CN113531697B - 节能空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节能空调系统，在管体上设有一个或多个半导体调温装置，管体内还设有一个或多个风机，管体出风的一端与连接软管连接，连接软管的另一端用于与被体连接；所述的半导体调温装置包括半导体制冷片，半导体制冷片的一面与第二导热装置以导热的方式连接，第二导热装置位于管体内，半导体制冷片的另一面与第一导热装置以导热的方式连接，第一导热装置位于管体之外；半导体制冷片与直流电源电连接。通过采用将半导体致冷片的导热片直接设置在管体内的方案，大幅提高半导体致冷片与空气换热的效果，使设备适于实用。

Description

节能空调系统

技术领域

本发明涉及电子电器领域，特别是一种节能空调系统。

背景技术

现有技术中，通常采用空调调节室温，由于室内空间较大，而且通常房间的保温效果也不佳，因此，空调能耗较高，要达到较好的使用体验，通常需要采用1.5匹的空调，输入功率约为3486瓦。即持续使用一个小时需要约3.5KW/h，能耗较高。中国专利文献CN2143744Y记载了一种热电式半导体空调器，其中驱动半导体致冷模块实现温度调节的方案。中国专利文献CN204043108U记载了一种半导体冷暖空调装置，记载将半导体硅芯片致冷产生的冷风经过风机、主管和多个分管送入被子中，制成节能空调系统。上述方案中存在的问题是，半导体致冷模块安装困难，安装方式不当，导致半导体致冷模块的换热效率极差。以CN2143744Y为例，虽然其采用了多个半导体致冷模块的方案以提高功率，但是由于生产误差，很难确保多个半导体致冷模块均与散热部件可靠接触连接，从而导致导热效果不佳，大幅影响致冷效率。对比文件2中的结构中，由于风机风压较小的问题，至于冷风也很难被送入到各个支管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种节能空调系统，能够实现更佳的致冷效果。优选的方案中，便于各个半导体制冷片的安装，且安装后能够实现更佳的导热效果，能够真正进入实用。

为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种节能空调系统，在管体上设有一个或多个半导体调温装置，管体设有一个或多个风机，管体出风的一端与被体连接；

所述的半导体调温装置包括半导体制冷片，半导体制冷片的一面与第二导热装置以导热的方式连接，第二导热装置位于管体内，半导体制冷片的另一面与第一导热装置以导热的方式连接，第一导热装置位于管体之外；

半导体制冷片与直流电源电连接。

优选的方案中，管体的一端设有喇叭口部，喇叭口部直径较大的一端用于和风机连接，所述的风机为风扇；

所述的半导体调温装置安装在喇叭口部的侧壁上，在第一导热装置上固设有风扇或液冷散热器；

或者，喇叭口部与换热管连接，换热管为侧壁具有平面的管，所述的半导体调温装置安装在换热管的侧壁上，在第一导热装置上固设有风扇或液冷散热器。

优选的方案中，所述的第一导热装置和第二导热装置为导热片；

第一导热装置或第二导热装置采用粘接或螺纹连接；

或者在管体的两侧设有压板，压板压在第一导热装置或管体上，两个压板之间通过对拉螺杆连接；

或者在第二导热装置的翅片之间设有至少一个支撑弹簧，支撑弹簧的一端与第二导热装置接触，支撑弹簧的另一端与导热管的内壁接触。

优选的方案中，所述的管体设有弯曲的段，半导体制冷片与管体的外壁接触，在管体内设有第二导热装置，还设有液冷导热介质；

第二导热装置为导热片，第二导热装置部分的浸没在液冷导热介质内；

第一导热装置上固设有风扇或液冷散热器。

优选的方案中，所述的管体设有导热管，导热管密封的位于水槽内，导热管内用于通过空气，水槽内用于装水；

导热管的侧壁至少具有一个平面，半导体制冷片安装在平面上；

所述的半导体制冷片安装在导热管的内壁或外壁；

半导体制冷片以导热的方式与导热管的外壁接触连接，导热管的内壁以导热的方式与第二导热装置连接；

当水槽内有水时，第一导热装置被浸没在水中；

第一导热装置与导热管之间还设有密封圈，以防止水进入到半导体制冷片。

优选的方案中，在第二导热装置的翅片之间设有至少一个支撑弹簧，支撑弹簧的一端与第二导热装置接触，支撑弹簧的另一端与导热管的内壁接触。

优选的方案中，导热管的侧壁至少设有一对对称的平面，半导体制冷片以对称的方式安装；

所述的半导体制冷片安装在导热管的内壁或外壁；

在第二导热装置的翅片之间设有至少一个支撑弹簧，两个第二导热装置设置在支撑弹簧的两端，以通过支撑弹簧将两个第二导热装置顶紧在导热管的内壁与半导体制冷片相对应的位置。

优选的方案中，在管体内设有多个风机，各个风机之间相隔一段距离；

所述的管体为多个并列的结构，每个管体均设有半导体调温装置和风机；

所述的半导体调温装置位于靠近被体的位置。

优选的方案中，电源通过开关元件与半导体制冷片电连接，可编程控制器与开关元件电连接，以控制开关元件切换电流方向和半导体制冷片在一个时钟周期的工作时长；

还设有温度传感器，温度传感器与可编程控制器电连接，以通过控制半导体制冷片在一个时钟周期的工作时长来调节温度。

优选的方案中，在被体内设有多个布气管，布气管上设有孔，布气管通过支管与管体连通；

被体的外表层为阻气保温层，阻气保温层之下设有导气保温层，布气管位于导气保温层内，

还设有循环管，循环管一端位于被体内，另一端与管体入风的一端连接。

本发明提供了一种节能空调系统，通过采用将半导体致冷片的导热片直接设置在管体内的方案，大幅提高半导体致冷片与空气换热的效果，使设备适于实用。采用在管体设置喇叭口部的方案，能够充分利用风扇的风，以降低设备成本。设置的水槽方案，能够大幅提高导热的效果，尤其是便于加工和生产，能够很快的投入实施。采用的支撑弹簧的结构，非常适于将导热片安装在管体内。对拉螺杆的安装结构，能够便于管体外的导热片的安装，且能够大幅提高导热效果。改进的被体结构，能够在实现保温效果的同时，还能够具有较好的导风效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明管体的喇叭口部的结构示意图。

图3为本发明管体的喇叭口部优选的结构示意图。

图4为本发明中半导体调温装置的优选结构示意图。

图5为本发明中半导体调温装置的另一优选结构示意图。

图6为图4的A-A剖视示意图。

图7为图5的侧视图。

图8为本发明中被体的局部放大示意图。

图9为本发明中控制电路框图。

图10为本发明的电路结构图。

图11为本发明另一优选的结构示意图。

图12为本发明另一优选的结构示意图。

图中：半导体调温装置1，半导体制冷片101，密封圈102，第一导热装置103，第二导热装置104，散热风扇105，支撑弹簧106，对拉螺杆107，压板108，管体2，喇叭口部21，换热管22，导热管23，风机3，滤网4，连接软管5，支管6，布气管7，温度传感器8，控制器9，水槽10，被体11，阻气保温层111，导气保温层112，电源12，可编程控制器13，开关元件14，液冷散热器15，液冷导热介质16。

具体实施方式

实施例1：

如图1~10中，一种节能空调系统，在管体2上设有一个或多个半导体调温装置1，管体2内还设有一个或多个风机3，管体2出风的一端与连接软管5连接，连接软管5的另一端用于与被体11连接，此处所述的连接，包括将连接软管5置于被体11内的情形。或者管体2出风的位置直接与被体11连接；

所述的半导体调温装置1包括半导体制冷片101，半导体制冷片101的一面与第二导热装置104以导热的方式连接，第二导热装置104位于管体2内，半导体制冷片101的另一面与第一导热装置103以导热的方式连接，第一导热装置103位于管体2之外；半导体制冷片101的散热效率直接决定了致冷或取暖的效果。

优选的，第二导热装置104为导热片，本方案将导热片置于管体内，能够使通过空气快速与导热片换热，从而避免半导体制冷片101的冷面和热面之间直接换热。

半导体制冷片101与直流电源电连接。

优选的方案如图1中，管体2的一端设有喇叭口部21，喇叭口部21直径较大的一端用于和风机3连接，所述的风机3为风扇；由此结构，能够充分利用风扇送风。

如图2中，所述的半导体调温装置1安装在喇叭口部21的侧壁上，优选的，在喇叭口部21设有至少一个平面，进一步优选的采用横截面为多边形的喇叭口结构，第二导热装置104位于喇叭口部21的内侧，第一导热装置103位于喇叭口部21的外侧，在第一导热装置103上固设有风扇或液冷散热器；由此结构，利用风扇吹出的被喇叭口部21加速的风快速与第二导热装置104换热，从而提高半导体制冷片101的工作效果。

或者，如图3中，喇叭口部21与换热管22连接，换热管22为侧壁具有平面的管，所述的半导体调温装置1安装在换热管22的侧壁平面上，在第一导热装置103上固设有风扇或液冷散热器。由此结构，便于半导体制冷片101的安装。

优选的方案中，第一导热装置103或第二导热装置104采用粘接或螺纹连接，利用通过自攻螺钉将第一导热装置103或第二导热装置104固定；

或者如图6、7中，在管体2的两侧设有压板108，压板108压在第一导热装置103或管体2上，两个压板108之间通过对拉螺杆107连接；由此结构，能够确保第一导热装置103或管体2与半导体制冷片101的紧密接触，从而确保导热效果。优选的，压板108采用“口”字形的结构，在压板108的两端设有孔以便于对拉螺杆107穿过。

或者如图6、7中，在第二导热装置104的翅片之间设有至少一个支撑弹簧106，支撑弹簧106的一端与第二导热装置104接触，支撑弹簧106的另一端与导热管23的内壁接触。优选的，支撑弹簧106采用“口”字形或“U”字形的结构，以使第二导热装置104与管体内壁紧密接触。

优选的方案中，在第一导热装置103内还设有热管，所述的热管与半导体制冷片101的一面接触。由此结构，进一步提高导热效果。

优选的方案如图5中，所述的管体2设有弯曲的段，半导体制冷片101与管体2的外壁接触，在管体2内设有第二导热装置104，还设有液冷导热介质16；

第二导热装置104为导热片，第二导热装置104部分的浸没在液冷导热介质16内；由此结构，能够更可靠的将热量传导至第二导热装置104。

第一导热装置103上固设有风扇或液冷散热器。

优选的方案如图4中，所述的管体2设有导热管23，导热管23密封的位于水槽10内，导热管23内用于通过空气，水槽10内用于装水；

导热管23的侧壁至少具有一个平面，半导体制冷片101安装在平面上；

所述的半导体制冷片101安装在导热管23的内壁或外壁；

半导体制冷片101以导热的方式与导热管23的外壁接触连接，导热管23的内壁以导热的方式与第二导热装置104连接；

当水槽10内有水时，第一导热装置103被浸没在水中；由此结构，利用水槽10内的水，快速将第一导热装置103散发的热量带走。

上述的方案中，能够以较高效率将半导体制冷片101两面的热量快速传导，从而大幅提高半导体制冷片101的有效输出功率，提高制冷效率，避免温度从半导体制冷片101的冷面和热面之间直接中和。

第一导热装置103与导热管23之间还设有密封圈102，以防止水进入到半导体制冷片101。采用水槽10散热，充分利用了水热容比高的热点，且水槽结构，安装和更换均较为便利。

优选的方案中，在第二导热装置104的翅片之间设有至少一个支撑弹簧106，支撑弹簧106的一端与第二导热装置104接触，支撑弹簧106的另一端与导热管23的内壁接触。该方案采用每个位置安装一个第二导热装置104的方案，该结构能够减少空气的阻力。

优选的方案如图4、6、7中，导热管23的侧壁至少设有一对对称的平面，半导体制冷片101以对称的方式安装；

所述的半导体制冷片101安装在导热管23的内壁或外壁；

在第二导热装置104的翅片之间设有至少一个支撑弹簧106，两个第二导热装置104设置在支撑弹簧106的两端，以通过支撑弹簧106将两个第二导热装置104顶紧在导热管23的内壁与半导体制冷片101相对应的位置。由此结构，提高制冷效果。如图4中，优选的在每个导热管23交错设置4~5组的半导体调温装置1，每组两个半导体调温装置1，总功率约400~500W,当室内温度为35℃，导热管23的出口温度最低可达到5~10℃，使用体验较佳。

优选的方案如图4中，在管体2内设有多个风机3，各个风机3之间相隔一段距离。由此方案，能够确保管体2内风的流速均匀，进一步提高送风和换热效率。

优选的方案如图11中，所述的管体2为多个并列的结构，在各个管体2均设有一个或多个风机3，还设有独立的半导体调温装置1。进一步优选的，多个管体同时与一个喇叭口的结构连接，喇叭口的结构与风扇连接。

优选的方案如图11、12中，所述的半导体调温装置位于靠近被体的位置。越是靠近被体，则能量损耗越低，调温效果越好。

进一步优选的方案如图12中，被体11的外表层为阻气保温层111，阻气保温层111之下设有导气保温层112；管体2位于被体一端的位置，管体2的两端封堵，或者两端直接位于被体内，管体2的一侧侧壁开放作为出风口，优选的，管体2的顶壁与导气保温层112密封连接，优选管体2的出口侧壁相对的一侧的侧壁设有一个或多个风机3，能将风直接从出风口吹出。半导体调温装置1设置在与风机3大致对应的顶壁或底壁上。由此结构，由于降低了风阻，能够大幅降低能耗。半导体调温装置1中的半导体制冷片101位于管体内壁或外壁，第二导热装置104位于管体内壁，并与管体内壁或半导体制冷片101可靠连接，用于利用风将半导体制冷片101的冷面或热面换热，此处的第二导热装置104优选采用散热片，例如铜或铝材质的散热片。第一导热装置103位于管体2外壁，并与管体外壁或半导体制冷片101可靠连接，用于利用风将半导体制冷片101的冷面或热面换热。第一导热装置103采用散热风扇和散热片的组合，或者采用水冷散热器。

优选的方案如图9中，电源通过开关元件与半导体制冷片101电连接，可编程控制器与开关元件电连接，以控制开关元件切换电流方向和半导体制冷片101在一个时钟周期的工作时长；开关元件采用继电器、晶闸管或者三极管作为开关元件。通过开关元件切换电流方向，例如图10，即可切换半导体制冷片101工作在制冷或制热模式。通过控制在一个时钟周期，例如一分钟内的通电时长，即可控制半导体制冷片101的输出功率，从而实现温度调节。可编程控制器优选采用单片机，例如51系列，STM32F系列。

还设有温度传感器8，温度传感器8与可编程控制器电连接，以通过控制半导体制冷片101在一个时钟周期的工作时长来调节温度。温度传感器8用于放置在被体11内，以调节被体11内的温度。

优选的方案如图1、8中，在被体11内设有多个布气管7，布气管7上设有孔，布气管7通过支管6与管体2连通；

被体11的外表层为阻气保温层111，阻气保温层111之下设有导气保温层112，布气管7位于导气保温层112内；

还设有循环管，循环管一端位于被体11内，另一端与管体2入风的一端连接。循环管在图中未示出，以环境温度为35℃为例，通常被体11内的温度为25℃，因此回收循环风具有较大的节能效果。

实施例2：

以图1中的结构为例，使用时，接通控制器9的电源，半导体调温装置1的散热风扇105启动，在散热风扇105的第一导热装置103设置有热管，以快速将半导体制冷片101热面的温度导出到第一导热装置103，并通过散热风扇105散发，在管体2的喇叭口部21的大直径开口部设有柔性的布筒或皮筒，用于套接在风机3，即风扇上，从风扇吹出的风，经过第二导热装置104冷却后，经过连接软管5送入到支管6和布气管7。 将循环管的一端插入到被体11中，循环管的另一端通过喇叭口的结构与风扇的进气侧连接，在连接软管5和循环管上也设有多个风机3。经测试，采用该方案，半导体制冷片101采用8个，每个规格为23×23mm，功率为24W，输入电压为12V2A，被体11内温度最低为23~26℃。

实施例3：

以图4、6、7的结构为例，使用时，水槽10内装满水，至少浸没第一导热装置103。再接通控制器9的电源，当半导体调温装置1位于水槽10内，则第一导热装置103上没有设置散热风扇105。当然，也可以采用防水电机驱动叶片旋转的结构安装在第一导热装置103上，进一步提高散热效果。在导热管23的两端和连接软管设置多个风机3，连接软管与支管6连接，循环管与导热管23的进风口连接。经测试，采用该方案，半导体制冷片101采用8个，每个规格为23×23mm，功率为24W，输入电压为12V2A，被体11内最低温度为18~20℃。

实施例4：

以图5的结构为例，使用时，将水作为液冷导热介质16注入到管体2的弯曲段内，使第二导热装置104的导热片部分的浸没在水里，从而使半导体制冷片101的冷面能够更快的升温。以提高冷面的换热效率，第一导热装置103采用液冷散热器15以提高散热效果。当本例中，也可以采用将整个弯曲段和第一导热装置103放入到装满水的水槽内，以进一步提高散热效果。经测试，采用该方案，半导体制冷片101采用8个，每个规格为23×23mm，功率为24W，输入电压为12V2A，被体11内最低温度为20~24℃。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种节能空调系统，其特征是：在管体（2）上设有多个半导体调温装置（1），管体（2）设有多个风机（3），管体（2）出风的一端与被体（11）连接；

所述的半导体调温装置（1）包括半导体制冷片（101），半导体制冷片（101）的一面与第二导热装置（104）以导热的方式连接，第二导热装置（104）位于管体（2）内，半导体制冷片（101）的另一面与第一导热装置（103）以导热的方式连接，第一导热装置（103）位于管体（2）之外；

半导体制冷片（101）与直流电源电连接；

所述的管体（2）设有导热管（23），导热管（23）密封的位于水槽（10）内，导热管（23）内用于通过空气，水槽（10）内用于装水；

所述的半导体制冷片（101）安装在导热管（23）的外壁；

半导体制冷片（101）以导热的方式与导热管（23）的外壁接触连接，导热管（23）的内壁以导热的方式与第二导热装置（104）连接；

当水槽（10）内有水时，第一导热装置（103）被浸没在水中；

第一导热装置（103）与导热管（23）之间还设有密封圈（102），以防止水进入到半导体制冷片（101）；

导热管（23）的侧壁至少设有一对对称的平面，半导体制冷片（101）以对称的方式安装；

所述的第一导热装置（103）和第二导热装置（104）为导热片；

在管体（2）的两侧设有压板（108），压板（108）压在第一导热装置（103）或管体（2）上，两个压板（108）之间通过对拉螺杆（107）连接；

在第二导热装置（104）的翅片之间设有至少一个支撑弹簧（106），两个第二导热装置（104）设置在支撑弹簧（106）的两端，以通过支撑弹簧（106）将两个第二导热装置（104）顶紧在导热管（23）的内壁与半导体制冷片（101）相对应的位置；

电源通过开关元件与半导体制冷片（101）电连接，可编程控制器与开关元件电连接，以控制开关元件切换电流方向和半导体制冷片（101）在一个时钟周期的工作时长；

还设有温度传感器（8），温度传感器（8）与可编程控制器电连接，以通过控制半导体制冷片（101）在一个时钟周期的工作时长来调节温度。

2.根据权利要求1所述的一种节能空调系统，其特征是：管体（2）的一端设有喇叭口部（21），喇叭口部（21）直径较大的一端用于和风机（3）连接，所述的风机（3）为风扇；

所述的半导体调温装置（1）安装在喇叭口部（21）的侧壁上，在第一导热装置（103）上固设有风扇或液冷散热器；

或者，喇叭口部（21）与换热管（22）连接，换热管（22）为侧壁具有平面的管，所述的半导体调温装置（1）安装在换热管（22）的侧壁上，在第一导热装置（103）上固设有风扇或液冷散热器。

3.根据权利要求1~2任一项所述的一种节能空调系统，其特征是：各个风机（3）之间相隔一段距离；

所述的管体为多个并列的结构，每个管体均设有半导体调温装置（1）和风机（3）；

所述的半导体调温装置（1）位于靠近被体（11）的位置。

4.根据权利要求1~2任一项所述的一种节能空调系统，其特征是：在被体（11）内设有多个布气管（7），布气管（7）上设有孔，布气管（7）通过支管（6）与管体（2）连通；

被体（11）的外表层为阻气保温层（111），阻气保温层（111）之下设有导气保温层（112），布气管（7）位于导气保温层（112）内；

还设有循环管，循环管一端位于被体（11）内，另一端与管体（2）入风的一端连接。

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