热管流动饮用液体半导体制冷系统及制冷设备的制作方法

文档序号:19161302发布日期:2019-11-16 01:33阅读:173来源:国知局
热管流动饮用液体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设备领域,具体地涉及一种热管流动饮用液体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/换热性能的严重影响。

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。这种结构存在的缺点是存储容器内的液体仅做自然对流运动,存储容器顶部与底部的液体温度形成较大的温度梯度;半导体制冷芯片的冷端仅依靠散热铝导热,与液体的接触面积小,制冷速度慢、效率低。



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技术问题是提供一种热管流动饮用液体半导体制冷系统,既可以有效解决半导体制冷速度慢、效率低的问题,又可以促进液体局部紊流,提高冷扩散的速度。

本实用新型还提出一种制冷设备,所述制冷设备包括上述热管流动饮用液体半导体制冷系统

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流动饮用液体半导体制冷系统,包括半导体制冷芯片、存储容器、液体流动管路和热管散热器;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,所述存储容器上还设有至少一个进液口和至少一个出液口;所述进液口和所述出液口通过所述液体流动管路在所述存储容器外部连接,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,该流动液路上设有泵送装置;所述热管散热器与所述半导体制冷芯片的热端接触。

优选地,所述闭环的流动液路形成的饮用液体运动轨迹能够引导饮用液体的热对流运动,且能够在所述运动轨迹的局部区域形成局部紊流。

优选地,所述进液口设置在所述存储容器的上部,所述出液口设置在所述存储容器的下部,以能够通过高度差产生的饮用液体冲击形成所述局部紊流。

优选地,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。

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。

优选地,所述扰流翅片的外部罩设有导流板,该导流板与所述导冷板之间形成导流通道,所述液体流动管路经所述进液口通至所述导流通道。

优选地,所述导流板竖直设置,且所述导流板的内侧设有多个导流凸起结构。

优选地,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,所述散热件包括侧板和散热片,所述散热片之间形成冷却风对流风道,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。

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。

优选地,所述热管内的中空通道形成封闭的散热液管腔,各个所述热管的管壁形成沿所述热管的长度方向和周向分布的多个向外的中空凸起。

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流动饮用液体半导体制冷系统。

与现有的技术相比,本实用新型的有益效果是:本实用新型的热管流动饮用液体半导体制冷系统中,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导冷,同时存储容器中的饮用液体通过液体流动管路进行外部循环流动,促进存储容器内饮用液体的强制热对流运动,避免出现存储容器内饮用液体冷却效果不均匀的现象,利用热管散热器对半导体制冷芯片的热端进行散热,以提升半导体制冷芯片冷端的制冷性能。

在优选实施方式中,本实用新型利用存储容器进液口与出液口的高度差形成饮用液体局部紊流,增强冷能扩散和饮用液体的混合,提高了制冷效率;此外,利用导流板与导冷件之间形成导流通道,使饮用液体经液体流动管路直接进入导流通道与导冷件接触,增大扰流翅片附近饮用液体的流动速度,提高换热系数,扰流翅片结构使饮用液体在导流通道中也形成局部紊流,促进冷扩散,导流板的凸起结构和扰流翅片结构促进饮用液体在导流通道中形成较强的局部紊流,促进热传递;热管散热器的热管两端均插入散热件的内部,增大了散热面积,热管中空凸起的结构也增强了散热速度,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。

附图说明

图1是本实用新型的一种具体实施方式的整体结构示意图;

图2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3是本实用新型的另一种具体实施方式的整体结构示意图;

图4是本实用新型中导流板的一种具体实施方式的结构示意图;

图5是本实用新型中热管散热器的一种具体实施方式的结构示意图;

图6是本实用新型中热管散热器的另一种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1半导体制冷芯片2导冷件

21导冷板22扰流翅片

23安装孔3存储容器

4进液口5出液口

6液体流动管路7泵送装置

8热管散热器81热管单元

811基板812热管

813热管槽814中空凸起

82散热件821侧板

822散热片823冷却风对流风道

83冷却风驱动装置9导流板

91导流凸起结构

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”、“左”、“右”、“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。

本实用新型首先提供一种热管流动饮用液体半导体制冷系统,如图1所示,包括半导体制冷芯片1、存储容器3、液体流动管路6和热管散热器8,存储容器3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2,半导体制冷芯片1的冷端与导冷件2接触,存储容器3上还设有至少一个进液口4和至少一个出液口5;进液口4和出液口5通过液体流动管路6在存储容器3外部连接,液体流动管路6与存储容器3内腔形成闭环的流动液路,该流动液路上设有泵送装置7;热管散热器8与半导体制冷芯片1的热端接触。

本实用新型的热管流动饮用液体半导体制冷系统可以应用到各种需将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流动饮用液体半导体制冷系统,半导体制冷芯片1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1的冷端和热端,半导体制冷芯片1在对存储容器3中的饮用液体进行冷却时,存储容器3内的饮用液体从出液口5流出经液体流动管路6后再从进液口4流进,使存储容器1内的饮用液体处于外部循环流动状态,大大促进了存储容器3内的饮用液体热对流运动,避免存储容器3内液体冷却效果不均匀的现象,同时热管散热器8迅速将半导体制冷芯片1热端的热能传导出去,使得半导体制冷芯片1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1的制冷性能。

在此需要说明的是,本实用新型的热管流动饮用液体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,上述存储容器的进液口4和出液口5的设置,可以是进液口4与出液口5一一对应通过液体流动管路6连通,也可以是一个进液口4通过分流管路与多个出液口5连通,还可以是多个进液口5经液体流动管路6连通至一个出液口4。上述泵送装置7的设置,可以是泵送装置7设于液体流动管路6的管路上,也可以是泵送装置7直接与出液口5连接,泵送装置的出口与液体流动管路6连接通至进液口4。

如图1所示,进液口4设置在存储容器3的上部,出液口5设置在存储容器3的下部,以利用进液口4和出液口5的高度差冲击形成存储容器3内的液体局部紊流,有利于存储容器3底部的液体冷却,促进存储容器3中饮用液体的对流运动,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7的泵送,饮用液体从存储容器3下部的出液口5抽出,经由液体流动管路6从存储容器3上部的进液口4进入存储容器3内的上部。如此存储容器3下部的饮用液体被不断抽出,同时存储容器3上部最新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。由于存储容器3下部的饮用液体被不断抽出,存储容器3内的饮用液体需要不断填充到下部,这样存储容器3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3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,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,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。

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,并不限于上述进液口在上部、出液口在下部形成的控制方式,例如,还可以是在存储容器3内设置液体驱动装置,驱动导冷件2附近的饮用液体向远离导冷件2的方向运动,其他区域的饮用液体不断填入,以形成饮用液体的强制热对流运动,还可以是在存储容器3内设置叶轮,通过搅动方式控制饮用液体的热对流运动。

进一步地,导冷件2包括导冷板21和位于导冷板21的内表面上的扰流翅片22,扰流翅片22凸出到存储容器3内腔内,导冷板21的外表面与半导体制冷芯片1的冷端接触以进行热传递,扰流翅片22使存储容器3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2可以与存储容器3可拆卸地密封性连接,具体地,在存储容器3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21上设有相互匹配的安装孔,导冷板21上的安装孔23如图2所示,导冷件2安装到存储容器3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3、导冷板21等存储容器内部件的清洁与维护。导冷件2也可以是与存储容器3一体形成的。

作为一种优选实施方式,如图3所示,扰流翅片22的外部竖直罩设有导流板9,该导流板9与导冷板21之间形成导流通道,可以将液体流动管路6的进液端经进液口4插至导冷板21的顶部,将经外部流动后的液体直接通至导流通道与导冷件2接触进行冷却,此时,液体在扰流翅片22的作用下形成导流通道内的局部紊流,液体的流动速度增大,提高液体与扰流翅片之间的换热系数,提升制冷效率。为了提高存储容器3内液体流动管路6的结构稳定性,导流板9的顶部可设有供液体流动管路6穿过的通孔。如图4所示,导流板9的内侧可设有多个圆弧形的导流凸起结构91,进一步加强导流通道内的液体紊流现象,同时增长液体通过导流通道的时间,即加长液体与导冷件2的接触时间,加强制冷效果,导流凸起结构91也可以设计成三角形或其他凸起形状。

作为一种优选实施方式,如图5所示,热管散热器8包括热管单元81、散热件82和用于对该散热件82提供冷却风的冷却风驱动装置83,热管单元81设置在散热件82与半导体制冷芯片1的热端之间以能够散热。散热件82包括侧板821和散热片822,散热片822之间形成冷却风对流风道823,其中冷却风驱动装置83包括设置在冷却风对流风道823进口的送风装置和/或设置在该冷却风对流风道823出口的抽风装置。热管单元81与半导体制冷芯片1的热端接触或邻近的部分为热管蒸发部,与散热件82接触或邻近的部分为热管冷凝部,其中热管单元81包括基板811和热管812,基板811上形成有热管槽813,热管812的中间段嵌设到热管槽813中且从该热管槽813中凸出以与半导体制冷芯片1的热端接触,两端区域弯曲以各自从散热件82的两侧插入到该散热件82的内部,此时,热管812不仅可以通过基板811传导半导体制冷芯片1热端的热量,也可以直接吸收热端的热量,热管812的两端区域弯曲以各自从散热件82的两侧插入到该散热件82的内部,增加了热管812冷凝部与散热片822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8的体积。热管812内的中空通道形成封闭的散热液管腔,热管蒸发部吸收半导体制冷芯片1热端的热量,管腔内的散热液经蒸发将热量带至热管冷凝部,热管冷凝部通过散热件82散热降温,散热液冷凝回流至热管蒸发部,如此重复散热液蒸发-冷凝回流的循环过程不断地对热管812进行散热。散热片822可采用导热性能好的铝片或铜片,有利于热管812的热量快速分布到散热片822上。

如图6所示,各个热管812的管壁形成沿热管812的长度方向和周向分布的多个向外的中空凸起814,通过中空凸起814扩大蒸发后的散热液蒸汽与热管812管壁的接触面积,在蒸汽到热管冷凝部的中间过程中,就会不断进行冷凝,然后回流到热管蒸发部,进一步增强散热的速度。

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流动饮用液体半导体制冷系统,有利于提高制冷设备的制冷效率。

由上描述可见,本实用新型的热管流动饮用液体半导体制冷系统,通过泵送装置7和液体流动管路6形成并促进存储容器3内饮用液体的强迫对流运动,利用进液口4和出液口5的高度差、扰流翅片22在存储容器3内形成多处饮用液体局部紊流,控制存储容器3内不同区域的饮用液体不断运动,有效地提高半导体制冷的换热系数,使得饮用液体温度迅速降低,制冷效率显著提高,并且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,利用热管散热器8的热管812两端均插入散热件82的内部,增大了散热面积,也有效减小了热管散热器8的体积,热管812上的中空凸起814进一步增强了散热速度,有效地缩小半导体制冷芯片1热端与冷端的温度差,提高半导体制冷芯片1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。

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