CN210119032U - 水冷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，公开了一种水冷散热内部流动型半导体制冷系统，包括存储容器、半导体制冷芯片和水冷散热组件，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水冷散热组件接触；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水冷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，利用水冷散热组件降低半导体制冷芯片热端与冷端的温度差，增强制冷效率。

Description

水冷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领域，具体地涉及一种水冷散热内部流动型半导体制冷系统及制冷设备。

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。半导体制冷芯片在通电后，其两个端面一面制热、一面制冷，制冷能力除了受芯片本身的特性影响外，还受到冷端和热端散热/换热性能的影响。

目前市场上液体制冷设备的半导体制冷系统中，半导体制冷芯片的冷端一般通过散热铝与存储容器内的液体直接接触，使得液体温度逐渐降低，半导体制冷芯片的冷端通常采用散热片散热的风冷方式。该结构往往存在散热铝与液体的接触面积小、换热效率低的缺点，风冷散热的方式通常也无法达到半导体制冷芯片热端散热的理想效果，限制了半导体制冷芯片的制冷速度，导致用户在需要冷水或冷饮时，常常不能快速制冷，需要用户等待较长时间。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型首先要解决的基本技术问题是提供一种水冷散热内部流动型半导体制冷系统，既可以有效解决半导体制冷芯片冷端换热效率低的问题，又可以解决半导体制冷芯片热端散热慢的问题。

本实用新型还提出一种制冷设备，所述制冷设备包括上述水冷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技术问题，第一方面，本实用新型提供一种水冷散热内部流动型半导体制冷系统，包括存储容器、半导体制冷芯片和水冷散热组件，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水冷散热组件接触；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。

更优选地，所述液体驱动装置为磁力离心泵。

作为一种优选实施形式，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，所述存储容器的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的侧壁上以封闭所述导冷件安装开口。

作为另一种优选实施方式，所述水冷散热组件包括散热件、用于向所述散热件供应冷却风的冷却风驱动装置、冷却水泵、以及与所述半导体制冷芯片的热端接触的冷却水箱，该散热件、冷却水箱和冷却水泵通过水路连接为冷却水循环系统。

优选地，所述冷却水箱包括由隔板交错分隔的第一水道和第二水道，所述第一水道和第二水道彼此独立，且所述第一水道和第二水道连接为能够在串联模式和并联模式之间切换。

更优选地，所述第一水道连接有第一进水口和第一出水口，所述第二水道连接有第二进水口和第二出水口，其中，所述第一进水口连接于所述冷却水循环系统的水箱进水水路，所述第一出水口和所述第二进水口之间连接有换向控制阀，且该换向控制阀还连接于所述水箱进水水路和水箱出水水路，所述第二出水口连接于所述水箱出水水路，所述换向控制阀的阀芯至少能够被切换到第一位置和第二位置，其中在所述第一位置使得所述第一出水口和所述第二进水口相互连通，且所述第一出水口与所述水箱出水水路相互截止、所述第二进水口与所述水箱进水水路彼此截止，以使得所述第一水道和第二水道处于所述串联模式；在所述第二位置使得所述第一出水口和所述第二进水口相互截止，且所述第一出水口与所述水箱出水水路相互连通、所述第二进水口与所述水箱进水水路彼此连通，以使得所述第一水道和第二水道处于所述并联模式。

具体地，所述换向控制阀为电控换向控制阀。

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水冷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，本实用新型的水冷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，避免存储容器内饮用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水冷散热组件进行快速降温，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；水冷散热组件的散热件、冷却水箱和水泵通过水路连接为冷却水循环系统，冷却水箱内的隔板结构增加冷却水的导热面积和导热时间，利用散热件将冷却水从冷却水箱中吸收的热量快速散发出去，极大地增强了散热效率，缩小半导体制冷芯片热端与冷端的温度差，提升半导体制冷的效果。

附图说明

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

图2是本实用新型具体实施方式的冷却水箱箱体的结构示意图；

图3是本实用新型具体实施方式的冷却水箱盖板的结构示意图

附图标记说明

1存储容器 2半导体制冷芯片

3导冷件 31导冷板

32扰流翅片 4液体驱动装置

41抽吸口 42泵出口

43电机 44泵体

5散热件 6冷却水箱

61隔板 62第一水道

63第二水道 64第一进水口

65第一出水口 66第二进水口

67第二出水口 68螺孔

69盖板 7冷却水泵

8冷却风驱动装置

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，本实用新型首先提供一种水冷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和水冷散热组件，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3，半导体制冷芯片2的冷端与导冷件3接触，半导体制冷芯片2的热端与水冷散热组件接触；存储容器1内安装有液体驱动装置4，该液体驱动装置4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。

本实用新型的水冷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水冷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3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4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内液体温度不均匀的现象，同时利用水冷散热组件将半导体制冷芯片2热端的热能散发出去，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，本实用新型的水冷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4的设置，可以是仅一个液体驱动装置4置于存储容器1的侧壁上，也可以是多个液体驱动装置4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4的抽吸口41和泵出口42均位于存储容器1内腔内，抽吸口41朝向导冷件3，以能够在工作过程中驱动导冷件3周围的饮用液体朝向离开该导冷件3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3运动。这样，在制冷工作过程中，通过液体驱动装置4将抽吸口41周围的饮用液体不断吸入再从泵出口42泵出，如此导冷件3周围最新被冷却的饮用液体不断朝向离开导冷件3的方向运动，远离导冷件3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3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3运动，填充导冷件3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，使得液体温度迅速降低，饮用液体的强迫对流换热系数提高，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4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4可以选择离心泵，包括电机43和泵体44，电机43置于存储容器1的外侧，泵体44置于存储容器1的内侧，使抽吸口41和泵出口42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内的饮用液体，促进存储容器1内液体紊流运动，同时便于电机43与外部电源连接。进一步地，液体驱动装置4可以选择磁力离心泵，提高液体驱动装置4的使用安全性及寿命。

作为一种优选实施方式，导冷件3包括导冷板31和位于导冷板31的内表面上的扰流翅片32，扰流翅片32凸出到存储容器1内腔内，导冷板31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32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31附近饮用液体的流动速度增大，提高了液体与导冷板31之间的换热系数，提升制冷效率。

进一步地，导冷件3可以与存储容器1进行可拆卸地密封性连接，例如在存储容器1的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31上设有相互匹配的安装孔，导冷件3安装到存储容器的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31等存储容器内部件的清洁与维护。导冷件3也可以是与存储容器1一体形成的。

本实施方式中，冷却水箱6可以是各种结构形式的水箱形式，冷却水箱6可以是一体形成的，也可以是由水箱箱体和盖板密封连接形成。作为本实用新型的一种优选结构形式，如图2和图3所示，冷却水箱6包括水箱箱体和盖板69，水箱箱体和盖板69上分别设有相互匹配的螺孔68，以将水箱箱体与盖板69进行密封连接。水箱箱体内由隔板61交错分隔成第一水道62和第二水道63，第一水道62和第二水道63彼此独立，且第一水道62和第二水道63连接为能够在串联模式和并联模式之间切换。第一水道62和第二水道63中的隔板61有效增加了水道与冷却水箱6的接触面积，冷却水箱6吸收半导体制冷芯片2热端的热量后，快速传递给隔板61，通过隔板61与冷却水进行热交换，提升换热效率。

具体地，第一水道62连接有第一进水口64和第一出水口65，第二水道63连接有第二进水口66和第二出水口67，第一进水口64连接于冷却水循环系统的水箱进水水路，第二出水口67连接于水箱出水水路；第一出水口65和所述第二进水口66之间利用换向控制阀连接，同时该换向控制阀还连接于水箱进水水路和水箱出水水路，换向控制阀的阀芯能够被切换到第一位置和第二位置控制第一水道62和第二水道63的连接模式，在第一位置使得所述第一出水口65和第二进水口66相互连通，且第一出水口65与水箱出水水路相互截止、第二进水口66与水箱进水水路彼此截止，以使得第一水道62和第二水道63处于串联模式，此时冷却水箱6内的水路较长，相对于常规的冷却水箱，冷却水与隔板61的热交换时间长，换热效率高；在第二位置使得第一出水口65和第二进水口66相互截止，且第一出水口65与水箱出水水路相互连通、第二进水口66与水箱进水水路彼此连通，以使得第一水道62和第二水道63处于并联模式，此时，冷却水箱6内水流量大，降温速度比串联模式更快、更高效。

更具体地，所述换向控制阀为电控换向控制阀。使用者选用电控换向电磁阀控制，可以很方便地控制第一水道62和第二水道63的串联模式或并联模式，既便捷又能根据制冷系统的制冷速度或制冷量来选择冷却水箱6的工作模式，节能高效、应用范围广。

根据本实用新型第二方面实施例的制冷设备，包括机体，机体内设有上述的水冷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，本实用新型的水冷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3与存储容器1内的饮用液体接触进行制冷，利用扰流翅片32增大导冷件3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3，在工作过程中驱动导冷件3周围的饮用液体朝向离开该导冷件3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3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的热端通过水冷散热组件进行散热，水冷散热组件内形成冷却水循环系统，并利用冷却水箱6内的隔板结构增加冷却水的导热面积和导热时间，提升半导体制冷芯片2热端的散热速度，有效地缩小半导体制冷芯片2热端与冷端的温度差，提高半导体制冷芯片2的制冷性能。

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 (11)

1.一种水冷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)和水冷散热组件，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(3)，所述半导体制冷芯片(2)的冷端与所述导冷件(3)接触，所述半导体制冷芯片(2)的热端与所述水冷散热组件接触；所述存储容器(1)内安装有液体驱动装置(4)，该液体驱动装置(4)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所述的水冷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(4)的抽吸口(41)和泵出口(42)均位于所述存储容器(1)内腔内，其中所述抽吸口(41)朝向所述导冷件(3)，以能够在工作过程中驱动所述导冷件(3)周围的饮用液体朝向离开该导冷件(3)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(3)运动。

3.根据权利要求2所述的水冷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(4)采用磁力离心泵。

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

5.根据权利要求1所述的水冷散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述导冷件(3)包括导冷板(31)和位于所述导冷板(31)的内表面上的扰流翅片(32)，其中，所述扰流翅片(32)凸出到所述存储容器(1)内腔内，所述导冷板(31)的外表面与所述半导体制冷芯片(2)的冷端接触。

6.根据权利要求5所述的水冷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)的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(31)上设有相互匹配的安装孔，所述导冷件(3)安装到所述存储容器(1)的侧壁上以封闭所述导冷件安装开口。

7.根据权利要求1至6中任一所述的水冷散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述水冷散热组件包括散热件(5)、用于向所述散热件(5)供应冷却风的冷却风驱动装置(8)、冷却水泵(7)、以及与所述半导体制冷芯片(2)的热端接触的冷却水箱(6)，该散热件(5)、冷却水箱(6)、冷却水泵(7)通过水路连接为冷却水循环系统。

8.根据权利要求7所述的水冷散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述冷却水箱(6)包括由隔板(61)交错分隔的第一水道(62)和第二水道(63)，所述第一水道(62)和第二水道(63)彼此独立，且所述第一水道(62)和第二水道(63)连接为能够在串联模式和并联模式之间切换。

9.根据权利要求8所述的水冷散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述第一水道(62)连接有第一进水口(64)和第一出水口(65)，所述第二水道(63)连接有第二进水口(66)和第二出水口(67)，其中，所述第一进水口(64)连接于所述冷却水循环系统的水箱进水水路，所述第一出水口(65)和所述第二进水口(66)之间连接有换向控制阀，且该换向控制阀还连接于所述水箱进水水路和水箱出水水路，所述第二出水口(67) 连接于所述水箱出水水路，所述换向控制阀的阀芯至少能够被切换到第一位置和第二位置，其中在所述第一位置使得所述第一出水口(65)和所述第二进水口(66)相互连通，且所述第一出水口(65)与所述水箱出水水路相互截止、所述第二进水口(66)与所述水箱进水水路彼此截止，以使得所述第一水道(62)和第二水道(63)处于所述串联模式；在所述第二位置使得所述第一出水口(65)和所述第二进水口(66)相互截止，且所述第一出水口(65)与所述水箱出水水路相互连通、所述第二进水口(66)与所述水箱进水水路彼此连通，以使得所述第一水道(62)和第二水道(63)处于所述并联模式。

10.根据权利要求9所述的水冷散热内部流动型半导体制冷系统，其特征在于，所述换向控制阀为电控换向控制阀。

11.一种制冷设备，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10中任一项所述的水冷散热内部流动型半导体制冷系统。

Images