CN101961207A - 一种半导体冷热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体冷热装置，包括导热板、半导体芯片、散热器，换热风扇，所述半导体芯片的制冷或加热工作模式由输入不同方向的电流实现，所述导热板和散热器分别设在半导体芯片的两端面，所述导热板上设有加热体，所述加热体仅在半导体芯片加热工作模式下是通电工作的。本发明的半导体冷热装置加热体设在导热板上，简化了制造工艺；而且，本发明的半导体冷热装置兼顾制冷和制热不同状态对工作电流和电压要求的差异，制热状态增加加热体制热，制热功率可调，避免半导体热电组件成为本冷热锅热量的输出口所造成的热短路现象，能广泛应用在半导体冷热装置、半导体电炖锅等产品上。

Description

一种半导体冷热装置

技术领域

本发明涉及半导体制冷制热技术领域，更具体地说是涉及一种利用半导体热电装置对食物进行降温或者加热的半导体冷热装置。

背景技术

现有的食物加工器皿，如电炒锅、电炖锅等，基本上都是电加热方式制得，鲜有制冷和加热两者兼具的。若能制造一种既可加热又能冷却食物的家用烹调锅皿，一锅两用，可为人们提供极大的方便，将更能受到用户的欢迎。

众所周知，半导体热电装置可以实现制冷和加热的转换，它通过改变直流电压的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，在半导体芯片中，当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电源后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件，在其接头吸收热量，成为冷端；电流由P型元件流向N型元件，在其接头释放热量，成为热端。使用一个芯片就可以代替分立的加热系统和制冷系统，通过输入电流大小的控制，则可控制产冷、产热量，从而可实现高精度的温度控制；另外，半导体芯片热惯性非常小，制冷、制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电很短的时间，芯片就能达到最大温差。由于半导体热电系统具有制冷和制热的特性，在人们生活上具有广泛的应用前景，市场上常见的有半导体冷热箱、半导体冷热杯，却未见有直接用于食物烹饪加工处理的。中国发明专利CN200420020443.9公开了一种电子冷热锅，它由导热锅体、外壳、半导体热电器件等部件组成，工作时，半导体热电器件向导热锅体释放冷量或者是热量，直接冷却或者加热锅内的食物，通过改变电源极性来改变冷却或者是加热功能，可以用于如水果沙拉、生鱼片。也可以用于热牛奶。该电子冷热锅虽然冷热处理可以互换，但是这种电子冷热锅却存在如下的缺点：一是当电子冷热锅加热工作时，其加热的功率较大时，大电流高温工作将影响核心部件半导体芯片的可靠性，使芯片工作寿命减少，整机平均无故障工作时间降低。二是半导体芯片要兼顾制冷、制热，当芯片在制冷时的工作参数(电阻、温差、最大产冷量等)一经设定，电子锅加热功率的调节只能通过改变电压来实现，加热功率调节幅度非常有限，通常表现为加热时间较长，不能满足用户的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种可靠性强、加热或者制冷均能快速地到达所需温度的半导体冷热装置，以克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，构造一种半导体冷热装置，包括导热板、半导体芯片、散热器，换热风扇，所述半导体芯片的制冷或加热工作模式由输入不同方向的电流实现，所述导热板和散热器分别设在半导体芯片的两端面，所述导热板上设有加热体，所述加热体仅在半导体芯片加热工作模式下是通电工作的

上述的半导体冷热装置中，所述导热板和半导体芯片间设有热传导块，所述热传导块与导热板接触传导热量。

上述的半导体冷热装置中，连接螺钉依次将导热板、热传导块、半导体芯片、散热器连接为一体。

上述的半导体冷热装置中，所述热传导块四周包裹隔热层结构。

上述的半导体冷热装置中，所述导热板下设凸台，所述凸台紧贴在半导体芯片的端面上。

上述的半导体冷热装置中，所述加热体是加热片或加热丝或加热膜或加热管。

上述的半导体冷热装置中，所述散热器是翅片式散热器(挤出或插接)或丝网式散热器或针状散热器或刨片式散热器。

上述的半导体冷热装置中，所述换热风扇设在散热器的下方或侧面，在所述换热风扇外壳上设卡钩，所述卡钩可压扣在散热器上或通过螺钉固定到散热器或风道壳体上。

上述的半导体冷热装置中，所述换热风扇顺沿着散热器的翅片方向设在散热器的一侧。

上述的半导体冷热装置的控制方法是：设有加热和制冷两种工作模式，在加热工作模式下，加热体通电工作，同时半导体芯片向导热板传递热量；在制冷模式下，加热体断电，半导体芯片向导热板传递冷量。

本发明的半导体冷热装置通过控制器对半导体芯片施以不同极性的电源使内锅的食物降温或者加热，在加热状态时，通过加热体发热和半导体芯片小功率制热共同工作改善半导体冷热装置的制热效果，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)制热时，半导体芯片以小功率辅助加热，工作电流小，降低了芯片的故障率、提高了平均无故障工作时间，同时消除了导热板热量通过半导体芯片时的热短路。

2)加热体参数可调节，加热功率不受半导体芯片制冷参数的影响，加热的速度和温度可由用户控制，使用更方便。

3)加热体敷设在紧贴在内锅下面的导热板上，而不是设置在锅体或内锅上，因而锅体可以是仅由单层的金属薄板制得，内锅也可以设计为移动式的部件，从而简化锅体及内锅的制作、装配工序，提高生产效率。加热体在导热板上环形布置的方式可使导热板热量均衡，加热效果好。

本发明的半导体冷热装置可以用于冷却料理、水果沙拉佐拌或加热食物，也可以在室内或野外使用，用途多样，极大地丰富了人们的生活。

附图说明

图1是本发明一种半导体冷热装置的结构示意图；

图2是半导体热电组件结构示意图；

图3是图2的A-A剖结构换热风向示意图；

图4是本发明实施例二的结构示意图；

图5是本发明实施例三的结构示意图；

图6是本发明实施例四的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明附图，对本发明的具体实施方式作描述，显然，所描述的具体实施方式仅是一部分实施例，基于本发明的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均是本发明的保护范围内。

实施例一

参见图1～4，本发明的半导体冷热装置设有锅体2，锅体2上设锅盖1，在锅体2内有金属内锅3、半导体冷热装置包括热传导块41、半导体芯片42、散热器43、导热板5、换热风扇6。热传导块41紧贴导热板5的中心位置并接触传热，半导体芯片里是由P型温差电元件和N型温差电元件组成的电偶对，通直流电后在冷端吸热、在热端释放热量，当对半导体芯片接通不同极性电源时，冷端和热端互换。而导热板将半导体组件的热量传递给金属内锅，使之对锅内食物进行冷热加工。通常，我们将半导体芯片42向热传导块41传递冷量的过程称之为制冷工作状态，当半导体芯片42向热传导块41传递热量的过程称之为制热工作。

电气系统包括电源、开关、控制器、感温器(图中未示出)。感温器设在导热板5上，感温器与控制器连接并传送温度实时信息。

锅体2是一金属的外壳，锅体上设置进风口和出风口。内有与内锅3形状相适应的导热板(如圆形或方形等)将锅体分为上下两部分，上部放置的是金属的内锅3，内锅3可以是固定式的，也可以是可移动式的。内锅设在导热板上并与导热板接触传导热量。锅体下部的空间放置换热风扇6及半导体热电组件4。导热板5是一块金属盘，在导热板5的底面上敷设加热体8，半导体冷热装置制冷时，加热体8不工作；当半导体冷热装置制热工作时，加热体8工作，同时，半导体芯片42也辅助进入加热工作状态。加热体8的加热功率通过改变加热体的阻值或工作电压调节。当半导体芯片42辅助加热时，半导体芯片42通以较小电流，以小功率向锅体提供热量，当半导体芯片42制热时，其冷热端面的温差有效防止热量从半导体芯片向外泄漏，使半导体冷热装置的加热效果更加理想。

图2清楚地说明了半导体热电组件4的的结构，如图中所示，半导体芯片42夹在热传导块41与散热器43之间，热传导块41与散热器43均是热的良导体，倘若半导体芯片42不工作时，半导体热电组件则成为本冷热锅热量的输出口，造成热短路的现象。因此，在本发明的半导体冷热装置制热时，使半导体热电组件4以小功率辅助性加热方式投入工作状态，可避免锅内的热量从半导体热电组件4这个导热的“窗口”散发到锅外。半导体热电组件4所产生的热量是作为加热体加热的热量辅助补充，其更重要的作用在于有效隔断了热量从锅内向锅外的散失，从而提高了半导体冷热装置的工作效率。由于在锅体上设置了加热体8，使半导体冷热装置可以兼顾制冷和制热不同状态对工作电流和电压要求的差异，从而使产品的制冷、制热均能满足要求。在制冷状态时，半导体芯片42的工作电流是3A～8A，在制热状态时，半导体芯片5的工作电流是1A～2A，高温小电流工作使半导体芯片的工作可靠性、寿命大大延长。

使用时，内锅3置于导热板5上方，导热板5下的热传导块41与半导体芯片42的一个端面相贴合，依次从上至下各零部件分别是导热板5、热传导块41、半导体芯片42、散热器43、换热风扇6。安装时，用连接螺钉将上述部件连接成一体。换热风扇6设在散热器43的下方或侧面，在换热风扇6的外壳上设卡钩，卡钩可压扣在散热器43上或通过螺钉将换热风扇6固定在散热器上。对应散热器43的翅片走向，在锅体的下部壁面相应位置均匀开有多个散热孔(附图中未示出)，参见图3，当换热风扇6启动后，风从底座下部吸进散热器43，并顺着翅片方向从锅体壁面的散热孔吹出并带走散热器43的热量。在锅体2内设有隔风挡板7，隔风挡板7设在散热器43与换热风扇6之间，从而将锅体的下部区域细分为独立的进风和出风区域，由于出风口在锅体2的侧壁上，进风和出风风向各异，避免了冷热风的交混造成的热短路，提高了产品的能效比。

在热传导块41与半导体芯片42的四周设计密封式隔热结构，具体是：在热传导块的周围包裹有隔热材料如：泡沫或玻璃纤维，在隔热材料的上方设密封板，在隔热材料的下方是密封海绵，在密封板上设有密封硅胶圈。严密保温的结构使得半导体芯片绝大部分的热量传递给导热板，提高了半导体冷热装置的工作效率。

半导体冷热装置的电源插座、开关、冷热转换按钮、档位调节按钮、指示灯在锅体的外壳表面，半导体冷热装置的电源可以是外接直流电源，也可以外接交流电经直流转换后接通半导体芯片，也可以接可充电电源或干电池。

在本发明中，加热体可以采用加热片、加热丝、加热膜、加热管等部件，例如，在导热板的底面上敷设加热丝，或者是在导热板内插入加热管，设加热体的目的是向导热板提供热量，两者间的连接方式包括敷设、接触、插入等方式。散热器优选翅片式散热器，但也可以选用丝网式散热器、针状散热器或者是刨片式散热器。换热风扇可以以卡扣方式固定在散热器上，也可以螺钉固定在散热器。

实施例二

在本实施例中，半导体冷热装置是一块平板式结构，它由热传导块41、半导体芯片42、散热器43、导热板5、换热风扇6、外壳等组成，导热板5在外壳的上表面，热传导块41、半导体芯片42、散热器43、换热风扇6安装在外壳内。它取消了实施例一的锅体和锅盖，其余结构与实施例一相同，在此不作赘述。用户在使用时将盛有食物的锅置于半导体冷热装置上使用即可，用户可选择家里已有的锅，同时锅的规格和款式都不受限制，方便用户使用。本实施例的冷热装置便于运输和携带，同时，取消了锅体和锅盖后可使售价适当下调，使产品更具竞争力。

实施例三

图1的实施例一和实施例二中，导热板是一块金属薄板，其下是热传导块41。在本实施例三，我们在导热板下方设计一凸台，由凸台紧贴在半导体芯片的端面上并传递半导体芯片的热量。本实施例将导热板与热传导块设计为一整体结构，更有利于热量的传递。

实施例四

见图4，在本实施例中，在锅体内的散热器43与换热风扇6并排设置，换热风扇是离心风机，对流空气从进风口进入，沿散热器的翅片横肋流动，从出风口离开，并带走散热器的热量。本实施例的半导体冷热装置其余结构参见实施例一，在此不一一说明。本实施例的半导体冷热装置结构紧凑，其锅体的高度较小，整个半导体冷热装置小巧轻便，属于迷你型的款式。

实施例五

为使产品更加节能，在实施例一、三、四的基础上，在锅体与内锅之间设置一层保温层，即是在由导热板5分隔的锅体上部壳体与内锅间的空隙填充绝热保温材料。绝热保温材料可选择玻璃纤维隔热棉。

Claims (10)

1.一种半导体冷热装置，包括导热板(5)、半导体芯片(42)、散热器(43)，换热风扇(6)，所述半导体芯片(42)的制冷或加热工作模式由输入不同方向的电流实现，所述导热板(5)和散热器(43)分别设在半导体芯片(42)的两端面，其特征在于：所述导热板(5)上设有加热体(8)，所述加热体(8)仅在半导体芯片(42)加热工作模式下是通电工作的。

2.根据权利要求1所述的半导体冷热装置，其特征在于：所述导热板(5)和半导体芯片(42)间设有热传导块(41)，所述热传导块(41与导热板(5)接触传导热量。

3.根据权利要求2所述的半导体冷热装置，其特征在于：连接螺钉依次将导热板(5)、热传导块(41)、半导体芯片(42)、散热器(43)连接为一体。

4.根据权利要求3所述的半导体冷热装置，其特征在于：所述热传导块(41)四周包裹隔热层结构。

5.根据权利要求1所述的半导体冷热装置，其特征在于：所述导热板(5)下设凸台，所述凸台紧贴在半导体芯片的端面上。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的半导体冷热装置，其特征在于：所述加热体(8)是加热片或加热丝或加热膜或加热管。

7.根据权利要求6所述的半导体冷热装置，其特征在于：所述散热器(43)是翅片式散热器或丝网式散热器或针刺式散热器或刨片式散热器。

8.根据权利要求7所述的半导体冷热装置，其特征在于：所述换热风扇(6)设在散热器(43)的下方，所述换热风扇通过外壳上的卡钩压扣在散热器上或者是通过螺钉固定在散热器或风道壳体上。

9.根据权利要求7所述的半导体冷热装置，其特征在于：所述换热风扇(6)设在散热器(43)的一侧。

10.一种如权利要求1所述的半导体冷热装置的控制方法，设有加热和制冷两种工作模式，其特征在于：在加热工作模式下，加热体(8)通电工作，同时半导体芯片(42)向导热板(5)传递热量；在制冷模式下，加热体(8)断电，半导体芯片(42)向导热板(5)传递冷量。

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