更优选地，所述液冷换热单元3的壳体内部进液口35处设有弧形挡板33，所述弧形挡板33的弧形面向靠近进液口35处凸起，所述弧形挡板33上设有多个分流孔34，方便液流可以均匀分布到所述液冷换热单元3内部，使换热效果更好。

所述泵送装置5可以安装在存储容器4的进口42处和存储容器4的出口41处，同时也可以安装在存储容器4与液冷换热单元3之间的管道上。但是作为本实用新型的一个优选实施方式，所述泵送装置5安装在所述液冷换热单元3的进液口35或出液口36处，并与该液冷换热单元3形成为集成模块，可以缩小制冷系统的体积，更方便的应用于小型化的制冷设备。同时，可在该存储容器4的外部和连接各零部件的管路上设置保温层，可保证整个循环液路中的液体保持特定的温度。

在本实用新型中，所述散热器2可以为风冷散热器、水冷散热器或热管散热器，也可以为其他散热器2。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，所述风冷散热器包括散热件21，且所述风冷散热器内部形成冷却风路径。优选地，所述风冷散热器还包括冷却风驱动装置22，该冷却风驱动装置22用于所述散热件21冷却。

所述水冷换热器可以通过冷却水箱24直接与半导体制冷芯片直接接触，在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，所述水冷散热器包括散热件21、水泵25和冷却水箱24，所述冷却水箱24分别与所述第一半导体制冷芯片 11热端a端面以及所述第二半导体制冷芯片12热端a端面接触，而且该冷却水箱24、散热件21和水泵25水路连接为冷却水循环系统。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，所述热管散热器包括热管单元26、散热件21和冷却风驱动装置22，本实用新型的热管单元26可以是各种结构形式的热管散热形式。

在本实用新型的一个实施例中，所述泵送装置5可以为任意方便液体传输的泵，优选为离心泵、叶轮泵或回转泵。

此外，本实用新型的实施例还提供一种制冷设备，所述制冷设备拥有上述双芯片循环半导体制冷系统。

本实用新型实施例提供的双芯片循环半导体制冷系统的芯片冷端a直接接触冷能传导部，通过泵送装置5的设置和存储容器4进出口位置的设置使得待冷却的饮用液体不断运动且与冷能传导部接触，同时相对精确地控制饮用液体的运动轨迹，使得饮用液体的运动顺应并强化其热对流运动，并人为地在储存容器4、第一冷能传导部及第二冷能传导部内的饮用液体的运动轨迹上各形成一处局部紊流强化其热对流运动，增强冷能扩散和饮用液体混合，提高了制冷效率，并使得饮用液体温度均匀。经过测试证实，本实用新型的双芯片循环半导体制冷系统通过使得控制存储容器4内不同区域的饮用液体不断运动并与冷能传导部接触，形成并促进液体的强迫对流换热，有效地提高制冷效率，使得饮用液体温度迅速降低，饮用液体的强迫对流换热系数达到1000-15000W/(m²·℃)，相对于液体自然对流的换热系数为200-1000 W/(m²·℃)有了明显提高，制冷效率显著提高，制冷迅速，并且存储容器4 内的饮用液体温度保持均匀，不会再产生底部温度低，顶部温度高的现象，有效地提升了用户的使用体验。本实用新型实施例的双芯片循环半导体制冷系统操作简单实用、成本相对较低，能够普遍适用于饮水机、冷饮机、果汁机等供饮设备。本实用新型实施例的双芯片循环半导体制冷系统中将泵送装置设置于所述液冷换热单元的进液口处和出液口处并形成模块，可以有效的节约本制冷系统所占空间，更有利于使用设备的小型化。

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)

1.一种双芯片循环液体制冷系统，其特征在于，包括第一半导体制冷芯片(11)、第二半导体制冷芯片(12)、散热器(2)、液冷换热单元(3)、存储容器(4)和泵送装置(5)；

所述第一半导体制冷芯片(11)的热端(a)端面和所述第二半导体制冷芯片(12)的热端(a)端面分别与所述散热器(2)接触；二者的冷端(b)端面分别与所述液冷换热单元(3)接触；

所述液冷换热单元(3)、存储容器(4)和所述泵送装置(5)相连形成一个闭合的循环液路，该循环液路中形成的饮用液体运动轨迹适于引导所述饮用液体的热对流运动，且所述饮用液体适于在所述饮用液体运动轨迹的局部形成局部紊流。

2.根据权利要求1所述的双芯片循环液体制冷系统，其特征在于，所述液冷换热单元(3)的壳体与所述第一半导体制冷芯片(11)的冷端(b)接触的一侧形成第一冷能传导部；所述液冷换热单元(3)的壳体与所述第二半导体制冷芯片(12)的冷端(b)接触的一侧形成第二冷能传导部。

3.根据权利要求2所述的双芯片循环液体制冷系统，其特征在于，所述第一冷能传导部和所述第二冷能传导部上设有用于形成所述局部紊流的壳体内部凸起(31)。

4.根据权利要求3所述的双芯片循环液体制冷系统，其特征在于，所述壳体内部凸起(31)适于形成所述饮用液体流动的迂回路径，以增加经过所述液冷换热单元(3)的液路长度。

5.根据权利要求2所述的双芯片循环液体制冷系统，其特征在于，所述液冷换热单元(3)的外部设有适于所述第一半导体制冷芯片(11)的冷端(b)和所述第二半导体制冷芯片(12)的冷端(b)放置的凹入部(32)，所述第一冷能传导部和所述第二冷能传导部位于所述凹入部(32)的背面。

6.根据权利要求1所述的双芯片循环液体制冷系统，其特征在于，所述液冷换热单元(3)的壳体内部进液口(35)处设有弧形挡板(33)，所述弧形挡板(33)的弧形面向靠近所述进液口(35)处凸起，所述弧形挡板(33)上设有多个分流孔(34)。

7.根据权利要求1所述的双芯片循环液体制冷系统，其特征在于，所述泵送装置(5)安装在所述液冷换热单元(3)的进液口(35)或出液口(36)处，并与该液冷换热单元(3)形成为集成模块。

8.根据权利要求1所述的双芯片循环液体制冷系统，其特征在于，所述存储容器(4)的出口(41)位于其下部，进口(42)位于其上部，所述饮用液体通过所述进口(42)与出口(41)之间的高度差产生的液体冲击形成所述局部紊流。

9.根据权利要求1-8任一项所述的双芯片循环液体制冷系统，其特征在于，所述散热器(2)为风冷散热器、水冷散热器或热管散热器。

10.一种制冷设备，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任一项所述的双芯片循环液体制冷系统。