专利名称：一种半导体制冷系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及制冷系统，特别是一种用于冰箱的能降低热端与外界空气的温差的半导体制冷系统。
背景技术：
目前的半导体制冷系统中，外部的散热器通常采用的方式有两种一是采用铝翅片式强制风冷结构；二是采用丝管式自然冷却热管结构。如专利号为00100480.8、02200194.8、02292989.4、02292990.8和00236640.1等中国专利所公开的技术方案。这两种技术方案都可实现半导体制冷系统向外界散热，但第一种技术方案由于半导体制冷芯片的热流密度为42KW/m2左右，铝散热器能力有限，目前在保证噪声小于42dB的条件下，系统只能保证热端与外界空气之间的温差在15℃～18℃左右，且在系统的冷热两端的连接方面，至今还没有避免热桥的连接方式，因此，系统的效率较低；而第二种技术方案受安装尺寸和自然对流换热系数的影响，在系统全功率运行时，该系统的热端与外界空气之间的温差在12℃～15℃左右，其安装结构虽然避免了热桥连接，但是连接结构以刚性连接为主，系统长时间工作时不能补偿安装架的塑性蠕变，因此，系统的可靠性不高，长时间运行，系统的性能恶化。
同时，以上两种方案的另一个共同缺点是，系统的保温必须靠维持半导体制冷芯片两边的温差来实现，否则，当芯片停止运行的时候，热量可以沿着外部散热器，芯片和内部散热器直接进入冰箱内部，系统的保温能力差。由于系统一直通电，因此系统的能耗较高。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种用于冰箱的能降低热端与外界空气的温差的半导体制冷系统。
实现本实用新型目的技术方案是本实用新型包括有热管、半导体芯片、工质，处于系统外部的热管为分离式热管，由上汇流管、翅片管组、下汇流管、下连管、下端盖、传热块、上端盖、上连管组成封闭循环管路，工质充填在热管内，传热块与半导体芯片的热端紧贴，半导体芯片的冷端设有散热器，在翅片管组部位安装有外部风扇。
上述翅片管组的位置高于半导体芯片冷端散热器。
本实用新型工作时，半导体芯片工作，热量由传热块传入工质，工质受热蒸发，工质蒸汽经过上端盖和上连管，进入上汇流管，经汇流管的分配作用，蒸汽进入翅片管组，在翅片管组中工质蒸汽与外部风扇吹过的冷空气发生热量交换，工质冷却为液体并沿管组壁面流入下汇流管，汇集的工质沿下连管经下端盖回到传热块。由于强制对流的换热系数比自然对流大3～4倍，所以，该热管的换热面积要比自然对流的热管换热面积要小，同时可以通过调整换热面积和风速大小方便得调整半导体芯片的热端与外界冷空气的温差值。目前，该热管使用迎风面积大小为100mm×100mm的翅片管组，在1.5～2m/S的风速和散热量70W～90W的条件下，得到了温差不大于12℃的结果。
为了使翅片管组中的工质蒸汽与外部风扇吹过的冷空气发生热量交换时获得更佳的效果，外部风扇正对翅片管组安装。
为了增大翅片管组的传热面积，在翅片管内设有内螺纹肋片。
为了提高热端的传热性能，将传热块7的内腔表面加入肋片，以增大传热面积。
为了消除半导体芯片冷热两端的热桥，将热管传热块，半导体芯片及半导体芯片冷端散热器用螺栓一起固定在绝热性能好的塑料板上，由于冷热两端没有直接连接在一起，而是固定在一块绝热性能好的塑料板上，所以消除了冷热两端的热桥。
为了补偿塑料板的塑性变形，使本实用新型各部分结构始终保持紧密接触，在上、下端盖与塑料板之间分别加入弹性垫，通过调整弹性垫的材料和尺寸来保证一定的预紧力和变形补偿量，从而提高系统的可靠性。
为了提高系统的保温性能，保证半导体芯片停止运行的过程中，半导体芯片部位不会成为冰箱冷量散失的主要部位，将传热块埋在保温层中，并选用热容量低的金属材料制造传热块，并且对上、下连管的外表面用保温材料包覆。这样，当半导体芯片停止运行的时候，由于半导体芯片与传热块的热容量小，因此它们蓄积的热量很快被箱内的冷量补偿，而外部环境热量的传入途径有1)通过保温层进入冰箱内部；2)通过保温层、传热块，半导体芯片和内部散热器进入箱内；3)通过热管上的连接管，传热块，半导体芯片和内部散热器进入箱内；由于所有的传入途径均有保温层保护，或由于连管的截面积过小造成传热热阻很大，所以采用本系统的保温性能大大提高，使系统的能耗大大下降；本系统巧妙利用了热管的单向导热性，保证了系统的保温性能。
本实用新型与现有技术相比其有益效果是能明显降低热端与外界空气的温差，提高半导体热管的散热性能和系统的保温性能，大大提高了系统的效率。将本实用新型用于50L的冰箱上进行实验验证，在使用相同的半导体热电堆(TEC12706)的条件下，本实用新型的最大温差可以达到25℃，而采用自然对流热管的系统只能达到18℃。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为图1的A-A剖视图；图3为图2中传热块的B-B剖视图；图4为本实用新型安装在冰箱上的结构示意图。
图中上汇流管1，翅片管组2，下汇流管3，上连管4，下连管5，上端盖6，传热块7，下端盖8，内部风扇9，半导体芯片10，保温泡沫11，风扇支架12，外部风扇13，冷端固定螺栓14，橡胶垫15，固定塑料板16，塑料盒17，工质18，冰箱保温层19，冷端散热器20，连管保温层21，冰箱箱体22。
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
作近一步说明。
如图1、2所示，本实用新型包括有热管、半导体芯片10、工质18，处于系统外部的热管为分离式热管，由上汇流管1、翅片管组2、下汇流管3、下连管5、下端盖8、传热块7、上端盖6、上连管4组成的封闭循环管路、风扇支架12、对应翅片管组2的外部风扇13组成。热管的零部件采用焊接连接而成，使用时翅片管组按图1、2置于系统的上部，具体安装结构见图1、2、4所示。工质18可使用R134a、R600a等环保冷媒，它们充填在系统的封闭循环管路内部。翅片管组2采用高效空调翅片管，管内设有内螺纹肋片。传热块7，半导体芯片10及半导体芯片冷端散热器20用固定螺栓14一起固定在绝热性能好的塑料板16上，传热块7选用热容量低的金属材料制造并埋在保温层19中，对应半导体芯片冷端散热器20设有内部风扇9。在上、下端盖6、8与塑料板16之间分别加入弹性垫15，弹性垫15可采用橡胶或其他材料制成，材料和尺寸根据具体情况选择以保证一定的预紧力和变形补偿量，从而提高系统的可靠性。如图3所示，传热块7的内腔表面加入肋片，以增大传热面积。上、下连管4、5的外表面为保温层21，塑料盒17为本实用新型与冰箱箱体22的连接支撑件，塑料盒17先与冰箱箱体22连成一体发泡，然后制冷系统的热管组件的传热块7、半导体芯片10，冷端散热器20由螺栓14固定后，与保温泡沫11一起安放在塑料盒17内。
权利要求1.一种半导体制冷系统，包括有热管、半导体芯片(10)、工质(18)，其特征是处于系统外部的热管为分离式热管，由上汇流管(1)、翅片管组(2)、下汇流管(3)、下连管(5)、下端盖(8)、传热块(7)、上端盖(6)、上连管(4)组成封闭循环管路，工质(18)充填在热管内，传热块(7)与半导体芯片(10)的热端紧贴，半导体芯片(10)的冷端设有散热器(20)，在翅片管组(20)部位安装有外部风扇(13)。
2.根据权利要求1所述的半导体制冷系统，其特征是上述翅片管组(2)的位置高于半导体芯片冷端散热器(20)。
3.根据权利要求2所述的半导体制冷系统，其特征是上述外部风扇(13)正对翅片管组(2)安装。
4.根据权利要求1、或2所述的半导体制冷系统，其特征是在翅片管组(2)的翅片管内设有内螺纹肋片。
5.根据权利要求4所述的半导体制冷系统，其特征是在传热块(7)的内腔表面加入肋片。
6.根据权利要求1、或2、或3、或5所述的半导体制冷系统，其特征是传热块(7)、半导体芯片(10)及半导体芯片冷端散热器(20)由螺栓(14)一起固定在绝热性能好的塑料板(16)上。
7.根据权利要求6所述的半导体制冷系统，其特征是传热块(7)埋在保温层(19)中，上、下连管(4)、(5)的外表面由保温层(21)包覆。
8.根据权利要求7所述的半导体制冷系统，其特征是在上、下端盖(6)、(8)与塑料板(16)之间分别加入弹性垫(15)。
9.根据权利要求8所述的半导体制冷系统，其特征是上述弹性垫(15)为橡胶垫。
专利摘要本实用新型是一种用于冰箱的能降低热端与外界空气的温差的半导体制冷系统，包括有热管、半导体芯片、工质，处于系统外部的热管为分离式热管，由上汇流管、翅片管组、下汇流管、下连管、下端盖、传热块、上端盖、上连管组成封闭循环管路，工质充填在热管内，传热块与半导体芯片的热端紧贴，半导体芯片的冷端设有散热器，在翅片管组部位安装有外部风扇。本实用新型能明显降低热端与外界空气的温差，提高半导体热管的散热性能和系统的保温性能，大大提高了系统的效率。
文档编号F25B21/02GK2708195SQ200420045919
公开日2005年7月6日 申请日期2004年5月19日 优先权日2004年5月19日
发明者王宇 申请人:广东科龙电器股份有限公司