CN202153037U - 热电半导体空调模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新的TEC热电半导体空调模组。每个TEC组件的热面组装在同一块外侧散热片单元上，TEC组件的冷面不用常规导冷块，而是和同规格并且相互独立的、相同数量的内侧散热片单元直接连接。每个热电模组所用TEC组件可靠性等级较高、但对TEC组件厚度误差要求不高，直接降低了TEC组件的加工成本，极大方便了热电模组所用TEC组件的组装和日后维修工作，同时降低组装和运行时产生的应力对TEC组件造成的损伤。在外侧散热片一侧直接加装了直流智能调节模块为热电模组内TEC组件工作电流通过计算机或控温仪表连续PID调节提供执行元件，还可以再加装智能型数显控温仪表，使热电模组使用功能更完整；加装的温度继电器进一步提高外侧风扇和TEC组件使用寿命。

Description

热电半导体空调模组

技术领域

本实用新型涉及一种热电半导体空调模组及蓄电池柜，它是密闭容器内气候的人工控制技术。具体说，本实用新型涉及新的蓄电池柜用TEC(Thermoelectric Cooler，半导体致冷器)热电半导体空调模组。 

背景技术

众所周知，蓄电池组是通讯用直流电源系统中的重要组成部分，相当于备用电源，是通讯直流电源系统的最后一道防线。近年来新建室外基站的比例逐年提高，而室外基站一般处于偏远地区，电力保障程度较差。如果蓄电池经常处于高温同时电网频繁停电的恶劣应用环境，蓄电池故障会逐渐增多，甚至大量损坏。影响蓄电池使用寿命的主要因素是：环境温度越高，蓄电池的使用寿命越短。蓄电池设计使用寿命要求使用温度不超过25℃。当环境温度高于25℃时，每上升10℃，蓄电池使用寿命就会缩短一半。 

此外，电网频繁停电也会降低蓄电池的使用寿命。蓄电池的放电次数、放电深度都直接影响蓄电池使用寿命。放电次数越多、放电深度越深，蓄电池的使用寿命越短。一般说来，通讯运营商无力改善电网条件，或者改善电网条件的成本太高、无法承受。比较实际的是从降低蓄电池实际工作温度入手来提高蓄电池的使用寿命。 

室外蓄电池柜传统散热方式是用风扇直通风或热交换器，但是这两种方式都无法使柜内温度低于柜外环境温度。对于高温地区的应用环境，必须通过主动散热才能使室外蓄电池柜的柜内温度低于环境温度。 

对室外蓄电池柜制冷降温要增加蓄电池柜的采购成本，同时在制冷降温运行时也要消耗一定的能源。但是在高温地区由于制冷降温能使蓄电池工作在最佳温度范围，避免了因高温造成的使用寿命过低而成批更换蓄电池，从而节省了因成批更换蓄电池引起的采购成本、相关运输费用和人工费用。这不光降低了运营商的运营维护成本，同时蓄电池使用寿命大幅度提高有效保障了通讯网络运行的安全可靠度，这也会改善运营商的客户满意度。 

要把蓄电池柜内温度降低到环境温度以下，目前使用最多的仍然是传统压缩机空调。在业界把TEC热电半导体空调模组用到蓄电池柜上进行了大胆地尝试。蓄电池在放电和正常充电时(只要不过充电)基本不发热，因此室外蓄电池柜需要的制冷量很小。据测算，通常情况下室外蓄电池柜只要有200W-400W的制冷量就够了。实际上室外蓄电池柜降温需要的制冷量基本上就是蓄电池柜的保温能力。因此只要适当加强保温隔热能力，需要的制冷量就会更低。这就为采用新兴的TEC热电半导体空调模组提供了实际可能。而且和传统的压缩机空调相比，还具有以下优势： 

1、结构简单、可靠性高。整个TEC空调制冷器实际上主要由热电半导体组件和导线 连接而成，不需要压缩机，本身没有机械转动部件(除风扇电机外)，理论上可靠性高、使用寿命长。 

2、制冷不受交流电停电影响。由于本身采用直流48V供电，而且恒温时功耗很低，因此在交流停电时同时转由蓄电池给TEC热电半导体空调模组供电。 

3、体积小，重量轻，特别适合室外柜安装。 

4、维护特别方便，既没有制冷剂泄漏的补充，也没有压缩机转动维护。维护工作主要是防止防虫网被堵住，因此工作量很小。 

5、既可制冷也可制热。改变工作电流就可以改变制冷量大小，因此容易实现精密控温和远距离遥控。 

6、绿色环保。没有制冷剂，环境友好。 

不用违言，目前业内使用的现有技术提供的TEC热电半导体空调模组，大都是8年前设计的。由于产品结构设计和组装工艺本身存在问题，再加上选择的热电半导体组件可靠性等级偏低，造成现有技术产品使用寿命长短不一。主要表现在： 

1、现有技术提供的热电空调模组，由于国内多数厂家本身不了解TEC热电半导体组件有高可靠和普通等级之分(高可靠TEC热电半导体组件是近年来才出现的产品，与普通等级产品相比，两者外观完全相同，价格相差近一倍)，也不会识别。如果选择普通等级TEC热电半导体组件组装热电空调模组，本身就无法保障热电半导体空调模组的使用寿命。 

2、现有技术提供的热电空调模组都是把同一规格的多个TEC组件(比如12片)，组装并紧固在内外各一个整块的铝质散热片内，因此对所用TEC组件厚度误差要求很高。这不光增加TEC组件加工成本(价格高的原因之一)，同时对热电空调模组组装工艺要求也很高。由于内外散热片都采用整块结构，即使选用可靠性较高、厚度误差很小的TEC组件，也无法避免组装应力，特别是TEC使用时还要产生热应力。一般说来，面积越大应力影响也越大，对TEC组件的损伤进而降低其使用寿命的影响也越大。另外整块散热片结构组装工艺难度也大，同时当热电空调模组内的TEC组件部分出现故障时维修成本也大。 

3、现有技术提供的热电空调模组在内外散热片上虽然安装了温度继电器，用于在温度过高时切断TEC组件工作电流。问题是采用有触点的温度继电器作为保护元件直接串联在TEC组件工作电流回路中，本身增加了不可靠因素。 

4、现有技术提供的热电空调模组本身没有设计能对TEC组件工作电流进行连续PID调节运行的执行元件。使用者由于不了解往往采取最简单的工作电流两位置调节(接通与关闭电流)，既增加热电空调模组运行功耗，也会减少TEC组件使用寿命。 

综上所述，针对现有技术的不足，必须以提高热电半导体空调模组可靠性为主要目标，采用可靠性高成本不高的TEC组件，从降低应力对TEC组件影响入手，加装智能型控温元器件来增加热电空调模组使用功能。同时新技术提供的热电空调模组使用时耗电更少， 可靠性更高，使用更简单，维修也方便。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新的热电半导体空调模组及蓄电池柜。它是改进的用于室外蓄电池恒温柜的TEC热电半导体空调模组，可以克服现有技术的不足。本实用新型结构简单，功能齐全，安全可靠，安装容易，维修方便，能进一步节省运行能耗。 

本实用新型提供的一种新的热电半导体空调模组(以下简称热电模组)包括： 

每个热电模组内用一组同一规格TEC热电半导体组件(以下简称TEC组件)，其每一个TEC组件的热面和共用的一个外侧散热片单元组装在一起，其每一个TEC组件的冷面则和相互独立的内侧散冷片单元单独组装。 

每个热电模组内所用TEC组件的冷面和内侧散热片单元之间不再安装传统的导冷块。 

本实用新型提供的一种新的TEC热电半导体空调模组，包括TEC组件、外侧散热片单元、内侧散热片单元、外侧散热风扇、内侧散热风扇、外侧风扇罩、内侧风扇罩、隔热垫、直流智能调节模块、温度继电器、智能型数显温控仪表及配套温度传感器。其中： 

每个热电模组都有一组同一规格的TEC组件(8、10、12片)。同组TEC组件的热面安装在同一个外侧散热片单元，通过外侧风扇罩共用一个外侧散热风扇；其同组TEC组件的冷面不再通过导冷块，而是直接和同一规格而且相互独立的一组内侧散热片单元安装在一起，通过内侧风扇罩共用一个内侧散热风扇。 

隔热垫位于内、外侧散热片单元之间。除TEC组件冷、热面本身所占用的面积外，内外侧散热片之间用隔热垫把热电模组的冷热功能直接分开。 

在外侧风扇罩和外侧散热片之间直接加装直流智能调节模块。同时在外侧散热片上加装温度点不同的温度继电器，在内侧散热片上也加装温度继电器。 

如果用户不用计算机直接进行控温，也可以在外侧风扇罩上再加装一个智能型数显控温仪表，在内测风扇进风口加装与控温仪表配套的温度传感器。 

所述的直流智能调节模块主回路直接和TEC组件串联，其控制回路直接和计算机或控温仪表控制端相连。 

所述的温度传感器固定在内侧风扇进风口，并与计算机或智能型数显控温仪表相连，提供柜内实际温度信号。 

所述的智能型数显温控仪表是在没有用计算机控温的情况下，可以直接和直流智能调节模块控制端连接，独自形成数显控温功能完整的热电半导体空调模组。 

在外侧散热片上固定设有二个温度继电器，其中一只选用常温(如25℃)常开型，串联在外侧风扇电机回路中；只有在环境温度高于常温(25℃)需要热电模组制冷运行时，外侧风扇电机才接通维持电压；另一只选用略高温度(如35℃)常开型，串联在外侧风扇电机回路中；只有在环境温度高于35℃需要更高通风量散热时，外侧风扇电机才接通较高额定电压。这样就能达到最大限度减少外侧风扇使用时间及强度的目的。 

在内侧散热片、外侧散热片上分别固定更高温度的常开型继电器(如65℃)，全部并联在直流智能调节模块的输入控制端。当内、外侧散热片温度不论何种原因高于65℃时，均能通过直流智能调节模块及时切断TEC组件工作电流，确保TEC组件使用寿命。 

本实用新型提供的一种新的热电半导体空调模组直接用于制造保温隔热能力强的蓄电池柜，该蓄电池柜由包括安装在柜内的TEC热电半导体空调模组。 

本实用新型提供的一种新的TEC热电半导体空调模组(以下简称热电模组)，其主要改进为： 

同一个热电模组所用TEC组件(8-12片)，本身必须是安全、高可靠的TEC组件。但是对TEC组件之间厚度误差没有很高的要求，因此降低了TEC组件的生产成本。 

同一个热电模组所用TEC组件(8-12片)其热面仍然共用同一片散热器，其冷面改成和TEC组件数量相同的单个独立散冷器直接相连。与现有产品相比，不再共用同一块散冷器，同时也取消了夹在每个TEC组件冷面与散冷器之间的导冷块，既降低材料成本，也降低组装难度，同时也达到降低组装和使用时应力对TEC组件的损伤的目的。 

同一个热电模组本身在热面散热器表面加装一个直流智能调节模块。它作为TEC组件工作电流的无触点执行元件，串联在TEC组件主回路中，不光代替原有的带触点的温度继电器，提高了TEC组件使用可靠性，同时又为采用仪表或计算机连续PID控温提供方便条件。 

同一个热电模组本身在热面散热器表面再加装两个温度点不同的温度继电器，保护外侧散热风扇电机。同时在内外侧散热片表面再各加装一个温度继电器，在散热片温度过高时该温度继电器能通过直流智能调节模块无触点开关功能直接切断TEC组件工作电流。 

根据要求，既可以用计算机，也可以在同一个热电模组本身再加装一个数显控温度仪表，和已加装的直流智能调节模块一起实现对TEC组件工作电流进行连续PID调节，进一步节省运行能耗，提高热电模组的TEC组件的使用寿命，同时对柜内实际温度直接数显并控温，完善热电模组使用功能。 

总之，本实用新型提供的一种新的蓄电池柜用热电半导体空调模组，其特点： 

对于热电模组来说，利用热电组件本身的热电特性，只要对TEC组件通入直流电，TEC组件一个表面制冷，另一个表面同时制热；与现有热电模组不同，本热电模组所用同组同一规格TEC组件(比如12片)，每一个TEC组件的冷面与内侧散冷片之间不再用导冷块连接；同时每个散冷片都是独立分开的；对所用TEC组件的厚度误差没有必要再提出严格要求；这极大地方便了热电模组的组装和日后维修，同时也极大地降低了组装和使用时应力对TEC组件造成的损害。加装的直流智能调节模块为热电模组内TEC组件工作电流进行连续PID调节提供执行元件。加装的智能型数显控温仪表使热电模组使用功能更完整。加装的两个温度继电器可以延长外侧风扇使用寿命。在内外散热片温度过高时加装的另两个温度继电器可以通过直流智能调节模块直接切断TEC组件工作电流，进而延长 TEC组件的使用寿命。热电模组的隔热垫不光把TEC组件的冷热功能分开，同时也便于用户把热电模组安装在蓄电池机柜上。 

本实用新型涉及的蓄电池机柜的主体部分属公知技术，本文不再累述。只是强调和现有机柜不同的是要加厚保温隔热层，使之漏热量更小，这样和本实用新型提供的TEC热电空调模组结合在一起，才能取得使用寿命更长也更节能的效果。 

本实用新型的目的是提供一种新的TEC热电半导体空调模组，克服了现有技术的不足。本实用新型结构简单，功能齐全，安全可靠，安装容易，维修方便，节省能耗，环境友好。具有明显的经济效益和社会效益。 

附图说明

附图1是一个TEC热电半导体空调模组的立体示意图。 

附图2是一个TEC热电半导体空调模组组成部分相关位置立体示意图。 

附图3是一个TEC热电半导体空调模组相关功能电气连接示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。但并不是对本实用新型作任何限制。 

如图1所示，图1是一个TEC热电半导体空调模组的立体示意图。其中，1为外侧风扇，2为外侧风扇罩，3为外侧散热片，4为TEC组件(由于组装在内部，在附图2才有具体显示)，5为内侧散冷(热)片，6为内侧风扇罩，7为内侧风扇，8为内侧温度传感器，9为智能型数显控温仪表，10为直流智能调节模块，11为温度继电器，12为隔热垫片。 

如图2所示，图2是一个TEC热电半导体空调模组组成部分相关位置立体示意图。 

如图3所示，图3是一个TEC热电半导体空调模组有关功能电气连接示意图。其中，TEC组件4在附图中用TEM标识，直流智能调节模块用DZW标识。 

具体实施方式是，把隔热垫片12按图纸位置贴到外侧散热片3上；把经过确认合格的TEC组件4按照有关功能电气连接方式连接好，接着涂好导热硅脂后把热面逐个贴到隔热垫片预留空位里；再把内侧散冷片5涂好导热硅脂，按位置逐个贴到TEC组件冷面上；用带有尼龙隔热垫的不锈钢螺钉按照现有技术把外侧散热片3、同一组TEC组件4、同一组内侧散冷片5和隔热垫片12紧固在一起；根据需要把各个温度点的温度继电器11装到外侧散热片3和内侧散冷片5上；再把外侧风扇罩2固定在外侧散热片上；把外侧风扇1装配到外侧风扇罩上；同样，把内侧风扇罩6固定在内侧散冷片5上，把内侧风扇7装配到内侧风扇罩6上；再把直流智能模块10紧固在外风扇罩1上；把内侧温度传感器8固定在内侧风扇7进风口相应位置；根据需要再把智能型数显控温仪表9装配到外侧风扇罩1上。 

全部组装后把相关部件按有关功能电气连接示意图(附图3)连接。附图3中TEM表示TEC组件4，相互之间先串联再并联；示意图3中DZW表示直流智能调节模块10； TEM和DZW串接在直流48v电源上，由智能型数显控温仪表9或计算机提供控制信号，对TEC组件实施连续PID电流调节，对蓄电池柜内温度实现精密数显控温，同时更加节能，并且进一步延长TEC组件使用寿命。另外，和现有技术产品不同，把固定在外侧散热片上的温度继电器常开触点11直接连接在外侧风扇1电机回路里，只有外侧散热片温度因制冷需要散热时才接通较低供电电压，而在外侧散热片温度较高时才接通较高供电电压，进一步延长外侧风扇使用寿命；同时，固定在内、外侧散热片上的温度点较高的温度继电器常开点11直接并联在直流智能调节模块控制端10上，只要内、外侧散热片温度超过许可值，该温度继电器触点11转为闭合，即时切断TEC工作电流，达到进一步延长TEC组件使用寿命。 

本实用新型的温度继电器的安装可选择： 

在外侧散热片上固定二个温度继电器，其中一只选用25℃常开型，串联在外侧风扇电机回路中；只有在环境温度高于25℃因此需要模组制冷运行时，外侧风扇电机才接通维持电压；另一只选用35℃常开型，串联在外侧风扇电机回路中；只有在环境温度高于35℃时，需要更高通风量散热时，外侧风扇电机才接通较高额定电压。这样就能达到最大限度减少外侧风扇使用时间及强度的目的。 

在内侧散热片、外侧散热片上分别固定65℃常开型温度继电器，全部并联在直流智能调节模块的输入控制端。当内外侧散热片温度不论何种原因高于65℃时，均能通过直流智能调节模块及时切断TEC组件工作电流，确保TEC组件使用寿命。 

本实用新型提供了一种更先进的热电模组，克服了现有技术的不足。本实用新型热电半导体模组具有环境友好，结构简单，功能齐全，安全可靠，节省能耗的特点，一体化总成结构极大的方便了热电模组的安装、使用和维修，提高了使用的经济性。除通讯用室外蓄电池柜的使用外，也为其他行业及场合使用精密空调控温提供了可能。 

Claims (9)

1.一种热电半导体空调模组，其特征在于：

每个热电模组内所用TEC组件的热面和共用的一个外侧散热片单元组装在一起，和TEC组件的冷面组装在一起的内侧散冷片单元是相互独立分开。

2.按照权利要求1所述的热电半导体空调模组，其特征在于所述的每一个TEC组件和内侧散热片单元之间不再安装导冷块。

3.一种热电半导体空调模组，包括TEC组件、外侧散热片单元、内侧散热片单元、外侧散热风扇、内侧散热风扇、外侧风扇罩、内侧风扇罩、隔热垫、直流智能调节模块、温度继电器、智能型数显温控仪表及配套温度传感器，其特征在于：

每个热电模组都有一组同一规格的TEC组件；同组TEC组件热面安装在同一个外侧散热片单元，通过外侧风扇罩共用一个外侧散热风扇；其同组TEC组件冷面不再通过导冷块，而是直接和同一规格而且相互独立的一组内侧散热片单元安装在一起，通过内侧风扇罩共用一个内侧散热风扇；

隔热垫位于内、外侧散热片单元之间，除热电组件冷、热面所占用的面积外，内、外侧散热片之间用隔热垫把热电模组的冷热功能直接分开；

在外侧风扇罩和外侧散热片之间直接加装直流智能调节模块，同时在外侧散热片上加装温度点不同的温度继电器，在内侧散热片上也加装温度继电器。

4.按照权利要求3所述的热电半导体空调模组，其特征在于在不使用计算机直接进行控温时，则在外侧风扇罩上再加装一个智能型数显控温仪表，在内测风扇进风口加装与控温仪表配套的温度传感器。

5.按照权利要求3所述的热电半导体空调模组，其特征在于所述的直流智能调节模块主回路直接和TEC组件串联，其控制回路直接和计算机或控温仪表控制端相连。

6.按照权利要求3所述的热电半导体空调模组，其特征在于所述的温度传感器固定在内侧风扇进风口，并与计算机或智能型数显控温仪表相连，提供柜内实际温度信号。

7.按照权利要求3所述的热电半导体空调模组，其特征在于所述的智能型数显温控仪表是在没有用计算机控温的情况下，可直接和直流智能调节模块控制端连接，独自形成数显控温完整功能的热电模组。

8.按照权利要求3所述的热电半导体空调模组，其特征在于在外侧散热片上固定设有二个温度继电器，其中一只选用常温常开型，串联在外侧风扇电机回路中；只有在环境温度高于常温因此需要模组制冷运行时，外侧风扇电机才接通维持电压；另一只选用略高于常温常开型，串联在外侧风扇电机回路中；只有在环境温度更高、需要更高通风量散热时，外侧风扇电机才接通较高额定电压。

9.按照权利要求3所述的热电半导体空调模组，其特征在于在内侧散热片、外侧散热片上分别固定更高温度的常开型继电器，全部并联在直流智能调节模块的输入控制端；当内侧散热片、外侧散热片温度不论何种原因高于许可温度时，均能通过直流智能调节模块及时切断TEC组件工作电流。 

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