CN109341136A - 一种速冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体制冷技术领域，具体涉及一种速冷装置，包括半导体制冷器、与半导体制冷器的热端抵靠的散热装置、与半导体制冷器的冷端抵靠的导冷柱以及绕设于导冷柱的外侧壁的空心盘管。与现有的速冷器相比，本发明的速冷装置避免了采用压缩机、冷凝器和蒸发器等设备，结构简单，半导体制冷器的体积小，而且半导体制冷器的制冷过程无需制冷剂即可连续工作，工作时不会像压缩机那样产生震动、噪音，使用寿命长，安装简单，耗能小，使用成本低。

Description

一种速冷装置

技术领域

本发明涉及流体制冷技术领域，具体涉及一种速冷装置。

背景技术

半导体制冷器(简称TEC)是利用半导体材料的珀尔帖效应制作而成的，所谓珀尔帖效应是指，当直流电通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热(冷端)，另一端放热(热端)的现象。基于TEC的温控方案具有体积小易于控制等优点，在半导体领域有着广泛的应用。

部分人群喜欢喝冷饮，如冷水、冻饮料、冰啤酒等，通常情况下是通过加入冰块降低冷饮的温度，以便喝到温度低的冷饮，但加冰块的冷饮最低温度也只能达到零度，而且冰块也冲淡了冻饮料、冰啤酒等饮品的味道。现有技术中也出现了速冷设备，如中国专利文献公开了一种双冷式扎啤机(申请号：201610887573.X)，该双冷式扎啤机包括箱体，箱体内设有包括压缩机、冷凝器和蒸发器的制冷回路，箱体内具有能够放置酒桶的冷藏腔，蒸发器能够对冷藏腔进行制冷，箱体内还设有出酒管，箱体外固定有出酒龙头，出酒管外端与所述的出酒龙头相连通并且其内端用于与酒桶相连通，冷藏腔为单腔室结构，冷藏腔中设有制冷管，制冷管连接于上述制冷回路中并与所述蒸发器形成并联，制冷管与出酒管通过并排螺旋方式绕成圆筒状或椭圆筒状的速冷器；但其需要用到压缩机、冷凝器和蒸发器，结构复杂，占用空间大，而且压缩机耗能大，使用成本高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种速冷装置，与现有的速冷器相比，本发明的速冷装置避免了采用压缩机、冷凝器和蒸发器等设备，结构简单，半导体制冷器的体积小，而且半导体制冷器的制冷过程无需制冷剂即可连续工作，工作时不会像压缩机那样产生震动、噪音，使用寿命长，安装简单，耗能小，使用成本低。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种速冷装置，包括半导体制冷器、与半导体制冷器的热端抵靠的散热装置、与半导体制冷器的冷端抵靠的导冷柱以及绕设于导冷柱的外侧壁的空心盘管。

优选的，所述导冷柱包括中空管体以及气体介质，所述中空管体的两端均闭合以构成容腔，所述气体介质容设于容腔内。

优选的，所述中空管体的内壁呈光滑状。

优选的，所述中空管体为金属管体。

优选的，所述气体介质为四氟乙烷气体介质、一氯四氟乙烷气体介质、二氟乙烷气体介质、一氯二氟乙烷气体介质或五氟丙烷气体介质中的一种。

优选的，所述散热装置为被动式散热器或主动式散热器。

优选的，所述散热装置包括与半导体制冷器的热端抵靠的热管散热器。

优选的，所述热管散热器包括与半导体制冷器的热端抵靠的散热板、由多个散热鳍片均匀排列的散热部以及连接所述散热板和散热部的传热管。

优选的，所述传热管的一端穿设于所述散热板，所述传热管的另一端穿设于所述散热部。

优选的，所述散热装置还包括与散热部抵接的散热风扇。

本发明的有益效果在于：本发明的速冷装置，流体输入空心盘管并环绕导冷柱流动，半导体制冷器利用珀尔帖效应通电后产生热端和冷端，将半导体制冷器的热端抵靠散热装置，半导体制冷放出的热量经由散热装置快速散热，将半导体制冷器的冷端抵靠的导冷柱，导冷柱的热量不断地被半导体制冷器的冷端快速吸收，从而快速降低导冷柱的温度，利用热传递原理，流体的热量不断经由空心盘管传导至导冷柱，从而大大降低流体的温度，与现有的速冷器相比，本发明的速冷装置避免了采用压缩机、冷凝器和蒸发器等设备，结构简单，半导体制冷器的体积小，而且半导体制冷器的制冷过程无需制冷剂即可连续工作，工作时不会像压缩机那样产生震动、噪音，使用寿命长，安装简单，耗能小，使用成本低；另外，导冷柱的热量传导效率高，能将导冷柱的热量快速传递到半导体制冷器的冷端，工作稳定性高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图。

附图标记为：1、半导体制冷器；2、热管散热器；21、散热板；22、传热管；23、散热部；3、导冷柱；4、空心盘管；5、散热风扇。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-2对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

如图1-2所示，一种速冷装置，包括半导体制冷器1、与半导体制冷器1的热端抵靠的散热装置、与半导体制冷器1的冷端抵靠的导冷柱3以及绕设于导冷柱3的外侧壁的空心盘管4。

实际操作时，流体输入空心盘管4并环绕导冷柱3流动，半导体制冷器1利用珀尔帖效应通电后产生热端和冷端，将半导体制冷器1的热端抵靠散热装置，半导体制冷放出的热量经由散热装置快速散热，将半导体制冷器1的冷端抵靠的导冷柱3，导冷柱3的热量不断地被半导体制冷器1的冷端快速吸收，从而快速降低导冷柱3的温度，利用热传递原理，流体的热量不断经由空心盘管4传导至导冷柱3，从而大大降低流体的温度，与现有的速冷器相比，本发明的速冷装置避免了采用压缩机、冷凝器和蒸发器等设备，结构简单，半导体制冷器1的体积小，而且半导体制冷器1的制冷过程无需制冷剂即可连续工作，工作时不会像压缩机那样产生震动、噪音，使用寿命长，安装简单，耗能小，使用成本低；另外，导冷柱3的热量传导效率高，能将导冷柱3的热量快速传递到半导体制冷器1的冷端，工作稳定性高。在本实施例中，所述空心盘管4为食品级不锈钢管，所述空心盘管4的两端均为开口，所述流体为水、饮料、啤酒等液体；在其他实施例中，所述流体为蒸汽、空气、二氧化碳等气体。

所述导冷柱3包括中空管体以及气体介质，所述中空管体的两端均闭合以构成容腔，所述气体介质容设于容腔内。

在本实施例中，所述导冷柱3的工作原理是：导冷柱3的一端接触半导体制冷器1的冷端、靠近冷端的气体介质放出热量，根据“PV/T＝nR，其中P为压强，V为体积，T为温度，n为气体的物质的量，R为常量”,在密闭的容腔中，气体介质的体积不变，温度和压力均下降，与导冷柱3的另一端形成温差，导冷柱3两端的温度差异导致导冷柱3两端的气体介质形成高低压的差异(即压力差)，此时，气体介质从高压的一端携带热量向低压的一端(导冷柱3接触冷源的一端)流动并堆积，原低压的一端压力上升，堆积的同时释放潜热，当原低压的一端压力高于原高压的一端压力时，已释放热量的气体介质反向流动，从原低压的一端向原高压的一端流动并堆积，堆积的同时吸收空心盘管4内流体的热量，从而降低流体的热量，降低流体的温度，利用压力差的原理循环工作，流体的热量不断地经由导冷柱3传递给半导体制冷器1的冷端，从而降低流体的温度。本发明的导冷柱3避开了采用毛细结构的研发思路，导冷柱3容设气体介质，不存在液态与气态的相变化，大大缩短热量传递的时间，利用气压差原理，传热效率高。

所述中空管体的内壁呈光滑状。

在本实施例中，设置内壁光滑的中空管体，降低气体介质在容腔中的流动阻力，从而提高传热效率，与现有的导冷柱3设置毛细结构相比，本发明的中空管体的内壁光滑，降低了加工成本、降低了加工难度、提高了生产效率、降低了流动阻力、提高了传热效率，是现有技术所预料不到的结果。所述导热管本体的内壁的摩擦系数在0.1-0.2。

所述中空管体为金属管体。

所述中空管体采用金属管体，其导热系数比塑料管的高，有利于导冷柱3的热量传递，具体地，金属管体为铜管、铝管或钢管中的一种，一方面金属管体的线性膨胀系数小，是塑料管的1/5-1/15，不会因过度的热胀冷缩而导致应力疲劳破裂，另一方面金属管体的强度大，在同等壁厚的情况下金属管体的耐压程度比塑料管体的耐压程度高，更优选的，所述中空管体为铜管。

所述气体介质为四氟乙烷气体介质、一氯四氟乙烷气体介质、二氟乙烷气体介质、一氯二氟乙烷气体介质或五氟丙烷气体介质中的一种。

在本实施例中，采用上述任意一种气体介质，在-20℃至200℃温度下均能在导冷柱3内以气态的形式传递热量，若温度低于-20℃，则气体介质容易液化，导致本发明的导冷柱3不能正常运作，传热效率低，若温度高于200℃容易使容腔中气体介质的压力过大而使导冷柱3破裂，损坏导冷柱3。更优选的，所述气体介质为四氟乙烷气体介质，其在绝对压力为29.89KPa压力下、-50℃温度下仍保持气态，应用于本发明的导冷柱3，可在-50℃的低温环境下仍能正常工作，利用本发明的压力差原理与半导体制冷器1的冷端以及空心盘管4的流体传热。与现有的冲入液态水的导冷柱3相比，本发明的气体介质在-20℃以上的温度始终保持气态，不会固化而导致热量传递效率极差，换言之，本发明的导冷柱3能在-20℃条件下导冷效率远高于现有的冲入液态水的导冷柱3的导冷效率。

进一步的，所述导冷柱3的制备方法包括如下步骤：取内壁光滑的中空管体，将中空管体的一端封闭处理，中空管体的另一端设置开口，再对中空管体抽真空处理，接着在1.5-3.0MPa压力下注入一定量的气体介质，然后对所述中空管体的开口做超声波压合处理，即得导冷柱3。该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产；抽真空的目的是将空气抽走，避免空气影响传到性能，同时避免空气与气体介质混合后引起安全隐患，在1.5-3.0MPa压力下注入一定量的气体介质使真空状态的容腔从负压变成正压，真空状态消失，为容腔产生压力差提供基础；注入气体介质完成后，对所述中空管体的开口做闭合处理，使得导冷柱3在2.5-3.5MPa压力下无泄漏、无碎裂，耐压。在1.5-3.0MPa压力下注入气体介质的体积占容腔体积的1/8-1/12，气体介质在容腔中的质量浓度达到30-300mg/cm³，若气体介质的质量浓度过高，导冷柱3在升温过程中气体介质的温度升高、压力增大，气体循环的效果差，大大降低传热效果，而且用于高温热传导时容易因气体介质的绝对压力过大使导冷柱3碎裂导致损坏；若气体介质的质量浓度过低，热传导过程中携带热量的气体介质少，降低了传热效率，优选的，在2.5MPa压力下注入气体介质的体积占容腔体积的1/10；闭合处理采用超声波压合成型，在超声波振荡和压力的共同作用下，促进分子扩散，中空管体的开口在分子引力的作用下结合在一起，从而达到闭合的效果，现有的以液态水为介质的导冷柱3采用的闭合方式为热压成型，但本发明的介质为气体介质，加热后容易使气体泄漏除去，导致气体注入量减少而降低传导效率。

所述散热装置为被动式散热器或主动式散热器。

所述被动式散热器为铝型材散热器或铜材散热器，所述主动式散热器为在铝型材散热器或铜材散热器的基础上连接有散热风扇5，主动式散热器的散热效果比被动式散热器的散热效果更好，本实施例采用主动式散热器，半导体制冷器1的热端更快地散热，避免热端的热量返流到冷端，影响制冷效果。

具体地，所述散热装置包括与半导体制冷器1的热端抵靠的热管散热器2。

在本实施例中，所述散热装置采用热管散热器2，促进半导体制冷器1的热端更快地散热，避免热端的热量返流到冷端，影响制冷效果。

进一步地，所述热管散热器2包括与半导体制冷器1的热端抵靠的散热板21、由多个散热鳍片均匀排列的散热部23以及连接所述散热板21和散热部23的传热管22。

在本实施例中，散热板21吸收的热量经由传热管22传递至散热部23，由多个散热鳍片均匀排列的散热部23的散热面积大，提高传热效率，增强散热效果，提高半导体制冷器1的热端的散热效率。优选的，所述散热鳍片的数量为50个。

所述传热管22的一端穿设于所述散热板21，所述传热管22的另一端穿设于所述散热部23。

在本实施例中，与传热管的两端分别抵接散热板21和散热部23相比，所述传热管22的两端分别穿设于散热板21和散热部23，传热管22与散热板21和散热部23的接触面积更大，不仅传热管22的两端有接触，而且传热管22的侧壁仍有接触，传热面积更大，更有利于传热管22传热，提高传热效率，增强散热效果，提高半导体制冷器1的热端的散热效率。

更进一步地，所述散热装置还包括与散热部23抵接的散热风扇5。

在本实施例中，散热风扇5推动散热部23快速散出热量，促进散热部23的散热，提高传热效率，增强散热效果；所述散热风扇5的底面与散热部23的顶面固定连接。

实施例2性能测试

取3个实施例1的速冷装置，分为A组、B组、C组，限定A组导冷柱3的规格为φ10*500mm，空心盘管4的直径为4mm，空心盘管4拉伸后的长度为1000mm；B组导冷柱3的规格为φ10*500mm，空心盘管4的直径为4mm，空心盘管4拉伸后的长度为1000mm；C组导冷柱3的规格为φ10*500mm，空心盘管4的直径为4mm，空心盘管4拉伸后的长度为1400mm；向3组速冷装置的空心盘管4的进料口以一定流速通入25℃的水，在空心盘管4的出料口测试其出水的温度，测试结果如下表所示：

	水的流速(m/s)	水的初始温度(℃)	出水温度(℃)
				A组	0.5	25	4.3
B组	1	25	15.7
				C组	0.5	25	0.9

有上表可知，该速冷装置的速冷效果佳。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种速冷装置，其特征在于：包括半导体制冷器、与半导体制冷器的热端抵靠的散热装置、与半导体制冷器的冷端抵靠的导冷柱以及绕设于导冷柱的外侧壁的空心盘管。

2.根据权利要求1所述的一种速冷装置，其特征在于：所述导冷柱包括中空管体以及气体介质，所述中空管体的两端均闭合以构成容腔，所述气体介质容设于容腔内。

3.根据权利要求2所述的一种速冷装置，其特征在于：所述中空管体的内壁呈光滑状。

4.根据权利要求2所述的一种速冷装置，其特征在于：所述中空管体为金属管体。

5.根据权利要求2所述的一种速冷装置，其特征在于：所述气体介质为四氟乙烷气体介质、一氯四氟乙烷气体介质、二氟乙烷气体介质、一氯二氟乙烷气体介质或五氟丙烷气体介质中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种速冷装置，其特征在于：所述散热装置为被动式散热器或主动式散热器。

7.根据权利要求1所述的一种速冷装置，其特征在于：所述散热装置包括与半导体制冷器的热端抵靠的热管散热器。

8.根据权利要求7所述的一种速冷装置，其特征在于：所述热管散热器包括与半导体制冷器的热端抵靠的散热板、由多个散热鳍片均匀排列的散热部以及连接所述散热板和散热部的传热管。

9.根据权利要求8所述的一种速冷装置，其特征在于：所述传热管的一端穿设于所述散热板，所述传热管的另一端穿设于所述散热部。

10.根据权利要求8所述的一种速冷装置，其特征在于：所述散热装置还包括与散热部抵接的散热风扇。