风冷散热流动型半导体制冷系统及制冷设备的制作方法

本实用新型涉及制冷技术领域，具体地涉及一种风冷散热流动型半导体制冷系统及具有其的制冷设备。

背景技术：

目前的液体制冷设备中制冷方式分为两种：一种是以制冷压缩机为工作部件，其原理与一般电冰箱相同，其优点是制冷快、制冷量大，缺点是结构复杂、价格高；另一种以半导体制冷芯片为工作部件，是利用珀尔帖效应的一种特殊制冷方式，具有结构简单、无冷媒更环保、噪音小、重量轻、生产工艺高等优点，缺点是制冷慢、制冷量小。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。

市场上已有的冷饮制冷设备的半导体制冷系统中，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。

目前半导体芯片制冷技术中，制冷能力低下、制冷不及时、温度不均匀，已经成为比较突出、长期无法解决的技术难题。

技术实现要素：

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风冷散热流动型半导体制冷系统，该半导体制冷系统的结构简单，并且可以有效解决现有技术中半导体制冷芯片的热传递速度慢、制冷效率低、温度不均匀等问题。

本实用新型还提出一种制冷设备，所述制冷设备包括上述风冷散热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风冷散热流动型半导体制冷系统，包括：存储容器、半导体制冷芯片和与该半导体制冷芯片的热端接触的风冷热端散热器；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，所述导冷件与所述半导体制冷芯片的冷端接触；所述存储容器上设有液体驱动装置，该液体驱动装置与所述存储容器形成液体流动路径，以能够通过所述液体驱动装置在工作过程中引导饮用液体的热对流运动，且所述液体流动路径上设有用于形成液体局部紊流的局部紊流形成结构。

作为一种优选实施方式，所述液体驱动装置包括设置在所述存储容器外部的液体流动管路和泵送装置，所述存储容器上设有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口通过所述液体流动管路连接，所述液体流动管路与所述存储容器内腔形成闭环的流动液路，所述泵送装置设在所述流动液路上。

优选地，所述局部紊流形成结构包括：所述存储容器的进液口设置在该存储容器的上部，且出液口设置在该存储容器的下部，以在工作过程中能够通过高度差产生的液体冲击形成所述局部紊流。

优选地，所述导冷件暴露于所述存储容器内腔的一侧外部罩设有导流板，该导流板与所述导冷件之间形成导流通道，所述液体流动管路通入所述存储容器内部直至所述导流通道。

作为另一种优选实施形式，所述液体驱动装置设置在所述存储容器的内壁上，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，所述泵出口的泵出方向与所述抽吸口的抽吸方向具有夹角，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。

优选地，所述导冷件位于所述存储容器的制冷侧侧壁上，所述液体驱动装置设置在与所述制冷侧侧壁相对的引流侧侧壁上。

优选地，所述液体驱动装置为离心泵。

优选地，所述导冷件包括导冷板和突出于所述导冷板的内表面上、用作所述局部紊流形成结构的扰流翅片，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。

优选地，所述风冷热端散热器包括散热件和用于对该散热件冷却用的冷却风驱动装置，所述散热件和所述冷却风驱动装置之间形成冷却风路径。

优选地，所述冷却风路径上设置有吸热液雾散布装置，该吸热液雾散布装置在所述冷却风路径上设置在冷却风进入所述散热件之前的位置上或者设置在经由所述散热件的区段上。

优选地，所述吸热液雾散布装置能够喷洒吸热气化的液雾。

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风冷散热流动型半导体制冷系统。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的风冷散热流动型半导体制冷系统中，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制冷，同时利用液体驱动装置使存储容器内待冷却的饮用液体形成具有至少一条循环路径的强制热对流运动，并在热对流运动的运动轨迹的局部区域形成局部紊流，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风冷热端散热器进行快速降温，以保持半导体制冷芯片冷端的制冷性能。本实用新型的半导体制冷系统结构简单实用、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是本实用新型第一种具体实施方式的结构示意图，其液体驱动装置为存储容器外部的液体流动管路和泵送装置；

图2是本实用新型图1的半导体制冷系统增加了导流板的结构示意图；

图3是本实用新型第二种具体实施方式的结构示意图，其液体驱动装置为离心泵；

图4是本实用新型中导冷件的一种具体实施方式的结构示意图；

图5是本实用新型中风冷热端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11进液口

12出液口1a制冷侧侧壁

1b引流侧侧壁2半导体制冷芯片

3风冷热端散热器31散热件

32冷却风驱动装置33吸热液雾散布装置

4导冷件41导冷板

42扰流翅片5液体驱动装置

51液体流动管路52泵送装置

53抽吸口54泵出口

6导流板7液体流动路径

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“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

本实用新型提供的风冷散热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和与该半导体制冷芯片2的热端接触的风冷热端散热器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1内腔的导冷件4，导冷件4与半导体制冷芯片2的冷端接触；存储容器1上设有液体驱动装置5，该液体驱动装置5与存储容器1形成液体流动路径7，以能够通过液体驱动装置5在工作过程中引导饮用液体的热对流运动，且液体流动路径7上设有用于形成液体局部紊流的局部紊流形成结构。

本实用新型的风冷散热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风冷散热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与存储容器1形成液体流动路径7，使存储容器1内的饮用液体流动速度增加，引导饮用液体形成循环流动状态，促进存储容器1内饮用液体的热对流运动，且通过局部紊流形成结构在饮用液体的运动轨迹上形成至少一处局部紊流，避免存储容器1内饮用液体冷却效果不均匀的现象，同时利用风冷热端散热器3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，本实用新型的风冷散热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。

作为本实用新型的一种优选实施方式，如图1所示，液体驱动装置5包括设置在所述存储容器1外部的液体流动管路51和泵送装置52，存储容器1上设有进液口11和出液口12，进液口11和出液口12通过液体流动管路51连接，液体流动管路51与存储容器1内腔形成闭环的流动液路，泵送装置52设在流动液路上。泵送装置52驱动存储容器1内的饮用液体从出液口12泵出经液体流动管路51后再从进液口11流进，使存储容器1内的饮用液体处于外部循环流动状态，促进存储容器1内饮用液体的热对流运动。上述存储容器1的进液口11和出液口12的设置，可以是进液口11与出液口12一一对应通过液体流动管路51连通，也可以是一个进液口11通过分流管路与多个出液口12连通，还可以是多个进液口11经液体流动管路51连通至一个出液口12。上述流动液路上泵送装置52的设置，可以是泵送装置52设于液体流动管路51的管路上，也可以是泵送装置52的进口直接与出液口12连接，泵送装置52的出口与液体流动管路51连接通至进液口11。

进一步地，局部紊流形成结构包括：存储容器1的进液口11设置在存储容器1的上部，出液口12设置在存储容器1的下部，以在工作过程中利用进液口11和出液口12的高度差冲击形成存储容器1内的液体局部紊流，促进存储容器1中饮用液体的热对流运动，有利于对饮用液体进行均匀的冷却。这样，在制冷工作过程中，通过泵送装置52的泵送，饮用液体从存储容器1下部的出液口12抽出，经由液体流动管路51从存储容器1上部的进液口11进入存储容器1内的上部，如此存储容器1下部的饮用液体被不断抽出，同时存储容器1上部最新被冷却的饮用液体被不断填入，按此不断循环，此时，液体驱动装置5与存储容器1形成的液体流动路径7是一种容器外部的强制循环的对流运动路径。由于存储容器1下部的饮用液体被不断抽出，存储容器1内的饮用液体需要不断填充到下部，这样存储容器1内的饮用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、相对精确控制饮用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，有效地提高了制冷效率，使得饮用液体温度迅速降低，制冷效率显著提高，同时使得饮用液体温度均匀，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。

作为本实用新型的一种优选实施方式，如图2所示，导冷件4暴露于存储容器1内腔的一侧外部还罩设有导流板6，该导流板6与导冷件4之间形成导流通道，液体流动管路51通入存储容器1内部直至导流通道。存储容器1内的饮用液体经液体流动管路51直接通至导流通道内与导冷件4接触制冷，同时增大了导冷件4附近饮用液体的流动速度，提高了饮用液体与翅片之间的换热系数，提升制冷效率。其中，导流板6可以为竖直设置，将液体流动管路51的进水端经进液口11插至导冷件4的顶部，将经外部流动后的饮用液体直接通至导流通道与导冷件4接触进行冷却，利用饮用液体自身的重力作用，使饮用液体自导冷件4的顶部流至导流通道底部后流出，增加饮用液体与导冷件4的接触时间，提高制冷效率。为了提高存储容器1内液体流动管路51的结构稳定性，导流板6的顶部可设有供液体流动管路51穿过的通孔。

作为本实用新型的一种优选实施方式，如图3所示，液体驱动装置5设置在存储容器1的内壁上，液体驱动装置5的抽吸口53和泵出口54均位于存储容器1内腔内，其中抽吸口53朝向导冷件4，泵出口54的泵出方向与抽吸口53的抽吸方向具有夹角，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。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的内壁上，也可以是多个液体驱动装置5分布在存储容器1的单个或多个内壁上。

优选地，导冷件4位于存储容器1的制冷侧侧壁1a上，液体驱动装置5设置在与制冷侧侧壁1a相对的引流侧侧壁1b上，对导冷件4内表面附近最新被冷却的饮用液体进行直接地抽离或冲击，促进存储容器1内饮用液体的热对流运动。进一步地，液体驱动装置5可以选择离心泵，提高液体驱动装置5的使用安全性及寿命。

具体地，参见图3所示的结构，在该结构形式中，液体驱动装置5采用离心泵从而驱动饮用液体在存储容器1内部运动，导冷件4位于存储容器1的制冷侧侧壁1a上，并设置在与制冷侧侧壁1a相对的引流侧侧壁1b上，泵出口54朝向上方(一般泵出口54的泵出方向与抽吸口53的抽吸方向具有0-90度的夹角即可，本实用新型图3中设置为相互垂直)。这种布置形式，可以使得液体驱动装置5在存储容器1内驱动导冷件4周围的饮用液体朝向离开该导冷件的方向运动，同时使得存储容器1内的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53周围的饮用液体不断吸入再从泵出口54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，形成一种饮用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，饮用液体的运动轨迹可进行相对准确的控制。由于导冷件4附近的液体被不断抽离，储液容器1内其他区域的液体不断被引导朝向导冷件4运动，填充导冷件4附近的区域，这样储液容器1内的液体在液体驱动装置5的抽吸口53的两侧整体呈现出图2所示的两条内部循环的液体流动路径7，形成相对准确控制液体运动轨迹的强制热对流运动。同时，由于液体驱动装置5不断驱动液体运动，液体驱动装置5的抽吸口53和泵出口54的周围由于液体冲击形成局部紊流，进一步增强冷能扩散和液体的混合，提高制冷效率，避免出现储液容器内液体冷却效果不均匀的现象。

此外，尽管图3中显示液体驱动装置5的泵出口54朝上，作为一种变型，其也可以朝下，这并不相应液体流动路径7的形成。为了使得上述两条液体流动路径7更流畅，液体驱动装置5的泵出口54可以同时具有两个，即朝上的泵出口54和朝下的泵出口54，这样可以使得上下两条内部循环的液体流动路径7的形成更为顺畅，同时形成的局部紊流更分散化，有利于提高制冷效率和温度均匀性。

需要说明的是，本实用新型的液体驱动装置5并不限于上述两种实施方式，例如，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和局部紊流。

作为本实用新型的一种优选实施方式，如图4所示，导冷件4包括导冷板41和突出于导冷板41的内表面上、用作局部紊流形成结构的扰流翅片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的冷端接触以传递热量，扰流翅片42使存储容器1内饮用液体在强制热对流运动的运动轨迹上形成局部紊流，进一步增强冷能扩散和液体混合，提高了制冷效率。导冷件4可以与存储容器1可拆卸地密封性连接，也可以是与存储容器1一体形成的。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41上设有相互匹配的安装孔，导冷件4安装到存储容器1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，可拆卸的安装形式有利于对存储容器1、导冷件4等存储容器内部件的清洁与维护。

作为本实用新型的一种优选实施方式，如图5所示，风冷热端散热器3包括散热件31和用于对该散热件31冷却用的冷却风驱动装置32，散热件31和所述冷却风驱动装置32之间形成冷却风路径。散热件31的一侧与半导体制冷芯片2的热端接触，另一侧与冷却风驱动装置32连接，冷却风驱动装置32可带走散热件31的热量，达到散热目的。具体地，该散热件31可以是散热铝，也可以是散热铜，冷却风驱动装置32可以选择风扇。

进一步地，冷却风驱动装置32与散热件31之间的冷却风路径上设置有吸热液雾散布装置33，该吸热液雾散布装置33在冷却风路径上设置在冷却风进入散热件31之前的位置上或者设置在经由散热件31的区段上。例如，在冷却风驱动装置32与散热件31之间设置格栅网，格栅网上设置多个吸热液雾散布装置33且液雾散布的方向与冷却风驱动装置32的送风方向一致，当冷却风驱动装置32工作时，打开吸热液雾散布装置33，利用吸热液雾散布装置33的喷头喷洒出液雾，冷却风可将液雾吹至散热件31的表面，利用液雾的蒸发带走散热件31的热量，与冷却风驱动装置32同时作用，使得半导体制冷芯片2的热端产生的热能传导的更快、散热效率更高，从而使得半导体制冷芯片2的热端与冷端的温度差更小，提升半导体制冷芯片2的制冷性能。吸热液雾散布装置33并不限于图示中的结构，还可以设置在散热件31上，通过吸热液雾散布装置33直接向散热件31上喷射液雾，以达到吸热降温的效果。

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

由上描述可见，本实用新型的风冷散热流动型半导体制冷系统，通过液体驱动装置形成并促进存储容器1内饮用液体的强迫对流运动，相对精确地控制饮用液体强制热对流运动的运动轨迹，同时利用进液口11和出液口12之间的高度差或抽吸口53和泵出口54之间的角度形成饮用液体的运动轨迹上的局部紊流，促进饮用液体间的热传递；扰流翅片42可进一步增大导冷件4附近饮用液体的流动速度，形成局部紊流，促进冷扩散，使得饮用液体温度迅速降低，制冷效率显著提高，存储容器内的饮用液体温度保持均匀，避免产生底部温度低、顶部温度高的现象，有效地提升了用户的使用体验；风冷热端散热器3利用吸热液雾散布装置33的液雾蒸发吸热，加快散热件31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。