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CN106766346B - 一种循环水冷式散热半导体制冷系统 - Google Patents

一种循环水冷式散热半导体制冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种循环水冷式散热半导体制冷系统，包括电源、蓄水桶、水泵、制冷机构和喷淋机构，所述电源与制冷机构连接，所述水泵的进水口通过第一水管与蓄水桶的下端连接，所述水泵的出水口通过第二水管与制冷机构的一端连接，所述制冷机构的另一端与喷淋机构连接，所述喷淋机构安装于蓄水桶的上方，所述喷淋机构的喷淋出口与蓄水桶上端的开口相通。本发明利用水泵、水管、制冷机构、喷淋机构和蓄水桶等组成的水流回路，对半导体制冷片热端进行循环水冷式散热，水冷效果较好，能有效降低热端温度，提高制冷机构的散热效率，从而提高制冷机构的制冷效率。

Description

一种循环水冷式散热半导体制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷技术，具体来说是一种循环水冷式散热半导体制冷系统。
背景技术
当前大部分制冷设备由压缩机、冷凝器和蒸发器构成，其工质对环境的污染破坏，而且产生振动和噪声。半导体制冷作为一种新兴发展起来的制冷技术,是一种具有良好前景的制冷方式其理论基础是热电制冷。其优点是不需要制冷剂，结构紧凑，对环境无污染，故受理广泛使用。但目前的使用的半导体制冷系统还会存在以下缺陷：1、其体积较大，且制造成本较高；2、散热和导冷的效率较低，制冷效率不理想。3、目前的半导体制冷系统的功率恒定，无法满足不断变化的环境。
发明内容
本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、紧凑且效率高、节能环保的循环水冷式散热半导体制冷系统。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种循环水冷式散热半导体制冷系统，包括电源、蓄水桶、水泵、制冷机构和喷淋机构，所述电源与制冷机构连接，所述水泵的进水口通过第一水管与蓄水桶的下端连接，所述水泵的出水口通过第二水管与制冷机构的一端连接，所述制冷机构的另一端与喷淋机构连接，所述喷淋机构安装于蓄水桶的上方，所述喷淋机构的喷淋出口与蓄水桶上端的开口相通。
所述制冷机构包括散热水管、冷风风管、传热套管、半导体制冷片和导冷块，所述传热套管与散热水管套接，所述半导体制冷片的热端固定于传热套管，所述半导体制冷片的冷端与导冷块连接；所述冷风风管包括圆饼部和两条圆管部，所述圆饼部包裹传热套管、半导体制冷片和导冷块，两条圆管部的一端分别与圆饼部的两端连接，所述散热水管的一端穿过圆饼部的一侧后与第二水管连接，所述散热水管的另一端穿过圆饼部的另一侧后与喷淋机构连接；两条圆管部的另一端均设有冷风风机，所述半导体制冷片与电源连接；2条圆管部相对于圆饼部的轴线对称设置。
所述传热套管的外壁设有多个固定平面，而半导体制冷片的数量及导冷块的数量均与固定平面的数量相等；各个半导体制冷片的热端分别固定于相应的固定平面，各个导冷块固定于相应的半导体制冷片的冷端。
所述固定平面绕传热套管的轴线均匀圆周分布。
所述传热套管采用铜或铝合金制成。所述传热套管的内径与散热水管的外径相等。
所述喷淋机构包括连接管和喷淋头，所述喷淋头通过连接管与散热水管连接，所述喷淋头的喷淋出口正对蓄水桶上端的开口。
所述散热水管和冷风风管垂直设置。
所述第一水管设有第一阀门，所述第二水管设有第二阀门。
所述第二水管设有至少两个弯角部。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点：
1、本循环水冷式散热半导体制冷系统主要由直流电源、蓄水桶、水泵、制冷机构和喷淋机构，其利用水泵、水管、制冷机构、喷淋机构和蓄水桶等组成的水流回路，对半导体制冷片热端进行循环水冷式散热，水冷效果较好，能有效降低热端温度，提高制冷机构的散热效率，从而提高制冷机构的制冷效率。
2、本循环水冷式散热半导体制冷系统中的制冷机构主要由散热水管、冷风风管、传热套管、半导体制冷片和导冷块构成，这结构简单紧凑，且传热套管可与多个半导体制冷片固定连接，这实现对空间利用的最大化，结构紧凑，减小了整个系统的体积。
3、本循环水冷式散热半导体制冷系统利用水泵、水管、制冷机构、喷淋机构和蓄水桶等组成的水流回路，则冷却水形成循环回路，不需要持续补充水源，达到节约资源，使用便捷的效果。
附图说明
图1是本发明的循环水冷式散热半导体制冷系统的结构框图。
图2是本发明的循环水冷式散热半导体制冷系统的结构示意图。
图3是本发明的制冷机构的结构示意图。
图4是本发明的制冷机构的内部结构示意图。
图5是本发明的传热套管的结构示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本循环水冷式散热半导体制冷系统，包括电源1、蓄水桶2、水泵3、制冷机构4和喷淋机构5，所述电源1与制冷机构4连接，所述水泵3的进水口通过第一水管6与蓄水桶2的下端连接，所述水泵3的出水口通过第二水管7与制冷机构4的一端连接，所述制冷机构4的另一端与喷淋机构5连接，所述喷淋机构5安装于蓄水桶2的上方，所述喷淋机构5的喷淋出口与蓄水桶2上端的开口相通。
在实际工作中，水泵3、水管(即第一水管6和第二水管7)、制冷机构4、喷淋机构5和蓄水桶2等组成的冷却水流回路，即先通过水泵3自蓄水桶2抽取水分供送到制冷机构4，这水分进入制冷机构4的散热水管401时吸收半导体制冷片404产生的热量，然后吸收热量的水再通过喷淋机构5喷洒下蓄水桶2，在水份从喷淋机构5喷撒落到蓄水桶2的过程中，水分的气温快速下温后再回落到蓄水桶2，这些回到蓄水桶2的水分可再次被用作冷却水，即可再次被水泵3抽取送到制冷机构4吸收热量。这冷却水形成循环回路，不需要持续补充水源，达到节约资源，使用便捷的效果。为进一步提高水的冷却效果，蓄水桶2安装有冷却塔，此冷却塔可直接在市场购买。而制冷机构4通过水冷散热，这提高了制冷机构4的散热效果，以保证制冷机构4具有良好的制冷效果。
如图3和图4所示，所述制冷机构4包括散热水管401、冷风风管402、传热套管403、半导体制冷片404和导冷块405，所述传热套管403与散热水管401套接，所述半导体制冷片404的热端固定于传热套管403，所述半导体制冷片404的冷端与导冷块405连接；所述冷风风管402包括圆饼部4021和两条圆管部4022，所述圆饼部4021包裹传热套管403、半导体制冷片404和导冷块405，两条圆管部4022的一端分别与圆饼部4021的两端连接，所述散热水管401的一端穿过圆饼部4021的一侧后与第二水管7连接，所述散热水管401的另一端穿过圆饼部4021的另一侧后与喷淋机构5连接；两条圆管部4022的另一端均设有冷风风机8，所述半导体制冷片404与电源1连接；2条圆管部相对于圆饼部的轴线对称设置。此制冷机构4的结构简单，方便安装及维护。其中，冷风风管402具有圆饼部4021和圆管部4022，则冷风风机8鼓吹进入的气体可在圆饼部4021内形成环流，以进一步提高制冷机构4的制冷散热效果。
如图5所示，所述传热套管403的外壁设有多个固定平面9，而半导体制冷片404的数量及导冷块405的数量均与固定平面9的数量相等；各个半导体制冷片404的热端分别固定于相应的固定平面9，各个导冷块405固定于相应的半导体制冷片404的冷端。固定平面9可增加传热套管403与半导体制冷片404之间的接触面积，以进一步提高半导体制冷片404热端产生的热量通过传热套管403传递到散热水管401的水中，故提高了制冷机构4的散热效果。本实施例中，固定平面的数量为6个，此6个固定平面绕传热套管的轴线均匀圆周分布。而固定平面的数量不仅限于6个，还可为5、8、12等，以根据环境的变化而增减数量，以最大限度的适应负荷变化。
所述传热套管403采用铜或铝合金制成。传热套管403的材料不仅限于铜或铝合金，还可采用其他具有良好导热性能的金属材料。采用良好传热效果的材料制成的传热套管，以进一步提高制冷机构的散热效果。
所述传热套管403的内径与散热水管401的外径相等。这保证传热套管403的内壁与散热水管401的外壁之间充分接触，以保证传热效率，进一步提高制冷机构的散热效果。
所述喷淋机构5包括连接管501和喷淋头502，所述喷淋头502通过连接管501与散热水管401连接，所述喷淋头502的喷淋出口正对蓄水桶2上端的开口。此结构简单，安装方便。吸收了热量的水通过喷淋头502喷洒到蓄水桶2时可通过自然风冷，以降低这些水分的温度，以达到节能环保的效果。
所述散热水管401和冷风风管402垂直设置。此设计紧凑，且保证冷风风管402的圆饼部4021内的气体环流与导冷块充分接触，提高了制冷机构4的制冷效果。
所述第一水管6设有第一阀门10，所述第二水管7设有第二阀门11。阀门(即第一阀门10和第二阀门11)可有效控制水流的流速，保证制冷机构4的散热效果。
所述第二水管7设有至少两个弯角部12。弯角部12可减慢水流的流速，使水分可充分吸收从传热套管403传递过来的热量，进一步提高了水冷散热的效果。
在实际中，本实施例的循环水冷式散热半导体制冷系统中制冷装置中半导体制冷片的数目为6片，单个半导体制冷片额定功率为93W，半导体制冷片的热端与传热套管的固定平面相贴，半导体制冷片的冷端与导冷块相贴。此外，为更好的导热、导冷，半导体制冷片的热端与传热套管的接合面间及半导体制冷片的冷端与导冷块的接合面间均设有导热胶；本实施例中的电源的实际功率为600W的直流电源，连接着6个半导体制冷片。工作时，直流电源半导体制冷片提供9.3V电压。6个半导体制冷片热端贴紧传热套管的固定平面，冷却水流经散热水管是吸收传热套管传递过来的热量。半导体制冷片冷端通过导冷块传导冷量，导冷块的翅片上有三维的凹槽波纹，风扇鼓吹的气流横掠导冷翅片两侧，可以提高气流湍流度。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种循环水冷式散热半导体制冷系统，其特征在于：包括电源、蓄水桶、水泵、制冷机构和喷淋机构，所述电源与制冷机构连接，所述水泵的进水口通过第一水管与蓄水桶的下端连接，所述水泵的出水口通过第二水管与制冷机构的一端连接，所述制冷机构的另一端与喷淋机构连接，所述喷淋机构安装于蓄水桶的上方，所述喷淋机构的喷淋出口与蓄水桶上端的开口相通；
所述制冷机构包括散热水管、冷风风管、传热套管、半导体制冷片和导冷块，所述传热套管与散热水管套接，所述半导体制冷片的热端固定于传热套管，所述半导体制冷片的冷端与导冷块连接；所述冷风风管包括圆饼部和两条圆管部，所述圆饼部包裹传热套管、半导体制冷片和导冷块，两条圆管部的一端分别与圆饼部的两端连接，所述散热水管的一端穿过圆饼部的一侧后与第二水管连接，所述散热水管的另一端穿过圆饼部的另一侧后与喷淋机构连接；两条圆管部的另一端均设有冷风风机，所述半导体制冷片与电源连接；2条圆管部相对于圆饼部的轴线对称设置。
2.根据权利要求1所述的循环水冷式散热半导体制冷系统，其特征在于：所述传热套管的外壁设有多个固定平面，而半导体制冷片的数量及导冷块的数量均与固定平面的数量相等；各个半导体制冷片的热端分别固定于相应的固定平面，各个导冷块固定于相应的半导体制冷片的冷端。
3.根据权利要求2所述的循环水冷式散热半导体制冷系统，其特征在于：所述固定平面绕传热套管的轴线均匀圆周分布。
4.根据权利要求1所述的循环水冷式散热半导体制冷系统，其特征在于：所述传热套管采用铜或铝合金制成。
5.根据权利要求1所述的循环水冷式散热半导体制冷系统，其特征在于：所述传热套管的内径与散热水管的外径相等。
6.根据权利要求1所述的循环水冷式散热半导体制冷系统，其特征在于：所述喷淋机构包括连接管和喷淋头，所述喷淋头通过连接管与散热水管连接，所述喷淋头的喷淋出口正对蓄水桶上端的开口。
7.根据权利要求1所述的循环水冷式散热半导体制冷系统，其特征在于：所述散热水管和冷风风管垂直设置。
8.根据权利要求1所述的循环水冷式散热半导体制冷系统，其特征在于：所述第一水管设有第一阀门，所述第二水管设有第二阀门。
9.根据权利要求1所述的循环水冷式散热半导体制冷系统，其特征在于：所述第二水管设有至少两个弯角部。
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