CN112856853A - 一种自主感知温度并智能调节冷热的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自主感知温度并智能调节冷热的装置，包括壳体、托盘、冷热块和单片机；托盘固定在壳体内的上部；冷热块固定在壳体内且对应托盘下方的位置处，其通电后上下两侧同时为制冷状态或制热状态，并且在电流方向改变后冷热块上下两侧的制冷状态变为制热状态或者制热状态变为制冷状态；在壳体内设有通过外部电源向冷热块提供电能的供电线路，单片机设置在壳体内并电连接供电线路且用于控制供电线路的电流方向和电流大小。该装置不仅能够在一体机中实现冷/热兼备，突破了市场上相同的冷热块电子产品只能针对液体进行加热/制冷的单一功能性，并且加热/制冷不需使用制冷剂,对环境不产生污染。
Description
技术领域
本发明涉及利用半导体材料的Peltier效应技术领域，具体涉及一种自主感知温度并智能调节冷热的装置。
背景技术
半导体制冷材料为新型的材料，专用冷却或加热某一对象，利用其可热电制冷，且无其它运动部件,工作时无噪声,寿命长,可靠性高，工作部件体积小巧的优点。目前市场上流通的可携带式加热/制冷电器种类繁多、功能各异，但在使用过程中存在保温效果差、容器容量小，加热或制冷等功能无法在同一款电器上得到统一，且加热/制冷剂采用液体，加热/制冷的品类限制颇多，工作效率低下，无法进行智能化处理等不足。结合多方面的市场反馈可以清晰的看到，在不断追求便捷生活的今天，单方面的保温或局限液体饮料进行加热/制冷的电器已经不能满足人们日益增长的物质生活需求。
发明内容
综上所述，本发明所要解决的技术问题是提供一种自主感知温度并智能调节冷热的装置，其通过改变电流方向从而改变半导体冷热块的冷热侧以达到加热与制冷一体化的功能，目的在于克服现下市场上冷热电器的缺陷与不足，满足市场用户对智能冷热电器更高刚需。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种自主感知温度并智能调节冷热的装置，包括壳体、托盘、冷热块和单片机；所述托盘固定在所述壳体内的上部；所述冷热块固定在所述壳体内且对应所述托盘下方的位置处，其通电后上下两侧为制冷状态或制热状态，并且在电流方向改变后所述冷热块上下两侧的制冷状态变为制热状态且制热状态变为制冷状态；在所述壳体内设有通过外部电源向所述冷热块提供电能的供电线路，所述单片机设置在所述壳体内并电连接所述供电线路且用于控制所述供电线路的电流方向和电流大小。
本发明的有益效果是：不仅能够在一体机中实现冷/热兼备，舱体内的装载容器可以对液体、药品、食物等进行加热与制冷，突破了市场上相同的冷热块电子产品只能针对液体进行加热/制冷的单一功能性，并且加热/制冷不需使用制冷剂,无制冷剂化学物质泄漏的风险,在工作过程中对环境不产生污染。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，所述冷热块包括第一陶瓷片、第二陶瓷片、若干块金属导体和若干根连接条；所述第一陶瓷片和所述第二陶瓷片上下相对设置；所述金属导体分成两部分，第一部分金属导体间隔设置在所述第一陶瓷片的下侧，第二部分金属导体间隔设置在所述第二陶瓷片的上侧，并且第二部分金属导体与第一部分金属导体上下交错布置；每一根所述连接条的上端分别连接第一部分金属导体中相应的所述金属导体的端部，其下端连接第二部分金属导体中相应的所述金属导体的端部，并且所述连接条的两端分别为N型半导体材料和P型半导体材料制成，所述连接条的上端和下端的半导体材料与相邻连接条的上端和下端半导体材料不同。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即冷热块上下两侧可分别吸收热量和放出热量，以达到实现制冷/加热的目的。
进一步，还包括传温导片、固定板、托盘座、散热隔板和散热铝片；所述传温导片和所述固定板分别上下设置在所述冷热块的上方，所述托盘固定在所述传温导片的顶部；所述托盘座、所述散热隔板和所述散热铝片从上到下依次设置在所述冷热块的下方。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：保证散热与传热效果。
进一步，所述传温导片上均匀涂有硅脂。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：更好的将热能传递至上层托盘内。
进一步，所述冷热块与所述托盘座之间设有垫片。
进一步，所述壳体包括外壳、中间壳体和内胆；所述中间壳体处于所述外壳内部，所述内胆处于所述中间壳体内部；所述托盘固定在所述内胆中的上部，所述冷热块固定在所述内胆中且对应所述托盘下方的位置处；所述供电线路和所述单片机设置在所述内胆中。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：使仓内温度与外界起到了良好的隔离效果，保证了加热/制冷的效率不会因外界温度产生太大的影响。
进一步，所述中间壳体的外侧壁与所述外壳的内侧壁之间形成真空腔体。
进一步，所述内胆的外侧壁与所述中间壳体的内侧壁之间形成填料层，所述填料层中填充有聚苯乙烯泡沫。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：使仓内温度与外界起到了良好的隔离效果，保证了加热/制冷的效率不会因外界温度产生太大的影响。
进一步，所述填料层中设有监测所述内胆中温度的传感器，所述外壳的外侧壁上设有连接所述传感器并将所述传感器监测的温度显示出来的显示器。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：实时获取仓内温度。
进一步，在所述壳体的外侧壁上设有通过所述单片机来调节所述供电线路的电流方向或电流大小的按钮。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：手动实现调节调节供电线路的电流方向或电流大小。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明除去外壳后的三维图；
图3为图2的爆炸图；
图4为冷热块的结构原理图(上侧制冷下侧制热)。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、外壳，2、托盘，3、冷热块，4、第一陶瓷片，5、第二陶瓷片，6、金属导体，7、连接条，8、传温导片，9、固定板，10、托盘座，11、散热隔板，12、散热铝片，13、垫片，14、显示器，15、按钮。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1-3所示，一种自主感知温度并智能调节冷热的装置，包括壳体1、托盘2、冷热块3和单片机。所述托盘2固定在所述壳体1内的上部。所述冷热块3固定在所述壳体1内且对应所述托盘2下方的位置处，其通电后上下两侧为制冷状态或制热状态，并且在电流方向改变后所述冷热块3上下两侧的制冷状态变为制热状态且制热状态变为制冷状态。在所述壳体1内设有通过外部电源向所述冷热块3提供电能的供电线路，所述单片机设置在所述壳体1内并电连接所述供电线路且用于控制所述供电线路的电流方向和电流大小。在所述壳体1的外侧壁上设有通过所述单片机来调节所述供电线路的电流方向或电流大小的按钮15。
该装置还包括传温导片8、固定板9、托盘座10、散热隔板11和散热铝片12。所述传温导片8和所述固定板9分别上下设置在所述冷热块3的上方，所述托盘2固定在所述传温导片8的顶部，所述传温导片8上均匀涂有硅脂。所述托盘座10、所述散热隔板11和所述散热铝片12从上到下依次设置在所述冷热块3的下方。所述冷热块3与所述托盘座10之间设有垫片13。传温导片8、固定板9、托盘座10、散热隔板11和散热铝片12的作用如下：
①散热铝片12：底层密集铝片为散热铝片12，保证了冷热块3在工作中产生的热量在第一时间能得到良好的散热环境，保证冷热块3工作的正常进行。金属铝散热性能好，携带轻便，且成本合理，采用多分片的铝板块密集设置在减少了占用空间体积的同时也很大程度提高了下端散热层良好的散热效率。
②散热隔板11：用于下端散热铝片12与上端托盘座10的连接固定。保证散热铝片12的结构稳固性，同时提供下端散热铝片12与上端承接冷热块3的托盘座10更多的接触面积，其同样采用了轻质金属铝作为结构材料。
③托盘座10：连接下端散热层部分，并承接上部分冷热块3、传温导片8、被加热/制冷物品的放置，其是重要的承接端，采用大面积正方形铝片材料。两端柄手部分便于使用者对于该装置的拿取转移，也是装置上层外部聚苯乙烯仓罩(的重要固定部位。
④冷热块3：产品的核心部分，是产品在加热/制冷的核心工作器件。通过改变其电流方向来改变工作的冷热侧，进而来实现该装置加热与制冷一体化的特性及产品特点优势。
⑤固定板9：用于固定冷热块3与托盘座10的位置，保证在产品搬运移动的过程中冷热块3不会轻易移位改变位置，同时连接上部传温导片8，增加冷热块3与上层传温导片8的接触面积。
⑥传温导片8：帮助冷热块3温度更好的传导至上层被加热/制冷物品，加快加热/制冷的工作效率，使用户在更短的时间内能达到更快的达到自己的温度上的需求。
温度控制配合单片机控制模块：是整个温度控制系统的核心控制模块，通过接收温度传感器传来的温度值并与设置的目标温度进行分段式PID算法对比分析，输出一定的控制信号作用于驱动执行模块控制制冷器的运行状态。在满足本系统基本控制要求的同时考虑成本。在该系统硬件电路的设计实现中，采用模块化分解设计方法，控制电路采用80C51单片机主要功能：
1、冷热传换，可以以按键模块通过p3接口输入到51单片机中，通过XPT2046D/A转换器可实现对冷热开关选择导通，实现冷热转换。
2、按键控温，可以以按键模块通过p3接口输入到51单片机中，51单片机经过c语言编程，可使D/A转换后可以输出特定电压值，使加热电阻或冷热块3工作在特定电压值。
3、实时温度监测，使用51单片机已储存的读取程序可以将DS18B20测得的温度数传输回51单片机，51单片机再将数据传与74HC245处理，处理出的信号通过p1接口传输，延时动态显示于数码显示管LCD1602。
所述壳体1包括外壳、中间壳体和内胆。所述中间壳体处于所述外壳内部，所述内胆处于所述中间壳体内部。所述托盘2固定在所述内胆中的上部，所述冷热块3固定在所述内胆中且对应所述托盘2下方的位置处。所述供电线路和所述单片机设置在所述内胆中。所述中间壳体的外侧壁与所述外壳的内侧壁之间形成真空腔体。所述内胆的外侧壁与所述中间壳体的内侧壁之间形成填料层，所述填料层中填充有聚苯乙烯泡沫。所述填料层中设有监测所述内胆中温度的传感器，所述外壳的外侧壁上设有连接所述传感器并将所述传感器监测的温度显示出来的显示器14。
为保证内胆仓内温度不会与外界交流造成流失，壳体1采用外壳、中间壳体和内胆三层舱室。中间壳体设置于外壳内部，内胆设置于中间壳体内部，外壳与中间壳体之间是真空层，中间壳体与内胆之间是填料层，填料层中填充有聚苯乙烯泡沫可以防止温度流失。显示器设置于外壳外侧面上，其上设有电池板。传感器设置于填料层内与显示器电连接，其可以选用型号为DS18B20的温度传感器。
该装置是利用冷热块3可同时加热制冷的特性，搭配智能散热系统，传温结构以及单片机电路控制原理，实现冷热兼制、精确控温、持续工作时间，依靠于产品精心设计的密片式底座铝片散热结构，搭配产品内置电路保护板，产品可在连接电源的情况下毫无压力的不间断工作。其内部的盒状托盘让使用者在选择放置的物品时更加自由，只要大小符合皆可置于仓内进行加热/制冷。该装置的功能基本贴合了市场用户对智能冷热电器的需求反馈，其壳体1采用外壳、中间壳体和内胆三层，并且填充材料聚苯乙烯泡沫使仓内温度与外界起到了良好的隔离效果，保证了加热/制冷的效率不会因外界温度产生太大的影响。内置的盒状托盘实现固液物体加热/制冷以及隔离仓罩设计保证内里的工作环境及工作效率。
如图4所示，所述冷热块3包括第一陶瓷片4、第二陶瓷片5、若干块金属导体6和若干根连接条7。所述第一陶瓷片4和所述第二陶瓷片5上下相对设置。所述金属导体6分成两部分，第一部分金属导体间隔设置在所述第一陶瓷片4的下侧，第二部分金属导体间隔设置在所述第二陶瓷片5的上侧，并且第二部分金属导体与第一部分金属导体上下交错布置。每一根所述连接条7的上端分别连接第一部分金属导体中相应的所述金属导体6的端部，其下端连接第二部分金属导体中相应的所述金属导体6的端部，并且所述连接条7的两端分别为N型半导体材料和P型半导体材料制成，所述连接条7的上端和下端的半导体材料与相邻连接条的上端和下端半导体材料不同。
该装置工作原理为：半导体冷热块3根本原理涉及电子能级跃迁理论，半导体冷热块3由N型半导体材料和P型半导体材料组成，N型材料是在半导体中掺入施主杂质，有多余的电子产生负温差电势；P型材料是在半导体中掺入受主杂质，因电子不足而产生大量空穴，从而为正温差电势。
第一步：当直流电从N型材料经金属导体流向P型材料时，即电子由低能级(P型)流向高能级(N型)发生能级跃迁，会吸收外界能量以完成跃迁，故成为半导体冷热块3的制冷侧。
第二步：在半导体冷热块3另一侧电流从P型材料流向N型材料，微观能级跃迁现象与制冷侧相反，向外释放能量成为放热端，N型材料材料是在半导体中掺入施主杂质，有多余的电子产生负温差电势。
第三步：P型材料是在半导体中掺入受主杂质，因子不足而产生大量空穴，从而为正温差电势。
第四步：当直流电从N型材料经金属导体流向P型材料时，即电子由低能级(P型)流向高能级(N型)发生能级跃迁，务必会吸收外界能量以完成跃迁，故成为制冷侧。在另一侧电流从P型材料流向N型材料，微观能级跃迁现象与制冷端相反，向外释放能量成为放热端。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，包括壳体(1)、托盘(2)、冷热块(3)和单片机；所述托盘(2)固定在所述壳体(1)内的上部；所述冷热块(3)固定在所述壳体(1)内且对应所述托盘(2)下方的位置处，其通电后上下两侧为制冷状态或制热状态，并且在电流方向改变后所述冷热块(3)上下两侧的制冷状态变为制热状态且制热状态变为制冷状态；在所述壳体(1)内设有通过外部电源向所述冷热块(3)提供电能的供电线路，所述单片机设置在所述壳体(1)内并电连接所述供电线路且用于控制所述供电线路的电流方向和电流大小。
2.根据权利要求1所述的自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，所述冷热块(3)包括第一陶瓷片(4)、第二陶瓷片(5)、若干块金属导体(6)和若干根连接条(7)；所述第一陶瓷片(4)和所述第二陶瓷片(5)上下相对设置；所述金属导体(6)分成两部分，第一部分金属导体间隔设置在所述第一陶瓷片(4)的下侧，第二部分金属导体间隔设置在所述第二陶瓷片(5)的上侧，并且第二部分金属导体与第一部分金属导体上下交错布置；每一根所述连接条(7)的上端分别连接第一部分金属导体中相应的所述金属导体(6)的端部，其下端连接第二部分金属导体中相应的所述金属导体(6)的端部，并且所述连接条(7)的两端分别为N型半导体材料和P型半导体材料制成，所述连接条(7)的上端和下端的半导体材料与相邻连接条的上端和下端半导体材料不同。
3.根据权利要求1所述的自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，还包括传温导片(8)、固定板(9)、托盘座(10)、散热隔板(11)和散热铝片(12)；所述传温导片(8)和所述固定板(9)分别上下设置在所述冷热块(3)的上方，所述托盘(2)固定在所述传温导片(8)的顶部；所述托盘座(10)、所述散热隔板(11)和所述散热铝片(12)从上到下依次设置在所述冷热块(3)的下方。
4.根据权利要求3所述的自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，所述传温导片(8)上均匀涂有硅脂。
5.根据权利要求3所述的自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，所述冷热块(3)与所述托盘座(10)之间设有垫片(13)。
6.根据权利要求1所述的自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，所述壳体(1)包括外壳、中间壳体和内胆；所述中间壳体处于所述外壳内部，所述内胆处于所述中间壳体内部；所述托盘(2)固定在所述内胆中的上部，所述冷热块(3)固定在所述内胆中且对应所述托盘(2)下方的位置处；所述供电线路和所述单片机设置在所述内胆中。
7.根据权利要求6所述的自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，所述中间壳体的外侧壁与所述外壳的内侧壁之间形成真空腔体。
8.根据权利要求6所述的自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，所述内胆的外侧壁与所述中间壳体的内侧壁之间形成填料层，所述填料层中填充有聚苯乙烯泡沫。
9.根据权利要求8所述的自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，所述填料层中设有监测所述内胆中温度的传感器，所述外壳的外侧壁上设有连接所述传感器并将所述传感器监测的温度显示出来的显示器(14)。
10.根据权利要求1至9任一项所述的自主感知温度并智能调节冷热的装置，其特征在于，在所述壳体(1)的外侧壁上设有通过所述单片机来调节所述供电线路的电流方向或电流大小的按钮(15)。
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