CN107192163B - 一种半导体-吸收扩散耦合制冷装置 - Google Patents

一种半导体-吸收扩散耦合制冷装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半导体‑吸收扩散耦合制冷装置。该装置包括半导体制冷装置、吸收扩散制冷装置、太阳能供能装置、控制装置。所述半导体制冷装置包括半导体制冷器、半导体制冷冷流道、热流道、电加热器；所述吸收扩散制冷装置包括吸收扩散制冷器、吸收扩散制冷冷流道；所述太阳能供能装置包括太阳能板、蓄电池；所述控制装置包括控制面板。控制电路等。本发明利用半导体制冷片热端作为加热器与吸收扩散制冷加热端耦合，高效利用半导体制冷热端的热量，同时产生冷量，提高装置的制冷系数与制冷效率。本发明采用适用于扩散制冷加热端的新型半导体制冷器，采用内外双层加热的方式，极大提高加热的速率和效率。

Description

一种半导体-吸收扩散耦合制冷装置
技术领域
本发明涉及半导体制冷技术和吸收扩散制冷技术，具体涉及一种半导体-吸收扩散耦合制冷装置。
背景技术
目前广泛使用的制冷设备存在能耗大的问题，其工质对环境也有污染性和破坏性。同时，传统的机械式制冷设备结构复杂，运行过程中易产生振动和噪声。在当前能源紧缺、环境问题严重的情况下，制冷系统如何做到节能环保是一个亟待解决的问题。
吸收扩散式制冷是一种热能驱动型制冷技术，其利用气泡泵代替机械泵提供循环动力，整个系统处于相同的压力下工作，无任何运转部件和阀门，具有无振动、无噪音、运行稳定可靠以及使用寿命长等优点；但吸收扩散式制冷目前仍存在制冷系数低的问题。
半导体制冷技术的理论基础是热电制冷。其优点有：尺寸小，重量轻；无机械传动部分，工作时无振动、无噪音；可通过调节电流来调节温度；无液态、气态工质，故对环境无污染；但目前半导体制冷系统还存在的缺点是其制冷效率比传统的机械压缩式制冷机低。
发明内容
本发明的目的在于设计一种半导体-吸收扩散耦合制冷装置，利用半导体制冷热端作为加热器与吸收扩散制冷加热端耦合，高效利用半导体制冷热端的热量，同时产生冷量，提高装置的制冷系数与制冷效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种半导体-吸收扩散耦合制冷装置，包括半导体制冷装置、吸收扩散制冷装置、太阳能供能装置和控制装置；所述太阳能供能装置包括太阳能板和蓄电池；所述吸收扩散制冷装置包括扩散制冷冷流道、精馏器、冷凝器、冷冻蒸发器、吸收器和贮液器；所述半导体制冷装置包括半导体制冷器、半导体制冷热流道、半导体制冷冷流道和电加热器；所述电加热器设置于半导体制冷热流道内部；所述半导体制冷热流道包括半导体制冷外热流道；所述控制装置包括温度传感器、控制面板和控制电路；所述温度传感器与控制面板连接，所述控制面板与控制电路连接，温度传感器将信号输送至控制面板，控制面版根据操作信号及传感器信号，通过控制电路控制整个装置；所述太阳能板通过支架设置于吸收扩散制冷装置上方，所述半导体制冷装置设置于吸收扩散制冷装置下方、所述蓄电池设置于半导体制冷装置下方；所述精馏器与冷凝器、冷冻蒸发器、吸收器顺次连接，且所述吸收器与贮液器连接，所述贮液器与半导体制冷内热流道连接，所述吸收器还通过管道与半导体制冷外热流道连接；所述冷冻蒸发器设置于扩散制冷冷流道内部；所述半导体制冷器内部还设置有电加热器；所述半导体制冷器位于半导体制冷冷流道内部。本发明利用半导体制冷热端作为加热器与吸收扩散制冷加热端耦合，高效利用半导体制冷热端的热量，同时产生冷量，提高装置的制冷系数与制冷效率。本发明采用适用于扩散制冷加热端的新型半导体制冷器，采用内外双层加热的方式，极大提高加热的速率和效率。
进一步地，所述半导体制冷器包括冷翅片导冷片、半导体制冷片、散热片和热管散热器；所述半导体制冷片冷端依次与导冷片、冷翅片连接，半导体制冷片热端与散热片、热管散热器连接；所述热管散热器一端通过热管与制冷片热端连接，另外一端连接内热流道，所述半导体制冷冷流道包括第二风机、内热流道和气泡泵；六块半导体制冷片构成正六边形制冷管，制冷管外侧为冷端，向外依次连接为导冷片、冷翅片；内侧为热端，与热管散热器连接，所述热管散热器与内热流道连接，所述内热流道内部还设置有气泡泵，所述半导体制冷冷流道的一端设置有第二风机，所述半导体制冷装置可根据实际加热管道管长需要，由若干制冷器连接构成。
进一步地，还包括第一风机；所述第一风机设置于扩散制冷冷流道的一端。
进一步地，所述半导体制冷冷流道、半导体制冷热流道的截面呈正六边形；内热流道内设有电加热器，流体出口端设有温度传感器。由于半导体制冷片热端温度受限，当所需加热温度超过加热范围时，利用电加热器加热。所述温度传感器与控制面板相连。
进一步地，所述外热流道每隔一个面设有1个散热片，通过导热片直接与对应面的制冷片热端连接；所述内热流道每隔一个面设有1个热管散热器，对应外热流道未设散热器的面，热管散热器通过热管与对应面的制冷片热端连接。所述散热片的结构为每两块散热片间通过若干小型三棱柱支撑连接，三棱柱呈网状排列，达到加大传热面积的目的，同时提高两散热片间的导热效率，从而提高传热的速率和效率。所述热管散热器为市场常见热管散热器。
进一步地，所述内热流道流体进口与扩散制冷器的贮液器相连，流体出口处安装气泡泵；所述外热流道流体进口与精馏器下端相连，流体出口与扩散制冷器的吸收器相连。
进一步地，所述太阳能板为自动追踪太阳能系统，设置于装置最顶端。所述蓄电池储存由太阳能转化的能量，为整个装置供电，安装于半导体制冷装置的下端，同时起支撑固定作用。
进一步地，所述控制装置包括显示控制面板、控制电路等。所述显示控制面板设于半导体制冷装置冷流道入口一侧，显示半导体制热热流道内温度，同时根据实际需要控制装置，所述控制电路包括温度传感器，电路等等。
进一步地，所述内热流道流体进口与扩散制冷器的贮液器相连，流体出口安装气泡泵；所述外热流道流体进口与精馏器下端相连，流体出口与扩散制冷器的吸收器相连。采用外热流道与内热流道双重加热的方式，使得稀溶液经外流道流入吸收器时将热量传递给浓溶液，提高加热速率，维持温度稳定。
进一步地，所述制冷装置的半导体制冷冷流道与扩散制冷冷流道可单独输出冷量，也可将二者混合后输出。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、本发明利用半导体制冷热端作为加热器与吸收扩散制冷加热端耦合，高效利用半导体制冷热端的热量，同时产生冷量，提高装置的制冷系数与制冷效率。
2、本发明采用适用于管道加热的半导体制冷器，内端为制冷片热端，外端为制冷片冷端，不影响半导体本身制冷的前提下，充分利用了半导体的热端热量。
3、本发明采用内外热流道双重加热的方式，同时加热浓溶液与稀溶液，稀溶液经外流道流入吸收器加热浓溶液，，保持恒温，极大地提高了加热速率和效率。
4、本发明采用新型的散热器，散热器由多块散热片通过若干小型三棱柱支撑连接，两块散热片间的三棱柱呈网状排列，加大了传热面积，极大地提高两散热片间的导热速率和效率。
5、本发明利用太阳能为制冷装置提供能量，无需外接能源，太阳能为洁净能量，无污染，节能环保。
附图说明
图1是本发明半导体-吸收扩散耦合制冷装置的总体简图。
图2是本发明半导体-吸收扩散耦合制冷装置的整体结构示意图。
图3是本发明半导体-吸收扩散耦合制冷装置的原理示意图。
图4是半导体吸收扩散耦合制冷装置的制冷示意图
图5是本发明半导体制冷冷流道的结构示意图。
图6是本发明半导体制冷热流道的结构示意图。
图7是本发明半导体制冷器的截面示意图。
图8是本发明半导体制冷器的结构示意图。
图中各个部件如下：太阳能供能装置1、吸收扩散制冷装置2、半导体制冷装置3、控制装置4、太阳能板101、蓄电池102、蒸发器201、扩散制冷冷流道202、精馏器203、贮液器204、吸收器205、冷凝器206、半导体制冷器301、半导体制冷热流道302、半导体制冷冷流道303、电加热器304、控制面板401、第一风机2021、冷翅片3011、导冷片3012、半导体制冷片3013、散热片3014、热管散热器3015、第二风机3031、内热流道3032、气泡泵3033。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1～图8所示，一种半导体-吸收扩散耦合制冷装置，包括半导体制冷装置3、吸收扩散制冷装置2、太阳能供能装置1和控制装置4；所述太阳能供能装置1包括太阳能板101和蓄电池102；所述吸收扩散制冷装置2包括扩散制冷冷流道202、精馏器203、冷凝器206、冷冻蒸发器201、吸收器205和贮液器204；所述半导体制冷装置3包括半导体制冷器301、半导体制冷热流道302、半导体制冷冷流道303和电加热器304；所述电加热器304设置于半导体制冷热流道302内部；所述半导体制冷热流道302包括半导体制冷外热流道；所述控制装置4包括温度传感器、控制面板401和控制电路；所述温度传感器与控制面板401连接，所述控制面板401与控制电路连接，温度传感器将信号输送至控制面板，控制面版根据操作信号及传感器信号，通过控制电路控制整个装置；所述太阳能板101通过支架设置于吸收扩散制冷装置2上方，所述半导体制冷装置3设置于吸收扩散制冷装置2下方、所述蓄电池102设置于半导体制冷装置3下方；所述精馏器203与冷凝器206、冷冻蒸发器201、吸收器205顺次连接，且所述吸收器205与贮液器204连接，所述贮液器204与半导体制冷内热流道连接，所述吸收器205还通过管道与半导体制冷外热流道连接；所述冷冻蒸发器201设置于扩散制冷冷流道202内部；所述半导体制冷器301内部还设置有电加热器304；所述半导体制冷器301位于半导体制冷冷流道303内部。所述半导体制冷器301包括冷翅片3011、导冷片3012、半导体制冷片3013、散热片3014和热管散热器3015；所述半导体制冷片3013冷端依次与导冷片3012、冷翅片3011连接，半导体制冷片3013热端与散热片3014、热管散热器3015连接；所述热管散热器3015一端通过热管与制冷片热端连接，另外一端连接内热流道3032，所述半导体制冷冷流道303包括第二风机3031、内热流道3032和气泡泵3033；六块半导体制冷片3013构成正六边形制冷管，制冷管外侧为冷端，向外依次连接为导冷片3012、冷翅片3011；内侧为热端，与热管散热器3015连接，所述热管散热器3015与内热流道3032连接，所述内热流道3032内部还设置有气泡泵3033，所述半导体制冷冷流道303的一端设置有第二风机3031。本发明还包括第一风机2021；所述第一风机2021设置于扩散制冷冷流道202的一端。所述半导体制冷冷流道、半导体制冷热流道的截面呈正六边形；内热流道内设有电加热器，流体出口端设有温度传感器。所述外热流道每隔一个面设有1个散热片，通过导热片直接与对应面的制冷片热端连接；所述内热流道每隔一个面设有1个热管散热器，对应外热流道未设散热器的面，热管散热器通过热管与对应面的制冷片热端连接。所述半导体制冷冷流道303、半导体制冷热流道302的截面呈正六边形，半导体制冷冷流道303输入端设有第二风机3031，吸入流体进行制冷。内热流道3032输入端设有电加热器304，输出端设有温度传感器。所述温度传感器与控制面板401相连，温度传感器检测温度后将信号传输至控制面板401，使用者根据实际需求，调整电流大小，进而调整半导体制冷热端的温度，达到指定的制冷要求；当所需加热温度超过加热范围时，可控制电加热器304进行补充加热。
所述外热流道每隔一个面设有1个散热片3014，通过导热片直接与对应面的半导体制冷片3013的热端连接。所述内热流道3032每隔一个面设有1个热管散热器3015，对应外热流道未设散热片3014的面，热管散热器3015通过热管与对应面的半导体制冷片3013的热端连接。所述结构使得加热更均匀，以实现充分加热。
图4中，a为浓溶液的流向，b为稀溶液的流向，c为氨气流向，d为液氨流向。
如图8所示，所述散热片3014的结构为每两块散热片间通过若干小型三棱柱支撑连接，三棱柱呈网状排列，达到加大传热面积的目的，同时提高两散热片间的导热效率，从而提高传热的速率和效率。所述热管散热器3015为市场常见热管散热器。
所述内热流道3032的输入口与扩散制冷器的贮液器204相连，输出口安装气泡泵3033；所述外热流道的输入口与精馏器203下端相连，输出口与扩散制冷器的吸收器205相连。浓溶液从贮液器204流入内热流道3032进行加热，一部分氨气从溶液中排出，稀溶液经气泡泵3033流入外热流道进行二次加热，流入吸收器205。采用外热流道与内热流道3032双重加热的方式，使得稀溶液经外热流道流入吸收器205时将热量传递给浓溶液，提高加热速率，维持温度稳定。
所述太阳能供能装置1包括太阳能板101、蓄电池102。所述太阳能板101为自动追踪太阳能系统，设置于装置最顶端。所述蓄电池102储存由太阳能转化的能量，为整个装置供电，设置于半导体制冷装置3的下端，同时起支撑固定作用。
所述控制面板401位于半导体制冷冷流道303入口一侧，显示半导体制冷热流道302内的温度，同时根据实际需要控制装置。
所述制冷装置的半导体制冷冷流道303与扩散制冷冷流道202可单独输出冷量，也可将二者混合后输出。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种半导体-吸收扩散耦合制冷装置，其特征在于：包括半导体制冷装置(3)、吸收扩散制冷装置(2)、太阳能供能装置(1)和控制装置(4)；所述太阳能供能装置(1)包括太阳能板(101)和蓄电池(102)；所述吸收扩散制冷装置(2)包括扩散制冷冷流道(202)、精馏器(203)、冷凝器(206)、冷冻蒸发器(201)、吸收器(205)和贮液器(204)；所述半导体制冷装置(3)包括半导体制冷器(301)、半导体制冷热流道(302)、半导体制冷冷流道(303)和电加热器(304)；所述电加热器(304)设置于半导体制冷热流道(302)内部；所述半导体制冷热流道(302)包括半导体制冷外热流道；所述控制装置(4)包括温度传感器、控制面板(401)和控制电路；所述温度传感器与控制面板(401)连接，所述控制面板(401)与控制电路连接，温度传感器将信号输送至控制面板，控制面版根据操作信号及传感器信号，通过控制电路控制整个装置；所述太阳能板(101)通过支架设置于吸收扩散制冷装置(2)上方，所述半导体制冷装置(3)设置于吸收扩散制冷装置(2)下方、所述蓄电池(102)设置于半导体制冷装置(3)下方；所述精馏器(203)与冷凝器(206)、冷冻蒸发器(201)、吸收器(205)顺次连接，且所述吸收器(205)与贮液器(204)连接，所述贮液器(204)与半导体制冷内热流道连接，所述吸收器(205)还通过管道与半导体制冷外热流道连接；所述冷冻蒸发器(201)设置于扩散制冷冷流道(202)内部；所述半导体制冷器(301)内部还设置有电加热器(304)；所述半导体制冷器(301)位于半导体制冷冷流道(303)内部；
所述半导体制冷器(301)包括冷翅片(3011)、导冷片(3012)、半导体制冷片(3013)、散热片(3014)和热管散热器(3015)；所述半导体制冷片(3013)冷端依次与导冷片(3012)、冷翅片(3011)连接，半导体制冷片(3013)热端与散热片(3014)、热管散热器(3015)连接；所述热管散热器(3015)一端通过热管与制冷片热端连接，另外一端连接内热流道(3032)，所述半导体制冷冷流道(303)包括第二风机(3031)、内热流道(3032)和气泡泵(3033)；六块半导体制冷片(3013)构成正六边形制冷管，制冷管外侧为冷端，向外依次连接为导冷片(3012)、冷翅片(3011)；内侧为热端，与热管散热器(3015)连接，所述热管散热器(3015)与内热流道(3032)连接，所述内热流道(3032)内部还设置有气泡泵(3033)，所述半导体制冷冷流道(303)的一端设置有第二风机(3031)；
还包括第一风机(2021)；所述第一风机(2021)设置于扩散制冷冷流道(202)的一端；
所述半导体制冷冷流道、半导体制冷热流道的截面呈正六边形；内热流道内设有电加热器，流体出口端设有温度传感器；
所述外热流道每隔一个面设有1个散热片，通过导热片直接与对应面的制冷片热端连接；所述内热流道每隔一个面设有1个热管散热器，对应外热流道未设散热器的面，热管散热器通过热管与对应面的制冷片热端连接。
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