风冷循环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，具体地涉及一种风冷循环饮用液体半导体制冷系统。此外，本实用新型还涉及一种包括所述风冷循环饮用液体半导体制冷系统的制冷设备。

背景技术：

半导体制冷技术自20世纪50年代末发展起来后，因其具有独特的优点而得到了较广泛的应用。半导体制冷芯片的工作原理是半导体制冷芯片在有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端，但是半导体自身存在电阻，当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递，而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递，当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消，此时冷热端的温度就不会继续发生变化，半导体制冷芯片的制冷效率会降低，甚至会停止工作。

此外，不仅是上述热端争夺冷端的冷能，而且由于现有技术的饮用液体在与冷端接触的过程中，无法有效地进行热传递、甚至破环饮用液体的热对流运动，导致制冷效率低下。

基于上述原因，现有技术难以提高半导体制冷芯片的工作效率，制冷效果不理想。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种风冷循环饮用液体半导体制冷系统，该风冷循环饮用液体半导体制冷系统克服现有技术的半导体制冷芯片制冷效率低下、制冷效果不理想的缺点。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种风冷循环饮用液体半导体制冷系统，包括半导体制冷芯片、与该半导体制冷芯片的热端接触的风冷热端散热器、液冷换热单元、存储容器和泵送装置，所述半导体制冷芯片的冷端端面与所述液冷换热单元接触，所述液冷换热单元、所述存储容器与所述泵送装置液路相连形成闭环的循环液路，该循环液路形成的液体运动轨迹能够引导液体的热对流运动，且能够形成局部紊流。

优选地，所述半导体制冷芯片的热端贴靠所述风冷热端散热器，所述风冷热端散热器内形成有冷却风路径。

更优选地，所述半导体制冷芯片的冷端伸入所述液冷换热单元的壳体的凹入部以增大接触传导面积。

具体地，所述液冷换热单元的壳体的与所述半导体制冷芯片的冷端接触的一侧为冷能传导部。

作为一种优选实施形式，所述液冷换热单元的冷能传导部形成有用于形成局部紊流的壳体内部凸起。

作为一种具体实施形式，所述液冷换热单元的壳体内部凸起形成迂回路径，以能够增加经过所述液冷换热单元的液路长度。

更优选地，所述泵送装置安装在所述液冷换热单元的进口或出口的位置，以与该液冷换热单元形成为集成模块。

作为另一种优选实施形式，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。

具体地，所述存储容器的进口设置在该存储容器的上部，且出口设置在该存储容器的下部，以能够通过高度差产生的液体冲击形成所述局部紊流。

作为本实用新型一种更加优选的实施形式，所述风冷热端散热器内的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风冷热端散热器中的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。

更优选地，所述吸热液雾散布装置能够喷洒吸热汽化的液雾。

在本实用新型上述技术方案的基础上，本实用新型还提供一种制冷设备，其中，该制冷设备具有根据上述技术方案任一项所述的风冷循环饮用液体半导体制冷系统。

通过本实用新型的上述技术方案，根据半导体制冷芯片的工作原理及特性，在半导体制冷芯片的热端增加了散热件和冷却风驱动装置，能迅速降低半导体制冷芯片热端的温度，同时在半导体制冷芯片的冷端增加了由液冷换热单元、存储容器和泵送装置构成的循环液路，该循环液路形成的液体运动轨迹能够引导液体的热对流运动，且能够形成局部紊流，将原有的水的自然对流换热方式转化为强迫对流换热方式，增大了对流换热系数，在不改变半导体芯片材料和电流的情况下，增大了半导体制冷芯片的制冷效率，节约了能源，且成本较低，简单实用。

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

下列附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但本实用新型的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1是本实用新型具体实施方式的风冷循环饮用液体半导体制冷系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型液冷换热单元的壳体内部凸起的第一种具体实施方式的结构示意图；

图3是本实用新型液冷换热单元的壳体内部凸起的第二种具体实施方式的结构示意图

图4是本实用新型风冷热端散热器内的冷却风路径上设置的吸热液雾散布装置的一种具体实施方式的位置结构示意图；

图5是本实用新型液冷换热单元的壳体的凹入部结构示意图。

附图标记说明

1半导体制冷芯片2液冷换热单元

21壳体211凹入部

22壳体内部凸起3存储容器

4泵送装置5散热件

6冷却风驱动装置7吸热液雾散布装置

8循环液路

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。

首先需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本发明的技术方案而涉及的一些方位词，例如“外部”、“内部”等均是按照风冷循环饮用液体半导体制冷系统中零部件正常所指的方位类推所具有的含义，例如，液体所经过的部位为内部，与之相对的部位则为外部。

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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

参见图1所示，本实用新型的风冷循环饮用液体半导体制冷系统包括半导体制冷芯片1、与该半导体制冷芯片1的热端接触的风冷热端散热器、液冷换热单元2、存储容器3和泵送装置4，半导体制冷芯片1的冷端端面与液冷换热单元2接触，液冷换热单元2、存储容器3与泵送装置4液路相连形成闭环的循环液路8。

本实用新型的风冷循环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。在本实用新型的制冷系统工作过程中，半导体制冷芯片1在通过直流电时，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，而半导体制冷芯片1能否长期运行的基础就是要有良好的散热，良好的散热是获得最低冷端温度的先决条件，因此，在本实用新型的风冷循环饮用液体半导体制冷系统中，与半导体制冷芯片1热端接触的风冷热端散热器能迅速将半导体制冷芯片1热端的热能传导出去，而与半导体制冷芯片1冷端相连的液冷换热单元2能将半导体制冷芯片1冷端产生的冷能传导进由液冷换热单元2、存储容器3和泵送装置4相连形成的闭环液路中，由此，使得半导体制冷芯片1的热端和冷端的温差始终保持最小。半导体制冷芯片1可以在材质不变、电流不变的情况下达到制冷效率的最大化。而且，本实用新型的制冷系统的循环液路8形成的液体运动轨迹能够引导液体的热对流运动，且能够形成局部紊流，这大大促进了液体的热对流运动，增强了温度扩散，使得与半导体制冷芯片1冷端相连的液冷换热单元2能将半导体制冷芯片1冷端产生的冷能传导进由液冷换热单元2、存储容器3和泵送装置4相连形成的闭环液路中，得到温度相对较低的冷的液体(如水、饮料或果汁)。

同时，存储容器3的进口位置在该存储容器的上部，出口位置设置在该存储容器的下部，优点是使得存储容器3中的液体通过高度差的作用而形成局部紊流，进口位置的温度较低的液体因局部紊流的作用迅速与存储容器3中温度较高的液体混合，存储容器3中的液体的整体温度迅速降低，并且整个容器中的液体的温度更加均匀，不会出现存储容器3中上半部分液体温度较低，下半部分液体温度较高的现象。

为了更好的传导热量，半导体制冷芯片1的热端需贴靠风冷热端散热器，由于半导体制冷芯片1产生的热量被迅速传导至风冷热端散热器上，因此，风冷热端散热器的内部需要设有能迅速将热量传导到空气中的冷却风路径，该冷却风路径可以是格栅形式或螺旋形。

进一步地，半导体制冷芯片1热端的风冷热端散热器由散热件5和用于对该散热件冷却用的冷却风驱动装置6构成，具体地，该散热件5可以是散热铝，也可以是散热铜，而对该散热件冷却用的冷却风驱动装置6可以选择风扇。根据风扇的形状来分，风扇可以大致分为圆形和方形，而根据风扇的形状变化，与之相连的散热件5的外形也相应改变，以达到两个部件的外形统一。

当然，为了达到更好的散热效果，散热件5上设有散热齿，散热齿的形状有很多，可以是格栅形式的，也可以是圆扇形的，还可以是蜗轮形式的。

进一步地，如图5所示，为了达到更高效率的制冷效果，除了将半导体制冷芯片1热端的热量迅速传导出去，半导体制冷芯片1冷端的温度也需要迅速上升，以求半导体制冷芯片1冷端和热端的最小温差，这就需要将半导体制冷芯片1的冷端嵌入液冷换热单元2的壳体21的凹入部211以增大接触传导面积，接触面积越大，传导效率也越高。

作为一种优选实施方式，液冷换热单元2的壳体与半导体芯片1的冷端接触的一侧为冷能传导部，该冷能传导部形成有用于增大液体接触面积的壳体内部凸起22，图2中所示的凸起部分为沿着液体经过方向平行的壳体内部凸起22，当液体由进口进入后，顺着箭头所指方向，会被分开成多道，因此液冷换热单元2中的液体可形成局部紊流，从而能加快液体的冷却速度，提高了制冷效率。图3中所示的凸起部分为迂回形式的壳体内部凸起22，在形成液冷换热单元2的内部紊流的同时，还能够增加液冷换热单元2的液体经过的长度，延长了液体与冷能传导部的接触时间，从而使得液体的冷却效果更好，冷却效率更高。

作为一种具体实施方式，图1中在半导体制冷芯片1的冷端循环液路8中液冷换热单元2的出口位置增加了泵送装置4，若改变泵送装置4的位置，将泵送装置4安装在液冷换热单元2的进口位置处，同样也属于本实用新型的保护范围。泵送装置4可不需要连接管路而直接安装于液冷换热单元2的出口或进口的位置，与液冷换热单元2形成集成模块，这样的集成结构更简单，安装也更便捷。但是无论泵送装置4安装在液冷换热单元2的进口的位置，还是安装在液冷换热单元2的出口位置，泵送装置4都可以使得存储容器中的液体形成局部紊流，可以加快存储容器中温度稍低的液体与温度稍高的液体的混合速度，同时泵送装置4还可以将经过液冷换热单元2后液体水迅速输送进存储容器，以防液体在管路中停留时间过长导致液体温度有所回升。同时，可在该存储容器的外部和连接各零部件的管路上设置保温层，可保证整个循环液路8中的液体保持特定的温度。在这个风冷循环饮用液体半导体制冷系统中，泵送装置4的主要作用是将半导体制冷芯片1的冷端的循环液路8中的液体的自然对流方式变为强迫对流方式，其中自然对流方式的换热系数为：200～1000w/(㎡·℃),而强迫对流方式的换热系数为：1000～15000w/(㎡·℃)，液体的换热系数增大，因此，液冷换热单元2的传导效率提高，液体的冷却效果更好。

参见图4，作为风冷热端散热器的一种优化实施形式，可在风冷热端散热器的冷却风路径上设置有吸热液雾散布装置7，该吸热液雾散布装置7安装在冷却风驱动装置6与散热件5之间，当冷却风驱动装置6开始工作后，半导体制冷芯片1的热端产生的热能传导至散热件5上，散热件5的温度升高，而吸热液雾散布装置7产生的液雾经过温度升高的散热件5时，液雾遇热汽化会带走散热件5上的温度，与冷却风驱动装置6同时作用，使得半导体制冷芯片1的热端产生的热能传导的更快，效率更高，从而使得半导体制冷芯片1的制冷效率增加。

此外，本实用新型还提供一种制冷设备，该制冷设备具有上述方案所述的风冷循环饮用液体半导体制冷系统。

由以上描述可以看出，本实用新型的优点在于：根据半导体制冷芯片1的特性，利用散热件5与冷却风驱动装置6构成的风冷热端散热器对半导体制冷芯片1的热端进行散热，利用液冷换热单元2、存储容器3与泵送装置4液路相连形成闭环的循环液路8形成的液体运动轨迹用以引导液体的热对流运动，形成局部紊流来对半导体制冷芯片1的冷端产生的冷能进行传递，保证半导体制冷芯片1热端与冷端最小温度差，以此来保证半导体制冷芯片1在电流强度及半导体材质都不改变的情况下，增大了半导体制冷芯片1的制冷效率，有效的节约了能源，同时因结构简单，成本较低，更易于实现。

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。