CN209801916U - 水冷循环饮用液体半导体制冷系统及制冷设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制冷技术，公开了一种水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的热端接触的散热模块(9)和与半导体制冷芯片的冷端接触的循环水制冷模块(10)。此外，本实用新型还提供一种具有所述水冷循环饮用液体半导体制冷系统的制冷设备。本实用新型针对现有制冷设备中半导体制冷芯片的热端热量散发不及时，冷端和热端换热效率低下的问题，在半导体制冷芯片的热端采用水冷散热器散热，在半导体制冷芯片的冷端采用液冷换热单元(2)、存储容器(3)和泵送装置(4)相连形成的闭环循环液路(11)进行制冷，不仅能增强半导体制冷芯片的工作效率，而且结构简单，成本低廉。

Description

水冷循环饮用液体半导体制冷系统及制冷设备

技术领域

本实用新型涉及制冷技术，具体地涉及一种水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水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。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种水冷循环饮用液体半导体制冷系统，该水冷循环饮用液体半导体制冷系统的制冷效率较高，能够有效提高制冷效果。

本实用新型的另一个目的是提供一种制冷设备，该制冷设备能够对饮用液体有效地制冷，制冷效率较高，能够达到用户满意的制冷效果。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种水冷循环饮用液体半导体制冷系统，包括半导体制冷芯片、散热模块和与所述半导体制冷芯片的冷端接触的制冷模块；所述散热模块包括散热件、水泵、用于向所述散热件供应冷却风的冷却风驱动装置、以及与所述半导体制冷芯片的热端接触的冷却水箱，该冷却水箱、散热件、水泵水路连接为冷却水循环系统；所述制冷模块包括液路相连以形成循环液路的液冷换热单元、存储容器和泵送装置，所述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，所述冷却水箱包括由隔板交错分隔的第一水道和第二水道，所述第一水道和第二水道彼此独立，且所述第一水道和第二水道连接为能够在串联模式和并联模式之间切换。

具体地所述第一水道连接有第一进水口和第一出水口，所述第二水道连接有第二进水口和第二出水口，其中，所述第一进水口连接于所述冷却水循环系统的水箱进水水路，所述第一出水口和所述第二进水口之间连接有换向控制阀，且该换向控制阀还连接于所述水箱进水水路和水箱出水水路，所述第二出水口连接于所述水箱出水水路，所述换向控制阀的阀芯至少能够被切换到第一位置和第二位置，其中在所述第一位置使得所述第一出水口和所述第二进水口相互连通，且所述第一出水口与所述水箱出水水路相互截止、所述第二进水口与所述水箱进水水路彼此截止，以使得所述第一水道和第二水道处于所述串联模式；在所述第二位置使得所述第一出水口和所述第二进水口相互截止，且所述第一出水口与所述水箱出水水路相互连通、所述第二进水口与所述水箱进水水路彼此连通，以使得所述第一水道和第二水道处于所述并联模式。

更具体地，所述换向控制阀为电控换向控制阀。

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。

作为一种优选实施形式，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。

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。

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

更具体地，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体经过的路程长度。

优选地，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。

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水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水冷散热模块，以传导半导体制冷芯片产生的热能，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

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

图2是本实用新型冷却水箱的一种具体实施形式的结构示意图；

图3是本实用新型冷却水箱的一种具体实施形式的与壳体配套使用的盖板的结构示意图；

图4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5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6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

3 存储容器 4 泵送装置

5 水泵 6 散热件

7 冷却风驱动装置 8 冷却水箱

81 壳体 82 第一水道

83 隔板 84 第二水道

85 第二出水口 86 第二进水口

87 第一出水口 88 第一进水口

89 盖板 9 散热模块

10 制冷模块 11 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”等均是按照水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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。

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，本实用新型的水冷循环饮用液体半导体制冷系统包括半导体制冷芯片1、散热模块9和与所述半导体制冷芯片1的冷端接触的制冷模块10导体制冷芯片1、散热模块9和与所述半导体制冷芯片1的冷端接触的制冷模块10，其中，所述散热模块9包括散热件6、水泵5、用于向所述散热件6供应冷却风的冷却风驱动装置7、以及与所述半导体制冷芯片1的热端接触的冷却水箱8，该冷却水箱8、散热件6、水泵5水路连接为冷却水循环系统；所述制冷模块10包括液路相连以形成循环液路11的液冷换热单元2、存储容器3和泵送装置4，所述循环液路11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。

具体地，在本实用新型的半导体制冷芯片1通电时，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，良好的散热是获得理想冷端温度的先决条件，因此，本实用新型的散热模块9的冷却水箱8能迅速将半导体制冷芯片1热端的热能转移到散热件6上并通过散热件6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较小。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。本实用新型制冷系统的循环液路11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)。

具体地，例如，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，其优点是通过进口进入的饮用液体，冲击存储容器3中的液面，从而使得存储容器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。同时，在制冷工作过程中，通过泵送装置4 的泵送，饮用液体从存储容器3的出口抽出饮用液体，经由上部连接液路送到液冷换热单元2，液冷换热单元2的一侧侧面作为吸热面2与半导体制冷芯片1的冷端直接接触，经过液冷换热单元2内腔的饮用液体与液冷换热单元2的吸热面直接接触，其热量被吸热面吸收，被泵送装置4抽吸流出液冷换热单元2，从存储容器3的上部进口进入存储容器3内的上部。如此存储容器3下部的饮用液体被不断抽出，同时存储容器3上部最新被冷却的饮用液体被不断填入，按此不断循环，形成一种饮用液体的强制循环运动。由于存储容器3下部的饮用液体被不断抽出，存储容器3内的饮用液体需要不断填充到下部，这样存储容器3内的液体整体呈现一种从上到下不断移动的趋势，这种运动与自然热对流运动轨迹不同，而是一种经过设计、相对精确控制液体运动轨迹的强制热对流运动。

本实用新型的冷却水箱8可以是各种结构形式的水箱形式，作为本实用新型的一种优选结构形式，如图2所示，所述冷却水箱8包括由隔板83交错分隔的第一水道82和第二水道84，所述第一水道82和第二水道84彼此独立，且第一水道82和第二水道84连接为能够在串联模式和并联模式之间切换。

具体地，所述冷却水箱8的所有进水口与出水口用换向电磁阀连接，所述第二进水口86与第一出水口87相互连通，且所述第一出水口87与所述水箱出水水路相互截止、所述第二进水口86与所述水箱进水水路彼此截止，以使得所述第一水道82和第二水道84处于所述串联模式；在所述第二位置使得所述第一出水口87和所述第二进水口86相互截止，且所述第一出水口 87与所述水箱出水水路相互连通、所述第二进水口86与所述水箱进水水路彼此连通，以使得所述第一水道82和第二水道84处于所述并联模式。

更具体地，所述换向控制阀为电控换向控制阀。使用者选用电控换向电磁阀控制，可以很方便地控制第一水道82和第二水道84的串联模式或并联模式，既便捷又能提供多种选择模式供用户选择，节能高效。

进一步地，如图6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冷端也需要迅速吸收待冷却的饮用液体的热量，以避免半导体制冷芯片1的热端争夺冷端的冷能，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4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5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11 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11中的液体保持特定的温度。在这个水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11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，水冷换热器2的传导效率提高，液体的冷却效果更好。

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水冷循环饮用液体半导体制冷系统。

综上可以看出，本实用新型的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，在半导体制冷芯片1的热端增加了散热模块9，以传导半导体制冷芯片1产生的热能，降低半导体制冷芯片1热端的温度，散热模块9中的电控换向电磁阀可以根据实际换热需求由用户自行选择第一水道82和第二水道84的串联或并联模式，使用更加灵活方便，而且更加节能环保。同时，在半导体制冷芯片1的冷端增加了由液冷换热单元2、存储容器3和泵送装置4构成的循环液路11，该循环液路11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1的制冷效率，节约了能源，且成本较低，简单实用。

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。

Claims (11)

1.一种水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，包括半导体制冷芯片(1)、散热模块(9)和与所述半导体制冷芯片(1)的冷端接触的制冷模块(10)；

所述散热模块(9)包括散热件(6)、水泵(5)、用于向所述散热件(6)供应冷却风的冷却风驱动装置(7)、以及与所述半导体制冷芯片(1)的热端接触的冷却水箱(8)，该冷却水箱(8)、散热件(6)、水泵(5)水路连接为冷却水循环系统；

所述制冷模块(10)包括液路相连以形成循环液路(11)的液冷换热单元(2)、存储容器(3)和泵送装置(4)，所述循环液路(11)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。

2.根据权利要求1所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，所述冷却水箱(8)包括由隔板(83)交错分隔的第一水道(82)和第二水道(84)，所述第一水道(82)和第二水道(84)彼此独立，且所述第一水道(82)和第二水道(84)连接为能够在串联模式和并联模式之间切换。

3.根据权利要求2所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，所述第一水道(82)连接有第一进水口(88)和第一出水口(87)，所述第二水道(84)连接有第二进水口(86)和第二出水口(85)，其中，所述第一进水口(88)连接于所述冷却水循环系统的水箱进水水路，所述第一出水口(87)和所述第二进水口(86)之间连接有换向控制阀，且该换向控制阀还连接于所述水箱进水水路和水箱出水水路，所述第二出水口(85)连接于所述水箱出水水路，所述换向控制阀的阀芯至少能够被切换到第一位置和第二位置，其中在所述第一位置使得所述第一出水口(87)和所述第二进水口(86)相互连通，且所述第一出水口(87)与所述水箱出水水路相互截止、所述第二进水口(86)与所述水箱进水水路彼此截止，以使得所述第一水道(82)和第二水道(84)处于所述串联模式；在所述第二位置使得所述第一出水口(87)和所述第二进水口(86)相互截止，且所述第一出水口(87)与所述水箱出水水路相互连通、所述第二进水口(86)与所述水箱进水水路彼此连通，以使得所述第一水道(82)和第二水道(84)处于所述并联模式。

4.根据权利要求3所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，所述换向控制阀为电控换向控制阀。

5.根据权利要求1所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，所述半导体制冷芯片(1)的冷端伸入所述液冷换热单元(2)的壳体的凹入部(211)，以增大接触传导面积。

6.根据权利要求1所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，所述泵送装置(4)安装在所述液冷换热单元(2)的进口或出口的位置，以与该液冷换热单元(2)形成为集成模块。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，所述液冷换热单元(2)的壳体的与所述半导体制冷芯片(1)的冷端接触的一侧为冷能传导部。

8.根据权利要求7所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，所述液冷换热单元(2)的冷能传导部形成有用于形成所述局部紊流的壳体内部凸起(22)。

9.根据权利要求8所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，所述液冷换热单元(2)的壳体内部凸起(22)形成迂回路径，以能够增加经过所述液冷换热单元(2)的液体经过的路程长度。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统，其特征在于，所述存储容器(3)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(3)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。

11.一种制冷设备，其中，该制冷设备包括根据权利要求1至10中任一项所述的水冷循环饮用液体半导体制冷系统。