CN106931573A - 模块化便携式半导体空调 - Google Patents
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Abstract
模块化便携式半导体空调，属于制冷空调领域，主要由锂电池(1)、保险管(2)、遥控开关(3)、水泵(4)、水冷壁(5)、风机(6)、半导体制冷片(7)、冷端翅片(8)、控温器(9)、水箱(10)、导热管(11)、蓄热箱(12)、高温检测(13)组成。本产品采用了半导体制冷技术，将冷端与热端分开最终能提供所需的低温气流，甚至能够提供低于零点的空气。对于个人小型利用的空调而言，既能够满足人们对于舒适环境的需求，又因为其有较小的体积和质量，因此能够便于携带。除此之外，本产品还利用了模块化设计技术，可因用户的使用需求增加或删减模块以完善功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式空调产品，特别涉及一种，将半导体制冷技术、冷热分隔技术，水冷相变热吸收技术，模块化产品技术，等诸多技术相结合的一种空调产品，属于制冷空调技术领域。
背景技术
空调的笨重一直是为人诟病的痛点，也决定了它无法适用于任何炎热环境的生活与工作中。现如今，半导体材料的发展日新月异。轻巧简便的模式又成为了时代与社会的新宠。于是我们为了切合时代发展的需要，结合最新的半导体制冷技术和精巧的外观结构，改良以往笨重的空调，使其达到轻巧简便好用的时代要求，填补便携式空调的空白。使人们在炎热环境中的生活更加便捷舒适。
热电制冷是具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时具有制冷功能，由于半导体材料具有最佳的热电能量转换性能特性，所以人们把热电制冷称为半导体制冷。半导体制冷是建立于塞贝克效应、拍尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应、傅立叶效应共五种热电效应基础上的制冷新技术。其中，塞贝克效应、帕尔贴效应和汤姆逊效应三种效应表明电和热能相互转换是直接可逆的，另外两种效应是热的不可逆效应。
如附图1所示，热电对是由半导体材料组成的。热电对有两条分别由P型半导体和N型半导体制成的电偶臂。电偶臂的两端均存在汇流条，又称为层压汇流条，是一种多层层压结构的功率模块电连接部件，可以连接多个电路的电力分配处。由N、P型材料组成一对热电偶，当热电偶通入直流电流后，因直流电通入的方向不同，将在电偶结点处产生吸热和放热现象，称这种现象为珀尔帖效应。上端从外界吸热；下端从向外界放热。利用多个这样的热电偶就能够制成一个如图一中所示的热电制冷电堆，将其接通电源后，利用多种传热器件使其热端不断的散热，从而保持一定温度。将热电堆接入装置中，冷端吸热降温从而达到了对工作环境制冷的目的。
P型半导体，也称为空穴型半导体。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体，导电性主要依靠价带中的空穴；N型半导体，也称电子型半导体，自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体，以电子导电为主的半导体。因此从微观的角度看，当接通直流电源后，在冷端接头的电流方向为由n到p，P型半导体中的空穴向离开冷端接头的方向移动，接头处的电子成为自由电子，电子移动在P型半导体中留下了空穴，形成了电子—空穴对。这些自由电子进入N型半导体后，在通过接头处释放能量。但是这部分释放的能量远远不及电子—空穴对所吸收的能量，同理P型半导体中也会出现相似的情况。因此最终的接头出成为冷端，通过吸热来达到制冷的作用。
模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。
发明内容
本发明的目的在于：将半导体制冷技术、冷热分隔技术、水冷相变热吸收技术、模块化产品技术等诸多技术相结合，成为一种创新小型便携式半导体制冷空调。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。
一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，包括半导体制冷片(7)、水冷壁(5)、冷端翅片(8)、风机(6)、导热管(11)、水箱(10)、水泵(4)和利用相变原理的水降温装置(12)、锂电池(1)、保险管(2)、遥控开关(3)、控温器(9)；水冷壁(5)与半导体制冷片(7)热端相贴，水泵与水冷壁通过导管相连接，水冷壁和水箱通过导管相连接，水箱再与水泵通过导管连接，水泵、水箱和水冷壁构成一个水路循环；水泵能够把水冷壁吸收热量之后的水送入水箱当中，进而把水箱里温度较低的水送入水冷壁中，继续吸收热端产生的热量。同时，水箱还设有另一循环管路，由导热管进行循环，另一循环管路的导热管嵌套在利用相变原理的水降温装置(12)中，实现对另一循环管路导热管中水的降温。另一循环管路导热管中已经有了一定温度的水箱里的水进入利用相变原理的水降温装置进行水热量的释放，将水的热量传递给利用相变原理的水降温装置里的相变储能材料，利用相变储能材料的相变消耗掉水中的热能，再将释放热能之后的水送回水箱之中，继续新一轮的循环；半导体制冷片(7)的冷端设有冷端翅片(8)，冷端翅片(8)上还设有风机(6)，使得半导体制冷片(7)冷端的冷气能够由风机(6)吹出；锂电池(1)通过保险管(2)与遥控开关(3)连接，遥控开关(3)分别和水泵(4)、半导体制冷片(7)、风机(6)连接，控温器(9)分别和半导体制冷片的冷端、遥控开关连接，用于温度的控制。
所述利用相变原理的水降温装置，其中设有平行并排的槽，槽内填充有相变蓄热材料，水箱的另一循环管路的导热管嵌套在相变蓄热材料中，相变蓄热材料选自石蜡和月桂酸的一种或两种；采用两种材料时，优选月桂酸和石蜡在槽内交替间隔填充。采用本发明特制的相变容器，水由导热管在相变蓄热材料的缝隙内流动，从而利用相变原理消耗水的热能。
利用相变原理的水降温装置还装有高温检测装置(13)，当利用相变原理的水降温装置相变材料温度过高时，采取紧急半导体制冷片(7)的措施，保证系统安全；从而使得系统之中的水能够安全地长时间循环，消耗热端的产热。
半导体制冷片(7)、水冷壁(5)、冷端翅片(8)、风机(6)组装在一起，形成半导体制冷系统；
控温器(9)为单片机温控系统。
半导体制冷片采用多组热电半导体制冷片组合使用。
整个系统由电池供电，电源连接遥控开关，开关控制水泵、半导体制冷系统，和单片机温控系统。半导体制冷片通电因塞贝克效应、拍尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应、傅立叶效应五种热电效应，在多组半导体两侧形成冷端和热端，其中我们在冷端安装翅片，提高冷端散热效率，本系统在冷端翅片上安加风机或风扇，将冷端产生的冷与空气进行热交换，之后，冷端产生的冷气流有冷端翅片吹出，以此进行对空间的制冷，热端产生的热量由水冷壁吸收，水冷壁与半导体制冷系统的半导体制冷片(7)热端相连贴，水冷壁通过导管与水箱相连，水箱连着水泵，水泵将水泵入水箱，再将水泵入由相变蓄热材料的利用相变原理的水降温装置(12)，以此来构成水的循环，吸收水的热量。空调吹出的冷风有电源所连的温控单片机控制，在温度达到用户所预设的温度时，单片机将控制系统断电，待温度上升到高于预设温度时，单片机继续恢复系统供电以此控制温度。
此外本系统进行了模块化系统设计，可以有统一的连接接口，还可可加入除露系统装置模块、PM2.5净化系统模块等，以此完善空调系统。
所述水箱导管由PVC材质制成。
所述冷端翅片为铝合金材质。
所述温控器为单片机温控器。
所述蓄电池为12v锂电池。
本发明的有益效果：由于半导体制冷具有清洁、无噪音污染和有害物质排放、寿命长、坚固、可靠性高、稳定性好等一系列优点,符合绿色环保要求,半导体比普通空调制冷速度快上许多，如附图3，由于传统空调采用压缩机技术制冷速度较慢，本产品重量比传统空调轻减许多，易方便携带本产品成本价格相对较低，本产品对温度的控制迅速且灵敏。本产品采用了半导体制冷技术，将冷端与热端分开最终能提供所需的低温气流，甚至能够提供低于零点的空气。对于个人小型利用的空调而言，既能够满足人们对于舒适环境的需求，又因为其有较小的体积和质量，因此能够便于携带。除此之外，本产品还利用了模块化设计技术，可因用户的使用需求增加或删减模块以完善功能。
附图说明
图1为半导体电热偶原理示意图。
图2为模块化便携式半导体空调的结构示意图。
图3半导体空调模型冷热端温度变化图
图4为多组半导体组合使用冷热端形成原理图。
1锂电池，2保险管，3遥控开关，4水泵，5水冷壁，6风机,7半导体制冷片,8冷端翅片,9控温器,10水箱,11导热管，12利用相变原理的水降温装置，13高温检测装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
结构参见图2和图4。半导体制冷器：本制冷器由多种半导体组成，在多组半导体两侧形成冷端和热端，其中在冷端安装翅片，提高冷端散热效率，我们在冷端翅片上安加风扇，将冷端产生的冷与空气进行热交换，之后，冷端产生的冷气流有冷端翅片吹出，以此进行对空间的制冷，热端产生的热量由水冷壁吸收，水冷壁与水冷系统相连，水冷壁通过导管与水箱相连，水箱连着水泵，水泵将水泵入水箱，再将水泵入由月桂酸和石蜡组成的水冷相变系统中进行冷却。半导体进行冷端和热端交换，冷端的冷气由风机6吹出，热端的热量由翅片8吸收，之后由水箱10中的水吸收，水通过泵4进行循环，在水冷相变系统中进行再度冷却以此来将冷端与热端分隔以此保证空调制冷量。电流从锂电池1流出进入遥控开关3，遥控开关3分别控制水循环的水泵系统和半导体制冷系统，半导体制冷系统由冷端翅片8、水冷壁5、半导体制冷片7和风机6四部分组成。此外为控制空调温度，我们利用单片机控温器进行温度控制。
表1为半导体冷端温度变化。
表1半导体冷端温度变化
加入冷端翅片可以大幅增加半导体的散热效率，相对于一般的直接散热器，冷端翅片可以将风扇与半导体进行一定的分隔，使制冷效率大幅上升。
本产品对热端的处理是用水冷相变系统，目的是将冷端与热端充分分开，热端连着水冷壁，水冷壁连着水箱和相变系统，本系统结合了普通水冷散热器和相变散热器的优点，能够高效的将热量转化。
以半导体作为制冷原的空调相比于传统空调来说有一下优点：
(1)制冷制热时间快因为半导体制冷片热惯性非常小，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。
(2)本产品重量比传统空调轻减许多，易方便携带
(3)本产品成本价格相对较低
(4)本产品对温度的控制迅速且灵敏
(5)本产品无环境污染因为不需要使用制冷剂，所以不存在配套制冷管路制冷剂泄漏和对环境污染问题。
本产品可以用在校园无空调的室内情况，同时也可以放入防化服，化工服等专业服饰之中，同时也可服务于户外作业人员。
Claims (10)
1.一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，包括半导体制冷片(7)、水冷壁(5)、冷端翅片(8)、风机(6)、导热管(11)、水箱(10)、水泵(4)和利用相变原理的水降温装置(12)、锂电池(1)、保险管(2)、遥控开关(3)、控温器(9)；水冷壁(5)与半导体制冷片(7)热端相贴，水泵与水冷壁通过导管相连接，水冷壁和水箱通过导管相连接，水箱再与水泵通过导管连接，水泵、水箱和水冷壁构成一个水路循环；同时，水箱还设有另一循环管路，由导热管进行循环，另一循环管路的导热管嵌套在利用相变原理的水降温装置(12)中，实现对另一循环管路导热管中水的降温；半导体制冷片(7)的冷端设有冷端翅片(8)，冷端翅片(8)上还设有风机(6)，使得半导体制冷片(7)冷端的冷气能够由风机(6)吹出；锂电池(1)通过保险管(2)与遥控开关(3)连接，遥控开关(3)分别和水泵(4)、半导体制冷片(7)、风机(6)连接，控温器(9)分别和半导体制冷片的冷端、遥控开关连接，用于温度的控制。
2.按照权利要求1所述的一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，所述利用相变原理的水降温装置，其中设有平行并排的槽，槽内填充有相变蓄热材料，水箱的另一循环管路的导热管嵌套在相变蓄热材料中，相变蓄热材料选自石蜡和月桂酸的一种或两种；采用两种材料时，优选月桂酸和石蜡在槽内交替间隔填充。
3.按照权利要求1所述的一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，利用相变原理的水降温装置还装有高温检测装置(13)，当利用相变原理的水降温装置相变材料温度过高时，采取紧急半导体制冷片(7)的措施，保证系统安全。
4.按照权利要求1所述的一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，半导体制冷片(7)、水冷壁(5)、冷端翅片(8)、风机(6)组装在一起，形成半导体制冷系统。
5.按照权利要求1所述的一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，控温器(9)为单片机温控系统。
6.按照权利要求1所述的一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，半导体制冷片采用多组热电半导体制冷片组合使用。
7.按照权利要求1所述的一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，所述水箱导管由PVC材质制成。
8.按照权利要求1所述的一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，所述冷端翅片为铝合金材质。
9.按照权利要求1所述的一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，所述温控器为单片机温控器。
10.按照权利要求1所述的一种模块化便携式半导体空调，其特征在于，所述锂电池为12v锂电池。
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