CN101344344A - 热管半导体制冷蓄冷系统 - Google Patents

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CN101344344A CNA2008101245405A CN200810124540A CN101344344A CN 101344344 A CN101344344 A CN 101344344A CN A2008101245405 A CNA2008101245405 A CN A2008101245405A CN 200810124540 A CN200810124540 A CN 200810124540A CN 101344344 A CN101344344 A CN 101344344A
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方贵银
胡海楠
王睿
张曼
吴双茂
刘旭
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本发明公开了一种热管半导体制冷蓄冷系统，包括半导体制冷系统和热管蓄冷系统；半导体制冷系统中的半导体制冷块的热端与第一金属散热块紧密接触，半导体制冷块的冷端与第二金属散热块紧密接触；在第一金属散热块上安装有用于热端散热的制冷散热翅片；热管蓄冷系统中的热管的冷凝段设置在第二金属散热块内，热管的蒸发段设置在蓄冷器内；在蓄冷器内充有用于储存冷量的相变蓄冷材料，在蓄冷器的外侧设有用来传送蓄冷器内冷量的蓄冷散热翅片。本发明利用热管将冷量从半导体制冷块的冷端传送到箱内的蓄冷器内，冷量大，且储存的冷量可以根据需要释放出来，多余的冷量储存备用，适用于疫苗运输、野外作业等长时间使用。

Description

热管半导体制冷蓄冷系统
技术领域
本发明涉及一种制冷蓄冷系统，具体地说是一种热管半导体制冷蓄冷系统。
背景技术
半导体制冷又称热电制冷，是利用热电效应(即帕尔帖效应)的一种制冷方法。
半导体制冷器的结构和原理不同于液体气化制冷。它不需要一定的工质循环来实现能量转换，没有任何运动部件。可以通过改变工作电流的大小来控制制冷温度和冷却速度，调节控制灵活方便。操作具有可逆性，只要改变电流的极性就可实现冷、热端互换。
在大容量情况下，半导体制冷器耗能大，效率低，但在温差小于50℃，制冷功率在20W以下时，效率可高于压缩式制冷循环。因此，特别在小冷量、小体积场合下，起着机械制冷装置无法替代的作用。
半导体制冷技术在工业、国防、医疗和畜牧业等方面得到广泛应用。如无线电电子元件生产过程需要的半导体制冷恒温箱，半导体人工零点仪，半导体低温医疗手术器械，半导体电冰箱、空调器和除湿机等，用作空间飞行器上电子仪器的冷源，装备在核潜艇驾驶仓用作降温设备。此外，采用半导体制冷的小型手提式电冰箱适合于疫苗运输、野外作业和移动式兵营等使用。
目前的半导体制冷装置存在如下问题：制冷量偏小、效率较低；冷量易通过热桥从半导体制冷块的冷端传递到热端，降低了系统的冷量和效率；由于系统容量有限以及缺少供电设备，故不能长时间地在野外使用。
发明内容
为了克服现有半导体制冷系统的不足，本发明的目的在于提供一种热管半导体制冷蓄冷系统。该系统利用热管将冷量从半导体制冷块的冷端传送到箱内的蓄冷器内，将冷量储存在蓄冷器内的相变蓄冷材料中，这样就可阻断冷量通过热桥从半导体制冷块的冷端传递到热端，同时也提高半导体制冷系统的热容量，亦即系统的冷量。蓄冷器内储存的冷量可以根据需要释放出来，多余的冷量储存备用，以适应于疫苗运输、野外作业等长时间使用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种热管半导体制冷蓄冷系统，其特征在于：它包括半导体制冷系统和热管蓄冷系统；半导体制冷系统包括半导体制冷块、第一金属散热块、第二金属散热块和制冷散热翅片；热管蓄冷系统包括热管、蓄冷器、相变蓄冷材料和蓄冷散热翅片；半导体制冷块的热端与第一金属散热块紧密接触，半导体制冷块的冷端与第二金属散热块紧密接触；在第一金属散热块上安装有用于热端散热的制冷散热翅片；热管的冷凝段设置在第二金属散热块内，热管的蒸发段设置在蓄冷器内；在蓄冷器内充有用于储存冷量的相变蓄冷材料，在蓄冷器的外侧设有用来传送蓄冷器内冷量的蓄冷散热翅片。
本发明中，为保护第一金属散热块和制冷散热翅片，在制冷散热翅片外设有保护罩，在保护罩上设有出风口，在与出风口相对应的另一侧设有散热风扇。
为使蓄冷器内的冷量能顺利传送出来，在蓄冷散热翅片处设有蓄冷风扇。
本发明中，所述热管由碳钢或铜制成。热管内的工作介质为R134a或R22。
与现有技术相比，本发明的显著优点是：
(1)利用热管将冷量从半导体制冷块的冷端传送到蓄冷器内，阻断了冷量通过热桥从半导体制冷块的冷端传递到热端，提高了半导体制冷系统的效率。
(2)采用蓄冷器可提高半导体制冷系统的热容量，减少了半导体制冷系统频繁开停的次数。
(3)蓄冷器内储存的冷量可以根据需要释放出来，多余的冷量储存备用，以适应于疫苗运输、野外作业等长时间使用。
(4)由于热管内发生的是气-液相变换热，其热流密度远高于常规的对流换热的热流密度。且热管只能将热量从蒸发段传递到冷凝段，这样可将系统的冷量始终保存在箱内蓄冷器中。
附图说明
附图是热管半导体制冷蓄冷系统的结构示意图。
附图中标记说明
1-半导体制冷系统            2-热管蓄冷系统
11-散热风扇                 12-保护罩
13-制冷散热翅片             14-出风口
15-第一金属散热块           16-半导体制冷块
17-第二金属散热块           21-热管
22-蓄冷器            23-相变蓄冷材料
24-蓄冷散热翅片      25-蓄冷风扇
3-箱体               31-隔热保温材料
32-箱门
具体实施方式
一种本发明所述的热管半导体制冷蓄冷系统，见附图，由半导体制冷系统1和热管蓄冷系统2两大部分构成。半导体制冷系统1由散热风扇11、保护罩12、制冷散热翅片13、出风口14、第一金属散热块15、半导体制冷块16和第二金属散热块17组成。热管蓄冷系统2由热管21、蓄冷器22、相变蓄冷材料23、蓄冷散热翅片24、蓄冷风扇25组成。半导体制冷块16的热端和冷端分别与第一金属散热块15和第二金属散热块17紧密接触。在第一金属散热块15上安装有制冷散热翅片13用于热端散热，在第二金属散热块17内装有热管21的冷凝段，热管21可由若干根组成。热管21的蒸发段装在蓄冷器22内，蓄冷器22内充入相变蓄冷材料23用于储存冷量，在蓄冷器22的外侧安装有蓄冷散热翅片24将蓄冷器内的冷量传送出来。
保护罩12设置在制冷散热翅片13外侧，在保护罩12上设有出风口14，在与出风口14相对应的另一侧设有散热风扇11。为使蓄冷器22内的冷量能顺利传送出来，在蓄冷散热翅片24处设有蓄冷风扇25。热管由碳钢或铜制成。热管内的工作介质为R134a或R22。
本实施例中，将热管半导体制冷蓄冷系统产生的冷量传送到箱体3内，用于疫苗运输、野外作业等。箱体3四壁设有隔热保温材料31，箱门32也由隔热保温材料制成。半导体制冷块16、第二金属散热块17和热管21均设置在箱体内壁的隔热保温材料31内；第一金属散热块15设置在箱体外侧。
本发明的工作原理叙述如下：
附图为热管半导体制冷蓄冷系统示意图。图中省略了电子控制部分。
当热管半导体制冷蓄冷系统工作时，半导体制冷块16被通入直流电(24V或12V)，这样在半导体制冷块16的箱外侧热端将有热量产生，而在半导体制冷块16的冷端将有冷量产生。箱外侧热端的热量传递给第一金属散热块15，然后通过导热传递给制冷散热翅片13，制冷散热翅片13上的热量由散热风扇11强制对流带入周围环境。半导体制冷块16冷端的冷量传递给第二金属散热块17，第二金属散热块17的冷量将热管21冷凝段内的热管介质蒸气冷凝成液体，热管介质液体在重力作用下沿热管21内壁流到下部的热管蒸发段，热管介质液体在下部蒸发段蒸发吸收蓄冷器22内的相变蓄冷材料23的热量而气化，气化后的热管介质气体在浮升力的作用下上升到上部的热管冷凝段，而蓄冷器22内的相变蓄冷材料23因放热凝固成固态，将冷量储存在蓄冷器22内，蓄冷器22内的冷量根据需要通过蓄冷散热翅片24由蓄冷风扇25强制对流传入箱体3内。
本发明利用热管将冷量从半导体制冷块的冷端传送到箱内的蓄冷器内，将冷量储存在蓄冷器内的相变蓄冷材料中，这样就可阻断冷量通过热桥从半导体制冷块的冷端传递到热端，同时也提高半导体制冷系统的热容量，亦即系统的冷量。蓄冷器内储存的冷量可以根据需要释放出来，多余的冷量储存备用，以适应于疫苗运输、野外作业等长时间使用。

Claims (5)

1、一种热管半导体制冷蓄冷系统，其特征在于：它包括半导体制冷系统(1)和热管蓄冷系统(2)；半导体制冷系统(1)包括半导体制冷块(16)、第一金属散热块(15)、第二金属散热块(17)和制冷散热翅片(13)；热管蓄冷系统(2)包括热管(21)、蓄冷器(22)、相变蓄冷材料(23)和蓄冷散热翅片(24)；半导体制冷块(16)的热端与第一金属散热块(15)紧密接触，半导体制冷块(16)的冷端与第二金属散热块(17)紧密接触；在第一金属散热块(15)上安装有用于热端散热的制冷散热翅片(13)；热管(21)的冷凝段设置在第二金属散热块(17)内，热管(21)的蒸发段设置在蓄冷器(22)内；在蓄冷器(22)内充有用于储存冷量的相变蓄冷材料(23)，在蓄冷器(22)的外侧设有用来传送蓄冷器(22)内冷量的蓄冷散热翅片(24)。
2、根据权利要求1所述的热管半导体制冷蓄冷系统，其特征在于：在制冷散热翅片(13)外设有保护罩(12)，在保护罩(12)上设有出风口(14)，在与出风口(14)相对应的另一侧设有散热风扇(11)。
3、根据权利要求1所述的热管半导体制冷蓄冷系统，其特征在于：在蓄冷散热翅片(24)处设有蓄冷风扇(25)。
4、根据权利要求1所述的热管半导体制冷蓄冷系统，其特征在于：所述热管(21)由碳钢或铜制成。
5、根据权利要求1所述的热管半导体制冷蓄冷系统，其特征在于：所述热管(21)内的工作介质为R134a或R22。
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