本实用新型涉及半导体制冷技术领域，特别是一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置。
背景技术：
能源危机、环境恶化是21世纪的主要问题，大量的化石燃料的燃烧和消耗，氟利昂等制冷剂的大量使用导致全球变暖、影响了我们正常的生产生活。因此，对于绿色环保技术中半导体制冷的研究具有重大的意义。半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷，是60年代末发展起来的制冷新技术，与常规的制冷技术不同，半导体制冷既没有复杂的机械结构，又无传统制冷机必须的制冷剂，它是利用特种半导体材料组成p-n结，通上直流电制冷，几秒钟内就可以使冷端结霜。但是半导体制冷技术的制冷效率相对较低，常见单极半导体制冷器的制冷效率介于0.2-0.6之间，制冷器性能的提升是拓宽半导体制冷技术的应用范围和竞争力的主要方向。在半导体制冷系统的工作过程中，热量不断从冷端转移到热端，已有研究表明：热端的热量需要及时有效地被释放，否则会对制冷性能产生不利的影响。应尽可能地降低热电堆与散热器，散冷器之间的接触热阻以提高制冷效果。早期的半导体制冷系统主要采用风冷散热方式，其热端散热效果因气体的换热系数较小而受到影响；随后出现了水冷散热半导体制冷系统，使热端散热效果得到了一定的改善，但由于水冷头与制冷片表面的粗糙度等因素贴合处会不可避免存在间隙使得存在空气热阻，同时还存在材料热阻，从而影响散热效率，虽然传统处理热阻的方式通过在接触面处涂抹银硅脂等导热材料来降低空气热阻，但仍无法完全消除水头与半导体制冷片之间的热阻进而会影响系统的制冷性能和运行的稳定性。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为了解决目前没有一种装置能够有效消除水头与半导体制冷片之间的热阻进而会影响系统的制冷性能和运行的稳定性的问题，而提供一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置。
本实用新型提出如下的解决方案：通过设计新型的水头结构及散热和载冷的系统来达到更佳的制冷效率。本实用新型的技术问题可以通过采取如下措施解决：
本实用新型的一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置，它包括热端水头、冷端水头、软管、半导体制冷片、隔热棉、双层隔膜微型水泵和聚氨酯结构体；
所述的热端水头一侧设置有流体出口；
所述的冷端水头一侧设置有流体入口；
所述的热端水头与冷端水头通过螺栓连接在一起；半导体制冷片设置于热端水头与冷端水头之间；隔热棉置于热端水头与冷端水头的连接处，且位于半导体制冷片上；
聚氨酯结构体为长方体结构，内部为中空结构；所述的热端水头、冷端水头置于聚氨酯结构体的中空结构内；聚氨酯结构体一侧开设有软管接入口；
双层隔膜微型水泵置于聚氨酯结构体一侧，流体出口通过软管穿过聚氨酯结构体一侧开设的软管接入口与双层隔膜微型水泵流体进口连通，双层隔膜微型水泵的流体出口通过软管穿过聚氨酯结构体一侧开设的软管接入口与冷端水头的流体入口连通；
所述的热端水头是由流体横掠管一、导流挡板一和接触凹槽一组成；所述的热端水头为上端开口的盒体；多个流体横掠管一交错设置在热端水头内；导流挡板一置于热端水头中间，并与热端水头平行设置；接触凹槽一设置在热端水头上端面上。
本实用新型装置通过设计一种新的水头结构，使换热流体与半导体制冷片直接接触，换热流体和制冷片接触形成，一个封闭空间，空间内无空气和间隙，消除上述热阻。另外传统的制冷区将制冷片的冷端直接放置在制冷空间里，由于表面霜的生成附着在制冷片表面使传热效率降低，使冷量的产生效率降低，本实用新型系统，由于冷量的导出效率提高，使得制冷效率提高。
本实用新型半导体制冷系统的水冷散热装置，包括散热部分、载冷部分、进水管、出水管、双层膈膜微型水泵。水头与半导体制冷片直接接触，热量和冷量由流体换热载走。热端水头、冷端水头开口端与半导体冷热效应面形成密闭空间，接触处设有橡胶封闭圈，其目的在于保证流体在系统中的流动且不发生泄漏，半导体与水头整体部分由聚氨酯保温材料包裹，其目的在于防止制冷系统与周围环境进行热交换。当流体流经水头，由于流体横掠管的阻碍作用，流体流动状态由层流转变为紊流状态，当流体的流层发生波动，于是在波峰一侧断面受到压缩，流速增大，压强降低；在波谷一侧由于过流断面增大，流速减小，压强增大。因此流层受到压差作用。将使波动进一步加大，终于发生涡体。涡体形成后，由于其一侧的旋转切线速度与流动方向一致，故流速较大，压强较小。而另一侧旋转切线速度与流动方向相反，流速较小，压强较大。于是涡体在其两侧压差的作用下，将由一层转到另一层，使紊流掺杂，加大了流体于半导体冷热效应面的接触和混合强度，使得换热过程在短时间内达到充分的效果。导流板的设置保证了流体按设计的流程流动。流体的流动过程是从水头的进口端口流进，挡流板的尾部是与水头的内壁存在间隙空间，流体从入口端进入，从导流板尾部间隙流至右侧的出水端。以使流程和流速达到一个相对平衡点以达到较佳的对流换热效果。相对于普通水冷头同等工况及电流情况下的半导体制冷系统，对流换热系数提高10％左右。
综合以上可知，本实用新型一种半导体制冷系统部件的设计解决了水冷头与制冷片接触面存在材料热阻和空气热阻。为提高冷热端散热效率，及制冷片的制冷效果，增大制冷量提供新的解决思路。
附图说明
图1为本实用新型半导体制冷装置的结构示意图；
图2为本实用新型热端水头的结构示意图；
图3为本实用新型冷端水头的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置，它包括热端水头1、冷端水头2、软管3、半导体制冷片4、隔热棉5、双层隔膜微型水泵6和聚氨酯结构体7；
所述的热端水头1一侧设置有流体出口15；
所述的冷端水头2一侧设置有流体入口19；
所述的热端水头1与冷端水头2通过螺栓连接在一起；半导体制冷片4设置于热端水头1与冷端水头2之间；隔热棉5置于热端水头1与冷端水头2的连接处，且位于半导体制冷片4上；
聚氨酯结构体7为长方体结构，内部为中空结构；所述的热端水头1、冷端水头2置于聚氨酯结构体7的中空结构内；聚氨酯结构体7一侧开设有软管3接入口；
双层隔膜微型水泵6置于聚氨酯结构体7一侧，流体出口15通过软管3穿过聚氨酯结构体7一侧开设的软管3接入口与双层隔膜微型水泵6流体进口连通，双层隔膜微型水泵6的流体出口通过软管3穿过聚氨酯结构体7一侧开设的软管3接入口与冷端水头2的流体入口19连通；
所述的热端水头1是由流体横掠管一11、导流挡板一12和接触凹槽一13组成；所述的热端水头1为上端开口的盒体；多个流体横掠管一11交错设置在热端水头1内；导流挡板一12置于热端水头1中间，并与热端水头1平行设置；接触凹槽一13设置在热端水头1上端面上。
所述的流体入口二14通过软管3与半导体制冷系统其它部件连通。流体出口二20通过软管3与半导体制冷系统其它部件连通。
本实施方式所述的流体横掠管一11为错排排列。所述导流挡板一12其目的是使流体按计算最佳的设计流程流动。尾端为圆角结构，其目的在于减少局部阻力。所述接触凹槽一13在于制冷片接触处有橡胶封闭圈，其目的在于保证流体在系统部件中的流动且不发生泄漏。所述水头1设有流体入口二14及流体出口15。两个水头通过水头左右两侧的连接结构加以螺栓连接。一个完整的热交换过程如下：首先流体在热端水头1由流体入口二14流入热端水头1，由于热端水头1内错排流体横掠管一11的作用，流动状态由层流转变为紊流状态加大于半导体冷热效应面的接触和混合强度，使换热过程在短时间内达到充分的效果。流体由于导流挡板一12的作用按设计的流程流动由流体出口15流入软管3再进入双层隔膜微型水泵6由水泵出口经过软管送入散热区，散热区可为盘型铜管形成的散热器。经过散热区热量的散失后再由软管3返回连接水头1流体入口二14从而形成一个完整的热端循环过程。冷量由冷端水头换热载出，该制冷系统还包括紧贴于所述冷效应面的内部流有流体的冷端水头2。流体在水头中换热致使流体温度降低，流体在冷端水头2由流体入口19流入冷端水头2，由于冷端水头2内错排流体横掠管一16的作用，流动状态由层流转变为紊流状态加大于半导体冷热效应面的接触和混合强度，使换热过程在短时间内达到充分的效果。流体由于导流挡板一17的作用按设计的流程流动由流体出口二20流入软管3再进入双层隔膜微型水泵6由水泵出口经过软管送入冷量利用区，冷量利用区设置在制冷空间内。经过冷量利用后再由软管3返回连接水头2流体入口19从而形成一个完整的冷端循环过程。双层膈膜微型水泵的左右两端各有两个端口，两个流程互相独立工作。所述双层隔膜微型水泵6设置在聚氨酯层外部。隔热棉5设置在两个水头的接触处，其目的在于减少两个水头之间的热传导换热。由于所述的两个过程中均在隔热层内进行的，且在较高换热效果的导热构件下进行所以达到了更佳的制冷效率。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的冷端水头2是由流体横掠管二16、导流挡板二17和接触凹槽二18组成；所述的冷端水头2为上端开口的盒体；多个流体横掠管二16交错设置在冷端水头2内；导流挡板二17置于冷端水头2中间，并与冷端水头2平行设置；接触凹槽二18设置在冷端水头2上端面上。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：热端水头1与冷端水头2的体积相同，且热端水头1与冷端水头2刚好能够扣合在一起。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：半导体制冷片4为与热端水头1大小相同的半导体制冷板。其它与具体实施方式一相同。
技术特征：
1.一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置，其特征在于它包括热端水头(1)、冷端水头(2)、软管(3)、半导体制冷片(4)、隔热棉(5)、双层隔膜微型水泵(6)和聚氨酯结构体(7)；
所述的热端水头(1)一侧设置有流体出口(15)；
所述的冷端水头(2)一侧设置有流体入口(19)；
所述的热端水头(1)与冷端水头(2)通过螺栓连接在一起；半导体制冷片(4)设置于热端水头(1)与冷端水头(2)之间；隔热棉(5)置于热端水头(1)与冷端水头(2)的连接处，且位于半导体制冷片(4)上；
聚氨酯结构体(7)为长方体结构，内部为中空结构；所述的热端水头(1)、冷端水头(2)置于聚氨酯结构体(7)的中空结构内；聚氨酯结构体(7)一侧开设有软管(3)接入口；
双层隔膜微型水泵(6)置于聚氨酯结构体(7)一侧，流体出口(15)通过软管(3)穿过聚氨酯结构体(7)一侧开设的软管(3)接入口与双层隔膜微型水泵(6)流体进口连通，双层隔膜微型水泵(6)的流体出口通过软管(3)穿过聚氨酯结构体(7)一侧开设的软管(3)接入口与冷端水头(2)的流体入口(19)连通；
所述的热端水头(1)是由流体横掠管一(11)、导流挡板一(12)和接触凹槽一(13)组成；所述的热端水头(1)为上端开口的盒体；多个流体横掠管一(11)交错设置在热端水头(1)内；导流挡板一(12)置于热端水头(1)中间，并与热端水头(1)平行设置；接触凹槽一(13)设置在热端水头(1)上端面上。
2.根据权利要求1所述的一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置，其特征在于所述的冷端水头(2)是由流体横掠管二(16)、导流挡板二(17)和接触凹槽二(18)组成；所述的冷端水头(2)为上端开口的盒体；多个流体横掠管二(16)交错设置在冷端水头(2)内；导流挡板二(17)置于冷端水头(2)中间，并与冷端水头(2)平行设置；接触凹槽二(18)设置在冷端水头(2)上端面上。
3.根据权利要求1所述的一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置，其特征在于热端水头(1)与冷端水头(2)的体积相同。
4.根据权利要求1或3所述的一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置，其特征在于半导体制冷片(4)为与热端水头(1)大小相同的半导体制冷板。
5.根据权利要求1所述的一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置，其特征在于所述的热端水头(1)一侧设置有流体入口二(14)；冷端水头(2)一侧设置有流体出口二(20)。
技术总结
一种提高冷、热端换热效率的水冷散热装置，它涉及半导体制冷技术领域，本实用新型的目的是要解决目前没有一种装置能够有效消除水头与半导体制冷片之间的热阻进而会影响系统的制冷性能和运行的稳定性的问题，本实用新型装置通过设计一种新的水头结构，使换热流体与半导体制冷片直接接触水和制冷片接触形成，一个封闭空间，空间内无空气和间隙，消除上述热阻。另外传统的制冷区将制冷片的冷端直接放置在制冷空间里，由于表面霜的生成附着在制冷片表面使传热效率降低，使冷量的产生效率降低，本实用新型系统，由于冷量的导出效率提高，使得制冷效率提高。本实用新型应用于半导体制冷领域。
技术研发人员：郭子瑞;李健航;董玉奇;公绪金
受保护的技术使用者：哈尔滨商业大学
技术研发日：.05.10
技术公布日：.02.07
