換熱裝置及具有該換熱裝置的半導體製冷設備的製作方法

2023-05-05 20:58:31 3

本發明涉及換熱技術，特別是涉及一種換熱裝置及具有該換熱裝置的半導體製冷設備。

背景技術：

近年來，半導體製冷設備由於其優越的性能而被廣泛應用，例如半導體製冷冰箱、半導體製冷冰櫃等。半導體製冷設備利用半導體製冷片的自動變壓變流控制技術實現製冷，同時通過熱管及傳導技術實現散熱，無需製冷工質和機械運動部件。因此，半導體製冷設備在應用過程中沒有工質汙染和機械振動等傳統機械製冷設備在應用上的一系列問題。

然而，半導體製冷片的冷端產生冷量的同時，其熱端會產生大量的熱量。為了保證半導體製冷片可靠持續地進行工作，需要及時散發其熱端產生的熱量。現有技術中的一種散熱方式為在半導體製冷片的熱端設置一散熱基板進行散熱，散熱基板中嵌設有多根熱管，多根熱管的端部穿設在換熱翅片中。然而多根熱管均嵌設在一個散熱基板中，熱管的布置難度較大。且當半導體製冷設備需要達到較低的製冷溫度或需要使不同的儲物間室實現不同的製冷效果時，通常需要兩個或兩個以上的半導體製冷片。每個半導體製冷片需要一個散熱基板，每個散熱基板需要單獨的換熱翅片進行輔助散熱，換熱翅片佔用的空間較大，導致半導體製冷設備的體積較大。

技術實現要素：

本發明第一方面的一個目的旨在克服現有換熱裝置的至少一個缺陷，提供一種換熱裝置，其具有至少兩個共用換熱翅片的傳熱基板，以提高熱管布置的靈活性，節省換熱翅片佔用空間，從而減小換熱裝置的體積。

本發明第一方面的一個進一步的目的是要提高換熱裝置換熱的均勻性。

本發明第一方面的又一個進一步的目的是要提高換熱裝置的換熱效率。

本發明第二方面的一個目的是提供一種具有換熱裝置的半導體製冷設備。

根據本發明的第一方面，本發明提供了一種換熱裝置，包括：

至少兩個傳熱基板，每個所述傳熱基板均具有與熱源熱連接的換熱面，以從相應的熱源接收熱量；

至少兩根熱管，每根熱管均具有與其中一個所述傳熱基板固定連接的中間區段和兩個分別由所述中間區段的兩端沿該傳熱基板的長度方向延伸的端部區段；以及

多個換熱翅片，設置在所述至少兩根熱管的端部區段上，以散發從所述中間區段向所述端部區段傳送的熱量；其中

所述至少兩個傳熱基板中的每個傳熱基板上均設置至少一根所述熱管，且所述至少兩個傳熱基板中的熱管共用所述多個換熱翅片。

可選地，所述多個換熱翅片分布在所述至少兩個傳熱基板的兩端，以形成兩個獨立的換熱翅片模組。

可選地，所述至少兩個傳熱基板包括設置在位於所述兩個換熱翅片模組之間的空間內的兩個傳熱基板，每個傳熱基板中均設置有多根所述熱管。

可選地，所述兩個傳熱基板中的穿設在同一個所述換熱翅片模組中的多根熱管配置成其至少部分中間區段嵌設在其中一個所述傳熱基板中，以使得該多根熱管中的每根熱管的至少一個端部區段位於其他至少一根熱管的兩個端部區段之間。

可選地，穿設在同一個所述換熱翅片模組中的多根熱管的端部區段配置成沿所述換熱翅片的長度方向以等間距間隔排列。

可選地，每個所述傳熱基板內均設有至少一個貫穿其寬度方向的穿孔，所述至少一根熱管的至少部分中間區段嵌設在所述穿孔中。

可選地，每個所述傳熱基板的換熱面均具有至少一個貫穿所述傳熱基板寬度方向的卡裝槽，所述至少一根熱管的中間區段嵌設在所述卡裝槽內。

可選地，所述熱管呈U形，以使所述熱管的兩個端部區段由其中間區段的兩端朝其所在傳熱基板的同一端部平行延伸。

可選地，所述多個換熱翅片沿豎向延伸，其所在平面與所述至少兩個傳熱基板的換熱面垂直；且

每個所述換熱翅片的片體中均形成有通風孔，且相鄰兩個換熱翅片的通風孔正向相對。

根據本發明的第二方面，本發明還提供了一種半導體製冷設備，包括：

箱體，其內限定有用於儲存物品的儲物間室；

至少兩個半導體製冷片，其冷端與所述儲物間室熱連接，以為所述儲物間 室提供冷量；以及

以上任一所述的換熱裝置，其至少兩個傳熱基板的換熱面分別與所述至少兩個半導體製冷片的熱端熱連接，以散發所述熱端產生的熱量。

本發明的換熱裝置由於設置至少兩個共用換熱翅片的傳熱基板，一方面，至少兩個傳熱基板可為熱管提供更多的嵌設空間，便於靈活地布置熱管；另一方面，至少兩個傳熱基板共用換熱翅片，可省去至少一個傳熱基板的換熱翅片，從而減少換熱翅片所佔用的空間，進而減小換熱裝置的體積。

進一步地，由於本發明的換熱裝置中，穿設在同一個換熱翅片模組中的多跟熱管的端部區段配置成沿換熱翅片的長度方向以等間距間隔排列，因此，熱管中的熱量或冷量可均衡地散發至換熱翅片中，從而通過換熱翅片實現更加均勻的換熱效果。

進一步地，由於本發明的換熱裝置中，換熱翅片分布在至少兩個傳熱基板的兩端，形成了兩個獨立的換熱翅片模組，增大了翅片換熱面積，提高了換熱效率。

根據下文結合附圖對本發明具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特徵。

附圖說明

後文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪製的。附圖中：

圖1是根據本發明的一個實施例的換熱裝置的示意性結構圖；

圖2是根據本發明一個實施例的換熱裝置的熱管的示意性結構圖。

具體實施方式

圖1是根據本發明一個實施例的換熱裝置的示意性結構圖。如圖1所示，換熱裝置100包括：至少兩個傳熱基板、至少兩根熱管和多個換熱翅片30。每個傳熱基板均具有與熱源熱連接的換熱面，以從相應的熱源接受熱量。每根熱管均具有與其中一個傳熱基板連接的中間區段和兩個分別由中間區段的兩端沿該傳熱基板的長度方向延伸的端部區段。多個換熱翅片30設置在至少兩根熱管的端部區段上，以散發從中間區段向端部區段傳送的熱量。特別地，至少兩個傳熱基板中的每個傳熱基板均設置至少一根熱管，且兩個傳熱基板中的熱 管共用該多個換熱翅片30。由此，至少兩根熱管可在至少兩個傳熱基板中靈活布置，提高熱管安裝的便易性。同時，至少兩個傳熱基板共用換熱翅片，可節省部分換熱翅片，以減少換熱翅片佔用的空間，從而減小換熱裝置100的體積。

在本發明的一些實施例中，如圖1所示，多個換熱翅片30分布在至少兩個傳熱基板的兩端，以形成兩個獨立的換熱翅片模組，從而增大了換熱翅片的陣列面積，保證有效的自然散熱。由此，嵌設在至少兩個傳熱基板中的至少兩根熱管可分為沿至少兩個傳熱基板長度方向上的分別朝向至少兩個傳熱基板兩端延伸的兩組熱管。每組熱管的端部區段均穿設在位於至少兩個傳熱基板的相應端部的換熱翅片模組中，從而便於至少兩根熱管的布置和安裝，同時也充分利用了位於兩個換熱翅片模組之間的換熱空間。

進一步地，至少兩根熱管可在位於兩個換熱翅片模組之間的換熱空間內交錯穿插設置，以不規則或規則的形式布滿該換熱空間，從而有效利用了該換熱空間，提高了換熱效果，減少了熱管數量。

在本發明的一些實施例中，至少兩個傳熱基板包括設置在位於兩個換熱翅片模組之間的空間內的兩個傳熱基板，具體為第一傳熱基板11和第二傳熱基板12，每個傳熱基板中均設置有多根熱管。第一傳熱基板11和第二傳熱基板12在兩個換熱翅片模組之間並列且間隔設置，以使兩個傳熱基板的長度方向和寬度方向均一致，第一傳熱基板11和第二傳熱基板12沿其寬度方向並列且間隔一定距離設置。進一步地，嵌設在第一傳熱基板11中的熱管的至少一個端部區段位於嵌設在第二傳熱基板12的熱管的至少兩個端部區段之間，以使兩個傳熱基板的熱管交錯穿插設置，提供散熱效果。

在本發明的一些實施例中，兩個傳熱基板中的穿設在同一個換熱翅片模組中的多根熱管配置成其至少部分中間區段嵌設在其中一個傳熱基板中，以使得該多根熱管中的每根熱管的至少一個端部區段位於其他至少一根熱管的兩個端部區段之間。在本發明實施例中，第一傳熱基板11中嵌設有至少三根熱管，其中有兩根熱管穿設在右端的換熱翅片模組中。第二傳熱基板12中有一根熱管穿設在右端的換熱翅片模組中。第一傳熱基板11和第二傳熱基板12中嵌設的該三根熱管的每根熱管的至少一個端部區段位於其他兩根熱管的兩個端部區段之間。

進一步地，穿設在同一個換熱翅片模組中的多根熱管的端部區段配置成沿換熱翅片30的長度方向以等間距間隔排列。也就是說，熱管朝向兩個傳熱基板同一端延伸的多個端部區段沿換熱翅片30的長度方向以等間距間隔地依次 排列。換句話說，該多個端部區段可將換熱翅片30沿其長度方向分割為等長的若干部分，以使熱管端部區段的熱量均勻地傳遞至換熱翅片30。也就是使換熱翅片30接受到的熱量更加均勻，便於其更加均勻地換熱，提高換熱效率。

進一步地，在本發明的一些實施例中，每根熱管的至少部分中間區段設置在其中一個傳熱基板上，以使每根熱管的至少一個端部區段在換熱翅片30的長度方向上位於其他至少一根熱管的兩個端部區段之間。本發明實施例中，至少兩根熱管可包括第一熱管21和第二熱管22。第一熱管21的中間區段211的中間部分嵌設在傳熱基板11中，同樣，第二熱管22的中間區段221的中間部分嵌設在傳熱基板11中。第一熱管21的其中一個端部區段212位於第二熱管22的端部區段222和另一端部區段223之間；第二熱管22的端部區段222位於第一熱管21的端部區段212和另一端部區段213之間。由此，兩根熱管交錯穿設設置，以增加熱管與其所處換熱空間的接觸面積，以較少的熱管數量實現較好的換熱效果，降低了換熱裝置的成本。

圖2是根據本發明一個實施例的換熱裝置100的熱管的示意性結構圖。在本發明實施例中，第一熱管21和第二熱管22的結構大致相同，下面以第一熱管21為例對其結構進行詳細說明。第一熱管21的中間區段211具有沿傳熱基板的寬度方向依次連接的第一直線型子區段2111、第二直線型子區段2112和第三直線型子區段2113。第一直線型子區段2111、第二直線型子區段2112和第三直線型子區段2113可位於同一條直線上，也可分別位於不同的直線上，還可以為相鄰兩個子區段位於具有一定夾角的兩條直線上。第一直線型子區段2111、第二直線型子區段2112和第三直線型子區段2113的長度可等長，也可不等長。

如圖1所示，第二熱管22的中間區段221也具有沿傳熱基板11的寬度方向依次連接的第一直線型子區段、第二直線型子區段和第三直線型子區段。第一熱管21的第二直線型子區段2112嵌設在第一傳熱基板11中，第二熱管22的第二直線型子區段嵌設在第二傳熱基板12中。也就是說，第一熱管21和第二熱管22在兩個傳熱基板的寬度方向上錯開設置，避免二者並排疊加，從而可使第一熱管21和第二熱管22的除嵌設在兩個傳熱基板中的區段之外的其他各個區段均暴露於換熱空間內或穿設在換熱翅片30中，進而使第一熱管21和第二熱管22的儘可能多的區段均能夠與換熱空間或換熱翅片30進行換熱，即實現換熱空間的最大化，達到較好的換熱效果。

在本發明的一些實施例中，每個傳熱基板內均設有至少一個貫穿其寬度方 向的穿孔，至少一根熱管的至少部分中間區段嵌設在該穿孔中。在本發明實施例中，至少兩根熱管的中間區段分別嵌設在兩個傳熱基板的穿孔中。在本發明其他的實施方式中，每個傳熱基板內可設有多個貫穿其寬度方向的穿孔，以供多根熱管嵌設其中。優選地，該多個穿孔以等間距間隔排列，以將傳熱基板沿其長度方向分割為等長的三部分，以使傳熱基板中的熱量均勻地傳遞至多根熱管。穿孔的大小可與熱管的外徑相匹配，以在熱管嵌設在穿孔中後，使熱管的外表面與位於穿孔內的傳熱基板緊密接觸，從而使實現熱量的有效傳遞。

本領域技術人員應理解，在本發明的另一些實施方式中，第一傳熱基板具有第一換熱面111，第二傳熱基板具有第二換熱面121。每個傳熱基板的換熱面均具有至少一個貫穿該傳熱基板寬度方向的卡裝槽，至少一根熱管的中間區段嵌設在該卡裝槽內。在本發明實施例中，至少兩根熱管的中間區段分別嵌設在兩個傳熱基板換熱面的卡裝槽內。在本發明其他的實施方式中，每個傳熱基板內可設有多個貫穿其寬度方向的卡裝槽，以供多根熱管嵌設其中。優選地，該多個卡裝槽以等間距間隔排列，以將傳熱基板沿其長度方向分割為等長的三部分，以使傳熱基板中的熱量均勻地傳遞至多根熱管。卡裝槽的尺寸配置成使得熱管可在外力作用下卡裝嵌入其中，並保持該熱管，避免其自動脫離卡裝槽。

在本發明的一些實施例中，結合圖1和圖2，第一熱管21和第二熱管22可均大致呈U形，以使每根熱管的兩個端部區段由其中間區段的兩端朝同一方向平行延伸，進而使得每根熱管的兩個端部區段均穿設在同一個換熱翅片模組中。以第一熱管21為例，其端部區段212和另一個端部區段213由其中間區段211的兩端沿傳熱基板11的長度方向朝傳熱基板11的同一端(圖1中所示狀態的右端)延伸，從而端部區段212和另一個端部區段213均穿設在位於該端的換熱翅片模組中。本領域技術人員應理解，在本發明其他的實施方式中，第一熱管21和第二熱管22還可均大致呈Z形。也即是，每根熱管的兩個端部區段分別由其中間區段的兩端沿傳熱基板的長度方向朝傳熱基板的兩個不同端部延伸，從而使每根熱管的兩個端部區段分別穿設在位於傳熱基板兩端的兩個換熱翅片模組中。當然，在本發明的又一些其他的實施方式中，第一熱管21可大致呈U形，第二熱管22可大致呈Z形，第一熱管21和第二熱管22交錯穿插設置。

在本發明的一些實施例中，多個換熱翅片30中的每個換熱翅片均沿至少兩個傳熱基板的寬度方向延伸，且其所在平面與至少兩個傳熱基板的換熱面垂直。每個換熱翅片的片體中均形成有通風孔，且相鄰兩個換熱翅片的通風孔正 向相對，便於空氣的流通，從而提高傳熱效率。進一步地，多個換熱翅片30中的相鄰兩個換熱翅片間隔一定距離設置，以在相鄰兩個換熱翅片之間形成預定間隙，從而使得換熱翅片上的熱量能夠從相鄰兩個換熱翅片之間的空隙散發至空間內，進一步提高換熱效率。優選地，相鄰兩個換熱翅片之間的間距優選為10～20mm。

進一步地，在本發明的一些實施例中，每個傳熱基板上還可設置有軸流風扇(圖中未示出)，以促使空氣朝向位於傳熱基板兩側的換熱翅片流動，並通過換熱翅片30上的通風孔實現換熱翅片30與空氣之間的強制對流換熱，實現大容量的換熱能力，進一步提高換熱效率。

本發明還提供一種半導體製冷設備，包括箱體、至少兩個半導體製冷片和換熱裝置100。箱體內限定有用於儲存物品的儲物間室。至少兩個半導體製冷片的冷端與儲物間室熱連接，以為該儲物間室提供冷量。換熱裝置100的至少兩個傳熱基板的換熱面與至少兩個半導體製冷片的熱端熱連接，以散發該熱端產生的熱量。

在本發明的一些實施例中，半導體製冷片的冷端可緊貼儲物間室的內壁或外壁，半導體製冷片的熱端可緊貼傳熱基板的換熱面。傳熱基板朝向換熱面的一側設置有螺絲固定孔，用於固定半導體製冷片的熱端，保證該熱端與換熱裝置的可靠熱連接。在本發明實施例中，換熱裝置100可為散熱裝置，在本發明其他的實施方式中，換熱裝置100還可為散冷裝置。

本領域技術人員應理解，本發明實施例中涉及的半導體製冷設備可以為冰箱、冰櫃、冷凍冷藏罐或其他利用半導體製冷片進行製冷的設備。

本領域技術人員還應理解，在沒有特別說明的情況下，本發明所稱的「上」、「下」、「左」、「右」、「前」和「後」均是以安裝在半導體製冷設備中的換熱裝置100的正常使用狀態為基準而言的。

至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發明精神和範圍的情況下，仍可根據本發明公開的內容直接確定或推導出符合本發明原理的許多其他變型或修改。因此，本發明的範圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。