专利名称：强化传热型冷藏箱的制作方法
技术领域：
本实用新型述及一种强化传热型冷藏箱，特别是采用半导体制冷器的冷藏箱，属半导体制冷技术领域。
目前市场上生产供应的多种半导体制冷冷藏箱，例如车载型、野营型及旅馆客房型等的冷藏箱，其优点是采用全部固态器件、重量轻、体积小、没有环境污染，但所有这些半导体制冷冷藏箱在性能上还不及机械压缩式或吸收式冷藏箱，也即这些半导体制冷冷藏箱的制冷量较小，效率也较低。
在目前已有的半导体制冷制造技术下，要提高半导体制冷冷藏箱的制冷功能和效率，其有效途径是强化半导体制冷器热端的散热，以及适当强化半导体制冷器冷端的散热。
目前市场上生产供应的半导体制冷冷藏箱，一般名称叫做半导体旅游冰箱或汽车冰箱。此种冷藏箱包括有一个绝热箱体，箱体夹层中充有泡沫塑料作为绝热材料，箱体顶部设置一半导体制冷器，半导体制冷器上侧的热端与热端散热器相接触(参见图1)，半导体制冷器下侧的冷端通过一铝块与冷端散热器相接触；在散热器旁侧各有相应的散热风扇，使散热器工作于强迫对流的工况；风扇由一两头带轴的小电机带动。热端散热器和冷端散热器目前都采用铝型材散热器，铝型材散热器是通过挤压成型工艺制造的，其缺点是肋片高度和肋片间距有一定的限制，以致使单位长度的肋片数很少，也即单位底面积上的散热面积很少，故散热效果较差，其散热效率也较低。假如半导体制冷器为40×40mm，最大工作电流为Imax=6A，则热端温度Th和环境温度TR的差值超过20℃，夏天若环境温度为30℃时，则半导体制冷器热端温度会超过50℃，即Th＞50℃。作为冷藏箱，箱内温度应保持在+5℃左右，因此半导体制冷器的冷端温度Tc必须保持在Tc=0℃左右。此时半导体制冷器的工作温差会大於50℃，在这样的工作温差下，半导体制冷器的制冷量显然已太小，很难维持冷藏箱箱内温度在5℃左右。
另一种目前采用的半导体制冷技术是，半导体制冷器冷端和热端的散热通过一个中间水循环迥路，左侧为制冷迥路，右侧为散热迥路(参见图2)。半导体制冷器右侧的热端与热端水热交换器相接触，左侧的冷端与冷端水热交换器相接触。热端的中间循环水借助小泵通过循环水管道打入热端水热交换器，然后再经过另一个管翅式热交换器，将热量散发至外界空气中去，最后被冷却的水又被小泵重新再打回到热端水热交换器中，如此往复循环，使热端散热冷却。另外可设置一风扇以强化管翅式热交换器的散热效果。左侧冷端的工作原理与右侧热端相同，只不过是冷回路。回路中设置有膨胀容器，用以吸收水环路内水容积因温度变化而产生的体积变化。采用中间水循环回路的技术方法可以较好地提高半导体制冷器的效率，主要原因是水热交换器比前述的铝型材散热器的散热效果要好得多，而将热量散到周围空气中去，是采用了管翅式热交换器，这是一个紧凑式铝钎焊热交换器，效果较好。因此该方法可以使半导体制冷器的工作温差明显减小，因而提高制冷效率。但是，此技术方法的缺点是增加了一个庞大的中间水循环系统，增加了两套装置设备，如小泵，膨胀容器，管翅式热交换器等，其中铝钎焊管翅式热交换器价格十分昂贵，会提高制造成本。另外由于有中间水循环运行，一、二年后循环水有可能局部蒸发及可能有腐蚀现象，因此需要定期更换循环水及设备部件。
本实用新型的目的是克服目前现有半导本制冷技术方法中存在的缺点，即通过强化传热的手段及方法使半导体制冷器热端的散热获得本质上的改进，从而使热端温度下降，冷端温度也随之相应下降，缩小半导体制冷器的工作温差，以提高半导体制冷器的制冷效率。
本实用新型的目的是通过下述技术手段和方法来达到的。
本实用新型强化传热型冷藏箱主要包括有一个夹层充有泡沫塑料的绝热箱体，一个半导体制冷器，一个半导体制冷器热端侧的散热器，一个半导体制冷器冷端侧的散热器，以及散热器旁侧的散热风扇。箱体顶部设置有一半导体制冷器，热端散热器与半导体制冷器的热端相接触，冷端散热器与半导体制冷器的冷端相接触；其特征是与半导体制冷器热端相接触的散热器为一特殊设计的平面型热管散热器，它主要是由作为热管蒸发段的平面型基板和作为热管冷凝段的冷凝管及其管身外面的翅片构成的冷凝翅片管所组成，热管内充有可进行气液相转换的工质氨，热管内壁可设置有微孔多孔物质构成的管芯。在热管的冷凝段高于蒸发段的工况下，或热管的冷凝段在上蒸发段在下呈垂直状态的工况下，此时热管即为重力热管，重力热管可不设置有管芯。本实用新型中都采用了重力热管。平面型热管散热器的平面型蒸发基板具有光滑平整的平面，可与半导体制冷器热端侧的平面紧密接触。平面型基板为一铝块，可以是实心的，也可以是其内部开有孔道或腔室，通过连接管与上述的冷凝管相通。与半导体制冷器冷端相接触的散热器可以为一般的铝型材散热器，也可以是与上述相似的平面型热管散热器。在散热器旁侧还可设置有一强迫对流散热的风扇。与半导体制冷器热端相接触的平面型热管散热器可以为具有单根冷凝翅片管的单管形式，可以为具有两根并列设置的冷凝翅片管的双管式形式，也可以为具有三根并列设置的冷凝翅片管的三管式形式，还可以为大于三根呈方阵布置的多管式形式。本实用新型中的最佳方案为具有三根并列设置的冷凝翅片管的三管式形式。冷凝翅片管其管身和管身外面的翅片是由厚壁铝管整体加工而成。翅片的形状为圆形。平面型热管散热器全部由金属铝制成。
半导体制冷器主要是由数量众多的成对的P-N型碲化铋半导体长方形块粒藉铜片串联而成的半导体组件，在直流正向通电情况下，在半导体组件两侧各自形成热端和冷端，置于冷端的被冷却物体，将其热量自冷端流向热端，并经热端侧设置的散热器和风扇排出于周围大气中，最终使物体冷却。半导体制冷器热端的温度是影响半导体制冷效率的重要因素，因此加强热端的散热，降低热端的温度，是本实用新型要解决的关键问题。
本实用新型的工作原理简单叙述如下半导体制冷器热端侧的热量传给与其平面接触的平面型热管散热器的蒸发基板，热管中的传热工质氨吸收热量后从液态转化为气态，气态氨从基板通过连接管进入冷凝段的冷凝管，当气态氨与冷凝管的内壁相接触时，热量就通过管壁及管身外的圆形翅片散发到周围空气中去，并且此时氨由气相冷凝为液相，液态氨沿冷凝管内壁回流至蒸发基板，形成一个蒸发和冷凝的循环，如此往复循环，可在相当程度上降低半导体制冷器热端的温度。氨在蒸发和冷凝时的放热系数为5000W/M2℃，水在冷却加热时的放热系数为1000W/M2℃左右，而空气在强迫对流时的放热系数一般不大于100W/M2℃。由于氨在蒸发和冷凝时具有如此高的放热系数，故有利于热量的发散；另外热管的应用相当于很大程度地增大了冷凝段的散热面积，并且也提高了翅片效率。
另外，本实用新型中半导体制冷器的冷端也可以采用一个较小的平面型热管散热器，此平面型热管散热器与前述者作用相反，即热管散热器中作为冷凝段的是平面型基板，而作为蒸发段的是翅片管；与半导体制冷器冷端接触的是平面型冷凝基板，而翅片管是在箱内起吸热蒸发作用。冷端的平面型热管散热器强化了冷端的散热效果，因而可进一步使半导体制冷器的工作温差减小，从而提高了制冷效率。
本实用新型的优点及其效果是明显的，由于散热器采用了一种特殊设计的平面型热管散热器，通过强化传热的手段和方法，使半导体制冷器的热端温度有效地降低至一定程度，因而降低了半导体制冷器的工作温差，从而提高了半导体制冷的制冷效率。另外，由于热端平面型热管散热器的效率高，所以可采用转速低、噪音小的低噪音风扇，可为旅馆、客房设计成几乎无噪音的小型冷藏箱。本实用新型的冷藏箱具有装置结构紧凑、体积小、噪音小、制冷性能好等特点。其制冷效率在某些情况下甚至高于传统机械压缩式冷藏箱。本实用新型冷藏箱可广泛地应用于各个领域，例如它可用作一种较理想的半导体旅游用冰箱、车用冰箱、旅馆客房冰箱等。
现将
如下图1是现有技术中半导体冷藏箱的结构示意图图2是现有技术中采用中间水循环回路散热制冷的示意图。
图3是半导体制冷器热端设置有双管式平面型热管散热器的冷藏箱的结构示意图。
图4是半导体制冷器的热端和冷端均设置有平面型热管散热器的冷藏箱的示意图。
图5是双管式平面型热管散热器示意图。
图6是半导体制冷器热端设置有三管式平面型热管散热器的冷藏箱的结构示意图。
图7是三管式平面型热管散热器示意图。
现结合附图并通过实施例将本实用新型详细叙述于下图1是现有技术中目前一般使用的半导体制冷冷藏箱的结构示意图，图中各数字代码的意义表示如下1-半导体制冷器，2-铝金属块，3-冷端散热器，4-热端散热器，5-双轴小电机，6-热端风扇，7-冷端风扇，8-绝热箱体。
图2是现有技术中在半导体制冷器的冷热端采用中间水循环回路散热制冷的示意图。图中各数字代码的意义表示如下1-半导体制冷器，9、9′-热端水热交换器，10、10′-循环水管路，11、11′-小水泵，12、12′-膨胀容器，13、13′-热端、冷端管翅式热交换器，14、14′-风扇。
实施例一参见图3、图4、图5、本实用新型强化传热型冷藏箱主要包括有一个夹层充有泡沫塑料的绝热箱体8，在箱体8顶部设置有一个半导体制冷器1，半导体制冷器的热端侧设置有一双管式平面型热管散热器4，半导体制冷器冷端侧设置有一铝型材散热器3，即半导体制冷器1位于热端散热器与冷端散热器两者之间，而且都是贴紧的平面接触。与半导体制冷器1热端相接触的是一种特殊设计的双管式平面型热管散热器4(参见图5)，它主要是由作为热管蒸发段的平面型基板15和作为热管冷凝段的冷凝管17及其管身外面的圆形翅片18构成的冷凝翅片管所组成，热管内充有传热工质氨，热管内壁可设置有微孔多孔物质构成的管芯。在本实施例中，热管的冷凝段在上蒸发段在下，旦呈垂直状态，即为重力热管，重力热管可不设置管芯。平面型蒸发基板15具有光滑平整的平面，可直接与半导体制冷器1热端作平面接触。基板15为一铝块，其内部开有孔道或腔室，通过连接管16与上述的冷凝管17相通。与半导体制冷器1冷端相接触的散热器3为一般的铝型材散热器。在冷、热端散热器旁侧各设有一台强迫对流散热的风扇14。双管式平面型热管散热器全部由金属铝制成，带有圆形翅片18的冷凝管17，即冷凝翅片管，是由厚壁铝管整体加工而成。本实施例中，半导体制冷器1是采用俄罗斯NORD公司的TM127-1.4-0.6M型号，尺寸为40×40mm，平面型基板15的尺寸为62×60×20mm，冷凝管尺寸为φ15×1.5mm，圆形翅片18的外径为φ40mm，翅片管长度为120mm，翅片间距为2.3mm；采用两根相同的并列平行布置的翅片管作为冷凝段。热端散热器旁侧的风扇规格为120×120mm，冷端散热器旁侧的风扇规格为80×80mm或100×100mm。本实施例中冷藏箱的容积为50～60升，冷藏温度为5℃。
另外，本实施例中也可以在半导体制冷器1冷端采用一个较小的平面型热管散热器(如单管式的或双管式的)来取代前述的铝型材散热器(参见图4)，在此情况下，与前述的作用相反，即平面型基板19作为热管的冷凝段，而带有圆形翅片20的管子21即翅片管是作为热管的蒸发段。平面型冷凝基板19起放热冷凝作用，而翅片管起吸热蒸发作用。在冷端采用平面型热管散热器，可强化冷端的散热效果，进一步使半导体制冷器的工作温差减小，从而提高了制冷效率。
不过，在实际使用中，冷端采用一般的铝型材散热器也是可以的，因为冷端的制冷量与热端散热量相比要小得多，前者大约只为后者的15～30％，因此用一般的铝型材散热器还是可以的。这样，制造成本也可低一些。
实施例二参阅图6和图7，本实施例为本实用新型之最佳方案，其结构及所采用的主要装置和辅助装置基本与实施例一完全相同。其不同点在于半导体制冷器1热端采用的平面型热管散热器4是具有三根并列平行设置的冷凝翅片管作为冷凝段，平面型蒸发基板15上有三根连接管16与各相应的冷凝管17相通。冷凝管17和圆形翅片18构成的翅片管是整体加工而成。本实施例中，半导体制冷器1是采用俄罗斯NORD公司的TM127-1.4-0.6M型号，尺寸为40×40mm，平面型热管散热器蒸发基板15的尺寸为62×60×20mm，冷凝管尺寸为φ15×1.5mm，圆形翅片外径为φ40mm，翅片管长度为120mm，翅片间距为2.3mm，使用三根相同的并列平面行布置的翅片管作为冷凝段。热端风扇规格为120×120mm，冷端风扇规格为80×80mm或100×100mm。本冷藏箱的容积为50～60升，冷藏温度为5℃。
权利要求1．一种强化传热型冷藏箱，主要包括有一夹层充有泡沫塑料的绝热箱体(8)，一半导体制冷器(1)，一半导体制冷器热端散热器(4)，一半导体制冷器冷端散热器(3)及风扇(14)；箱体(8)顶部设置有一半导体制冷器(1)，热端散热器(4)与半导体制冷器(1)的热端相接触，冷端散热器(3)与半导体制冷器(1)的冷端相接触；其特征是与半导体制冷器(1)热端相接触的散热器为一特殊设计的平面型热管散热器(4)，它主要是由作为热管蒸发段的平面型基板(15)和作为热管冷凝段的冷凝管(17)及其管身外面的翅片(18)构成的冷凝翅片管所组成，热管内充有可进行气液相转换的工质氨，热管内壁可设置有微孔多孔物质构成的管芯，在热管的冷凝段高于蒸发段的工况下，或冷凝段在上蒸发段在下呈垂直状态的工况下，即为重力热管，重力热管可不设置有管芯，平面型基板(15)具有光滑平整的平面，可直接与半导体制冷器(1)热端作平面接触；基板为一铝块，可以是实心的，也可以在其内部开有孔道或腔室，通过连接管(16)与上述的冷凝管(17)相通；与半导体制冷器(1)冷端相接触的散热器(3)可以为一般的铝型材散热器；在散热器旁侧还可设置有一强迫对流散热的风扇(14)。
2．如权利要求1所述的一种强化传热型冷藏箱，其特征是所述的与半导体制冷器(1)热端相接触的平面型热管散热器可以为具有单根冷凝翅片管(17)的单管式形式，可以为具有二根并列设置的冷凝翅片管(17)的双管式形式，也可以为具有三根并列设置的冷凝翅片管(17)的三管式形式，还可以为大于三根呈方阵布置的多管式形式；
3．如权利要求1或2所述的一种强化传热型冷藏箱，其特征是所述的平面型散热器(4)全部由金属铝制成；所述的翅片(18)呈圆形，所述的带有圆形翅片(18)的冷凝管(17)，即冷凝翅片管，是由厚壁铝管整体加工而成。
4．如权利要求1或2所述的一种强化传热型冷藏箱，其特征是所述的与半导体制冷器(1)热端相接触的平面型热管散热器(4)，最佳的方案为具有三根并列设置的冷凝翅片管(17)的三管式形式；所述的半导体制冷器(1)为俄罗斯NORD公司TM127-1.4-0.6M型号，尺寸为40×40mm；平面型热管散热器(4)冷凝段的三根相同且并列布置的冷凝管(17)的尺寸均为φ15×1.5mm，翅片(18)的外径为φ40mm，翅片管长度为120mm，翅片间距为2.3mm；蒸发基板(15)的尺寸为62×60×20mm；所述的热端侧的风扇(4)规格为120×120mm。
5．如权利要求4所述的一种强化传热型冷藏箱，其特征是所述的与半导体制冷器(1)冷端相接触的散热器(3)也可以为一种平面型热管散热器，在此情况下，与前述的作用相反，基板(14)作为热管的冷凝段，而带有翅片(20)的管子(21)即翅片管是作为热管的蒸发段；冷端风扇(14)的规格为80×80mm或100×100mm。
专利摘要本实用新型述及一种强化传热型冷藏箱。该冷藏箱包括有一夹层充有泡沫塑料的绝热箱体(8)，箱体顶部设置有一个半导体制冷器(1)，其热端侧与热端散热器(4)相接触，其冷端侧与冷端散热器(3)相接触，其特征是与半导体制冷器(1)热端相接触的散热器为一特殊设计的平面型热管散热器(4)，它主要由平面基板(15)和冷凝翅片管(17)组成，管内充有传热工质氨；冷端散热器(3)可以为一般铝型材散热器；在散热器一侧还设置有风扇(14)。
文档编号F25B21/00GK2352902SQ9822513
公开日1999年12月8日 申请日期1998年9月18日 优先权日1998年9月18日
发明者郑万烈 申请人:郑万烈