一种高效节能组合式散热器论文和设计-刘军涛

全文摘要

本实用新型公开了一种高效节能组合式散热器，包括第一热管、第二热管和半导体制冷片，第一热管的一侧与待散热元件相接触，第一热管的另一侧与半导体制冷片相接触、且设置在半导体制冷片的下方，第二热管与半导体制冷片相接触、且设置在半导体制冷片的上方。如此设置，基于热管的散热特性和半导体制冷片的制冷特性，第一热管和第二热管的工作温度几乎相同，从而保证了半导体制冷片的冷端和热端的温差很小，半导体制冷片处于最高制冷效率下工作，无需更换大功率的半导体制冷片，节约能源，降低了半导体冷片的功率，避免增加额外成本和能耗，提高了散热器的散热性能，解决了现有技术中半导体冷片的制冷效率低、导致增加成本和能耗的问题。

主设计要求

1.一种高效节能组合式散热器，其特征在于，包括第一热管(1)、第二热管(2)和半导体制冷片，所述第一热管(1)的一侧与待散热元件相接触，所述第一热管(1)的另一侧与所述半导体制冷片相接触、且设置在所述半导体制冷片的下方，所述第二热管(2)与所述半导体制冷片相接触、且设置在所述半导体制冷片的上方。

设计方案

2.如权利要求1所述的高效节能组合式散热器，其特征在于，还包括用于检测待散热元件温度的温度检测装置和与所述温度检测装置可通信连接的控制器(11)，所述控制器(11)用于根据待散热元件的温度控制所述半导体制冷片开启和关闭；当待散热元件的温度高于预设值时，所述控制器(11)控制所述半导体制冷片开启；当待散热元件的温度低于所述预设值时，所述控制器(11)控制所述半导体制冷片关闭。

3.如权利要求1所述的高效节能组合式散热器，其特征在于，还包括用于放置所述半导体制冷片的底壳(3)，所述半导体制冷片置于所述底壳(3)中，所述底壳(3)的下端设有用于固定所述第一热管(1)的第一卡槽(4)、上端设有用于固定所述第二热管(2)的第二卡槽(5)。

4.如权利要求3所述的高效节能组合式散热器，其特征在于，所述半导体制冷片的周侧壁与所述底壳(3)的内壁之间设有隔热层。

5.如权利要求1所述的高效节能组合式散热器，其特征在于，所述第一热管(1)和所述第二热管(2)均包括与所述半导体制冷片相接触的第一段(8)和与所述第一段(8)弯折连接的第二段(9)，所述第二段(9)上设有多个沿所述第二段(9)的轴向层叠分布的散热片(6)。

6.如权利要求5所述的高效节能组合式散热器，其特征在于，所述第一热管(1)和所述第二热管(2)均为多个且分别并排设置。

7.如权利要求1所述的高效节能组合式散热器，其特征在于，还包括用于加快所述第一热管(1)和所述第二热管(2)周围空气流动的散热风扇(7)。

8.如权利要求7所述的高效节能组合式散热器，其特征在于，所述散热风扇(7)外设有风扇护罩(10)。

9.如权利要求6所述的高效节能组合式散热器，其特征在于，各个所述第一热管(1)和各个所述第二热管(2)均通过回流焊与所述散热片(6)固定连接。

10.如权利要求3所述的高效节能组合式散热器，其特征在于，所述底壳(3)为金属壳体。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及散热器技术领域，更具体地说，涉及一种高效节能组合式散热器。

背景技术

现有的主动式半导体制冷散热器，是采用半导体冷片与中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)直接接触的方式。但在实际使用时，由于半导体直接与CPU接触，使冷片的冷端和热端的温差很大，导致半导体冷片的制冷效率大大降低。要达到预期的制冷效果，需要配备大功率的半导体冷片，导致成本和能耗增加。因此，如何解决现有技术中半导体冷片的制冷效率低、导致增加成本和能耗的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高效节能组合式散热器，以解决现有技术中半导体冷片的制冷效率低、导致增加成本和能耗的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供的一种高效节能组合式散热器，包括第一热管、第二热管和半导体制冷片，所述第一热管的一侧与待散热元件相接触，所述第一热管的另一侧与所述半导体制冷片相接触、且设置在所述半导体制冷片的下方，所述第二热管与所述半导体制冷片相接触、且设置在所述半导体制冷片的上方。

优选地，还包括用于检测待散热元件温度的温度检测装置和与所述温度检测装置可通信连接的控制器，所述控制器用于根据待散热元件的温度控制所述半导体制冷片开启和关闭；当待散热元件的温度高于预设值时，所述控制器控制所述半导体制冷片开启；当待散热元件的温度低于所述预设值时，所述控制器控制所述半导体制冷片关闭。

优选地，还包括用于放置所述半导体制冷片的底壳，所述半导体制冷片置于所述底壳中，所述底壳的下端设有用于固定所述第一热管的第一卡槽、上端设有用于固定所述第二热管的第二卡槽。

优选地，所述半导体制冷片的周侧壁与所述底壳的内壁之间设有隔热层。

优选地，所述第一热管和所述第二热管均包括与所述半导体制冷片相接触的第一段和与所述第一段弯折连接的第二段，所述第二段上设有多个沿所述第二段的轴向层叠分布的散热片。

优选地，所述第一热管和所述第二热管均为多个且分别并排设置。

优选地，还包括用于加快所述第一热管和所述第二热管周围空气流动的散热风扇。

优选地，所述散热风扇外设有风扇护罩。

优选地，各个所述第一热管和各个所述第二热管均通过回流焊与所述散热片固定连接。

优选地，所述底壳为金属壳体。

本实用新型提供的技术方案中，一种高效节能组合式散热器包括第一热管、第二热管和半导体制冷片，第一热管的一侧与待散热元件相接触，第一热管的另一侧与半导体制冷片相接触、且设置在半导体制冷片的下方，第二热管与半导体制冷片相接触、且设置在半导体制冷片的上方。如此设置，待散热元件与第一热管直接接触，第一热管与半导体制冷片下方即其冷端接触，第二热管与半导体制冷片上方即其热端接触。由于热管的散热特性是在蒸发和冷凝的过程处于恒温状态，则第一热管和第二热管的工作温度几乎相同。而半导体制冷片的制冷特性是，当半导体制冷片的冷端和热端的温差为零时，半导体制冷片的制冷效率最高。因此，第一热管和第二热管的工作温度几乎相同，从而保证了半导体制冷片的冷端和热端的温差很小，此时半导体制冷片在最高制冷效率下工作，无需更换大功率的半导体制冷片，节约能源，降低了半导体冷片的功率，避免增加额外成本和能耗，提高了散热器的散热性能，解决了现有技术中半导体冷片的制冷效率低、导致增加成本和能耗的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中高效节能组合式散热器的立体图一；

图2为本实用新型实施例中高效节能组合式散热器的立体图二；

图3为本实用新型实施例中高效节能组合式散热器的主视图；

图4为本实用新型实施例中高效节能组合式散热器的后视图；

图5为本实用新型实施例中高效节能组合式散热器的左视图；

图6为本实用新型实施例中高效节能组合式散热器的俯视图；

图7为本实用新型实施例中高效节能组合式散热器的仰视图；

图8为本实用新型实施例中控制器引脚图；

图9为本实用新型实施例中半导体制冷片控制电路图；

图10为本实用新型实施例中散热风扇控制电路图。

图1-图10中：

第一热管-1、第二热管-2、底壳-3、第一卡槽-4、第二卡槽-5、散热片-6、散热风扇-7、第一段-8、第二段-9、风扇护罩-10、控制器-11。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

本具体实施方式提供了一种高效节能组合式散热器，解决了现有技术中半导体冷片的制冷效率低、导致增加成本和能耗的问题。

以下，结合附图对实施例作详细说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型的内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。

需要说明的是，文中提到的方位“上”“下”是指如图3所示的高效节能组合式散热器的摆放状态时之所指，图中上下方向即为上述上下方位，则图中部件相对靠上的位置为其上端，图中部件相对靠下的位置为其下端。

请参考附图1-10，本实施例提供的高效节能组合式散热器包括第一热管1、第二热管2和半导体制冷片，第一热管1和第二热管2可为铜管，其热传导性能较好，通过热传导用于进行热量交换。半导体制冷片是由半导体组成的一种冷却装置，包括冷端和热端，在图3中冷端在下、热端在上，利用半导体材料的帕尔帖效应，当其内有电流通过时，在其两端即可分别吸收热量和放出热量，由势能的变化而引起能量的传递，从而实现制冷的目的。如图3所示，第一热管1的一侧与待散热元件相接触，第一热管1的另一侧与半导体制冷片相接触、且设置在半导体制冷片的下方，即在图3中，第一热管1的下端直接接触待散热元件如CPU，上端与半导体制冷片的冷端直接接触，当第一热管1吸收了CPU的热量后，可通过自身热传导向周围空气散发热量，也可通过半导体制冷片进行热量传递；第二热管2与半导体制冷片相接触、且设置在半导体制冷片的上方，即在图3中，第二热管2的下端与半导体制冷片的热端直接接触，用于将半导体制冷片传递的热量通过自身热传导向周围空气散发热量；这样，半导体制冷片位于第一热管1与第二热管2之间。如此设置，待散热元件与第一热管直接接触，第一热管与半导体制冷片下方即其冷端接触，第二热管与半导体制冷片上方即其热端接触。由于热管的散热特性是在蒸发和冷凝的过程中处于恒温状态，则第一热管和第二热管的工作温度几乎相同。而半导体制冷片的制冷特性是，当半导体制冷片的冷端和热端的温差为零时，半导体制冷片的制冷效率最高。因此，第一热管和第二热管的工作温度几乎相同，从而保证了半导体制冷片的冷端和热端的温差很小，此时半导体制冷片在最高制冷效率下工作，无需更换大功率的半导体制冷片，节约能源，降低了半导体冷片的功率，避免增加额外成本和能耗，提高了散热器的散热性能，这样两独立热管结合半导体制冷片一起使用，将半导体制冷片置于两热管之间，利用半导体制冷片和热管散热的特性，来实现半导体制冷片的冷热端温差最小，解决了现有技术中半导体冷片的制冷效率低、导致增加成本和能耗的问题。

在本实施例中，高效节能组合式散热器还包括用于检测待散热元件温度的温度检测装置和与温度检测装置可通信连接的控制器11，控制器11用于根据待散热元件的温度控制半导体制冷片开启和关闭；当待散热元件的温度高于预设值时，控制器11控制半导体制冷片开启；当待散热元件的温度低于预设值时，控制器11控制半导体制冷片关闭。这样设置，可进一步提高散热器的使用性能，若待散热元件温度较低，产生的热量较少，无需半导体制冷片，仅依靠第一热管吸收热量并传送到周围空气中进行散热即可满足使用要求，减小散热器耗能；若待散热元件温度偏高，产生的热量较多，此时再开启半导体制冷片，两独立热管与半导体制冷片共同作用，加快散热效率，使待散热元件及时降温；因此，散热器配有温度控制单元，形成完整智能化温度控制，始终处于一个良好的工作状态，实现了高效节能的目的。

在实际应用时，可用于对CPU进行散热，温度检测装置可为温度传感器、能感受CPU温度并转换成可用输出信号；控制器11可采用单片机，如型号为N76E003单片机系列产品，如图8所示为其引脚图，图9所示为单片机控制半导体制冷片的电路图，单片机通过接线端子与半导体制冷片相连接；上述预设值可设定为35℃，即CPU工作温度达到35℃作为控制节点，当然该预设值可视具体情况而定。第一热管1一端与CPU直接接触，当CPU工作在较低功率时，其温度低于35℃，此时控制器11接收温度传感器发射的输出信号并转换为开关信号，通过该开关信号来关闭半导体制冷片，那么CPU散发出来的热量仅被第一热管1吸收，并传送到大气中，这样低散热功率时，第一热管1单独使用即可满足散热需求，减少了散热器耗能，节约能源。当CPU工作在较高功率时，其温度高于35℃，第一热管1无法及时将热量传递出去，此时控制器11接收温度传感器发射的输出信号并转换为开关信号，通过该开关信号来启动半导体制冷片，那么第一热管1和半导体制冷片同时工作，半导体制冷片将部分热量吸收并传递到第二热管2向周围大气散热，提高了散热器的散热效率，而且两个热管的工作温度是相同的，这就保证了半导体制冷片两端的温度几乎接近，保障了半导体制冷片在最佳制冷功率下工作，降低能耗。

为了更好地固定半导体制冷片，如图2所示，高效节能组合式散热器还包括用于放置半导体制冷片的底壳3，半导体制冷片置于底壳3中，底壳3的下端设有用于固定第一热管1的第一卡槽4、上端设有用于固定第二热管2的第二卡槽5。这样设置，半导体制冷片固定更牢固，且热管始终与半导体制冷片相接触，不会因晃动而分离影响散热，保证设备使用可靠性。其中，底壳3为金属壳体，如由铜制成，可对其表面进行镜面打磨，保证绝对的平整，保持与待散热元件接触良好。此外，底壳3下端面还可设有与待散热元件如CPU对应设置的定位槽，便于二者对准、准确配合，防止发生偏移错位等。两热管与半导体制冷片的接触面也进行镜面打磨，保证绝对的平整。

在本实施例的优选方案中，半导体制冷片的周侧壁与底壳3的内壁之间设有隔热层，可在半导体制冷片侧面填充隔热材料形成隔热层，形成密封空间，保证与周围空气隔离，如采用ABS\/PC即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚碳酸酯混合物作为隔热层。ABS\/PC，是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚碳酸酯(Polycarbonate)合并而成的热可塑性塑胶，结合了两种材料的优异特性，如ABS材料的成型性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线(UV)等性质，综合性能较好,高抗冲、高耐热。

为了进一步提高热管的散热性性能，如图3所示，第一热管1和第二热管2均包括与半导体制冷片相接触的第一段8和与第一段8弯折连接的第二段9，第二段9上设有多个沿第二段9的轴向层叠分布的散热片6。其中，第一段8与第二段9相互垂直且连通，两热管的散热片6相对设置、分别位于半导体制冷片的两侧，布局合理紧凑，减小设备占用面积。优选地，第一热管1和第二热管2均为多个且分别并排设置，各个第一热管1和各个第二热管2均通过回流焊与散热片6固定连接。如图7所示，第一热管1和第二热管2的数量均为四个，其数量的设定可根据实际使用场景、设备总体积大小等来确定。

为了加速热管冷却，如图5所示，高效节能组合式散热器还包括用于加快第一热管1和第二热管2周围空气流动的散热风扇7。这样周围空气流通速度快，便于及时快速地带走热量，提升散热性能。优选地，如图1所示，散热风扇7外设有风扇护罩10，以保护风扇，且便于安装。其中，如图4和6所示，控制器11可安装在风扇护罩10的侧壁，节省安装空间。

在实际应用时，单片机还可根据温度传感器反馈的CPU的温度来控制散热风扇7的转速调节，如图10所示为单片机控制散热风扇7的电路图，散热器进入工作状态时，单片机发送指令通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号给散热风扇7控制其工作电压改变，从而实现转速调节，其中散热风扇7的工作电压范围可设为6V-10V。当温度传感器检测到CPU温度低于35℃时，单片机输出6V电压给散热风扇7，当CPU温度高于35℃低于40℃时，单片机输出8V电压给散热风扇7，当CPU温度高于40℃时，单片机输出10V电压给散热风扇7。散热风扇7是将电能转化为机械能，因其输入电压变化，相应地可实现调整风扇转速。此外，高效节能组合式散热器还设有电源，散热器输入直流12V电压，用于为半导体制冷片和散热风扇7等用电器供电。

需要说明的是，上述各个实施例中的不同功能的装置或部件可以进行结合，比如，本实施例的优选方案中高效节能组合式散热器包括第一热管1、第二热管2和半导体制冷片，第一热管1的一侧与待散热元件相接触，第一热管1的另一侧与半导体制冷片相接触、且设置在半导体制冷片的下方，第二热管2与半导体制冷片相接触、且设置在半导体制冷片的上方；还包括用于检测待散热元件温度的温度检测装置和与温度检测装置可通信连接的控制器11，控制器11用于根据待散热元件的温度控制半导体制冷片开启和关闭，当待散热元件的温度高于预设值时、控制器11控制半导体制冷片开启，当待散热元件的温度低于预设值时、控制器11控制半导体制冷片关闭。

在该实施例中，高效节能组合式散热器还包括用于放置半导体制冷片的底壳3，半导体制冷片置于底壳3中，底壳3的下端设有用于固定第一热管1的第一卡槽4、上端设有用于固定第二热管2的第二卡槽5。其中，底壳3为金属壳体，半导体制冷片的周侧壁与底壳3的内壁之间设有隔热层。第一热管1和第二热管2均包括与半导体制冷片相接触的第一段8和与第一段8弯折连接的第二段9，第二段9上设有多个沿第二段9的轴向层叠分布的散热片6。第一热管1和第二热管2均为多个且分别并排设置，各个第一热管1和各个第二热管2均通过回流焊与散热片6固定连接。高效节能组合式散热器还包括用于加快第一热管1和第二热管2周围空气流动的散热风扇7，散热风扇7外设有风扇护罩10。

如此设置，两组独立的热管散热器结合半导体制冷片一起使用，利用二者的特性使各部件均处于最佳工作状态，以减少设备整体功耗，提高了散热器的散热性能。然而现有技术中，半导体制冷片与待散热元件直接接触，使冷片两端的温度变大，导致需要配备更大功率的半导体制冷片，由此散热器的散热面积和散热风扇的能力也相应要求增大，造成成本和能耗增加。因此，采用本申请的散热器，第一热管与待散热元件直接接触，当待散热元件功率小、温度低时，单独使用第一热管散热即可，当待散热元件功率大、温度高时，两独立热管与半导体制冷片共同作用，加快散热效率，这样可最大程度地发挥散热作用，同时尽可能减小能耗，实现高效节能的目的。本方案结构简单，适合标准化、大规模生产与应用，应用范围广，能够广泛应用于工作站、服务器、恒温箱、红酒柜、通讯基站及其他各类需求控温的电子设备。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

设计图

一种高效节能组合式散热器论文和设计

一种高效节能组合式散热器论文和设计-刘军涛

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