CN101672550A

CN101672550A - 半导体制冷系统

Info

Publication number: CN101672550A
Application number: CN200910205235A
Authority: CN
Inventors: 张文波; 杨思祖; 聂生海; 神涛; 刘世栋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2010-03-17

Abstract

本发明公开了一种半导体制冷系统，其包括：半导体制冷片，具有热效应面和冷效应面；制冷端交换器，内部流通有冷媒，且一面紧贴于所述冷效应面设置；冷利用设备，通过冷媒循环管路与所述制冷端交换器连接；密封罩，用于所述半导体制冷片的制冷元件组与外部的气密封隔离，给予本方案的半导体制冷系统使用寿命长，使用效果好。

Description

半导体制冷系统

(一)技术领域

本发明涉及一种半导体制冷系统，其包括：半导体制冷片，具有热效应面和冷效应面；制冷端交换器，内部流通有冷媒，且一面紧贴于所述冷效应面设置；以及冷利用设备，通过冷媒循环管路与所述制冷端交换器连接。

(二)背景技术

目前在制冷领域中应用比较广，且效果比较好的制冷方式是利用制冷剂的低压蒸发特性，潜热大，稳定性高，凝结性好，凝结压力适宜的特点，结合压缩式制冷机完成制冷，依靠压缩机的作用提高制冷剂的压力以实现制冷循环，按制冷剂种类又可分为蒸气压缩式制冷机(以液压蒸发制冷为基础，制冷剂要发生周期性的气-液相变)和气体压缩式制冷机(以高压气体膨胀制冷为基础，制冷剂始终处于气体状态)两种。目前应用在压缩式制冷机上的制冷剂主要是氟利昂，最然几经改进，但氟利昂含氟的属性没有变，各国行业标准中都明确了在2010年前禁止利用氟利昂作制冷剂。虽然目前出现了不破坏臭氧层的氟利昂，比如R134a，但该物质是温室气体，同样不环保。

目前被逐步推广的除了吸收式制冷机、蒸汽喷射式制冷机外，还包括更具市场前景的半导体制冷器，该制冷设备利用半导体塞贝克效应(Seebeck effect)进行制冷制热。目前成型的半导体制冷器主要是包括了具有热效应面和冷效应面的半导体制冷片，该制冷片在两块导电板之间设置半导体制冷元件集群，其中导电板外侧是具有良好导热性能的绝缘层，并在绝缘层的外面设置陶瓷散热层。考虑到所述热效应面的散热，现在的半导体制冷片都是开放式结构，即所说的制冷元件集群是暴露在空气中的，由于热效应面和冷效应面距离很近，虽然在制冷应用中，冷效应面要设置制冷循环装置，但热效应面的散热对周围空气的扰动会严重影响制冷效果。此外，暴露于空气中的制冷元件冷效应端可致空气中的水蒸气液化，不仅影响制冷效果，而且冷凝水易造成制冷元件的损坏或失效，无法长时间连续工作。

(三)发明内容

本发明为了克服半导体制冷系统制冷效果低的缺陷，提供了一种使用寿命长，制冷效果好的半导体制冷系统。

本发明采用以下技术方案：

该发明半导体制冷系统，包括：

半导体制冷片，具有热效应面和冷效应面；

制冷端交换器，内部流通有冷媒，且一面紧贴于所述冷效应面设置；

冷利用设备，通过冷媒循环管路与所述制冷端交换器连接；

密封罩，用于所述半导体制冷片的制冷元件组与外部的气密封隔离。

根据本发明技术方案的半导体制冷系统，对制冷系统中的关键部件，也就是半导体制冷片采用了隔离封装，使制冷元件不再暴露于外界大气中，也就不会产生水蒸气在制冷元件制冷端的冷凝，保护了制冷元件，而大大延长了半导体制冷片的使用寿命。此外在所说的隔离空间内可以进一步的抽成真空或者填充隔热材料，而使得热效应面和冷效应面间扰动减少，提高制冷效果。

上述半导体制冷系统，还包括紧贴于所述热效应面的内部流有热媒的制热端交换器，该制热端交换器通过热媒循环系统接有散热器和/或热利用设备。

上述半导体制冷系统，在所述制热端交换器接有散热器和热利用设备时，该系统进一步包括：

第一电磁阀，设于散热器热媒管路上；

第二电磁阀，设于每个热利用设备的热媒管路上；

第二温度传感器，用于实时检测每个热利用设备供热对象的温度；

控制器，根据获取的温度与预定温度范围上下临界值比较，若低于下临界值，则开启相应第二电磁阀，高于上临界值，关闭相应电磁阀。

上述半导体制冷系统，所述制热端交换器的入口还设有用于检测该处温度的第一温度传感器，所述控制器根据该温度传感器获取的温度与预定的最高温度比较，若高于最高温度，所述第一电磁阀处于优先的开启状态。

上述半导体制冷系统，所述制冷端交换器内设置有盘形或栅形流道。

上述半导体制冷系统，所述栅形流道为依次连通的几字形流道。

上述半导体制冷系统，在具有长方体结构的制冷端交换器内部空间内沿其前后或者左右而板均匀设有隔板，该隔板与面板构成的依次连通的流道构成所述栅形流道，且每个流道的进液口和出液口分居于该流道两端。

上述半导体制冷系统，所述密封罩内为真空状态、充填有干燥气体或固体隔热垫绝缘材料。

上述半导体制冷系统，所述制冷端交换器与所述冷效应面间为螺栓连接，两者间涂有导热硅脂。

所述制冷交换器与所述冷效应面之间的连接还可以采用焊接或粘结，两配合面的平面度不大于0.1mm。

(四)附图说明

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作更具体的描述，其中：

图1为本发明实施例中半导体制冷装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中半导体制冷系统的结构示意图。

图3为制冷端交换器的内部结构示意图。

图中：1、管接口，2、散热片，3、制冷端交换器，4、半导体制冷片，5、密封罩，6、制热端交换器，7、冷利用设备，8、半导体制冷装置，9、循环泵，10、散热器和/或热利用设备，11、出液口，12、流道，13、面板，14、隔板，15、进液口。

(五)具体实施方式

说明书附图1和2示出了一种半导体制冷系统，其包括：

半导体制冷片4，具有热效应面和冷效应面；

制冷端交换器3，内部流通有冷媒，且一面紧贴于所述冷效应面设置；

冷利用设备7，通过冷媒循环管路与所述制冷端交换器连接；

密封罩5，用于所述半导体制冷片的制冷元件组与外部的气密封隔离。

密封罩与半导体制冷片的连接因内部填充物的不同而要求有不同的密封级别，如果内部充填的是干燥空气或其它气体，其密封可以使常规的焊接、粘结就可以达到所需要的密封级别，即便是有漏气，所进入的少量气体所携带的水蒸气也很少，不足以影响制冷元件的使用寿命。而如果是真空，则需要比较高的密封条件，对于这一类的密封可以采用钎焊工艺，当然，此条件需要密封罩和半导体制冷片相应部位为金属质地，先将大部分密封罩焊住，留出抽气口，抽完真空后再对抽气口予以密封。

为了进一步的提高制冷效果，该制冷系统还包括紧贴于所述热效应面的内部流有热媒的制热端交换器6，该制热端交换器通过热媒循环系统接有散热器和/或热利用设备10。由于现在的半导体制冷片都是采用风扇的强制风冷，效率低，且容易造成半导体制冷片周围环境温度过高而影响制冷效果。采用液冷效率远高于风冷，且随着所述热媒循环系统对热量的输送把热量送走，降低了冷效应面和热效应面间的热阶而提高制冷效率。另外，热媒系统可以进一步的连接热利用设备，比如对热水器的水箱进行加热，可以在水箱内设置一换热盘管，该盘管接入所述热媒循环系统即可完成热量的利用，热利用设备的存在可以减少热量的无谓损耗，以达到节能减排的目的。

这里需要明确一个问题，即半导体制冷片可以通过改变主利用设备，本实施例中对应的是制冷，那么现实的，还可以以制热为主要利用，那么相应的，本领域的技术人员可以据此进行设置，两者方式并没有本质的区别。一个实施例，所说的热利用设备可以为空调的制热状态，那么冬天，此功能为该制冷系统的主要功能，那么所说的制冷端交换器即为辅助利用了。此外，半导体制冷片还可以通过改变极性进行热效应面和冷效应面的转换，据以提供多种用途。

进一步地，在所述制热端交换器同时接有散热器和热利用设备时，该系统进一步包括：

第一电磁阀，设于散热器热媒管路上；

第二电磁阀，设于每个热利用设备的热媒管路上；

通过统调控制合理的使用系统产生的热量，使用原则是在满足热效应面散热条件的情况下，所述第一电磁阀关闭，以充分的利用所说的热量；另一方面，为了系统的安全运行，需要保证热效应面的充分散热，因此，更进一步地所述制热端交换器的入口还设有用于检测该处温度的第一温度传感器，所述控制器根据该温度传感器获取的温度与预定的最高温度比较，若高于最高温度，所述第一电磁阀处于优先的开启状态。

据此，本领域的技术人员可以定义各第二次阀的优先级，以优先使用的原则控制各热利用设备的使用。

为了提高热交换的效率，所述制冷端交换器内设置有盘形或栅形流道。当然，盘形流道比较简单，但换热效果相对较差，在这里优选使用栅性的流道。这里本领域的技术人员还可以劣化的采用简单的不设有流道的具有长方体空间的冷媒通道，这种使用应当也落入本发明的保护范围之内。

此外，本例主要以制冷端交换器的结构予以阐述，显然的一点是，制热端交换器也可以采用同样的结构。

为了提高热交换的效率，所述栅形流道为依次连通的几字形流道。

在具有长方体结构的制冷端交换器内部空间内沿其前后或者左右面板均匀设有隔板14，该隔板与面板构成的依次连通的流道12构成所述栅形流道，且每个流道的进液口和出液口分居于该流道两端。

所述密封罩内为真空状态或充填有干燥气体，当然，也可以填充隔热的电绝缘材料，其目的主要是提高制冷效果，目前这类材料多是有机类固体颗粒，成本也比较低。另外一点，干燥气体会产生热对流，因此，相对而言，填充固体隔热电绝缘材料更合适。

所述制冷端交换器与所述冷效应面连接的一个结构为螺栓连接结构，这属于一种可拆连接，便于检修，同时为了提高制冷效率，两者间涂有导热硅脂。

所述制冷交换器与所述冷效应面之间的连接的另一个实施例是为焊接或粘结的不可拆连接结构，这种结构易于保证贴合面的配合精度，因此，需要两配合面的平面度不大于0.1mm。

当然，所说的半导体制冷片可以设置多片，其基本的应用仍然是对其热效应面和冷效应面的应用，在此情况下，易于想到多片半导体制冷片并行设置或者叠加设置，对于后者，最优的方案应当是相邻半导体制冷片相同效应面相对设置，在相对的这两个效应面之间设置相应的交换器即可。

Claims

1.一种半导体制冷系统，包括：

半导体制冷片(4)，具有热效应面和冷效应面；

制冷端交换器(3)，内部流通有冷媒，且一面紧贴于所述冷效应面设置；

冷利用设备(7)，通过冷媒循环管路与所述制冷端交换器连接；

其特征在于其还包括：

密封罩(5)，用于所述半导体制冷片的制冷元件组与外部的气密封隔离。

2.根据权利要求1所述的半导体制冷系统，其特征在于：还包括紧贴于所述热效应面的内部流有热媒的制热端交换器(6)，该制热端交换器通过热媒循环系统接有散热器和/或热利用设备(10)。

3.根据权利要求2所述的半导体制冷系统，其特征在于：在所述制热端交换器接有散热器和热利用设备时，该系统进一步包括：

第一电磁阀，设于散热器热媒管路上；

第二电磁阀，设于每个热利用设备的热媒管路上；

4.根据权利要求3所述的半导体制冷系统，其特征在于：所述制热端交换器的入口还设有用于检测该处温度的第一温度传感器，所述控制器根据该温度传感器获取的温度与预定的最高温度比较，若高于最高温度，所述第一电磁阀处于优先的开启状态。

5.根据权利要求1至4之一所述的半导体制冷系统，其特征在于：所述制冷端交换器内有盘形或栅形流道。

6.根据权利要求5所述的半导体制冷系统，其特征在于：所述栅形流道为依次连通的几字形流道。

7.根据权利要求6所述的半导体制冷系统，其特征在于：在具有长方体结构的制冷端交换器内部空间内沿其前后或者左右面板均匀设有隔板(14)，该隔板与面板构成的依次连通的流道(12)构成所述栅形流道，且每个流道的进液口和出液口分居于该流道两端。

8.根据权利要求7所述的半导体制冷系统，其特征在于：所述密封罩内为真空状态、充填有干燥气体或固体隔热电绝缘材料。

9.根据权利要求8所述的半导体制冷系统，其特征在于：所述制冷端交换器与所述冷效应面间为螺栓连接，两者间涂有导热硅脂。

10.根据权利要求8所述的半导体制冷系统，其特征在于：所述制冷交换器与所述冷效应面间为焊接或粘结，两配合面的平面度不大于0.1mm。