CN111750565A - 一种电子产品或用电设备用冷却组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子产品或用电设备用冷却组件，包括半导体制冷器，所述半导体制冷器的热端处安装有多个散热翅片，所述散热翅片的上端与半导体制冷器的热端固定连接；还包括对半导体制冷器的热端进行冷却散热的风冷式冷却装置。本发明通过采用半导体制冷器的冷端对电子产品或用电设备进行冷却、散热，散热效果好，散热效率高；再利用风冷式冷却装置对半导体制冷器的热端进行风冷散热，在风冷散热的基础上，利用水蒸发吸热的方式辅助进行散热，从而提高风冷式冷却装置的散热效果。

Description

一种电子产品或用电设备用冷却组件
技术领域
本发明涉及一种电子产品或用电设备用冷却组件，属于电子信息、电力设备、光电设备等技术领域。
背景技术
目前对电子产品或用电设备进行冷却、散热的方式通常分为两种，风冷或水冷。如果采用水冷，虽然冷却效果显著，但是需要额外引入水源，对于一些电器(例如电柜、电箱、变压器等)来说，可行性低。因为，对于上述电器来说，为保证内部电器元件的电气绝缘性，设备内部的湿度不能过高；再加上如果在设备内部进行水冷，一旦发生泄漏，就易引起大规模短路。因此，对于上述电器通常采用风冷。
虽然风冷方式安全性高，但是散热效率有限，通常为提高散热效率，在电器设备内部加装多个散热风扇，电器外壳开设有非常多的散热孔，在电器外壳的外部还通常加装用来散热的翅片；这些手段，不但占用大量电器设备内部的空间，而且在雨水天气，大量散热孔的存在，易导致电器设备内部的湿度过大，存在安全隐患；加装翅片会导致占地面积过大。
其中，半导体制冷器(Thermoelectric cooler)是指利用半导体的热-电效应制取冷量的器件，又称热电制冷器。用导体连接两块不同的金属，接通直流电，则一个接点处温度降低，另一个接点处温度升高。如果利用半导体制冷器对上述电器设备进行冷却、散热，虽然半导体制冷器冷端的散热效率优于风冷、水冷，但是根据能量守恒定律可知：半导体制冷器热端的产热量肯定大于半导体制冷器冷端的换热量，这会带来一个新的问题，如何对半导体制冷器的热端进行散热？采用风冷的方式缺点明显，就是其散热效率较低，在环境温度较高时，导致半导体制冷器冷端的换热量会急剧下降。如果对半导体制冷器热端进行水冷，必须引入新的水源，限制大，而且长期使用的用水成本大。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种电子产品或用电设备用冷却组件，具体技术方案如下：
一种电子产品或用电设备用冷却组件，包括半导体制冷器，所述半导体制冷器的热端处安装有多个散热翅片，所述散热翅片的上端与半导体制冷器的热端固定连接；还包括对半导体制冷器的热端进行冷却散热的风冷式冷却装置。
上述技术方案的进一步优化，所述风冷式冷却装置包括金属箱，所述金属箱的一侧设置有进风管，所述金属箱的另一侧设置有出风管，所述金属箱的顶部设置有与进风管首端相连通的第一通孔，所述金属箱的顶部还设置有与出风管尾端相连通的第二通孔，所述进风管的内部安装有向进风管内部送风的轴流风机，所述出风管的首端处安装有防尘网；所述金属箱的顶部还设置有供散热翅片进入的第三通孔，所述半导体制冷器的热端与金属箱的顶部固定连接；所述金属箱的下方设置有最少一根毛细吸水柱，所述金属箱的下方安装有连管，所述金属箱的底部设置有与连管上端相连通的第四通孔，所述毛细吸水柱的上端设置在连管的内部；所述毛细吸水柱包括圆桶状外桶，所述外桶的下部设置有多个第五通孔，所述外桶的内部设置有滤桶，所述滤桶的内部填充有毛细吸水柱，所述滤桶的内部还设置有位于毛细吸水柱上方的配重环，所述外桶的上端与连管的下端连通；所述金属箱的内部填充有将散热翅片下端覆盖的吸水层，所述吸水层将配重环覆盖且吸水层与毛细吸水柱的上端接触。
上述技术方案的进一步优化，所述金属箱的两侧分别设置有缓冲管，所述缓冲管包括圆管，所述金属箱的侧壁设置有第六通孔，所述圆管的尾端与圆孔状第六通孔连通，所述圆管的首端设置有封盖，所述封盖与圆管的首端螺纹连接，所述圆管的内部设置有圆柱螺旋弹簧和活塞，所述活塞位于圆柱螺旋弹簧和第六通孔之间，所述第六通孔的直径小于活塞的直径，所述圆管首端的外侧设置有气孔。
上述技术方案的进一步优化，所述散热翅片的外侧安装有第一导热缓冲囊，所述第一导热缓冲囊包括椭球形第一球囊，所述第一球囊的内部设置有第一锥簧、与第一锥簧结构相同且呈轴对称设置的第二锥簧，所述第二锥簧的大端与第一锥簧的大端固定连接，所述散热翅片的下方设置有第二导热缓冲囊，所述第二导热缓冲囊包括椭球形第二球囊，所述第二球囊的内部设置有第三锥簧、与第三锥簧结构相同且呈轴对称设置的第四锥簧，所述第四锥簧的大端与第三锥簧的大端固定连接，所述第二球囊和散热翅片的下端之间设置有金属丝，所述金属丝的一端与散热翅片的下端固定连接，所述金属丝的另一端与第二球囊固定连接；所述第一球囊和第二球囊均设置在吸水层的内部；所述第一球囊和第二球囊均由铝箔复合玻璃纤维布制成。
上述技术方案的进一步优化，所述金属箱的内部还设置有将吸水层覆盖的金属滤网，所述金属滤网的网面设置有供散热翅片下端进入的长条孔，所述金属箱的内部还设置有位于金属滤网上方的栅板，所述金属箱的内壁固设有挡板，所述挡板设置在栅板和金属箱顶部之间。
上述技术方案的进一步优化，所述进风管和出风管均呈n形结构设置。
上述技术方案的进一步优化，所述滤桶的制备方法为，使用第一泥料在外桶的内壁涂覆一层桶状第一胚层，第一胚层晾干之后，使用第二泥料在第一胚层的内壁涂覆一层桶状第二胚层，待第二胚层晾干之后，在氮气氛围保护中进行烧结，烧结温度为1600-1650℃，烧结后的第一胚层和第二胚层复合成滤桶；第一泥料采用100质量份黏土、52-56质量份粒径小于或等于3mm的火山岩颗粒、15-20质量份碳酸氢钠和85-95质量份的水混合搅拌制成；第二泥料采用120质量份硅藻土、60-65质量份稻壳和100-110质量份的水混合搅拌制成。
上述技术方案的进一步优化，所述毛细吸水柱的制备方法，将100质量份黏土、33-36质量份高吸水吸湿纤维、12-15质量份粒径小于2mm的烧结球和60-70质量份水混合搅拌成第一土料，将第一土料使用捶打机最少捶打1000次得到第二土料，捶打机对第一土料的锤击压力为120公斤；将第二土料装入到滤桶的内部，使用捶打机最少捶打60次即得到毛细吸水柱，对第二土料的锤击压力为30公斤。
上述技术方案的进一步优化，所述吸水层由吸水性树脂、复合凹凸棒土、球状海绵粒、高吸水吸湿纤维按照质量比(130-150)∶(230-260)∶(20-28)∶(33-40)的比例混合均匀制成；所述吸水性树脂的制法如下：
将1质量份壳聚糖溶于200质量份的乙酸溶液中，乙酸溶液的质量分数为23-26％，在氮气氛围下升温至60℃，加入0.5-0.6质量份引发剂反应10-15min，加入2.3-3.1质量份丙烯酸、6.6-7.2质量份活性硅胶接枝共聚10h，再加入0.3-0.5质量份交联剂、0.5-0.6质量份氯化铵、1.2-1.3质量份聚合氯化铝并加热到70℃反应5h得到粗产物，将粗产物分离、水洗、烘干、粉碎即得吸水性树脂；引发剂为过硫酸钾，交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；
所述活性硅胶的制法如下：
将10质量份硅胶、50质量份磷酸溶液、3质量份气相二氧化硅在超声环境下反应5h以上，反应温度为85-88℃，磷酸溶液的质量分数为17％；反应完成后，经过过滤、洗涤、烘干即得所述活性硅胶；
所述复合凹凸棒土的制法如下：将酸改性凹凸棒土、碱改性凹凸棒土、质量分数为0.6％的聚丙烯酰胺水溶液按照1∶1∶(3.3-3.6)的比例混合成泥浆，将泥浆晾干成泥块，将泥块在187-189℃的温度下烘烤3h，冷却后经过粉碎得粗粉，将粗粉在199-203℃的温度下烘焙30min，冷却后经过粉碎并过20目筛即得到复合凹凸棒土；其中，将凹凸棒土与质量分数为7.2-7.5％硫酸溶液按照质量比1∶8的比例搅拌混合2h，搅拌混合时的温度为88-90℃，干燥后过20目筛即得到酸改性凹凸棒土；将凹凸棒土与质量分数为10.6-11.1％氢氧化钾溶液按照质量比1∶9.2的比例搅拌混合3h，搅拌混合时的温度为77-80℃，干燥后过20目筛即得到碱改性凹凸棒土；
所述球状海绵粒的粒径小于或等于5mm。
本发明的有益效果：
所述电子产品或用电设备用冷却组件通过采用半导体制冷器的冷端对电子产品或用电设备进行冷却、散热，散热效果好，散热效率高；再利用风冷式冷却装置对半导体制冷器的热端进行风冷散热，在风冷散热的基础上，利用吸水层、毛细吸水柱将地下水汲取到金属箱内部，利用水蒸发吸热的方式辅助进行散热，从而提高风冷式冷却装置的散热效果，保证半导体制冷器的热端能够及时进行散热，及时处于环境温度较高的夏季，也不至于导致电子产品或用电设备内部的温度超过设计值。
采用本发明所述冷却组件对电子产品或用电设备进行散热，电子产品或用电设备内部安装的散热风扇数量可急剧减少，电子产品或用电设备内部空间利用率进一步提高；电子产品或用电设备外壳上的散热孔总面积急剧减少，能够显著提高用电设备的整体密封性，降低外界湿度对用电设备内部的影响，尤其是雨水天气对用电设备内部的影响。
附图说明
图1为本发明所述电子产品或用电设备用冷却组件的结构示意图；
图2为本发明所述电子产品或用电设备用冷却组件未安装毛细吸水柱、缓冲管时的示意图；
图3为本发明所述毛细吸水柱的结构示意图；
图4为本发明所述散热翅片与第一导热缓冲囊的连接示意图；
图5为本发明所述散热翅片与第二导热缓冲囊的连接示意图；
图6为本发明所述电子产品或用电设备用冷却组件与用电设备的安装示意图；
图7为本发明所述电子产品或用电设备用冷却组件与配电柜的安装示意图；
图8为本发明所述吸水性树脂在不同温度下的失水率曲线图；
图9为对照半导体制冷器的热端加装对照翅片的示意图；
图10为毛细吸水柱进行吸水、释水性测试原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
所述电子产品或用电设备用冷却组件，是用来给电子产品或用电设备进行散热、降温冷却，从而使得电子产品或用电设备能够持久运行，降低故障率。所述电子产品如计算机、通信类设备，用电设备如电柜、电箱、变压器等。在本实施例中，为便于说明，在图6中，用电设备90与所述电子产品或用电设备用冷却组件的示意图。在图7中，用电设备90为室外配电柜。
如图1所示，所述电子产品或用电设备用冷却组件包括半导体制冷器10，所述半导体制冷器10的热端处安装有多个散热翅片11，所述散热翅片11的上端与半导体制冷器10的热端固定连接；所述电子产品或用电设备用冷却组件还包括对半导体制冷器10的热端进行冷却散热的风冷式冷却装置。用电设备90的底部与半导体制冷器10的冷端固定连接，可采用焊接的方式连接；也可将半导体制冷器10的冷端安装在用电设备90的内部。半导体制冷器10的冷端能够对用电设备90的底部或内部进行冷却、散热；只要安装过程，保证密封性，就避免配电柜内部湿度过大。散热翅片11可优选导热性优良的铜合金制成，可通过喷涂防腐涂层进行防腐处理。
半导体制冷器10可选用常山县万谷电子科技有限公司的全新高温差半导体制冷片，其单个半导体制冷片的最大电压：15.4V；最大电阻：2.2-2.4Ω；最大电流：5A，最大产冷功率：41W；冷/热端的温差为65～90℃，可根据实际使用需要，将若干个半导体制冷片并联安装。
风冷式冷却装置对半导体制冷器10的热端进行冷却散热，具体过程如下：
如图1、2所示，所述风冷式冷却装置包括金属箱20，所述金属箱20的一侧设置有进风管25，所述金属箱20的另一侧设置有出风管24，所述金属箱20的顶部设置有与进风管25首端相连通的第一通孔22，所述金属箱20的顶部还设置有与出风管24尾端相连通的第二通孔23，所述进风管25的内部安装有向进风管25内部送风的轴流风机26，所述出风管24的首端处安装有防尘网27，在轴流风机26处也可安装用来防尘的网布；所述金属箱20的顶部还设置有供散热翅片11进入的第三通孔21，所述半导体制冷器10的热端与金属箱20的顶部固定连接，所述半导体制冷器10的热端将第三通孔21覆盖并与第三通孔21周围密封连接；所述金属箱20的下方设置有最少一根毛细吸水柱50，所述金属箱20的下方安装有连管29，所述金属箱20的底部设置有与连管29上端相连通的第四通孔28，所述毛细吸水柱50的上端设置在连管29的内部；所述毛细吸水柱50包括圆桶状外桶51，所述外桶51的下部设置有多个第五通孔511，所述外桶51的内部设置有将第五通孔511全部遮挡的滤桶52，所述滤桶52的内部填充有毛细吸水柱53，所述滤桶52的内部还设置有位于毛细吸水柱53上方的配重环54，所述外桶51的上端与连管29的下端连通；所述金属箱20的内部填充有将散热翅片11下端覆盖的吸水层40，所述吸水层40将配重环54覆盖且吸水层40与毛细吸水柱53的上端接触。
所述金属箱20可采用镀锌钢板制成，为提高耐候性，可在镀锌钢板表面涂覆防腐漆。金属箱20安装在地基处，地基优选混凝土地基，所述毛细吸水柱50埋在土壤中。
首先，轴流风机26向进风管25的内部送风，然后依次吹过第一通孔22、金属箱20的内部经过换热、第二通孔23、出风管24，最终又流到外界。气流经过金属箱20的内部时，能够对散热翅片11进行散热，散热翅片11能够提高半导体制冷器10热端的散热面积；进一步地，为提高流通性；所述散热翅片11的表面设置有多个散热孔111。采用风冷能够对半导体制冷器10的热端进行初步散热、降温。
根据2017年安徽省水资源公报，基于合肥市庐阳区、无为市二坝镇的地下水埋深，经过实测：在这两地，地下2米深的土壤处，其含水率在15％～20％；地下3米深的土壤处，其含水率在20％～25％；地下5米深的土壤处，其含水率在35％以上。因此，该两地处，将毛细吸水柱50设置成长度成4米以上，保证埋入土壤中的部分大于或等于3米。
毛细吸水柱50存在大量的毛细管，埋入到高含水率的区域，在毛细作用下，毛细吸水柱50能够将土壤中的水分引上去，与毛细吸水柱50上端接触的吸水层40能够将水分吸收，而吸水层40将散热翅片11下端覆盖，半导体制冷器10热端产生的热量经过散热翅片11的热传导后对吸水层40进行加热，加热会加速吸水层40内部水分蒸发，蒸发吸热，从而能够进一步提高半导体制冷器10热端的散热效率；再配合风冷及时将金属箱20内部湿度大的空气给吹走，保证金属箱20的内部能够存在足够的蒸发速率；蒸发过程，会使得吸水层40的含水率降低，使得吸水层40能够通过毛细吸水柱50将土壤深处的水分给“吸引”上去。吸水层40和毛细吸水柱50的存在，使得散热翅片11的下端处于润湿状态，通过加热蒸发，来对金属箱20的内部进行散热、降温；再利用强制排风，进一步提高散热效果。
实施例2
基于实施例1，所述吸水层40如果选用高吸水性树脂(SAP)、常规硅胶等吸水材料，虽然吸水性能优异，但是失水温度通常都在100℃以上。通常半导体制冷器10的热端温度不超过100℃，因此使用上述材料无法在吸水饱和之后再失水。
实施例1所述室外配电柜可选用无锡汉擎自动化科技有限公司的变电所专用柜，其正常工作温度范围在-25～55℃之间，在短时间内(不超过1h)可达70℃；在夏天环境温度为38-40℃时，该变电所专用柜内部的最高温度可达到55℃。采用半导体制冷器10的冷端对变电所专用柜的内部或底部进行降温、散热，根据能量守恒原理，半导体制冷器10热端的最高温度远大于55℃；为保证具有足够的降温速率，制冷效率为0.5，半导体制冷器10热端的最高温度能够达到75℃；因此，散热翅片11在高温时段的温度通常在60-72℃。
将130-150kg吸水性树脂、230-260kg复合凹凸棒土、20-28kg球状海绵粒、33-40kg高吸水吸湿纤维混合均匀制成吸水层40。其中，所述球状海绵粒的粒径小于或等于5mm。
所述吸水性树脂的制法：将1kg壳聚糖溶于200kg的乙酸溶液中，乙酸溶液的质量分数为23-26％，在氮气氛围下升温至60℃，加入0.5-0.6kg引发剂反应10-15min，加入2.3-3.1kg丙烯酸、6.6-7.2kg活性硅胶接枝共聚10h，再加入0.3-0.5kg交联剂、0.5-0.6kg氯化铵、1.2-1.3kg聚合氯化铝并加热到70℃反应5h得到粗产物，将粗产物分离、水洗、烘干、粉碎即得吸水性树脂；引发剂为过硫酸钾，交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。
所述活性硅胶的制法：将10kg硅胶、50kg磷酸溶液、3kg气相二氧化硅在超声环境下反应5h以上，反应温度为85-88℃，磷酸溶液的质量分数为17％；反应完成后，经过过滤、洗涤、烘干即得所述活性硅胶。
所述复合凹凸棒土的制法：将1kg酸改性凹凸棒土、1kg碱改性凹凸棒土、3.3-3.6kg质量分数为0.6％的聚丙烯酰胺水溶液混合成泥浆，将泥浆晾干成泥块，将泥块在187-189℃的温度下烘烤3h，冷却后经过粉碎得粗粉，将粗粉在199-203℃的温度下烘焙30min，冷却后经过粉碎并过20目筛即得到复合凹凸棒土；其中，将10kg凹凸棒土与80kg质量分数为7.2-7.5％硫酸溶液搅拌混合2h，搅拌混合时的温度为88-90℃，干燥后过20目筛即得到酸改性凹凸棒土；将10kg凹凸棒土与9.2kg质量分数为10.6-11.1％氢氧化钾溶液搅拌混合3h，搅拌混合时的温度为77-80℃，干燥后过20目筛即得到碱改性凹凸棒土。
1、常规吸水率的测定
称取5g充分干燥后的吸水性树脂，将其放入到装有500ml蒸馏水的烧杯中，静置24h，用滤布过滤掉未吸收的水并用脱脂棉吸干后称重，吸水性树脂的吸水率＝(吸水后的总重-吸水前的干重)/吸水前的干重。其中，充分干燥后的吸水性树脂是指在120℃的烘箱中连续干燥1h后总重不再变化的状态。本实施例测得所述吸水性树脂的吸水率为563％-612％。本实施例所述吸水性树脂的吸水率优于硅胶，但是远低于高吸水性树脂(SAP)；高吸水性树脂能吸收数百倍至数千倍于自身重量的水，而且保水性强，即使加压水也不会被挤出，同时吸水后的高吸水性树脂，体积会膨胀数倍。
同理，测得复合凹凸棒土的吸水率为166％-171％；凹凸棒土的吸水率为79％-88％。
2、体积膨胀率的测定
采用排液法侧体积，液体可使用与吸水性树脂不相溶且不溶于水的液体，例如：采用苯；体积膨胀率＝(吸水后的体积-吸水前的体积)/吸水前的体积。本实施例测得所述吸水性树脂的体积膨胀率为81％-89％，远低于高吸水性树脂(SAP)。
3、加热失水率测定
将一定质量(如669.3g)吸水饱和后的吸水性树脂放置在鼓风干燥箱内，设定一定温度(如72℃、66℃、60℃)，每隔1h称量1次吸水性树脂的质量。失水率＝(加热前的总重-加热后的总重)/加热前的总重。
如图8所示，在72℃下烘干12时，失水率稳定在71％以上；在66℃下烘干12时，失水率稳定在60％以上；在60℃下烘干12时，失水率稳定在50％左右。吸水性树脂完全烘干，需要在105℃下持续烘干2时以上即可。根据图8可知，吸水性树脂在吸水之后，在60-72℃的温度下持续加热，能够迅速失水，并且在加热5h以上，失水率超过30％，最高能够达到46％以上。根据测定，1000g吸水性树脂在吸水饱和后，在60℃下持续加热3小时，平均蒸发速率为1.78g/分钟；1000g吸水性树脂在吸水饱和后，在66℃下持续加热3小时，平均蒸发速率为2.17g/分钟；1000g吸水性树脂在吸水饱和后，在72℃下持续加热3小时，平均蒸发速率为2.81g/分钟。
由于吸水层40中的吸水性树脂、复合凹凸棒土、球状海绵粒、高吸水吸湿纤维均能够加热失水，吸水层40吸水饱和之后，50kg的吸水层40在吸水饱和后，在66℃下持续加热1小时，平均蒸发速率为126.1g/分钟；该蒸发速率能够满足金属箱20容积不超过0.6立方米、最高散热温度不超过70℃、降温幅度超过20℃的散热需求。
实施例1所述室外配电柜可选用无锡汉擎自动化科技有限公司的变电所专用柜，型号为XGN型，额定电压10kv，底部长宽分别为1800mm、750mm，金属箱20的长宽高分别为2300mm、1250mm、500mm。金属箱20内部的容积为1.43立方米，最多可容纳1030kg的吸水层40；填充有吸水层40后的金属箱20内部的容积不超过0.6立方米。
高吸水吸湿纤维可采用广州永业化工有限公司进口日本尤尼契卡公司生产的Hy型吸水吸湿纤维，或韩国三星的BELL型纤维；Hy型吸水吸湿纤维其吸水能力为自重的3.3-3.5倍，兼有吸水性和放水性；该种纤维的吸放湿能力和吸放湿速度均优于天然纤维，而且放湿速度比吸湿速度更快。高吸水吸湿纤维的缺点是，成本非常高，十几倍于吸水性树脂；因此，高吸水吸湿纤维的含量不能过高。
实施例3
基于实施例2，由于吸水层40吸水后会发生膨胀，吸水层40吸水饱和之后会膨胀导致体积增大，为避免过渡膨胀的吸水层40破坏金属箱20的内部结构。在所述金属箱20的两侧分别设置有缓冲管，所述缓冲管包括圆管30，所述金属箱20的侧壁设置有第六通孔210，所述圆管30的尾端与圆孔状第六通孔210连通，所述圆管30的首端设置有封盖33，所述封盖33与圆管30的首端螺纹连接，所述圆管30的内部设置有圆柱螺旋弹簧32和活塞31，所述活塞31位于圆柱螺旋弹簧32和第六通孔210之间，所述第六通孔210的直径小于活塞31的直径，所述圆管30首端的外侧设置有气孔34。
当吸水层40吸水后发生膨胀时，如果将金属箱20的内部给充满；在膨胀过程中，会通过第六通孔210进入到圆管30的内部，从而能有效缓冲。在膨胀过程中，膨胀的吸水层40会推动活塞31从而释放缓冲空间；活塞31和圆柱螺旋弹簧32的配合，一方面能够为膨胀的吸水层40提供缓冲空间，一方面，在吸水层40失水的过程，被压缩的圆柱螺旋弹簧32会推着活塞31从而将圆管30内部的那部分吸水层40给重新推回到金属箱20的内部，同时还能够对吸水层40施加机械挤压力，从而有利于其失水；气孔34的孔径设置成小于或等于2mm，这使得外界杂物不易通过气孔34进入到圆管30的内部，气孔34的存在是为了平衡圆管30内外的大气压，从而方便活塞31移动，即使气孔34被堵塞，活塞31向着靠近气孔34的方向移动，靠近气孔34处的区域气压显著提高，也能够将气孔34处的堵塞物给冲破；活塞31的存在，能够有效避免金属箱20内部的水分通过气孔34外泄。封盖33与圆管30的首端螺纹连接，拆卸封盖33变得简单，一旦圆管30处被长期水浸，可通过拆掉封盖33，从圆管30处对金属箱20的内部进行检修。由于设置有缓冲管，即使吸水层40吸水过度膨胀，也不会导致金属箱20及散热翅片11受损。
进一步地，所述金属箱20的内部还设置有将吸水层40覆盖的金属滤网61，所述金属滤网61的网面设置有供散热翅片11下端进入的长条孔，所述金属箱20的内部还设置有位于金属滤网61上方的栅板62，栅板62存在有多个供散热翅片11下端进入的矩形孔，所述金属箱20的内壁固设有挡板63，所述挡板63设置在栅板62和金属箱20顶部之间。
金属滤网61和栅板62可采用密度较大的金属材料制成，例如铁、铅等，为提高耐腐蚀性能，可采用镀锌或涂防腐漆处理等。金属滤网61和栅板62的配合能够对吸水层40始终施加压力，从而保证吸水层40被压实；尤其是吸水层40吸水膨胀是无序的，再加上挡板63的作用，能够限制绝大多数的吸水层40，从而能够有效避免吸水层40吸水后膨胀至金属箱20顶部。同时，还能够有效促使膨胀的吸水层40向缓冲管方向释放。
另外，金属滤网61和栅板62的存在，还还能够对金属箱20内部的吸水层40施加重压，从而有利于其失水。
进一步地，所述散热翅片11的外侧安装有第一导热缓冲囊80，所述第一导热缓冲囊80包括椭球形第一球囊81，所述第一球囊81的内部设置有第一锥簧82、与第一锥簧82结构相同且呈轴对称设置的第二锥簧83，所述第二锥簧83的大端与第一锥簧82的大端固定连接，所述第二锥簧83的轴线方向与第一球囊81的长轴方向平行设置，所述第一锥簧82的轴线方向与第一球囊81的长轴方向平行设置；所述散热翅片11的下方设置有第二导热缓冲囊70，所述第二导热缓冲囊70包括椭球形第二球囊71，所述第二球囊71的内部设置有第三锥簧72、与第三锥簧72结构相同且呈轴对称设置的第四锥簧73，所述第四锥簧73的大端与第三锥簧72的大端固定连接，所述第四锥簧73的轴线方向与第一球囊81的长轴方向平行设置，所述第三锥簧72的轴线方向与第一球囊81的长轴方向平行设置，所述第二球囊71和散热翅片11的下端之间设置有金属丝74，所述金属丝74的一端与散热翅片11的下端固定连接，所述金属丝74的另一端与第二球囊71固定连接；所述第一球囊81和第二球囊71均设置在吸水层40的内部；所述第一球囊81和第二球囊71均由铝箔复合玻璃纤维布制成。
其中，铝箔复合玻璃纤维布中的铝箔层设置在外部，铝箔复合玻璃纤维布中的玻璃纤维布层设置在内部。铝箔层的导热性优良，热量经过散热翅片11、金属丝74传递至铝箔层，椭球形的铝箔层表面积大，其与吸水层40的接触面积大，传热效率优良，能够有效对吸水层40进行热传递，从而使得吸水层40能够被加热、失水，缩短吸水层40被加热时间，提高被加热效率。另外，吸水层40在吸水膨胀过程，能够对第一导热缓冲囊80、第二导热缓冲囊70进行挤压变得“干瘪”，释放缓冲空间。在吸水层40失水发生收缩过程，第一锥簧82、第二锥簧83、第三锥簧72、第四锥簧73的存在，能够使得第一导热缓冲囊80、第二导热缓冲囊70重新鼓起来。第一锥簧82、第二锥簧83、第三锥簧72、第四锥簧73的锥形结构，适合椭球形的第一导热缓冲囊80、第二导热缓冲囊70，第一导热缓冲囊80、第二导热缓冲囊70的结构设置，再加上第一锥簧82、第二锥簧83、第三锥簧72、第四锥簧73的锥形结构，使得第一导热缓冲囊80、第二导热缓冲囊70在承受上下方向的挤压力，不易发生大幅度变形，只有在承受第一导热缓冲囊80、第二导热缓冲囊70的长轴方向的挤压力，才会发生大幅度变形，这就降低金属滤网61和栅板62的重压对第一导热缓冲囊80、第二导热缓冲囊70的影响，使得第一导热缓冲囊80、第二导热缓冲囊70能够最大限度缓冲吸水层40在膨胀时的变化。其中，铝箔复合玻璃纤维布不易损坏，同时兼具导热性能，反射率高，有利于提高热反射效果，纵横向抗拉强度大，不透气，不透水密封性能好，能够有效避免水汽进入到第一导热缓冲囊80/第二导热缓冲囊70的内部。第一导热缓冲囊80/第二导热缓冲囊70的制作方法，可采用剖成两半的方式，然后使用胶水粘接密封。
进一步地，所述进风管25和出风管24均呈n形结构设置。当在雨雪天气，该结构的进风管25和出风管24，能够避免被倒灌进大量的雨水，还能避免轴流风机26被淋湿。
实施例4
基于实施例3，所述滤桶52的制备方法为，使用第一泥料在外桶的内壁涂覆一层桶状第一胚层，第一胚层晾干之后，使用第二泥料在第一胚层的内壁涂覆一层桶状第二胚层，待第二胚层晾干之后，在氮气氛围保护中进行烧结，烧结温度为1600-1650℃，烧结后的第一胚层和第二胚层复合成滤桶；第一泥料采用100kg黏土、52-56kg粒径小于或等于3mm的火山岩颗粒、15-20kg碳酸氢钠和85-95kg的水混合搅拌制成；第二泥料采用120kg硅藻土、60-65kg稻壳和100-110kg的水混合搅拌制成。
采用氮气保护氛围进行煅烧，使得稻壳杜绝氧气，从而有利于其碳化，而不是氧化燃烧。第一胚层主要是火山岩颗粒，火山岩颗粒的孔径较大，碳酸氢钠受热分解产生大量的气体也从火山岩颗粒内部的通道流出，这使得烧结后第一胚层的滤孔的孔径较大。而稻壳碳化并与硅藻土烧结，烧结过程中产生的水蒸气、二氧化碳等气体也会促使稻壳形成类“活性炭”结构，水蒸气、二氧化碳等气体在反应过程中会促使碳化的稻壳活化，最终烧结后的第一胚层其孔容为0.60-0.85ml/g；烧结后的第二胚层其比表面为750-900m2/g，孔容0.31-0.36ml/g。如果不添加碳酸氢钠，烧结后的第一胚层其孔容会减少33.1-37.5％，烧结后的第二胚层其比表面会减少60.6-71.2％。地底混有泥土的污水经过烧结后第一胚层和烧结后第二胚层的双重过滤之后，泥土等大颗粒杂质被阻挡在滤桶52的外部，清水会穿过滤桶52进入到滤桶52的内部，最终被毛细吸水柱53所吸收。
实施例5
基于实施例4，所述毛细吸水柱53的制备方法，将100kg黏土、33-36kg高吸水吸湿纤维、12-15kg粒径小于2mm的烧结球和60-70kg水混合搅拌成第一土料，将第一土料使用捶打机最少捶打1000次得到第二土料，捶打机对第一土料的锤击压力为120公斤；将第二土料装入到滤桶的内部，使用捶打机最少捶打60次即得到毛细吸水柱，对第二土料的锤击压力为30公斤。
所述配重环54的外径小于滤桶52的内径，从而方便配重环54在滤桶52的内部上下运动。黏土被锤击使得黏土内部存在大量微小的毛细管，高吸水吸湿纤维的存在，会进一步提高黏土内部毛细管的数量，同时高吸水吸湿纤维本身具有优良的吸水、释水性能。高吸水吸湿纤维选用实施例2中的同款材料。淄博博纳科技发展有限公司BQ型烧结球，该烧结球具有一定的吸水、释水能力，吸水率可达35％以上。配重环54可采用铅质材料制成，配重环54的存在，使得黏土能够长期保持结构致密，内部保有大量的毛细管。即使在使用半年后，所述毛细吸水柱53的吸水率下降不超过5.8％。由于存在大量的毛细管，即使毛细吸水柱53的高度超过3米，仍然能够将毛细吸水柱53的下端的水输送至毛细吸水柱53的上端。
实施例6
对实施例5中的毛细吸水柱53进行吸水、释水性测试，如图10所示，风冷式冷却装置的下方放置水槽94，水槽94内部安装水篦子95，水槽94的内部填充有位于水篦子95上方的泥土层97，向水槽94内部灌满水，在水篦子95下方存在储水层96，泥土层97的初始含水率超过50％。
将本发明所述风冷式冷却装置中的毛细吸水柱50下端插入到水槽94直至毛细吸水柱50下端与水篦子95接触。原半导体制冷器10被替换电热板10b，电热板10b加热的温度与半导体制冷器10工作时热端的温度处于同一区间，均处于65-75℃。在出风管24的内部安装温湿度传感器93，温湿度传感器93可选用泰州市佳博仪器科技有限公司的佳博牌产品。
轴流风机26在早上10点到晚上7点作业，轴流风机26的风量为250m3/h。每隔一小时测量一次外界室温T1、湿度RH1、温湿度传感器93处的温度T2、湿度RH2，结果如表1所示：
表1(温度单位为℃，相对湿度单位为％)
10点 11点 12点 13点 14点 15点 16点 17点 18点 19点
T<sub>1</sub> 29.1 31.2 33.3 34.5 35.7 36.9 35.8 34.9 33.5 31.9
RH<sub>1</sub> 66 65 63 62 61 60 60 63 62 65
T<sub>2</sub> 47-49 51-52 52-53 54-55 56-58 57-59 53-55 51-52 50-51 49-50
RH<sub>2</sub> 89 85 88 86 89 88 92 91 87 86
由表1可知：T2大于T1，RH2大于RH1，并且RH2大于或等于85％，RH2的最大值达到92％。由此可知，毛细吸水柱50始终在汲取水槽94内部的水分，最终吸水层40处的水分被加热蒸发，从而使得出风管24内部的湿度始终大于外界的湿度。
实施例7
与实施例6相比，本实施例中采用毛细管束取代毛细吸水柱50中的毛细吸水柱53，所述毛细管束由若干个金属毛细管集束制成，选用常用且性价比高的内径为1mm的金属毛细管，如东莞市恒浦精密五金材料有限公司的304材质毛细管，金属毛细管的内径越小，其成本越高；相对于毛细吸水柱53来说，选用内径为1mm的金属毛细管的成本与其相当。
采用实施例6中的方式来测定吸水、释水能力，测试条件与实施例6相同。轴流风机26在早上10点到晚上7点作业，轴流风机26的风量为250m3/h。每隔一小时测量一次外界室温T3、湿度RH3、温湿度传感器93处的温度T4、湿度RH4，结果如表2所示：
表2(温度单位为℃，相对湿度单位为％)
10点 11点 12点 13点 14点 15点 16点 17点 18点 19点
T<sub>3</sub> 28.8 30.7 31.9 32.3 34.1 35.2 34.7 33.6 32.7 30.8
RH<sub>3</sub> 66 63 64 63 62 61 62 63 63 66
T<sub>4</sub> 52-53 56-57 57-59 58-61 62-65 67-69 66-67 63-65 63-65 60-62
RH<sub>4</sub> 71 72 71 73 74 73 77 75 73 74
由表2可知：T4大于T3，RH4大于RH3，并且RH4的最大值不超过77％；由此可知，毛细管束由于长度过长，再加上其内径过大，使其的汲水能力较差，对金属箱20内部的增湿效果有限，从而导致金属箱20内部的散热效果不佳。
通过对比本实施例与实施例6可知：毛细管束的汲水能力明显差于毛细吸水柱53，这导致金属箱20内部无法及时补充足够的水分，不利于散热，导致T4明显大于T2，RH4显著小于RH2。
实施例8
取实施例1所述室外配电柜可选用无锡汉擎自动化科技有限公司的变电所专用柜，型号为XGN型，额定电压10kv，底部长宽分别为1800mm、750mm。金属箱20的长宽高分别为2300mm、1250mm、500mm。金属箱20内部的容积为1.43立方米，最多可容纳1030kg的吸水层40。为保证散热，其内部安装有7个散热风机，其中一个安装在柜门处，每个散热风机的体积在0.0027m3，7个散热风机的总体积为0.0189m3，每个风机的最大风量为500m3/h，功率为75W，耐温-25～72℃；再加上为安装散热风机，所述散热风机占用空间超过0.025m3。
为保证在夏天环境温度为38-40℃时，该变电所专用柜内部的最高温度不超过55℃，即使采用与实施例1相同功率的对照半导体制冷器10a，在对照半导体制冷器10a的热端必须加装有表面积超过5.56m2的对照翅片11a，如图9所示，不然对照半导体制冷器10a热端的热量无法散掉，影响对照半导体制冷器10a冷端的制冷量。
实施例9
基于实施例4，在夏季，轴流风机26通常在早上10点到晚上7点且地表气温高于30℃时工作，该时间段轴流风机26的风量为250m3/h，第二通孔23、第一通孔22处的相对湿度始终大于65％，相对湿度的最大值接近85％，明显高于外界相对湿度。
实施例10
在本实施例中，将实施例2中的活性硅胶替换成对照品M，对照品M即为含量大于或等于98％的硅胶。由于未对硅胶进行活化，导致参与反应的硅胶质量不到30％，最终成品的产率比实施例2的产率低60％以上。
实施例11
在本实施例中，将实施例2中的复合凹凸棒土替换成对照品N，对照品N即为凹凸棒土。由于未对凹凸棒土进行酸改性、碱改性，使得吸水性树脂在酸性水质中的吸水率下降50-65％，在碱性水质中的吸水率下降89-71％。其中，吸水性树脂在酸性水质中的吸水率测量时是将一定质量的干燥的吸水性树脂放入磷酸二氢钠溶液，浓度为0.09mol/L；吸水性树脂在碱性水质中的吸水率测量时是将一定质量的干燥的吸水性树脂放入氯化钙溶液，浓度为0.09mol/L。
由于未添加聚丙烯酰胺，影响吸水性树脂在盐溶液中的保水率。保水率的测量方法为：将吸水性树脂在浓度为0.09mol/L的氯化钠溶液中吸水直至饱和后，将其送入到烘箱中进行烘烤，在某温度下吸水性树脂的重量不再变化，此时的吸水性树脂的总重与吸水性树脂的干重之差为该温度下吸水性树脂的保水量，该保水量除以吸水性树脂的干重即为该温度下吸水性树脂的保水率。如果不添加聚丙烯酰胺，会导致吸水性树脂在盐溶液中的保水率下降幅度超过36.9％；保水率过低，会影响吸水性树脂释水性能(加热失去水的性能)的持久性，也就是说，该吸水性树脂会在加热的初期大量的失水，在后期的失水量会远远低于前期的失水量。
在上述实施例中，所有的测温手段优选用K型热电偶进行测温。
在无为市，2018年全年，7月的气温全年最高，达到39-41℃，地表温度最高达到57.8℃。7月中有17天，在午后的14时～17时，地表平均温度达到51.3℃。采用本发明所述电子产品或用电设备用冷却组件，只需要在用电设备90的内部安装1个散热风机，显著节省用电设备90的内部空间。用电设备90的外壳开设的散热孔面积不超过0.0091m2；即能够达到在7月份，即使地表温度达到51.3～57.8℃，用电设备90外壳表面的最高温度为43.1～52.7℃(远离半导体制冷器10冷端的区域温度较高，尤其是顶部直晒区域)，用电设备90内部的最高温度也不超过49.5℃，满足使用要求。
相对于散热孔面积为0.33m2以上的现有电柜来说，采用本发明所述冷却组件，能够显著减少用电设备90的外壳散热孔的数目和面积，散热孔面积减少97.2％，这能够显著提高用电设备90的整体密封性，降低外界湿度对用电设备90内部的影响，尤其是雨水天气对用电设备90内部的影响。
对于本发明来说，用电设备90的外壳底部可设置成封闭状态，即使外界因为回潮、积水等原因，也不会对用电设备90的湿度造成大的改变，从而有效保证用电设备90内部的电气绝缘性。即使，用电设备90的外壳底部为封闭状态，也不会影响用电设备90内部的散热，散热效果好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电子产品或用电设备用冷却组件，包括半导体制冷器，所述半导体制冷器的热端处安装有多个散热翅片，所述散热翅片的上端与半导体制冷器的热端固定连接，其特征在于：还包括对半导体制冷器的热端进行冷却散热的风冷式冷却装置。
2.根据权利要求1所述的一种电子产品或用电设备用冷却组件，其特征在于：所述风冷式冷却装置包括金属箱，所述金属箱的一侧设置有进风管，所述金属箱的另一侧设置有出风管，所述金属箱的顶部设置有与进风管首端相连通的第一通孔，所述金属箱的顶部还设置有与出风管尾端相连通的第二通孔，所述进风管的内部安装有向进风管内部送风的轴流风机，所述出风管的首端处安装有防尘网；所述金属箱的顶部还设置有供散热翅片进入的第三通孔，所述半导体制冷器的热端与金属箱的顶部固定连接；所述金属箱的下方设置有最少一根毛细吸水柱，所述金属箱的下方安装有连管，所述金属箱的底部设置有与连管上端相连通的第四通孔，所述毛细吸水柱的上端设置在连管的内部；所述毛细吸水柱包括圆桶状外桶，所述外桶的下部设置有多个第五通孔，所述外桶的内部设置有滤桶，所述滤桶的内部填充有毛细吸水柱，所述滤桶的内部还设置有位于毛细吸水柱上方的配重环，所述外桶的上端与连管的下端连通；所述金属箱的内部填充有将散热翅片下端覆盖的吸水层，所述吸水层将配重环覆盖且吸水层与毛细吸水柱的上端接触。
3.根据权利要求2所述的一种电子产品或用电设备用冷却组件，其特征在于：所述金属箱的两侧分别设置有缓冲管，所述缓冲管包括圆管，所述金属箱的侧壁设置有第六通孔，所述圆管的尾端与圆孔状第六通孔连通，所述圆管的首端设置有封盖，所述封盖与圆管的首端螺纹连接，所述圆管的内部设置有圆柱螺旋弹簧和活塞，所述活塞位于圆柱螺旋弹簧和第六通孔之间，所述第六通孔的直径小于活塞的直径，所述圆管首端的外侧设置有气孔。
4.根据权利要求3所述的一种电子产品或用电设备用冷却组件，其特征在于：所述散热翅片的外侧安装有第一导热缓冲囊，所述第一导热缓冲囊包括椭球形第一球囊，所述第一球囊的内部设置有第一锥簧、与第一锥簧结构相同且呈轴对称设置的第二锥簧，所述第二锥簧的大端与第一锥簧的大端固定连接，所述散热翅片的下方设置有第二导热缓冲囊，所述第二导热缓冲囊包括椭球形第二球囊，所述第二球囊的内部设置有第三锥簧、与第三锥簧结构相同且呈轴对称设置的第四锥簧，所述第四锥簧的大端与第三锥簧的大端固定连接，所述第二球囊和散热翅片的下端之间设置有金属丝，所述金属丝的一端与散热翅片的下端固定连接，所述金属丝的另一端与第二球囊固定连接；所述第一球囊和第二球囊均设置在吸水层的内部；所述第一球囊和第二球囊均由铝箔复合玻璃纤维布制成。
5.根据权利要求3所述的一种电子产品或用电设备用冷却组件，其特征在于：所述金属箱的内部还设置有将吸水层覆盖的金属滤网，所述金属滤网的网面设置有供散热翅片下端进入的长条孔，所述金属箱的内部还设置有位于金属滤网上方的栅板，所述金属箱的内壁固设有挡板，所述挡板设置在栅板和金属箱顶部之间。
6.根据权利要求2所述的一种电子产品或用电设备用冷却组件，其特征在于：所述进风管和出风管均呈n形结构设置。
7.根据权利要求2所述的一种电子产品或用电设备用冷却组件，其特征在于：所述滤桶的制备方法为，使用第一泥料在外桶的内壁涂覆一层桶状第一胚层，第一胚层晾干之后，使用第二泥料在第一胚层的内壁涂覆一层桶状第二胚层，待第二胚层晾干之后，在氮气氛围保护中进行烧结，烧结温度为1600-1650℃，烧结后的第一胚层和第二胚层复合成滤桶；第一泥料采用100质量份黏土、52-56质量份粒径小于或等于3mm的火山岩颗粒、15-20质量份碳酸氢钠和85-95质量份的水混合搅拌制成；第二泥料采用120质量份硅藻土、60-65质量份稻壳和100-110质量份的水混合搅拌制成。
8.根据权利要求2所述的一种电子产品或用电设备用冷却组件，其特征在于：所述毛细吸水柱的制备方法，将100质量份黏土、33-36质量份高吸水吸湿纤维、12-15质量份粒径小于2mm的烧结球和60-70质量份水混合搅拌成第一土料，将第一土料使用捶打机最少捶打1000次得到第二土料，捶打机对第一土料的锤击压力为120公斤；将第二土料装入到滤桶的内部，使用捶打机最少捶打60次即得到毛细吸水柱，对第二土料的锤击压力为30公斤。
9.根据权利要求3所述的一种电子产品或用电设备用冷却组件，其特征在于：所述吸水层由吸水性树脂、复合凹凸棒土、球状海绵粒、高吸水吸湿纤维按照质量比(130-150)∶(230-260)∶(20-28)∶(33-40)的比例混合均匀制成；所述吸水性树脂的制法如下：
将1质量份壳聚糖溶于200质量份的乙酸溶液中，乙酸溶液的质量分数为23-26％，在氮气氛围下升温至60℃，加入0.5-0.6质量份引发剂反应10-15min，加入2.3-3.1质量份丙烯酸、6.6-7.2质量份活性硅胶接枝共聚10h，再加入0.3-0.5质量份交联剂、0.5-0.6质量份氯化铵、1.2-1.3质量份聚合氯化铝并加热到70℃反应5h得到粗产物，将粗产物分离、水洗、烘干、粉碎即得吸水性树脂；引发剂为过硫酸钾，交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；
所述活性硅胶的制法如下：
将10质量份硅胶、50质量份磷酸溶液、3质量份气相二氧化硅在超声环境下反应5h以上，反应温度为85-88℃，磷酸溶液的质量分数为17％；反应完成后，经过过滤、洗涤、烘干即得所述活性硅胶；
所述复合凹凸棒土的制法如下：将酸改性凹凸棒土、碱改性凹凸棒土、质量分数为0.6％的聚丙烯酰胺水溶液按照1∶1∶(3.3-3.6)的比例混合成泥浆，将泥浆晾干成泥块，将泥块在187-189℃的温度下烘烤3h，冷却后经过粉碎得粗粉，将粗粉在199-203℃的温度下烘焙30min，冷却后经过粉碎并过20目筛即得到复合凹凸棒土；其中，将凹凸棒土与质量分数为7.2-7.5％硫酸溶液按照质量比1∶8的比例搅拌混合2h，搅拌混合时的温度为88-90℃，干燥后过20目筛即得到酸改性凹凸棒土；将凹凸棒土与质量分数为10.6-11.1％氢氧化钾溶液按照质量比1∶9.2的比例搅拌混合3h，搅拌混合时的温度为77-80℃，干燥后过20目筛即得到碱改性凹凸棒土；
所述球状海绵粒的粒径小于或等于5mm。
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