CN105202801A - 一种制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种制冷装置。包括可密闭的制冷空间、半导体制冷片、电连接所述半导体制冷片并为其供直流电的电源。所述半导体制冷片包括用于吸热的冷端、用于散热的热端、设置在所述冷端和热端之间的N型半导体、设置在所述冷端和所述热端之间的P型半导体，以及连接所述N型半导体和所述P型半导体的金属导体，所述金属导体设置用于连接所述电源的正负电极；所述冷端与所述制冷空间导热连接。其特征在于：所述N型半导体设置石墨烯层或者所述P型半导体设置石墨烯层或所述N型半导体和所述P型半导体均设置石墨烯层。石墨烯层可提高所述半导体制冷片的冷端和热端之间的温度差，在热端未安装散热装置的情况下所述半导体制冷片不会被烧毁。

Description

一种制冷装置

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种制冷装置。

背景技术

目前制冷设备的制冷系统一般由压缩机、冷凝器和蒸发器构成，能够实现较低温的制冷。然而，随着半导体制冷技术的发展，采用半导体制冷片进行制冷的制冷设备也被广泛使用。半导体制冷设备通过半导体制冷片的冷端吸收热量对制冷空间进行制冷，不使用制冷剂、结构简单、制冷系统无机械转动，具有无污染、运行可靠、维护方便等优点。但是，现有技术中的半导体制冷片在使用时需要在半导体制冷片段的热端设置散热装置由半导体制冷片冷端转移到热端的热量，保持冷端的制冷效果。并且，现有半导体制冷片的冷热端温度差一般不会大于60摄氏度，制冷效果及制冷空间很有限。有人采用将多个半导体制冷片叠加的方式，以获得更高的温度差，达到更好的制冷效果。但是将半导体制冷片需要以金字塔状进行叠加，位于下层的半导体制冷片的冷端面积必须要大于上层半导体制冷片的热端面积，才能使得下层半导体的冷端吸热能力大于上层半导体制冷片的散热能力，以对上层的热端进行降温而得到更低的冷端温度。

发明内容

本发明针对上述半导体制冷片制冷效率低的问题提出一种制冷设置，包括可密闭的制冷空间、半导体制冷片、电连接所述半导体制冷片并为其供直流电的电源。所述半导体制冷片包括用于吸热的冷端、用于散热的热端、设置在所述冷端和热端之间的N型半导体、设置在所述冷端和所述热端之间的P型半导体，以及连接所述N型半导体和所述P型半导体的金属导体，所述金属导体设置用于连接所述电源的正负电极；所述冷端与所述制冷空间导热连接。其特征在于：所述N型半导体设置石墨烯层或者所述P型半导体设置石墨烯层或所述N型半导体和所述P型半导体均设置石墨烯层。半导体内的石墨烯具有极高的导热率极高的电子迁移率和导电率，能够促使所述P型半导体和所述N型半导体以更小的能耗更快地形成稳定的P极或者N极；同时，石墨烯极高的导热性能可以提高所述半导体制冷片内的热量转移速度和能力。使得所述半导体制冷片的所述冷端持续产生冷量，所述半导体制冷片的热端持续产生热量，提高所述半导体制冷片热冷端的温度差。即使所述热端并未设置散热装置所述半导体制冷片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。

作为优选，所述P型半导体设置石墨烯层；所述N型半导体具有石墨烯纯度高于所述P型半导体的石墨烯层的石墨烯纯度的石墨烯层。使得半导体制冷片热端和冷端的温度差达到150摄氏度，在同样的热端温度下能获得更低的冷端温度，大大提高了制冷效果。

作为优选，所述热端设置散热装置。所述散热装置及时带走由所述半导体制冷片冷端转移至所述半导体制冷片热端的热量，提高半导体制冷片的制冷效果。

作为优选，所述散热装置包括与所述热端进行热传递的导热体、与所述导热体导热连接的散热片。所述导热体将所述热端的热量传导至所述散热片进行散热。

作为优选，所述导热体为石墨烯材质。石墨烯的导热率为金属的几十倍，可大大提升所述冷端的热传递效率。

作为优选，所述制冷装置电源设置用于调节所述电源的电流大小的电流调节单元。通过调节所述电源的电流，调整所述半导体制冷片冷热端之间的温度差，从而实现制冷温度可调。

作为优选，所述制冷空间的外壁设置保温隔热层。所述保温隔热层减少所述制冷空间内部与外界之间的热传递，提高制冷装置的保温效果。

本发明还提供一种制冷装置，包括可密闭的制冷空间、半导体制冷片、电连接所述半导体制冷片并为其供直流电的电源。所述半导体制冷片包括用于吸热的冷端、用于散热的热端、设置在所述冷端和热端之间的N型半导体、设置在所述冷端和所述热端之间的P型半导体，以及连接所述N型半导体和所述P型半导体的金属导体，所述金属导体设置用于连接所述电源的正负电极；所述冷端与所述制冷空间导热连接。其特征在于：所述N型半导体添加石墨烯颗粒，或者所述P型半导体添加石墨烯颗粒，或者所述N型半导体和所述P型半导体均添加石墨烯颗粒。半导体内的石墨烯具有极高的导热率极高的电子迁移率和导电率，能够促使所述P型半导体和所述N型半导体以更小的能耗更快地形成稳定的P极或者N极；同时，石墨烯极高的导热性能可以提高所述半导体制冷片内的热量转移速度和能力。使得所述半导体制冷片的所述冷端持续产生冷量，所述半导体制冷片的热端持续产生热量，提高所述半导体制冷片热冷端的温度差。即使所述热端并未设置散热装置所述半导体制冷片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。

作为优选，所述N型半导体添加石墨烯颗粒，所述P型半导体添加石墨烯颗粒，并且所述N型半导体的石墨烯颗粒的石墨烯纯度高于所述P型半导体的石墨颗粒的石墨烯纯度。使得半导体制冷片热端和冷端的温度差达到150摄氏度，在同样的热端温度下能获得更低的冷端温度，大大提高了制冷效果。

作为优选，所述热端设置散热装置。所述散热装置及时带走由所述半导体制冷片冷端转移至所述半导体制冷片热端的热量，提高半导体制冷片的制冷效果。

作为优选，所述散热装置包括与所述热端进行热传递的导热体、与所述导热体导热连接的散热片。所述导热体将所述热端的热量传导至所述散热片进行散热。

作为优选，所述导热体为石墨烯材质。石墨烯的导热率为金属的几十倍，可大大提升所述冷端的热传递效率。

作为优选，所述制冷装置电源设置用于调节所述电源的电流大小的电流调节单元。通过调节所述电源的电流，调整所述半导体制冷片冷热端之间的温度差，从而实现制冷温度可调。

作为优选，所述制冷空间的外壁设置保温隔热层。所述保温隔热层减少所述制冷空间内部与外界之间的热传递，提高制冷装置的保温效果。

本发明具有如下有益效果：

1.提高了半导体制冷片的热冷端温度差，从而提高了制冷装置的制冷能力。

2.克服了半导体制冷片依赖于散热装置进行工作的缺点，简化了半导体制冷装置的结构，节约了成本。

3.通过提高半导体制冷片的制冷能力，提高了半导体制冷片的制冷空间。

4.采用电制冷的方式制冷，不需要使用氟利昂作为制冷剂，绿色环保，更加安全。

5.采用电制冷的方式制冷，避免了使用压缩机式的制冷系统，降低了制冷噪音。

6.采用电制冷的方式制冷，制冷系统中无机械运动，运行更稳定。

7.制冷制热能力可通过电流调节单元调整。

8.提高了半导体制冷片的制冷速度，即使频繁开关制冷装置门制冷空间内的温度也不会有太大波动。

附图说明

图1制冷装置侧视剖视图；

图2半导体制冷片结构示意图一；

图3半导体制冷片结构示意图二；

其中，1-制冷空间、2-半导体制冷片、3-电源、4-散热装置、11-保温隔热层、21-冷端、22-热端、23-N型半导体、24-P型半导体、25-金属导体、26-石墨烯层、27-石墨烯颗粒、41-导热体、42-散热片。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。如图1，一种制冷装置，包括可密闭的制冷空间1、半导体制冷片2、电连接半导体制冷片并为其供直流电的电源3。半导体制冷片2包括用于吸热的冷端21、用于散热的热端22、设置在冷端21和热端22之间的N型半导体23、设置在冷端21和热端22之间的P型半导体24，以及连接N型半导体23和P型半导体24的金属导体25，金属导体25设置用于连接电源3的正负电极。冷端21与制冷空间1导热连接，对制冷空间1进行降温制冷。

半导体制冷片2的结构如图2，N型半导体或者P型半导体设置石墨烯层26。N型半导体23或者P型半导体24内夹有石墨烯层26。N型半导体23内的石墨烯层为掺杂有H2或者其他可以增加石墨烯失电子能力的杂质的N型掺杂石墨烯层；P型半导体24内的石墨烯层为掺杂有NO2或者其他可以增加石墨烯得电子能力的杂质的P型掺杂石墨烯层。石墨烯具有极高的导热率极高的电子迁移率和导电率，能够促使P型半导体24或者N型半导体23以更小的能耗更快地形成稳定的P极或者N极。同时，石墨烯极高的导热性能可以提高所述半导体制冷片内的热量转移速度和能力。使得冷端21持续产生冷量，热端22持续产生热量，提高半导体制冷片热冷端的温度差。即使热端并未设置散热装置所述半导体制冷片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。

为了提高半导体制冷片的热冷端温度差，以降低冷端温度，提高半导体制冷片制冷能力。也可以在N型半导体23和P型半导体24内均设置石墨烯层26。此时，需保证N型半导体具有石墨烯纯度高于P型半导体的P型掺杂石墨烯层的石墨烯纯度的N型掺杂石墨烯层。使得半导体制冷片的冷端温度可达-50℃。

半导体制冷片2的结构也可以如图3，N型半导体23或者P型半导体24添加石墨烯颗粒27。N型半导体23内的石墨烯颗粒为掺杂有H2或者其他可以增加石墨烯失电子能力的杂质的N型掺杂石墨烯颗粒；P型半导体24内的石墨烯颗粒为掺杂有NO2或者其他可以增加石墨烯得电子能力的杂质的P型掺杂石墨烯颗粒。石墨烯具有极高的导热率极高的电子迁移率和导电率，能够促使P型半导体24或者N型半导体23以更小的能耗更快地形成稳定的P极或者N极。同时，石墨烯极高的导热性能可以提高所述半导体制冷片内的热量转移速度和能力。使得冷端21持续产生冷量，热端22持续产生热量，提高半导体制冷片热冷端的温度差。即使热端并未设置散热装置所述半导体制冷片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。

为了提高半导体制冷片的热冷端温度差，以降低冷端温度，提高半导体制冷片制冷能力。也可以在N型半导体3和P型半导体4内均添加石墨烯层颗粒。此时，需保证N型半导体3中添加的石墨烯颗粒的石墨烯纯度高于P型半导体4中添加的石墨烯颗粒的石墨烯纯度。使得半导体制冷片的冷端温度可达-50℃。

为了及时的带走半导体制冷片2的热量，提高半导体制冷片2的工作效率。半导体制冷片2的热端22设置散热装置4。散热装置4可以采用空气自然对流散热、风冷散热、热管散热和水冷散热等多种散热方式。考虑到能达到更好的静音效果，本实施例采用自然对流的散热方式。散热装置4包括与热端22进行热传递的导热体41、与导热体41导热连接的散热片42。导热体41优选为石墨烯导热体，石墨烯导热体内含有石墨烯材料，石墨烯的导热率为金属的几十倍，大大提升其散热能力。导热体41与热端22导热连接将热端22的热量传递给散热片42，通过散热片42良好的导热性能和大的散热面积进行散热。

半导体制冷片2的冷端22可以与制冷空间1的顶部导热连接，使得制冷空间1的顶部产生冷空气，冷空气产生以后沉降至制冷空间1的底部对整个制冷空间1进行制冷。

为了得到更好的制冷效果，制冷空间1的顶部和底部分别导热连接半导体制冷片2。与制冷空间顶部导热连接的顶部半导体制冷片和与制冷空间底部导热连接的底部半导体制冷片分别在制冷空间1的顶部和底部产生冷空气，冷空气在制冷空间1内产生温度差，引起空气对流，使得制冷空间1内的温度均匀。

制冷装置在使用过程中需要取出放置在其中的物品，在取出的过程中制冷空间1的不密闭会导致其中的温度上升。频繁的开关密闭空间会降低其制冷效果。为了使得制冷空间内的温度更快的降低，温度分布更加均匀。所述顶部半导体制冷片和底部半导体制冷片分别设置多个，并且分别在制冷空间1的顶部和底部间隔分布，如图1所示。在制冷空间1内的形成温度梯度，而引起空气对流，使得其中的温度更加均匀。

为了使得制冷装置的制冷能力根据需要可调，电源3设置用于调节电源的电流大小的电流调节单元，通过调整电流的大小来调整半导体制冷片2的温度差，从而调整制冷温度。

为了提高制冷装置的制冷效果，在制冷空间1的外壁设置保温隔热层11，减少制冷空间1和外界的热传递。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (10)

1.一种制冷装置，包括可密闭的制冷空间（1）、半导体制冷片（2）、电连接所述半导体制冷片（2）并为其供直流电的电源（3）；所述半导体制冷片（2）包括用于吸热的冷端（21）、用于散热的热端（22）、设置在所述冷端（21）和热端（22）之间的N型半导体（23）、设置在所述冷端（21）和所述热端（22）之间的P型半导体（24），以及连接所述N型半导体（23）和所述P型半导体（24）的金属导体（25），所述金属导体（25）设置用于连接所述电源（3）的正负电极；所述冷端（21）与所述制冷空间（1）导热连接；其特征在于：所述N型半导体（23）设置石墨烯层或者所述P型半导体（24）设置石墨烯层或所述N型半导体（23）和所述P型半导体（24）均设置石墨烯层（26）。

2.根据权利要求1所述的一种制冷装置，其特征在于：所述P型半导体（24）设置石墨烯层；所述N型半导体（23）具有石墨烯纯度高于所述P型半导体（24）的石墨烯层的石墨烯纯度的石墨烯层。

3.根据权利要求1或2所述的一种制冷装置，其特征在于：所述散热装置（4）包括与所述热端（22）进行热传递的导热体（41）、与所述导热体（41）导热连接的散热片（42），所述导热体（41）为石墨烯导热体。

4.根据权利要求1或2所述的一种制冷装置，其特征在于：所述制冷装置电源（3）设置用于调节所述电源（3）的电流大小的电流调节单元。

5.根据权利要求1或2所述的一种制冷装置，其特征在于：所述制冷空间（1）的外壁设置保温隔热层（11）。

6.一种制冷装置，包括可密闭的制冷空间（1）、半导体制冷片（2）、电连接所述半导体制冷片（2）并为其供直流电的电源（3）；所述半导体制冷片（2）包括用于吸热的冷端（21）、用于散热的热端（22）、设置在所述冷端（21）和热端（22）之间的N型半导体（23）、设置在所述冷端（21）和所述热端（22）之间的P型半导体（24），以及连接所述N型半导体（23）和所述P型半导体（24）的金属导体（25），所述金属导体（25）设置用于连接所述电源（3）的正负电极；所述冷端（21）与所述制冷空间（1）导热连接；其特征在于：所述N型半导体（23）添加石墨烯颗粒（27），或者所述P型半导体（24）添加石墨烯颗粒（27），或者所述N型半导体（23）和所述P型半导体（24）均添加石墨烯颗粒（27）。

7.根据权利要求1所述的一种制冷装置，其特征在于：所述N型半导体（23）添加石墨烯颗粒，所述P型半导体（24）添加石墨烯颗粒，并且所述N型半导体的石墨烯颗粒的石墨烯纯度高于所述P型半导体（24）的石墨颗粒的石墨烯纯度。

8.根据权利要求1或2所述的一种制冷装置，其特征在于：所述散热装置（4）包括与所述热端（22）进行热传递的导热体（41）、与所述导热体（41）导热连接的散热片（42），所述导热体（41）为石墨烯导热体。

9.根据权利要求1或2所述的一种制冷装置，其特征在于：所述制冷装置电源（3）设置用于调节所述电源（3）的电流大小的电流调节单元。

10.根据权利要求1或2所述的一种制冷装置，其特征在于：所述制冷空间（1）的外壁设置保温隔热层（11）。