CN101947403B - 半导体制冷干燥机及制冷干燥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于0.7m3/min以下的微型流量且外形尺寸小，结构简单，操作简便的半导体制冷干燥机及制冷干燥方法，它包括交直流电器控制器，半导体制冷器的制冷面与铝合金气腔外壁面连接，铝合金散热片散热面与半导体制冷器散热面面连接，借助金属导体传热使得整个铝合金气腔内部降温，同时也把气腔内部流动空气降温，通过空气降温，使得空气中的水份析出冷凝水，最后通过与铝合金气腔下端连通的自动排水器排出。优点：一是填补了在0.7m3/min以下的微型流量应用空白，体积小，结构简单，操作简便，具有显著的节能效果，环保、节能、低碳；二是整机无噪音，无运动部件，可靠性高；三是启动速度快，控制灵活，可以非常精确的控制空气出口露点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于0.7m3/min以下的微型流量且外形尺寸小，结构简单，操作简便的半导体制冷干燥机及制冷干燥方法，主要用在实验室应用，用户终结用气，以及具有其它干燥机所无法替代的应用，属制冷干燥机制造领域。
背景技术
国内市场干燥机以工作原理的不同，主要分为两种：冷冻式干燥机和吸附式干燥机。冷冻式干燥机以冷冻降温除水为工作原理，吸附式干燥机以吸附干燥除水为工作原理。
冷冻式干燥机的工作原理是：通过制冷系统提供制冷量与进入空气进行热交换，将原料空气降温的同时，将其空气中的含大量水份凝结成冷凝水，再经过气与水份离作用，降低处理空气中的水份，从而获得干燥纯净的空气。经过冷干机处理后的空气压力露点可达到2-10℃。冷冻式干燥机是一个集成式系统，它由换热器总成、制冷系统、电气控制系统，其设备特点是集设备、电气一体，工艺流程和系统集成较为复杂。其换热器型式采用壳管式换热器，壳体为碳钢，当与湿空气长期接触，会产生铁锈，影响出口成品空气的品质，其排放的冷凝水中含有油、铁锈，对环境来说是一种污染。冷干机中的制冷系统，包括冷媒压缩机、冷凝器，其制冷介质为氟利昂，一旦泄漏将对大气环境将会产生破坏。另外冷冻式干燥机是一个系统设备。运行时，必须有专人管理，对运行、维护人员有一定的专业上要求。
吸附式干燥机的工作原理是利用吸附剂多孔表面可选择吸附某些组分特性，将空气中水份吸附在吸附剂的空穴中，从而达到干燥压缩空气的目的，当吸附剂工作了一定时间后，吸附剂将达到饱和吸附平衡，需要用接近常压的干燥成品气对其再生，以恢复它的吸附能力，经过吸干机处理的压缩空气压力露点可达到-40℃。吸干机设备主要是由两只交替使用的吸附筒、一套阀门、一套控制系统组成。吸干机同样也是集设备、电气于一体的设备，其设备的工艺流程和系统集成与冷冻式干燥机相比更为复杂，由于吸附剂再生处理，将消耗15%左右的成品气。对设备的长期运行来说，能耗比较高。另外吸附剂使用一定工作年限时将全部失效，还必须作全部更换处理，更换下来的吸附剂毫无利用价值，还将对环境产生一定污染。当设备出现较难处理故障时，须派专业人员到现场处理，维护费用比较大。设备成品气的压力露点受进口压力、进口温度的影响比较大，性能不够稳定。
对于冷冻式干燥机、吸附式干燥机来说，主要是应用在工业部门工艺及控制用气，其设备是适用流量较大的场合，其最小流量也只有0.7m3/min，如果低于0.7m3/min应用场合下，也只能用0.7m3/min规格的干燥机来替代，就造成干燥机产品性价比非常低，并且在使用中严重威胁设备的正常，造成设备不稳定，降低使用效果。毫无疑问，就市场需求而言，存在着微型流量干燥机的需求的空白点，尤其是在科学实验用途的实验室和工厂实验室大量需要这种微型流量干燥机情况下，并且要求干燥机操作简便、外形美观、占用空间小、安装方式可以任意等。
发明内容
设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种用于0.7m3/min以下的微型流量且外形尺寸小，结构简单，操作简便的半导体制冷干燥机及制冷干燥方法。
设计方案：半导体制冷干燥机工作原理是建立在物理现象帕尔贴效应的基础上，利用两种不同导体N型半导体，P型半导体组成电路，当通入直流电，在接头A产生吸热效应，在接头B产生放热效应，由此在A端产生可以吸收外部热量的冷源，由于单个回路产生冷量极小，若要在实际用途上，须将单个热电堆以串联式并联形成连接成多重热电堆可以满足一定制冷量的应用上，工业应用也可用半导体制冷器，一般半导体制冷器可提供制冷量50W-100W。从干燥机角度上说，满足0.7m3/min以下空气冷冻干燥，其制冷量是足够的。
本申请利用半导体通过电流在制冷堆产生吸热现象（帕尔贴效应）而形成制冷区域，将通过制冷区域的空气降温，同时利用不同温度对应不同含水量的原理，随着空气温度降低，将空气中的水份变成冷凝水，并及时排除，而使得降温后压缩空气变成是有一定干燥程度的压缩空气，压力露点可达10℃以下，非常适合科学实验用气需要，半导体制冷干燥机所具有的优点：1）整个干燥机主要由半导体制冷片、排水器、电器控制三部分组成，整体结构非常小巧，非常简单，配套零部件非常少；2）整个装置无噪音，也无运动零部件，可靠性非常好；3）启动速度非常快，控制非常灵活，可以非常精确的控制空气出口露点，而且控制精度比较高；4）不使用氟利昂作为制冷介质，也不同于吸附式干燥机需要大量的吸附剂，由于吸附剂需要更换，更换出来的吸附剂对环境有污染，所以说半导体制冷干燥机是非常环保的，也不会对大气造成破坏；5）设备组成非常简单,也没有几个零部件,操作非常简便，对操作者来说不需要象吸附式与冷冻式干燥机对操作人员有较高的专业要求。
技术方案1：半导体制冷干燥机，它包括交直流电器控制器，半导体制冷器的制冷面与铝合金气腔外壁面连接，铝合金散热片散热面与半导体制冷器散热面面连接，借助金属导体传热使得整个铝合金气腔内部降温，同时也把气腔内部流动空气降温，通过空气降温，使得空气中的水份析出冷凝水，最后通过与铝合金气腔下端连通的自动排水器排出。
技术方案2：半导体制冷干燥机的制冷干燥方法，它包括交直流电器控制器，自上游的湿空气进入铝合金气腔，在铝合金气腔外腔，延螺旋形流道充分地与冷凝器壁面进行充分热交换，降低空气温度，同时由于降温将空气中的水份冷凝成液态的水滴，依靠水滴的重力，将聚于底部水流入液池，接着空气改变流向，沿着冷却器内腔与内腔过冷面，继续降温，析水，使得经过两次降温、除水使空气变得非常干燥，完全满足空气干燥的要求，空气冷却器壁面冷却是由外侧的两组半导体制冷片通过半导体制冷器所产生冷量传导的，与此同时半导体制冷器热端借助肋片结构由风机电扇带走热量。
本发明与背景技术相比，一是填补了在0.7m3/min以下的微型流量应用空白，体积小，结构简单，操作简便，具有显著的节能效果，不存在对环境的污染，非常符合国家提出的环保、节能、低碳经济的政策；二是整机无噪音，无运动零部件，可靠性高；三是启动速度快，控制灵活，可以非常精确的控制空气出口露点，而且控制精度比较高；四是不使用氟利昂作为制冷介质，也不同于吸附式干燥机需要大量的吸附剂，既环保，也不会对大气造成破坏；五是设备组成非常简单，操作非常简便，对操作者来说不需要象吸附式与冷冻式干燥机对操作人员有较高的专业要求。
附图说明
图1半导体制冷干燥机的结构示意图。
图2是半导体制冷干燥机工艺流程图。
图3是半导体制冷芯片的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：参照附图1和3。半导体制冷干燥机，它包括交直流电器控制器，半导体制冷器2的制冷面与铝合金气腔1外壁面连接，铝合金散热片3散热面与半导体制冷器2散热面面连接，借助金属导体传热使得整个铝合金气腔1内部降温，同时也把铝合金气腔1内部流动空气降温，通过空气降温，使得空气中的水份析出冷凝水，最后通过与铝合金气腔下端连通的自动排水器4排出，标号5是半导体制冷器中的陶瓷片。
所述铝合金气腔由内腔、外腔组成，内腔壁与外腔壁而形成桥臂，可以保持两者温度相近，湿空气首先进入外腔，与腔壁进行热交换降温，同时析出水份，由自动排水器排出，然后进入内腔，内腔空间非常窄小，可以保证空气与内腔壁充分热交换，而在内腔壁面不断析出水份，通过水份重力流入底部，通过排水器排出。
空气降温槽（铝合金气腔）是半导体制冷干燥机重要的部件之一，它是用铝合金浇铸而成，它由内腔、外腔组成，内腔壁与外腔壁而形成桥臂，可以保持两者温度相近，从而保证内腔壁面可以提供冷却效果。湿空气首先进入外腔，与腔壁进行热交换降温，同时析出水份，由自动排水器排出，然后进入内腔，内腔空间非常窄小，可以保证空气与内腔壁充分热交换，而在内腔壁面不断析出水份，通过水份重力流入底部，通过排水器排出。
实施例2：在实施例1的基础上，参照附图2。半导体制冷干燥机的制冷干燥方法，它包括交直流电器控制器，自上游的湿空气进入铝合金气腔，在铝合金气腔外腔，延螺旋形流道充分地与冷凝器壁面进行充分热交换，降低空气温度，同时由于降温将空气中的水份冷凝成液态的水滴，依靠水滴的重力，将聚于底部水流入液池，接着空气改变流向，沿着冷却器内腔与内腔过冷面，继续降温，析水，使得经过两次降温、除水使空气变得非常干燥，完全满足空气干燥的要求，空气冷却器壁面冷却是由外侧的两组半导体制冷片通过半导体制冷器所产生冷量传导的，与此同时半导体制冷器热端借助肋片结构由风机电扇带走热量。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种半导体制冷干燥机，它包括交直流电器控制器，其特征是：半导体制冷器的制冷面与铝合金气腔外腔壁面连接，铝合金散热片散热面与半导体制冷器散热面面连接，借助金属导体传热使得整个铝合金气腔内部降温，同时也把气腔内部流动空气降温，通过空气降温，使得空气中的水份析出冷凝水，最后通过与铝合金气腔下端连通的自动排水器排出；铝合金气腔由内腔、外腔组成，内腔壁与外腔壁而形成桥臂。
2.一种半导体制冷干燥机的制冷干燥方法，它包括交直流电器控制器，其特征是：自上游的湿空气进入铝合金气腔，在铝合金气腔外腔，延螺旋形流道充分地与铝合金气腔外腔壁面进行充分热交换，降低空气温度，同时由于降温将空气中的水份冷凝成液态的水滴，依靠水滴的重力，将聚于底部水流入液池，接着空气改变流向，沿着铝合金气腔内腔与内腔过冷面，继续降温，析水，使得经过两次降温、除水使空气变得非常干燥，完全满足空气干燥的要求，空气铝合金气腔内腔壁面冷却是由外侧的两组半导体制冷片通过半导体制冷器所产生冷量传导的，与此同时半导体制冷器热端借助肋片结构由风机电扇带走热量。
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