一种具有微流散热通道的冰淇淋机的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制冷技术领域，尤其涉及一种具有微流散热通道的冰淇淋机。


背景技术：

2.半导体制冷技术以其核心制冷系统结构紧凑、小型模块化、冷量控制方便及工作无振动、移动方便等特点，在小型制冷器具产品如半导体制冷酒柜、半导体冷藏箱、化妆品冷藏箱等得到了有效利用。随着半导体制冷技术水平的不断提升，半导体制冷开始向具有冷冻功能需求的产品应用延伸，产生了半导体制冷小型冰淇淋机，例如现有专利200420021510.9、201710927314.x公开的技术方案，实现了diy式冰淇淋制作。
3.与机械压制制冷不同，半导体制冷属温差制冷，制冷器的冷端制冷温度与热端温度密切相关，制冷量及制冷深度均受热端散热影响较大。从前述的冰淇淋机专利的结构可知：为保证冰淇淋机小型化，均采用了铝型材作为半导体制冷器热端的散热器，由于铝型材散热器的导热系数小(一般在150～230w/mk),传导热阻大，热端温度高，使制冷器的冷端制冷性能如制冷量、转换效率等均受到影响，导致冰淇淋制作时间加长，而且散热器和制冷器相接触会产生接触热阻，影响了散热性能。因此，如何在保证冰淇淋机结构紧凑、小型化的基础上，提升制冷性能，减少接触热阻，实现型材的散热基板快速均温，是目前半导体制冷冰淇淋机亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提出一种具有微流散热通道的冰淇淋机，通过在散热装置设置导热微通道，使型材的散热基板实现快速均温，减少了接触热阻，使半导体制冷器的热端到环境间的传导热阻更小，实现了更好换热效果。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种具有微流散热通道的冰淇淋机，包括主机体和制冷机构，所述制冷机构设置于所述主机体的内部，所述制冷机构包括半导体制冷器和散热装置，所述半导体制冷器的冷端用于为主机体的制冷桶制冷，所述半导体制冷器的热端和所述散热装置的散热基板的第一板面相接触；
7.所述散热基板内设有多条相互平行的导热微通道，所述导热微通道注入有导热相变工质，所述散热基板中与所述半导体制冷器相背离的第二板面设有多片翅片。
8.优选地，所述导热微通道在靠近所述第一板面的一侧设有至少一条加强筋；
9.所述加强筋的长度方向和所述翅片相互平行，或者所述加强筋相对于所述翅片倾斜设置。
10.优选地，所述加强筋的形状包括直线型、弧型、波浪型和折角型中的一种或多种组合。
11.优选地，所述导热微通道的与所述散热基板垂直的截面的形状包括圆形、多边形、
弓形和多弧形中的一种或多种组合。
12.优选地，所述散热基板内还设有用于连通所有导热微通道的连接微通道。
13.优选地，所述散热装置还包括封头，所述导热微通道贯穿所述散热基板的内部，所述导热微通道的两端分别通过所述封头密封。
14.优选地，所述导热微通道的分布区域不小于所述接合区域；所述导热微通道和所述翅片相互平行或者垂直。
15.优选地，所述制冷机构还包括风扇、隔板和风扇外罩，所述风扇外罩和所述主机体的外壳连接，所述风扇外罩设有进风口和出风口，所述出风口设置于所述进风口的两侧，所述进风口和出风口之间设有密闭面；
16.所述隔板固定于所述密闭面从而将所述风扇外罩的内部分隔成进风腔和出风腔，所述风扇嵌装于所述隔板，所述风扇的进风端位于所述进风腔，所述风扇的出风端和所述散热装置均位于所述出风腔，所述散热基板的第二板面朝向所述风扇的出风端。
17.优选地，所述制冷机构还包括导冷块、隔温板和隔热棉，所述制冷桶的外壁和所述半导体制冷器的冷端均与所述导冷块相接触；
18.所述半导体制冷器嵌装于所述隔温板，并且所述半导体制冷器的侧面包围有所述隔热棉；
19.所述隔温板用于隔开所述导冷块和散热装置。
20.优选地，所述半导体制冷器和所述风扇均和所述主机体的控制器电连接，所述控制器用于对所述半导体制冷器的工作电压和所述风扇的工作电压进行联动并联控制。
21.所述具有微流散热通道的冰淇淋机具有以下有益效果：
22.所述具有微流散热通道的冰淇淋机中，散热基板内设有多条相互平行的导热微通道，通过导热微通道将半导体制冷器的高热流局部热能向整个散热基板传输热量，使型材的散热基板实现均温，克服实体型材传热系数低、传输热阻大的不足，有效解决半导体制冷器的热端热流密度大的问题，使热量集中状态下热量也可快速向四周传输。均温的散热基板使传输到散热基板的热能，通过与散热基板接合的翅片与周围环境空气的换热量、换热效率得到提升，降低了散热基板温度，导热微通道和翅片的配合使用降低了与散热基板贴合的半导体制冷器的热端温度，提高了半导体制冷器的产冷量和制冷系数，从而加快冰淇淋制作成型速度。
23.而且，导热微通道并不与半导体制冷器的热端接触，可避免产生接触热阻，大大提高了整个散热装置的散热效果。
附图说明
24.附图对本实用新型做进一步说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的任何限制。
25.图1是本实用新型其中一个实施例的冰淇淋机结构示意图；
26.图2是本实用新型其中一个实施例的散热装置结构示意图；
27.图3是本实用新型其中一个实施例的导热微通道结构示意图ⅰ；
28.图4是本实用新型其中一个实施例的导热微通道结构示意图ⅱ；
29.图5是本实用新型其中一个实施例的导热微通道结构示意图ⅲ；
30.图6是本实用新型其中一个实施例的加强筋结构示意图ⅰ；
31.图7是本实用新型其中一个实施例的加强筋结构示意图ⅱ；
32.图8是本实用新型其中一个实施例的加强筋结构示意图ⅲ；
33.图9是本实用新型其中一个实施例的加强筋结构示意图ⅳ；
34.图10是本实用新型其中一个实施例的加强筋结构示意图
ⅴ
；
35.图11是本实用新型其中一个实施例的加强筋结构示意图
ⅵ
；
36.图12是本实用新型其中一个实施例的连接微通道结构示意图；
37.图13是本实用新型其中一个实施例的风扇外罩结构示意图；
38.图14是本实用新型其中一个实施例的冰淇淋机内部结构俯视图。
39.其中：主机体100；制冷机构200；半导体制冷器1；散热装置2；散热基板21；第一板面211；第二板面212；接合区域213；导热微通道22；加强筋221；翅片23；连接微通道24；封头25；制冷桶3；风扇4；隔板5；风扇外罩6；进风口61；出风口62；密闭面63；进风腔64；出风腔65；导冷块7；隔温板8；隔热棉9；外壳10。
具体实施方式
40.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
41.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。
42.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
43.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”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.下面将结合附图和实施例，对本实用新型的具有微流散热通道的冰淇淋机进行描述。
45.本实施例的具有微流散热通道的冰淇淋机，如图1至图3所示，包括主机体100和制冷机构200，所述制冷机构200设置于所述主机体100的内部，所述制冷机构200包括半导体制冷器1和散热装置2，所述半导体制冷器1的冷端用于为主机体100的制冷桶3制冷，所述半导体制冷器1的热端和所述散热装置2的散热基板21的第一板面212相接触；
46.所述散热基板21内设有多条相互平行的导热微通道22，所述导热微通道22注入有导热相变工质，所述散热基板21中与所述半导体制冷器1相背离的第二板面212设有多片翅
片23。
47.值得了解的是，所述具有微流散热通道的冰淇淋机是通过制冷机构200中的半导体制冷器1给主机体100的制冷桶3制冷，半导体制冷器1(thermoelectric cooler，简称tec)是利用半导体材料的珀尔贴(peltier)效应制成的制冷器件,珀尔贴效应是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶对时，其一端吸热，一端放热的现象。半导体制冷器1包括多个p型和n型电偶对(组)，它们通过导电电极连在一起，并且夹在两个导热绝缘材料如陶瓷基板之间，当有电流流过半导体制冷器1时，在珀尔贴效应下在半导体制冷器1上形成热端和冷端。
48.根据半导体制冷理论，半导体制冷器1的制冷量q
c
为：
49.q
c
＝n(α
p
‑
α
n
)it
c
‑
k(t
h
‑
t
c
)
‑
0.5i2r
i
，
50.其中n,α
p
,α
n
,i,k,t
h
,t
c
,r
i
分别为半导体制冷器1的p
‑
n电偶对的数量、p
‑
type材料塞贝克系数、n
‑
type材料塞贝克系数、工作电流、制冷器热导、热端温度、冷端温度及制冷器内阻，制冷系数(或称转换效率)为cop＝q
c
/p
i
，其中p
i
为半导体制冷器1的电输入功率，由此可见，半导体制冷器1的制冷量及制冷效率均与半导体制冷器1的热端温度t
h
相关，在其他参数相对固定时，t
h
越小即半导体制冷器1的热端温度越低，制冷量q
c
及cop越大，则制冷效果越好。因此，增大冰淇淋机制冷量、加快冰淇淋制作成型速度、缩短制作时间的技术解决方案之一则是降低半导体制冷器1的热端温度t
h
。本实施例基于上述原理，对散热装置2进行了改进，以克服现有冰淇淋机的散热装置2与半导体制冷器1的散热匹配过程不足的问题。
51.为降低半导体制冷器1的热端温度t
h
，就需要减小半导体制冷器1的热端与周围空气间的热阻，由于半导体制冷器1本身的热端面积较小，热流密度大。所述具有微流散热通道的冰淇淋机中，散热基板21内设有多条相互平行的导热微通道22，通过导热微通道22将半导体制冷器1的高热流局部热能向整个散热基板21传输热量，使型材的散热基板21实现均温，克服实体型材传热系数低、传输热阻大的不足，有效解决半导体制冷器1的热端热流密度大的问题，使热量集中状态下热量也可快速向四周传输。
52.导热微通道22设置于散热基板21的内部，靠近与半导体制冷器1的热端接触的第一板面212，导热微通道22注入有导热相变工质，从而快速将热量向四周传输，使整个散热基板21具有等温性，从而实现散热基板21热能的高效传输。而且，导热微通道22并不与半导体制冷器1的热端接触，可避免产生接触热阻，大大提高了整个散热装置2的散热效果。导热微通道22的数量和分布以覆盖整个散热基板21为优。
53.均温的散热基板21使传输到散热基板21的热能，通过与散热基板21接合的翅片23与周围环境空气的换热量、换热效率得到提升，降低了散热基板21温度，导热微通道22和翅片23的配合使用降低了与散热基板21贴合的半导体制冷器1的热端温度t
h
，提高了半导体制冷器1的产冷量和制冷系数，从而加快冰淇淋制作成型速度。
54.优选地，如图6所示，为了提高散热面积，强化换热效果，所述导热微通道22在靠近所述第一板面212的一侧设有至少一条加强筋221；加强筋221的数量和分布以覆盖靠近第一板面212的该一侧为优；所述加强筋221的长度方向和所述翅片23可相互平行设置，或者所述加强筋221可相对于所述翅片23倾斜设置，如图7所示，对导热微通道22的导热相变工质的流动方向有一定导向作用，可按需设置加强筋221的排列方向。
55.具体地，所述加强筋221的形状包括但不限于直线型、弧型、波浪型和折角型，如图6至图11所示，可任选其中一种或几种形状的组合，直线型有利于导热相变工质的流动，从而提高换热速度，弧型、波浪型和折角型等曲面形状可进一步增大加强筋221和导热相变工质的接触面积，增大换热量。其中，波浪型如图10所示，折角型如图11所示。
56.更具体地，所述导热微通道22的与所述散热基板21垂直的截面的形状包括但不限于圆形、多边形、弓形和多弧形，如图3至图5所示，可任选其中一种或几种形状的组合。圆形有利于导热相变工质的流动，从而提高换热速度；多边形、弓形和多弧形可进一步增大导热微通道22的靠近所述散热基板21第一板面212的一侧的面积，从而增大换热量。
57.需要说明的是，上述提到的形状中，圆形可为正圆、椭圆或/和卵圆；多边形可为三角形(分为一般三角形、直角三角形、等腰三角形和等边三角形等)、四边形(分为不规则四边形、直角梯形、等腰梯形和平行四边形等，其中平行四边形又分：矩形、菱形、正方形)或/和五边形等；弓形为由直线和圆弧构成的图形，包括优弧弓、劣弧弓或/和和抛物线弓等)；多弧形包括月牙形、谷粒形和太极形葫芦形等。
58.进一步地，如图2和图12所示，所述散热装置2还包括封头25，所述导热微通道22贯穿所述散热基板21的内部，所述导热微通道22的两端分别通过所述封头25密封。连接微通道24将各个导热微通道22连通成一体，从而可快速将半导体制冷器1的热端热量传输至散热基板21的四周，提高散热基板21的均温性。导热微通道22的两端分别通过所述封头25密封，避免导热相变工质泄漏。
59.更进一步地，所述导热微通道22的分布区域不小于所述接合区域213，利于将半导体制冷器1的热端热量传输至散热基板21的四周；所述导热微通道22和所述翅片23相互平行或者垂直，两者相互配合，提高散热效果。
60.可选地，如图1所示，所述制冷机构200还包括风扇4、隔板5和风扇外罩6，所述风扇外罩6和所述主机体100的外壳10连接，所述风扇外罩6设有进风口61和出风口62，如图13所示，所述出风口62设置于所述进风口61的两侧，所述进风口61和出风口62之间设有密闭面63；
61.如图14所示，所述隔板5固定于所述密闭面63从而将所述风扇外罩6的内部分隔成进风腔64和出风腔65，所述风扇4嵌装于所述隔板5，所述风扇4的进风端位于所述进风腔64，所述风扇4的出风端和所述散热装置2均位于所述出风腔65，所述散热基板21的第二板面212朝向所述风扇4的出风端。
62.由于小型化半导体制冷冰淇淋机的体积小、结构紧凑，易造成进、出风气流的热短路，包括内部热短路及外部热短路等两部分，从而影响了换热效果。为此，基于热空气密度小，较冷空气相比上升阻力小的特点，本实用新型提出冷、热分离式气流结构设计。通过两个独立的密闭结构，即风扇4、隔板5和风扇外罩6在可进入冷气流的进风口61形成封闭结构的进风腔64，隔板5与散热装置2之间在热气流出的出风口62形成封闭结构的出风腔65，通过隔板5将冷热气流实现了分隔，利用出风口62的热气流密度低、向上传导阻力小的传导特点及独特的循环气流流场实现了在小型化、紧凑结构的半导体制冷冰淇淋机中实现冷、热气流的有效分离，避免了气流短路造成的换热效率下降的问题，提高了散热装置2的换热效果，进而提高了半导体制冷器1的制冷性能。由于冰淇淋成型机理是当冰淇淋食材的温度降低到一定温度值时(如
‑
10℃)，食材间的张力足够大，这样就可以包裹住通过搅拌杆搅入食
材的空气，使食材膨化成型，因此，将冷、热气流有效分离，可进一步提高半导体制冷器1的产冷量，使食材达到额定膨化温度的时间缩短，从而进一步缩短了冰淇淋成型制作时间，和进一步提升冰淇淋制作效果。
63.具体地，如图1所示，所述制冷机构200还包括导冷块7、隔温板8和隔热棉9，所述制冷桶3的外壁和半导体制冷器1的冷端均与所述导冷块7相接触，所述导冷块7的一端和半导体制冷器1的冷端接触，另一端和制冷桶3的外壁接触，从而把半导体制冷器1的冷端冷量传导给制冷桶3，再由制冷桶3进一步传导给桶内的冰淇淋食材。
64.为了以免造成冷量流失，如图1所示，所述半导体制冷器1嵌装于所述隔温板8，所述隔温板8用于隔开所述导冷块7和散热装置2，减少制冷桶3到环境的冷量流失，进一步提升冰淇淋机的制冷效果，缩短制作时间。
65.为了降低热量损耗，提高热传递效率，如图1所示，在导冷块7与散热装置2之间还设置有隔热棉9，隔热棉9将半导体制冷器1的冷端密封在导冷块7与散热装置2之间，所述半导体制冷器1的侧面包围有所述隔热棉9，使半导体制冷器1的冷端工作于密闭环境中，实现与四周空气环境的隔绝，既能避免半导体制冷器1的冷端与周围空气发生热交换而损失热量，又能避免潮气进入半导体制冷器1，造成半导体制冷器1的制冷性能的下降。或者，也可以在半导体制冷器1的两端贴设隔热棉9，并在半导体制冷器1和隔热棉9的外围覆设硅胶。
66.优选地，所述半导体制冷器1和所述风扇4均和所述主机体100的控制器电连接，所述控制器用于对所述半导体制冷器1的工作电压和所述风扇4的工作电压进行联动并联控制。
67.所述主机体100的控制器用于控制半导体制冷器1的启停和所述风扇4的启停，可采用现有技术常用的微控制器，例如单片机。所述控制器对半导体制冷器1和所述风扇4的工作电压进行联动并联控制，可实现风扇4与半导体制冷器1的产热量的匹配，即半导体制冷器1的工作电压大，制冷量大，对应的产热量也多，因此需要风扇4的转速就高、风量就大。由于风扇4与半导体制冷器1并联连接，相应的工作电压也高，此时散热风量大，散热效果好。随着冰淇淋制作完成，半导体制冷器1进入保冷状态，半导体制冷器1的工作电压下降，输入的电功率减小、产出的热量也相应降低，此时，风扇4的风量也对应降低，转速也减小，噪声相应减小，可延长风扇4的使用寿命。
68.本领域技术人员可以理解的是，主机体100还包括盖合于制冷桶3上部的搅拌装置，搅拌装置通过搅拌杆伸入制冷桶3中，以对冰淇淋食材进行搅拌。根据本实施例的冰淇淋机的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
69.以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。