1.本发明涉及多年冻土保护技术领域，尤其涉及一种半导体增强制冷装置及其连接固定方法。
背景技术：
2.青藏高原已修建有青藏公路、青藏铁路和青藏直流联网等重大基础工程，这些工程都穿越了青藏高原多年冻土区。多年冻土的温度是影响多年冻土区工程运营稳定性的重要因素。热管作为一种降温措施被广泛用于减缓多年冻土区工程地基温度上升，然而热管工作时间有明显的周期性，冷季工作，暖季不工作，热管的实际工程应用效果对抑制冻土工程地基升温有限。为了解决这一问题，基于热管的工作原理，在热管冷凝段外接冷源使热管在暖季可以继续工作，从而达到对冻土的持续降温。
3.半导体制冷片具有体积小、结构简单和电源适配性广的特点，有研究人员研制出基于半导体制冷片原理的热管增强制冷设备，但这些制冷设备多是进行室内原理验证。半导体制冷片表面呈平面状，而热管的外表面是圆弧状，两种表面无法直接完全贴合。对于这一问题，已有的解决方案是在一块平面形金属板的一面固定若干半导体制冷片，另一面与热管表面接触，但是金属板板面与热管表面仍是无法完全贴合，导致半导体制冷片和热管之间传热效率低，不能充分利用半导体制冷片的制冷量。此外，已有的设备安装过程繁杂且不易维护。
4.青藏高原多年冻土区的海拔均在4000米以上，年平均气温在0℃以下，自然地理和气候条件恶劣。在这种工况下服役的设备除了满足基本的性能外，还需其耐用性好、结构简单及易安装维护。
5.因此，亟需一种传热效率高、结构简单、耐用性好及易安装与维护的半导体制冷片支架机构，以满足半导体制冷片用于实际工程中热管增强制冷的需求。
技术实现要素：
6.本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、易安装和易维护的半导体增强制冷装置本发明所要解决的另一个技术问题是提供该半导体增强制冷装置的连接固定方法。
7.为解决上述问题，本发明所述的一种半导体增强制冷装置，其特征在于：该装置包括铝合金翅片、半导体制冷片和两个连接在一起的铝合金支架；所述铝合金支架的内部为圆弧面，外部为三个平面，且每个平面上均设有一个凸台和两个螺纹孔；所述凸台与所述半导体制冷片的内表面贴合，该半导体制冷片的外表面与所述铝合金翅片贴合；所述铝合金翅片的中心线上设有两个沉头孔，该沉头孔与所述螺纹孔相对应；所述铝合金翅片与所述铝合金支架之间设有保温棉。
8.所述铝合金支架的外表面棱边处均加工有贯通的细槽。
9.两个所述铝合金支架中的一个铝合金支架两端中心设有通过锥型螺栓ⅰ固定的连接片，另一个铝合金支架两端中心设有与所述连接片相匹配的凹槽；所述连接片嵌入所述凹槽，并通过锥型螺栓ⅱ固定。
10.所述锥型螺栓ⅰ或所述锥型螺栓ⅱ的长度小于所述铝合金支架的高度且大于所述铝合金支架的1/2高度。
11.所述铝合金翅片通过尼龙螺栓依次经所述沉头孔、所述螺纹孔与所述半导体制冷片贴合固定。
12.所述半导体制冷片内外与所述铝合金支架凸台壁面及所述铝合金翅片的表面之间填充有导热硅脂。
13.所述铝合金支架内表面和所述热管绝热段连接处的外壁面之间填充导热硅脂。
14.如上所述的一种半导体增强制冷装置的连接固定方法，包括以下步骤：
⑴
将与铝合金支架内圆弧面接触的热管绝热段的管壁打磨抛光；
⑵
在所述铝合金支架内表面均匀涂抹一层导热硅脂；
⑶
将所述铝合金支架通过连接片、锥型螺栓ⅰ、锥型螺栓ⅱ与所述铝合金支架侧面凹槽组成的连接紧固机构，安装固定于所述热管绝热段；
⑷
在半导体制冷片两面均匀涂抹一层导热硅脂；
⑸
将半导体制冷片的一面与所述铝合金支架外表面凸台贴合，另一面与所述铝合金翅片贴合；同时，尼龙螺栓与所述铝合金支架外表面上的螺纹孔装配连接，并在所述铝合金支架和所述铝合金翅片中间贴合一层保温棉，使所述半导体制冷片和所述铝合金翅片紧固于所述铝合金支架上。
15.本发明与现有技术相比具有以下优点：1、本发明中铝合金支架上凸台的作用一方面是用于放置半导体制冷片；另一方面是增加铝合金翅片与铝合金支架的距离，可以使铝合金翅片与铝合金支架之间保温棉的厚度增加，提高半导体制冷片的制冷量利用率。
16.2、本发明中铝合金支架的外表面棱边处均加工有贯通的细槽，细槽可以使锥型螺栓与连接片组成的紧固机构更容易紧固铝合金支架，并且可以消除铝合金支架在紧固过程中外表面变形，防止半导体制冷片损坏。
17.3、本发明中的连接固定机构都是机械连接，安装维护方便且传热效率高，该半导体增强制冷装置的连接固定方法简单可靠，适用于多年冻土区的特殊环境工况。
附图说明
18.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
19.图1为本发明的结构示意图。
20.图2为本发明的拆解示意图。
21.图3为本发明与热管的装配示意图。
22.图4为本发明实际安装效果图。
23.图5为半导体制冷热管(a)与普通热管 (b) 暖季降温效果图。
24.图中：1—热管冷凝段翅片；2—半导体增强制冷装置；3—热管绝热段；4—尼龙螺栓；5—铝合金翅片；6—半导体制冷片；7—保温棉；8—连接片；9—铝合金支架；101—锥型
螺栓ⅰ；102—锥型螺栓ⅱ。
具体实施方式
25.如图1~2所示，一种半导体增强制冷装置，该装置包括铝合金翅片5、半导体制冷片6和两个连接在一起的铝合金支架9。
26.铝合金支架9的内部为圆弧面，外部为三个平面，且每个平面上均设有一个凸台和两个螺纹孔；凸台与半导体制冷片6的内表面贴合，该半导体制冷片6的外表面与铝合金翅片5贴合；铝合金翅片5的中心线上设有两个沉头孔，该沉头孔与螺纹孔相对应；铝合金翅片5与铝合金支架9之间设有保温棉7。
27.其中：铝合金支架9的外表面棱边处均加工有贯通的细槽。
28.两个铝合金支架9中的一个铝合金支架两端中心设有通过锥型螺栓ⅰ101固定的连接片8，另一个铝合金支架两端中心设有与连接片8相匹配的凹槽；连接片8嵌入凹槽，并通过锥型螺栓ⅱ102固定。
29.锥型螺栓ⅰ101或锥型螺栓ⅱ102的长度小于铝合金支架9的高度且大于铝合金支架9的1/2高度。
30.铝合金翅片5通过尼龙螺栓4依次经沉头孔、螺纹孔与半导体制冷片6贴合固定。铝合金翅片5用于对半导体制冷片6的外表面散热。
31.半导体制冷片6内外与铝合金支架9凸台壁面及铝合金翅片5的表面之间填充有导热硅脂，目的是增强导热性和半导体制冷片6表面的均温性。
32.铝合金支架9内表面和热管绝热段3连接处的外壁面之间填充导热硅脂。
33.本发明半导体增强制冷装置是依据半导体制冷元件制成。该装置易损件是半导体制冷片6，其更换只需拧下尼龙螺栓4和卸下铝合金翅片5，就可更换半导体制冷片6，之后用尼龙螺栓4将铝合金翅片5固定即可。
34.实际应用时，先对与铝合金支架9内表面接触的热管管壁进行打磨剖光处理，而后在铝合金支架9与热管管壁之间涂抹导热硅脂，最后按图3将半导体增强制冷装置2安装好。可根据实际功率需求，在热管轴向方向串联多个本发明安装在热管绝热段3上。
35.一种半导体增强制冷装置的连接固定方法，包括以下步骤：
⑴
将与铝合金支架9内圆弧面接触的热管绝热段3的管壁打磨抛光；
⑵
在铝合金支架9内表面均匀涂抹一层导热硅脂；
⑶
将铝合金支架9通过连接片8、锥型螺栓ⅰ101、锥型螺栓ⅱ102与铝合金支架9侧面凹槽组成的连接紧固机构，安装固定于热管绝热段3；
⑷
在半导体制冷片6两面均匀涂抹一层导热硅脂；
⑸
将半导体制冷片6的一面与铝合金支架9外表面凸台贴合，另一面与铝合金翅片5贴合；同时，尼龙螺栓4与铝合金支架9外表面上的螺纹孔装配连接，并在铝合金支架9和铝合金翅片5中间贴合一层保温棉7，使半导体制冷片6和铝合金翅片5紧固于铝合金支架9上。在铝合金支架9和铝合金翅片5中间贴合一层保温棉7，目的是将半导体制冷片9内外面隔开，起到保温作用，提高半导体制冷片6的制冷量利用率。
36.图4为应用于中科院青藏高原北麓河冻土工程与环境综合观测研究站试验场地的热管半导体增强制冷装置2的实物图。实际作用效果如图5a所示，使用本发明的制冷装置可
以使热管在暖季工作，相比没有热管增强制冷装置的热管（如图5b），热管蒸发段的壁面温度明显降低，且温度低于0℃。