專利名稱：強(qiáng)化傳熱型冷藏箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型述及一種強(qiáng)化傳熱型冷藏箱，特別是采用半導(dǎo)體制冷器的冷藏箱，屬半導(dǎo)體制冷技術(shù)領(lǐng)域。
目前市場(chǎng)上生產(chǎn)供應(yīng)的多種半導(dǎo)體制冷冷藏箱，例如車載型、野營(yíng)型及旅館客房型等的冷藏箱，其優(yōu)點(diǎn)是采用全部固態(tài)器件、重量輕、體積小、沒有環(huán)境污染，但所有這些半導(dǎo)體制冷冷藏箱在性能上還不及機(jī)械壓縮式或吸收式冷藏箱，也即這些半導(dǎo)體制冷冷藏箱的制冷量較小，效率也較低。
在目前已有的半導(dǎo)體制冷制造技術(shù)下，要提高半導(dǎo)體制冷冷藏箱的制冷功能和效率，其有效途徑是強(qiáng)化半導(dǎo)體制冷器熱端的散熱，以及適當(dāng)強(qiáng)化半導(dǎo)體制冷器冷端的散熱。
目前市場(chǎng)上生產(chǎn)供應(yīng)的半導(dǎo)體制冷冷藏箱，一般名稱叫做半導(dǎo)體旅游冰箱或汽車冰箱。此種冷藏箱包括有一個(gè)絕熱箱體，箱體夾層中充有泡沫塑料作為絕熱材料，箱體頂部設(shè)置一半導(dǎo)體制冷器，半導(dǎo)體制冷器上側(cè)的熱端與熱端散熱器相接觸(參見圖1)，半導(dǎo)體制冷器下側(cè)的冷端通過一鋁塊與冷端散熱器相接觸；在散熱器旁側(cè)各有相應(yīng)的散熱風(fēng)扇，使散熱器工作于強(qiáng)迫對(duì)流的工況；風(fēng)扇由一兩頭帶軸的小電機(jī)帶動(dòng)。熱端散熱器和冷端散熱器目前都采用鋁型材散熱器，鋁型材散熱器是通過擠壓成型工藝制造的，其缺點(diǎn)是肋片高度和肋片間距有一定的限制，以致使單位長(zhǎng)度的肋片數(shù)很少，也即單位底面積上的散熱面積很少，故散熱效果較差，其散熱效率也較低。假如半導(dǎo)體制冷器為40×40mm，最大工作電流為Imax=6A，則熱端溫度Th和環(huán)境溫度TR的差值超過20℃，夏天若環(huán)境溫度為30℃時(shí)，則半導(dǎo)體制冷器熱端溫度會(huì)超過50℃，即Th＞50℃。作為冷藏箱，箱內(nèi)溫度應(yīng)保持在+5℃左右，因此半導(dǎo)體制冷器的冷端溫度Tc必須保持在Tc=0℃左右。此時(shí)半導(dǎo)體制冷器的工作溫差會(huì)大於50℃，在這樣的工作溫差下，半導(dǎo)體制冷器的制冷量顯然已太小，很難維持冷藏箱箱內(nèi)溫度在5℃左右。
另一種目前采用的半導(dǎo)體制冷技術(shù)是，半導(dǎo)體制冷器冷端和熱端的散熱通過一個(gè)中間水循環(huán)迥路，左側(cè)為制冷迥路，右側(cè)為散熱迥路(參見圖2)。半導(dǎo)體制冷器右側(cè)的熱端與熱端水熱交換器相接觸，左側(cè)的冷端與冷端水熱交換器相接觸。熱端的中間循環(huán)水借助小泵通過循環(huán)水管道打入熱端水熱交換器，然后再經(jīng)過另一個(gè)管翅式熱交換器，將熱量散發(fā)至外界空氣中去，最后被冷卻的水又被小泵重新再打回到熱端水熱交換器中，如此往復(fù)循環(huán)，使熱端散熱冷卻。另外可設(shè)置一風(fēng)扇以強(qiáng)化管翅式熱交換器的散熱效果。左側(cè)冷端的工作原理與右側(cè)熱端相同，只不過是冷回路?；芈分性O(shè)置有膨脹容器，用以吸收水環(huán)路內(nèi)水容積因溫度變化而產(chǎn)生的體積變化。采用中間水循環(huán)回路的技術(shù)方法可以較好地提高半導(dǎo)體制冷器的效率，主要原因是水熱交換器比前述的鋁型材散熱器的散熱效果要好得多，而將熱量散到周圍空氣中去，是采用了管翅式熱交換器，這是一個(gè)緊湊式鋁釬焊熱交換器，效果較好。因此該方法可以使半導(dǎo)體制冷器的工作溫差明顯減小，因而提高制冷效率。但是，此技術(shù)方法的缺點(diǎn)是增加了一個(gè)龐大的中間水循環(huán)系統(tǒng)，增加了兩套裝置設(shè)備，如小泵，膨脹容器，管翅式熱交換器等，其中鋁釬焊管翅式熱交換器價(jià)格十分昂貴，會(huì)提高制造成本。另外由于有中間水循環(huán)運(yùn)行，一、二年后循環(huán)水有可能局部蒸發(fā)及可能有腐蝕現(xiàn)象，因此需要定期更換循環(huán)水及設(shè)備部件。
本實(shí)用新型的目的是克服目前現(xiàn)有半導(dǎo)本制冷技術(shù)方法中存在的缺點(diǎn)，即通過強(qiáng)化傳熱的手段及方法使半導(dǎo)體制冷器熱端的散熱獲得本質(zhì)上的改進(jìn)，從而使熱端溫度下降，冷端溫度也隨之相應(yīng)下降，縮小半導(dǎo)體制冷器的工作溫差，以提高半導(dǎo)體制冷器的制冷效率。
本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)手段和方法來達(dá)到的。
本實(shí)用新型強(qiáng)化傳熱型冷藏箱主要包括有一個(gè)夾層充有泡沫塑料的絕熱箱體，一個(gè)半導(dǎo)體制冷器，一個(gè)半導(dǎo)體制冷器熱端側(cè)的散熱器，一個(gè)半導(dǎo)體制冷器冷端側(cè)的散熱器，以及散熱器旁側(cè)的散熱風(fēng)扇。箱體頂部設(shè)置有一半導(dǎo)體制冷器，熱端散熱器與半導(dǎo)體制冷器的熱端相接觸，冷端散熱器與半導(dǎo)體制冷器的冷端相接觸；其特征是與半導(dǎo)體制冷器熱端相接觸的散熱器為一特殊設(shè)計(jì)的平面型熱管散熱器，它主要是由作為熱管蒸發(fā)段的平面型基板和作為熱管冷凝段的冷凝管及其管身外面的翅片構(gòu)成的冷凝翅片管所組成，熱管內(nèi)充有可進(jìn)行氣液相轉(zhuǎn)換的工質(zhì)氨，熱管內(nèi)壁可設(shè)置有微孔多孔物質(zhì)構(gòu)成的管芯。在熱管的冷凝段高于蒸發(fā)段的工況下，或熱管的冷凝段在上蒸發(fā)段在下呈垂直狀態(tài)的工況下，此時(shí)熱管即為重力熱管，重力熱管可不設(shè)置有管芯。本實(shí)用新型中都采用了重力熱管。平面型熱管散熱器的平面型蒸發(fā)基板具有光滑平整的平面，可與半導(dǎo)體制冷器熱端側(cè)的平面緊密接觸。平面型基板為一鋁塊，可以是實(shí)心的，也可以是其內(nèi)部開有孔道或腔室，通過連接管與上述的冷凝管相通。與半導(dǎo)體制冷器冷端相接觸的散熱器可以為一般的鋁型材散熱器，也可以是與上述相似的平面型熱管散熱器。在散熱器旁側(cè)還可設(shè)置有一強(qiáng)迫對(duì)流散熱的風(fēng)扇。與半導(dǎo)體制冷器熱端相接觸的平面型熱管散熱器可以為具有單根冷凝翅片管的單管形式，可以為具有兩根并列設(shè)置的冷凝翅片管的雙管式形式，也可以為具有三根并列設(shè)置的冷凝翅片管的三管式形式，還可以為大于三根呈方陣布置的多管式形式。本實(shí)用新型中的最佳方案為具有三根并列設(shè)置的冷凝翅片管的三管式形式。冷凝翅片管其管身和管身外面的翅片是由厚壁鋁管整體加工而成。翅片的形狀為圓形。平面型熱管散熱器全部由金屬鋁制成。
半導(dǎo)體制冷器主要是由數(shù)量眾多的成對(duì)的P-N型碲化鉍半導(dǎo)體長(zhǎng)方形塊粒藉銅片串聯(lián)而成的半導(dǎo)體組件，在直流正向通電情況下，在半導(dǎo)體組件兩側(cè)各自形成熱端和冷端，置于冷端的被冷卻物體，將其熱量自冷端流向熱端，并經(jīng)熱端側(cè)設(shè)置的散熱器和風(fēng)扇排出于周圍大氣中，最終使物體冷卻。半導(dǎo)體制冷器熱端的溫度是影響半導(dǎo)體制冷效率的重要因素，因此加強(qiáng)熱端的散熱，降低熱端的溫度，是本實(shí)用新型要解決的關(guān)鍵問題。
本實(shí)用新型的工作原理簡(jiǎn)單敘述如下半導(dǎo)體制冷器熱端側(cè)的熱量傳給與其平面接觸的平面型熱管散熱器的蒸發(fā)基板，熱管中的傳熱工質(zhì)氨吸收熱量后從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，氣態(tài)氨從基板通過連接管進(jìn)入冷凝段的冷凝管，當(dāng)氣態(tài)氨與冷凝管的內(nèi)壁相接觸時(shí)，熱量就通過管壁及管身外的圓形翅片散發(fā)到周圍空氣中去，并且此時(shí)氨由氣相冷凝為液相，液態(tài)氨沿冷凝管內(nèi)壁回流至蒸發(fā)基板，形成一個(gè)蒸發(fā)和冷凝的循環(huán)，如此往復(fù)循環(huán)，可在相當(dāng)程度上降低半導(dǎo)體制冷器熱端的溫度。氨在蒸發(fā)和冷凝時(shí)的放熱系數(shù)為5000W/M2℃，水在冷卻加熱時(shí)的放熱系數(shù)為1000W/M2℃左右，而空氣在強(qiáng)迫對(duì)流時(shí)的放熱系數(shù)一般不大于100W/M2℃。由于氨在蒸發(fā)和冷凝時(shí)具有如此高的放熱系數(shù)，故有利于熱量的發(fā)散；另外熱管的應(yīng)用相當(dāng)于很大程度地增大了冷凝段的散熱面積，并且也提高了翅片效率。
另外，本實(shí)用新型中半導(dǎo)體制冷器的冷端也可以采用一個(gè)較小的平面型熱管散熱器，此平面型熱管散熱器與前述者作用相反，即熱管散熱器中作為冷凝段的是平面型基板，而作為蒸發(fā)段的是翅片管；與半導(dǎo)體制冷器冷端接觸的是平面型冷凝基板，而翅片管是在箱內(nèi)起吸熱蒸發(fā)作用。冷端的平面型熱管散熱器強(qiáng)化了冷端的散熱效果，因而可進(jìn)一步使半導(dǎo)體制冷器的工作溫差減小，從而提高了制冷效率。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及其效果是明顯的，由于散熱器采用了一種特殊設(shè)計(jì)的平面型熱管散熱器，通過強(qiáng)化傳熱的手段和方法，使半導(dǎo)體制冷器的熱端溫度有效地降低至一定程度，因而降低了半導(dǎo)體制冷器的工作溫差，從而提高了半導(dǎo)體制冷的制冷效率。另外，由于熱端平面型熱管散熱器的效率高，所以可采用轉(zhuǎn)速低、噪音小的低噪音風(fēng)扇，可為旅館、客房設(shè)計(jì)成幾乎無噪音的小型冷藏箱。本實(shí)用新型的冷藏箱具有裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪音小、制冷性能好等特點(diǎn)。其制冷效率在某些情況下甚至高于傳統(tǒng)機(jī)械壓縮式冷藏箱。本實(shí)用新型冷藏箱可廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如它可用作一種較理想的半導(dǎo)體旅游用冰箱、車用冰箱、旅館客房冰箱等。
現(xiàn)將

如下圖1是現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體冷藏箱的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是現(xiàn)有技術(shù)中采用中間水循環(huán)回路散熱制冷的示意圖。
圖3是半導(dǎo)體制冷器熱端設(shè)置有雙管式平面型熱管散熱器的冷藏箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是半導(dǎo)體制冷器的熱端和冷端均設(shè)置有平面型熱管散熱器的冷藏箱的示意圖。
圖5是雙管式平面型熱管散熱器示意圖。
圖6是半導(dǎo)體制冷器熱端設(shè)置有三管式平面型熱管散熱器的冷藏箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是三管式平面型熱管散熱器示意圖。
現(xiàn)結(jié)合附圖并通過實(shí)施例將本實(shí)用新型詳細(xì)敘述于下圖1是現(xiàn)有技術(shù)中目前一般使用的半導(dǎo)體制冷冷藏箱的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中各數(shù)字代碼的意義表示如下1-半導(dǎo)體制冷器，2-鋁金屬塊，3-冷端散熱器，4-熱端散熱器，5-雙軸小電機(jī)，6-熱端風(fēng)扇，7-冷端風(fēng)扇，8-絕熱箱體。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中在半導(dǎo)體制冷器的冷熱端采用中間水循環(huán)回路散熱制冷的示意圖。圖中各數(shù)字代碼的意義表示如下1-半導(dǎo)體制冷器，9、9′-熱端水熱交換器，10、10′-循環(huán)水管路，11、11′-小水泵，12、12′-膨脹容器，13、13′-熱端、冷端管翅式熱交換器，14、14′-風(fēng)扇。
實(shí)施例一參見圖3、圖4、圖5、本實(shí)用新型強(qiáng)化傳熱型冷藏箱主要包括有一個(gè)夾層充有泡沫塑料的絕熱箱體8，在箱體8頂部設(shè)置有一個(gè)半導(dǎo)體制冷器1，半導(dǎo)體制冷器的熱端側(cè)設(shè)置有一雙管式平面型熱管散熱器4，半導(dǎo)體制冷器冷端側(cè)設(shè)置有一鋁型材散熱器3，即半導(dǎo)體制冷器1位于熱端散熱器與冷端散熱器兩者之間，而且都是貼緊的平面接觸。與半導(dǎo)體制冷器1熱端相接觸的是一種特殊設(shè)計(jì)的雙管式平面型熱管散熱器4(參見圖5)，它主要是由作為熱管蒸發(fā)段的平面型基板15和作為熱管冷凝段的冷凝管17及其管身外面的圓形翅片18構(gòu)成的冷凝翅片管所組成，熱管內(nèi)充有傳熱工質(zhì)氨，熱管內(nèi)壁可設(shè)置有微孔多孔物質(zhì)構(gòu)成的管芯。在本實(shí)施例中，熱管的冷凝段在上蒸發(fā)段在下，旦呈垂直狀態(tài)，即為重力熱管，重力熱管可不設(shè)置管芯。平面型蒸發(fā)基板15具有光滑平整的平面，可直接與半導(dǎo)體制冷器1熱端作平面接觸。基板15為一鋁塊，其內(nèi)部開有孔道或腔室，通過連接管16與上述的冷凝管17相通。與半導(dǎo)體制冷器1冷端相接觸的散熱器3為一般的鋁型材散熱器。在冷、熱端散熱器旁側(cè)各設(shè)有一臺(tái)強(qiáng)迫對(duì)流散熱的風(fēng)扇14。雙管式平面型熱管散熱器全部由金屬鋁制成，帶有圓形翅片18的冷凝管17，即冷凝翅片管，是由厚壁鋁管整體加工而成。本實(shí)施例中，半導(dǎo)體制冷器1是采用俄羅斯NORD公司的TM127-1.4-0.6M型號(hào)，尺寸為40×40mm，平面型基板15的尺寸為62×60×20mm，冷凝管尺寸為φ15×1.5mm，圓形翅片18的外徑為φ40mm，翅片管長(zhǎng)度為120mm，翅片間距為2.3mm；采用兩根相同的并列平行布置的翅片管作為冷凝段。熱端散熱器旁側(cè)的風(fēng)扇規(guī)格為120×120mm，冷端散熱器旁側(cè)的風(fēng)扇規(guī)格為80×80mm或100×100mm。本實(shí)施例中冷藏箱的容積為50～60升，冷藏溫度為5℃。
另外，本實(shí)施例中也可以在半導(dǎo)體制冷器1冷端采用一個(gè)較小的平面型熱管散熱器(如單管式的或雙管式的)來取代前述的鋁型材散熱器(參見圖4)，在此情況下，與前述的作用相反，即平面型基板19作為熱管的冷凝段，而帶有圓形翅片20的管子21即翅片管是作為熱管的蒸發(fā)段。平面型冷凝基板19起放熱冷凝作用，而翅片管起吸熱蒸發(fā)作用。在冷端采用平面型熱管散熱器，可強(qiáng)化冷端的散熱效果，進(jìn)一步使半導(dǎo)體制冷器的工作溫差減小，從而提高了制冷效率。
不過，在實(shí)際使用中，冷端采用一般的鋁型材散熱器也是可以的，因?yàn)槔涠说闹评淞颗c熱端散熱量相比要小得多，前者大約只為后者的15～30％，因此用一般的鋁型材散熱器還是可以的。這樣，制造成本也可低一些。
實(shí)施例二參閱圖6和圖7，本實(shí)施例為本實(shí)用新型之最佳方案，其結(jié)構(gòu)及所采用的主要裝置和輔助裝置基本與實(shí)施例一完全相同。其不同點(diǎn)在于半導(dǎo)體制冷器1熱端采用的平面型熱管散熱器4是具有三根并列平行設(shè)置的冷凝翅片管作為冷凝段，平面型蒸發(fā)基板15上有三根連接管16與各相應(yīng)的冷凝管17相通。冷凝管17和圓形翅片18構(gòu)成的翅片管是整體加工而成。本實(shí)施例中，半導(dǎo)體制冷器1是采用俄羅斯NORD公司的TM127-1.4-0.6M型號(hào)，尺寸為40×40mm，平面型熱管散熱器蒸發(fā)基板15的尺寸為62×60×20mm，冷凝管尺寸為φ15×1.5mm，圓形翅片外徑為φ40mm，翅片管長(zhǎng)度為120mm，翅片間距為2.3mm，使用三根相同的并列平面行布置的翅片管作為冷凝段。熱端風(fēng)扇規(guī)格為120×120mm，冷端風(fēng)扇規(guī)格為80×80mm或100×100mm。本冷藏箱的容積為50～60升，冷藏溫度為5℃。
權(quán)利要求1．一種強(qiáng)化傳熱型冷藏箱，主要包括有一夾層充有泡沫塑料的絕熱箱體(8)，一半導(dǎo)體制冷器(1)，一半導(dǎo)體制冷器熱端散熱器(4)，一半導(dǎo)體制冷器冷端散熱器(3)及風(fēng)扇(14)；箱體(8)頂部設(shè)置有一半導(dǎo)體制冷器(1)，熱端散熱器(4)與半導(dǎo)體制冷器(1)的熱端相接觸，冷端散熱器(3)與半導(dǎo)體制冷器(1)的冷端相接觸；其特征是與半導(dǎo)體制冷器(1)熱端相接觸的散熱器為一特殊設(shè)計(jì)的平面型熱管散熱器(4)，它主要是由作為熱管蒸發(fā)段的平面型基板(15)和作為熱管冷凝段的冷凝管(17)及其管身外面的翅片(18)構(gòu)成的冷凝翅片管所組成，熱管內(nèi)充有可進(jìn)行氣液相轉(zhuǎn)換的工質(zhì)氨，熱管內(nèi)壁可設(shè)置有微孔多孔物質(zhì)構(gòu)成的管芯，在熱管的冷凝段高于蒸發(fā)段的工況下，或冷凝段在上蒸發(fā)段在下呈垂直狀態(tài)的工況下，即為重力熱管，重力熱管可不設(shè)置有管芯，平面型基板(15)具有光滑平整的平面，可直接與半導(dǎo)體制冷器(1)熱端作平面接觸；基板為一鋁塊，可以是實(shí)心的，也可以在其內(nèi)部開有孔道或腔室，通過連接管(16)與上述的冷凝管(17)相通；與半導(dǎo)體制冷器(1)冷端相接觸的散熱器(3)可以為一般的鋁型材散熱器；在散熱器旁側(cè)還可設(shè)置有一強(qiáng)迫對(duì)流散熱的風(fēng)扇(14)。
2．如權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化傳熱型冷藏箱，其特征是所述的與半導(dǎo)體制冷器(1)熱端相接觸的平面型熱管散熱器可以為具有單根冷凝翅片管(17)的單管式形式，可以為具有二根并列設(shè)置的冷凝翅片管(17)的雙管式形式，也可以為具有三根并列設(shè)置的冷凝翅片管(17)的三管式形式，還可以為大于三根呈方陣布置的多管式形式；
3．如權(quán)利要求1或2所述的一種強(qiáng)化傳熱型冷藏箱，其特征是所述的平面型散熱器(4)全部由金屬鋁制成；所述的翅片(18)呈圓形，所述的帶有圓形翅片(18)的冷凝管(17)，即冷凝翅片管，是由厚壁鋁管整體加工而成。
4．如權(quán)利要求1或2所述的一種強(qiáng)化傳熱型冷藏箱，其特征是所述的與半導(dǎo)體制冷器(1)熱端相接觸的平面型熱管散熱器(4)，最佳的方案為具有三根并列設(shè)置的冷凝翅片管(17)的三管式形式；所述的半導(dǎo)體制冷器(1)為俄羅斯NORD公司TM127-1.4-0.6M型號(hào)，尺寸為40×40mm；平面型熱管散熱器(4)冷凝段的三根相同且并列布置的冷凝管(17)的尺寸均為φ15×1.5mm，翅片(18)的外徑為φ40mm，翅片管長(zhǎng)度為120mm，翅片間距為2.3mm；蒸發(fā)基板(15)的尺寸為62×60×20mm；所述的熱端側(cè)的風(fēng)扇(4)規(guī)格為120×120mm。
5．如權(quán)利要求4所述的一種強(qiáng)化傳熱型冷藏箱，其特征是所述的與半導(dǎo)體制冷器(1)冷端相接觸的散熱器(3)也可以為一種平面型熱管散熱器，在此情況下，與前述的作用相反，基板(14)作為熱管的冷凝段，而帶有翅片(20)的管子(21)即翅片管是作為熱管的蒸發(fā)段；冷端風(fēng)扇(14)的規(guī)格為80×80mm或100×100mm。
專利摘要本實(shí)用新型述及一種強(qiáng)化傳熱型冷藏箱。該冷藏箱包括有一夾層充有泡沫塑料的絕熱箱體(8)，箱體頂部設(shè)置有一個(gè)半導(dǎo)體制冷器(1)，其熱端側(cè)與熱端散熱器(4)相接觸，其冷端側(cè)與冷端散熱器(3)相接觸，其特征是與半導(dǎo)體制冷器(1)熱端相接觸的散熱器為一特殊設(shè)計(jì)的平面型熱管散熱器(4)，它主要由平面基板(15)和冷凝翅片管(17)組成，管內(nèi)充有傳熱工質(zhì)氨；冷端散熱器(3)可以為一般鋁型材散熱器；在散熱器一側(cè)還設(shè)置有風(fēng)扇(14)。
文檔編號(hào)F25B21/00GK2352902SQ9822513
公開日1999年12月8日 申請(qǐng)日期1998年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月18日
發(fā)明者鄭萬烈 申請(qǐng)人:鄭萬烈