CN106524631A - 组合式半导体制冷冰箱 - Google Patents
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Abstract
一种组合式半导体制冷冰箱，包括箱体，包括有制冷温差发电模组，所述制冷温差发电模组设置在箱体上，制冷温差发电模组中的半导体制冷片冷端表面固定有冷传导结构，制冷温差发电模组中的散热器散热鳍片裸露于箱体外。本发明具有高效制冷、结构简单、机械部件少、无噪声、可靠性高、安装体积小，重量轻，成本低等众多优点，适用于大批量的工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种制冷装置，尤其是一种采用半导体制冷片制冷，同时对制冷片产生热量进行回收发电，可以叠加组合使用的冰箱。
背景技术
随着现有半导体制冷片性能的提升和发展，其应用领域也在不断扩大，相对于传统制冷设备，能够克服机械压缩式制冷方式的不足，例如制冷介质(如氟利昂)存在泄漏危险，不环保，耗电大，热污染和噪音大等。半导体制冷片利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。它不需要化学反应且无机械移动部分，因此具有节能环保、食品不串味、箱体独立、结构简单、无噪声、安全、启动快等众多优势。
在现有技术中，已公开了一种用于制冷设备的制冷装置，如在公告号为CN102538283A的用于制冷设备的制冷装置、制冷设备以及控制方法，其特征在于包括有半导体制冷片；散热单元，所述散热单元与所述半导体制冷片的热端相连用于在所述半导体制冷片的热端的温度高于第一预订温度时对所述半导体制冷片的热端进行冷却；和吸热片，所述吸热片与所述半导体制冷片的冷端相连以通过所述半导体制冷片的冷端对所述吸热片所在的环境进行制冷。
通过分析，该发明具有结构简单，冷却速度快，散热效率高且价格低廉的优点。同时，还可以实现多个温度不等的低温存储空间(保温空间)，具有功耗低，制冷效率高等优点。
但是，该发明对于半导体制冷片热端产生的热量，不仅无法进行热量的回收利用，还需要通过散热单元进行冷却，不仅使制冷装置的结构更加复杂，而且也在一定程度上造成了成本的上升。在制冷效率上，直接采用半导体制冷片进行制冷的话，由于收到制冷片的面积限制，将影响到制冷的传导效率和效果。在另一方面，对于需要多个较大空间的使用，固定的空间难以通过组合的方式进行扩展，这也限制了一部分的应用。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种采用半导体制冷片制冷，导冷管进行冷传导，同时对制冷片产生热量进行回收发电，并可以叠加组合使用的冰箱。
为了实现上述目的，本发明采用制冷效果良好、热量回收发电、结构简单的半导体组合式冰箱技术方案是：
一种组合式半导体制冷冰箱，包括箱体，包括有制冷温差发电模组，所述制冷温差发电模组设置在箱体上，制冷温差发电模组中的半导体制冷片冷端表面固定有冷传导结构，制冷温差发电模组中的散热器散热鳍片裸露于箱体外。
包括有箱体、保温层、内胆、半导体制冷片、散热器和驱动电源，包括有制冷温差发电模组，所述制冷温差发电模组贯穿并固定于内胆、保温材料和箱体上，制冷温差发电模组中的半导体制冷片冷端表面固定有冷传导结构，制冷温差发电模组中的散热器散热鳍片裸露于箱体。
所述的制冷温差发电模组包括有半导体制冷片、温差发电芯片和散热器，半导体制冷片的热端直接或间接的固定有温差发电芯片，所述温差发电芯片的冷端固定有散热器。
所述的半导体制冷片热端与温差发电芯片之间固定有均温板和/或温差发电芯片。
所述的温差发电片和均温板之间交错叠加固定。
所述的均温板为多片，从半导体制冷片开始到散热器，数量逐渐减少。
所述温差发电芯片和/或均温体上设置有绝缘层，绝缘层上设置有线路层。
所述线路层包括有可焊接部位和电气连接分布。
所述的冷传导结构为导冷板，直接固定在半导体制冷片的冷端，并贴合于内胆，或者为包括有外壳、散冷器和风扇，所述外壳内固定有散冷器和风扇，散冷器与半导体制冷片表面固定，外壳上端设置有出风口，外壳下端设置有进风口。
所述的导冷板和/或散冷器，与半导体制冷片的冷端表面之间固定有均温板。
所述的箱体上侧外围设置有定位凹点，在箱体的下侧外围设置有定位凸点。
所述箱体的表面固定有与其他冰箱电气连接的接口。
本发明的有益效果：
本发明通过在半导体制冷片的冷端固定导冷管，一方面可以快速的将半导体制冷片产生的冷量传导到内胆四周，而且半导体制冷片的安装位置可以较好调节而不会影响制冷效率。
在半导体制冷片的热端固定温差发电芯片，从而实现热量的回收发电。通过温差发电片和/或均温板的多层叠加结构设置，对热量进行充分利用发电回收，从而进一步提高发电效率。
均温板的形状按照不同环境进行改变，例如长方体、棱锥体、“L”字型、“U”字型结构等多种结构，尤其是最靠近热源的第一均温板形状可以进行多样化设计，从而改变空间和位置分布，便于进行模块化设计。
在制冷片、温差发电片或水胆之间通过粘结固化和焊接的方式进行固定，能够最大限度的减少传统机械接触、硅酯等产生的热阻，不仅有利于热量工作中产生的热量传递散热，更可以提高温差发电片的发电效率。
在箱体的上侧、下侧外围分别设置固定凹点和凸点，可以有效的进行多个冰箱的上下组合，电气连接可以通过箱体表面的接口来实现，从而实现冰箱空间的扩展。
本发明具有高效制冷、结构简单、机械部件少、无噪声、可靠性高、安装体积小，重量轻，成本低等众多优点，适用于大批量的工业化生产。
附图说明
图1为本发明的一优选实施例的正视示意图；
图2为本发明的一优选实施例的后视示意图；
图3为本发明的一优选实施例A-A方向的剖面示意图。
图4为本发明的一优选实施例B-B方向的剖面示意图。
图5为本发明的另一优选实施例A-A方向的剖面示意图。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，为本发明的一优选实施例的示意图。本实施例主要散热器1、第二温差发电芯片2、保温材料5、第三均温板6、第一温差发电芯片7、第二均温板8、第一均温板9、半导体制冷片10、导冷板11、箱体12、内胆13、定位凹点14、提手15、定位凸点16、驱动电源17、接口18、箱门19、把手20、调制器21等组成，构成一完整的半导体制冷冰箱结构。
在本实施例中包括有制冷温差发电模组，其主要由散热器1、第二温差发电芯片2、保温材料5、第二均温板6、第二温差发电芯片7、第二均温板8、第一均温板9、半导体制冷片10等组成。制冷温差发电模组贯穿并固定于内胆13、保温材料5和箱体12上，其中，制冷温差发电模组中的半导体制冷片10冷端表面固定有冷传导结构，制冷温差发电模组中的散热器1的散热鳍片33裸露于箱体12外。
制冷温差发电模组中的半导体制冷片10的热端直接或间接的固定有温差发电芯片，优选的固定方式为：先在半导体制冷片10的热端固定有第一均温板9，再在第一均温板9的另一端固定有第二均温板8、在第二均温板8的另一端固定第一温差发电芯片7，第一温差发电芯片7的另一端固定有第三均温板6，第三均温板6的另一端固定有第二温差发电芯片2，第二温差发电芯片2的另一端(冷端)固定于散热器1的底部表面，通过散热器1裸露于箱体12表面的散热器片13进行冷热交换。
半导体制冷片10的热端与第一温差发电芯片7、第二温差发电芯片2之间分别固定有第一均温板9、第二均温板8和第三均温板6，通过温差发电片和均温板之间交错叠加固定，一方面可以均匀扩大半导体制冷片10热端产生的热量分布面积，从而提高温差发电芯片在均温板上的分布，另一方面均温板可以改变热量的传递方向，引申出更多不同方向和面积的安装面，从而改变安装在其表面的温差发电芯片的空间和位置分布。
例如，均温板形状可以为长方体、棱锥体、“L”字型、“U”字型结构等，可以改变90度方向的空间空间分布，从而实现温差发电芯片、均温板等不同的空间和位置分布。
均温板从半导体制冷片开始到散热器，数量逐渐减少。在本实施例中，第一均温板9和第二均温板8的两片叠加，减少到第三均温板6的一片，第一均温板9和第二均温板8的叠加是由于半导体制冷片10热端的热量集中，为了能够更好的扩大热容，提高热传导效率，从而采用二片叠加方式，随着热量传递过程中的减少，应此均温板的数量也随之减少。
在实际的应用过程中，根据半导体制冷片10产生热量的大小，选择多片的均温板进行叠加，或是取消均温板，直接采用温差发电芯片进行叠加或多层叠加。
均温板，是指导热系数高、热阻小，受热后能够快速将热量传导和均匀分布的物体或装置，常用为包括有铜、热管、铝合金、相变材料、碳纤维、石墨烯等中的一种金属、非金属或装置。在本实施例中，以第三均温板6为例，均温板内部设置有众多的热管4，热管4内壁设置有凹凸面或是填充有网状织物，热管4 内部填充有相变材料，通过相变材料气液态的改变，实现热量的快速传导。
在本实施中，温差发电芯片和/或均温板的表面设置有绝缘层，绝缘层上设置有线路层的表面分别设置有绝缘层，采用搪瓷或阳极氧化方式制作。绝缘层上设置有线路层，采用印刷、电镀、复合或喷涂方式制作。线路层至少包括有可焊接部位和电气连接分布，温差发电芯片分别固定在可焊接部位，各个温差发电芯片之间的电气连接为串联和/或并联，使每个均温温差发电层的温差发电芯片形成电气连接为整体，根据需要，每个均温温差发电芯片层上作为单位再进行彼此的电气连接，统一输出电压和电流。
在线路层上除至少包括有可焊接部位和电气连接分布外，还可以设置有静电保护电路，整流、限压、电流控制等电路中的一种或多种，以满足不同的功能需要。
在线路层上除至少包括有可焊接部位和电气连接分布外，还可以设置有静电保护电路，整流、限压、电流控制等电路中的一种或多种，以满足不同的功能需要。
在本实施例中，所述的固定方式为焊接或固化粘结，固化粘结如使用高导热水泥进行粘结。根据需要会优先考虑进行焊接，如表面由于材料难以焊接，可以在表面通过电镀、复合、喷涂等方式涂覆一金属层后再进行焊接。通过焊接的方式，其接触热阻可以大幅度的减少，有助于提高热传导效率，另一面该生产制作工艺简单，适合于批量化的大规模生产，有助于提高生产效率，减少生产成本。
冷传导结构为将半导体制冷片10冷端的冷传导到内胆13内部，从而实现制冷。在本实施中，冷传导结构为导冷板11，直接固定在半导体制冷片10的冷端，并贴合于内胆13。导冷板11一般为平面的板状结构，其结构类似于均温板，内部设置有众多的热管。但是考虑到内胆13的大小和形状，可以采用管状或是管状与平板结合的方式贴合固定在内胆13的表面。
在实际应用中，导冷板11与半导体制冷片10的冷端表面之间固定有均温板，从而实现导冷板11与半导体制冷片10之间的位置空间分布转换。
箱体12的前面固定有箱门19，在箱门19的上端设置有把手20，把手20为下凹形的结构，以便于箱门的开关，优选在箱门上端设置两个把手20，是箱门开关更加的方便。箱门19上还设置有调制器21，调制器21作为冰箱制冷功率、温度等参数控制器，以及冰箱技术参数信息的显示器，一般采用液晶面板制作，通过按钮或触控进行操作。
在箱体12的背面内部安装有驱动电源17，设置有接口18，接口18主要用于与其他冰箱的电气连接，同时作为冰箱的电源输入口，与驱动电源17相连，驱动电源17驱动半导体制冷片10工作进行制冷，第一温差发电芯片7和第二温差发电芯片2连接驱动电源17，温差发电后的电量输入到驱动电源17中，实现能量反馈。
在箱体12的上侧外围设置有定位凹点14，下侧外围设置有定位凸点16，定位凹点14和定位凸点16的位置相互对应，以便于在多个冰箱组装是能够更好的确定位置，同时能够较好防止冰箱水平位置的偏移。
在箱体12的侧面对称设置有提手15，提手15形状为类似内凹的方形、半圆形、四分之一圆形等结构，方便在冰箱搬运过程中的着力。
在内胆13和箱体12之间，以及散热器1内部的空余间隙中填充有保温层5，保温层5主要是起到温度隔离作用，防止箱体12内外的温度交换，一般优选采用保温的发泡材料制作。
箱体12一般采用金属材料制作，如常用的铝合金材质，由于铝合金材质较轻，高导热系数较高，在230W/mK左右，而且金属稳定性较好，成本较低，通过铝挤压等工艺便于成型，表面可以进行氧化、电镀、喷漆等工艺进行外观处理。
如图5所示，为本发明的另一优选实施例A-A方面的剖面示意图。本实施例与上述实施例的外观、制冷温差发电模组等相同，主要区别在于冷传导结构为包括有外壳24、散冷器22和风扇23，外壳24内固定有散冷器22和风扇23，散冷器22与半导体制冷片10表面固定，外壳上端设置有出风口26，外壳下端设置有进风口25。半导体制冷片10产生的冷量，传导到散冷器22后，散冷器22使其周围空气温度降低，通过风扇23送出冷风，冷风从出风口26吹入到内胆13内部，而内胆13内部的空气被吸入进风口25，进入外壳24内部，从而完成一个制冷循环。
本实施例的冷传导结构，通过冷风的形式进行制冷，相对于采用导冷板11的结构，具有制冷效率高、不易结冰的优点。
散冷器22与半导体制冷片10的冷端表面之间也可以固定有均温板，实现散冷器22与半导体制冷片10之间的位置空间分布转换。散冷器22与传统的热管散热器或金属散热结构相同，但是其功能不同，主要是将冷量散发出去。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在技术方案范围内进行的通常变化和替换都应该包括在本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种组合式半导体制冷冰箱，包括箱体，其特征在于，包括有制冷温差发电模组，所述制冷温差发电模组设置在箱体上，制冷温差发电模组中的半导体制冷片冷端表面固定有冷传导结构，制冷温差发电模组中的散热器散热鳍片裸露于箱体外。
2.根据权利要求1所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于，一种组合式半导体制冷冰箱，包括有箱体、保温层、内胆、半导体制冷片、散热器和驱动电源，其特征在于包括有制冷温差发电模组，所述制冷温差发电模组贯穿并固定于内胆、保温材料和箱体上，制冷温差发电模组中的半导体制冷片冷端表面固定有冷传导结构，制冷温差发电模组中的散热器散热鳍片裸露于箱体。
3.根据权利要求1所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述的制冷温差发电模组包括有半导体制冷片、温差发电芯片和散热器，半导体制冷片的热端直接或间接的固定有温差发电芯片，所述温差发电芯片的冷端固定有散热器。
4.根据权利要求3所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述的半导体制冷片热端与温差发电芯片之间固定有均温板和/或温差发电芯片。
5.根据权利要求4所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述的温差发电片和均温板之间交错叠加固定。
6.根据权利要求5所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述的均温板为多片，从半导体制冷片开始到散热器，数量逐渐减少。
7.根据权利要求2-5所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述温差发电芯片和/或均温体上设置有绝缘层，绝缘层上设置有线路层。
8.根据权利要求6所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述线路层包括有可焊接部位和电气连接分布。
9.根据权利要求1所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述的冷传导结构为导冷板，直接固定在半导体制冷片的冷端，并贴合于内胆，
或者为包括有外壳、散冷器和风扇，所述外壳内固定有散冷器和风扇，散冷器与半导体制冷片表面固定，外壳上端设置有出风口，外壳下端设置有进风口。
10.根据权利要求8所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述的导冷板和/或散冷器，与半导体制冷片的冷端表面之间固定有均温板。
11.根据权利要求1所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述的箱体上侧外围设置有定位凹点，在箱体的下侧外围设置有定位凸点。
12.根据权利要求1或10所述的组合式半导体制冷冰箱，其特征在于所述箱体的表面固定有与其他冰箱电气连接的接口。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107131699A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-09-05 | 浙江聚珖科技股份有限公司 | 蓄冷式半导体制冷冰箱 |
| CN111189255A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-05-22 | 上海应用技术大学 | 半导体制冷机 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN2736710Y (zh) * | 2004-09-20 | 2005-10-26 | 李文 | 电子制冷冰箱 |
| CN2811886Y (zh) * | 2005-03-15 | 2006-08-30 | 王龙岩 | 半导体制冷冰箱 |
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2016
- 2016-12-20 CN CN201611180843.XA patent/CN106524631A/zh active Pending
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