CN202420024U

CN202420024U - 可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱

Info

Publication number: CN202420024U
Application number: CN2011205055750U
Authority: CN
Inventors: 毛宝龙; 姜大成; 甘久亮
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-12-08

Abstract

本实用新型公开了一种可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，一种可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，其特征在于，包括外部散热翅片（1），水泵（2），半导体制冷片（4）箱体（5），制冷/加热控制按钮（8），温度显示器（9），箱体（5）设置密封，箱体（5）背侧设置制冷系统，在箱体（5）正面上侧设置制冷/加热控制按钮（8）、温度显示器（9），在箱体背侧下部放置制冷箱的电源以及电路控制系统，制冷片之间采用并联连接。本实用新型采用水循环冷却系统可以增强半导体制冷片的制冷量和制冷效率；使用小型换热水箱，可以解决水如何与半导体片之间进行换热的问题；设计中的运动部件功率小，噪音小；将制冷/热于一体，既满足夏天对凉饮的需求，又满足冬天对热饮的需要，相比配备制冷和制热两套设备更加方便，占用空间小，且节省材料及成本。

Description

可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱

技术领域

本实用新型涉及一种家用电器，特别涉及一种可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越多的人们追求高质量的生活方式。目前，在家庭、办公室以及汽车等交通工具上，由于冬天温度低，我们需要购买加热器方能喝上热（温）水，夏天温度较高，需要购买一冰箱，才能喝到可口凉爽的冷饮，如此则需要冷热两种设备，不仅造价高，且占据较大的空间，并且会产生轻微噪声，极易影响专心思考的办公室等人员的思路，对于某些高贵的人群，如果需要喝某一特定温度下的水，以及特定温度下的饮品或酒水（如此则可使其口味最佳），采用现在的设备都不易简单实现，因此我们设计一可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱。

半导体制冷是近年来国际上迅速发展的一项高新技术, 其原理是利用半导体材料的温差效应, 当直流电通过由两种不同的半导体材料串联成的电偶时, 在半导体材料的冷端，电子的运动吸收热量，并穿过半导体材料，在热端放出热量。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定，半导体制冷原理基于以下三点效应：塞贝克效应、帕尔贴效应、汤姆逊效应。

发明内容

半导体制冷片一端制冷一端制热，如果将其电源反接，即可反向制冷（热）。因此我们设计采用半导体制冷（热）系统，它无运动部件，基本无噪声，又可将制冷制热两种方式结合起来，因此大大节省设备所占空间，而且对思考人群的影响也极其微小。但是半导体制冷的COP非常低，它的制冷量更是与半导体片冷热端的热量能否及时散出密切相关，因此，如何将制冷片冷热端的热量及时散出是本次设计的关键部分；另外，需要设计一电路控制系统，以便能实现半导体冷热两用箱的温度控制。一种可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，其特征在于，包括外部散热翅片1，水泵2，半导体制冷片4箱体5，制冷/加热控制按钮8，温度显示器9，箱体5设置密封，箱体5背侧设置制冷系统，在箱体5正面上侧设置制冷/加热控制按钮8、温度显示器9，在箱体背侧下部放置制冷箱的电源以及电路控制系统，制冷片之间采用并联连接。在所述箱体5内部，紧贴制冷片安装内部散热翅片6，内部散热翅片6直接与制冷片内表面接触，并通过导热硅胶连接。所述内部散热翅片6外部安装小型风扇7。所述小型风扇7为2W电脑风扇。在所述半导体制冷片4外侧设置小型换热水箱3，并通过导热硅胶连接。所述箱体5外部设计了一套水循环系统，包括半导体制冷片10，11，小型水泵12，翅片13，水管14，三通15，半导体制冷片10、11和小型水泵12通过水管14和三通15连接。所述可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括单片机控制系统、温度显示器、制冷器件驱动电路、半导体制冷组件、温度检测装置、电压采样设备，温度显示器、输入端、温度监测装置与制冷器件驱动电路分别与单片机控制系统连接，制冷器件驱动电路连接半导体制冷组件，半导体制冷组件连接温度检测装置。

本设计制作一个小型的制冷/热箱，根据帕尔贴效应，利用半导体制冷片作为制冷（热）机，此次设计使用两片半导体制冷片来实现制冷\热功能。为了解决散热问题，本设计在箱体内部紧贴制冷片安装一短叶翅片，以便扩大箱体内部散热面积，并且在翅片外部安装一2W电脑风扇，使箱内空气进行强制对流循环，以便箱内温度分布均匀，提高半导体制冷片的制冷效率（以往试验经验表明，安装风扇效果比未安装效果好）；我们知道水冷散热的导热系数大约是空气对流散热的几倍甚至10倍左右，但由于水冷散热系统庞大且复杂，因此目前一般的家用冰箱都采用风冷系统。本设计由于箱体体积较小，半导体片需要的散热要求比较高，且目前小型水泵在市场上也非常普遍，因此在箱体外部设计了一套水循环系统来实现半导体制冷片与外界环境之间的换热，来提高半导体制冷片的制冷（热）量。为了避免冷却水外泄的问题，冷却水不能直接流过半导体片表面，因此我们设计一小型换热水箱来进行水与制冷片之间的换热（具体设计方式如下图）。同时，通过使用一套温度控制系统来实现两用箱的制冷（热）效果，如此即可用来加热或冷却所需设定温度下的饮品，温度范围大致为：10～60℃。

半导体制冷不使用制冷剂，也没有复杂的转动部件，因此工作稳定，噪声特别小，制冷速度快，对环境无污染而且温度控制准确，装置体积小、重量轻，使用携带方便；相比于风冷，采用水循环冷却系统可以增强半导体制冷片的制冷量和制冷效率；使用小型换热水箱，可以解决水如何与半导体片之间进行换热的问题；设计中的运动部件只有一小型水泵和内部一小型风扇，由于它们的功率都特别小，因此同等条件下，比压缩式制冷产生的噪音还要小；可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱将制冷/热于一体，即满足夏天对凉饮的需求，又满足冬天对热饮的需要，相比配备制冷和制热两套设备更加方便，占用空间小，且节省材料及成本。

附图说明图1 半导体制冷原理图。图2 可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱整体图。图3可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱分解图。

图4 小型换热水箱结构图，采用水冷却循环需要将冷却水流过整个半导体制冷片的表面，由于水是流体，因此不能直接与半导体片接触，为此，我们设计一个和半导体片一般大小，高度为12mm的小型换热水箱，为了提高水在水箱内的换热效率，除了控制其在湍流流动条件以外（控制水泵流量），在水箱内部又设计了如图所示挡板结构，以增加水循环的换热面积(提高换热量)，并且防止水在换热水箱内流动不完全。图5 冷却水循环系统原理图，整个冷却水循环系统示意图如上所示：10、11——半导体制冷片，直接接触的换热水箱；12、小型水泵，用于提供水循环动力；13、翅片，用于冷却水箱中的热水；14、水管，连接各部件；15、三通，将冷却水并联入一根管中。

图6 温度控制系统总体框图。图7温度控制系统主程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步解释说明。

实施例1

设计一外部尺寸为20×20×35cm的小型制冷箱，制冷箱外箱体、内部保温材料及型式结构与家用冰箱大体相同。在箱体正面上侧设置制冷或加热、温度调节按钮以及温度显示装置，下侧设置箱门，并设置密封，箱体背侧放置整个制冷箱的制冷系统，本设计采用水冷半导体片的制冷（热）方式，内部采用翅片组直接与制冷片内表面接触（其间用导热硅胶连接），以便制冷片的冷（热）量能够及时的传到箱体内部，翅片的高度不能过大，以便增加箱体内部可利用面积，经以前试验结果显示，在翅片表面再增设一小型风扇，虽然增加了箱体内部的产热，但可以明显加强箱体内部空气对流效果，使箱体内部温度分布均匀。制冷片外侧的小型换热水箱以及内部翅片与半导体片的接触需紧密（用导热硅胶连接），通过流动的冷却水将半岛体片外表面的热量带走，以便半导体片能保持在理想工况条件下工作，整个冷却水循环的连接部分需紧密，以防止漏水，两个制冷片之间采用并联连接，以便制冷片在相同环境下工作。在箱体背侧下部放置制冷箱的电源（直流变压器）以及电路控制系统。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，其特征在于，包括外部散热翅片（1），水泵（2），半导体制冷片（4）箱体（5），制冷/加热控制按钮（8），温度显示器（9），箱体（5）设置密封，箱体（5）背侧设置制冷系统，在箱体（5）正面上侧设置制冷/加热控制按钮（8）、温度显示器（9），在箱体背侧下部放置制冷箱的电源以及电路控制系统，制冷片之间采用并联连接。

2.如权利要求1所述的可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，其特征在于，在所述箱体（5）内部，紧贴制冷片安装内部散热翅片（6），内部散热翅片（6）直接与制冷片内表面接触，并通过导热硅胶连接。

3.如权利要求1或2所述的可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，其特征在于，在所述内部散热翅片（6）外部安装小型风扇（7）。

4.如权利要求3所述的可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，其特征在于，所述小型风扇（7）为2W电脑风扇。

5.如权利要求1、2或4任意一项所述的可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，其特征在于，在所述半导体制冷片（4）外侧设置小型换热水箱（3），并通过导热硅胶连接。

6.如权利要求5所述的可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，其特征在于所述箱体（5）外部设计了一套水循环系统，包括半导体制冷片（10），（11），小型水泵（12），翅片（13），水管（14），三通（15），半导体制冷片（10）、（11）和小型水泵（12）通过水管（14）和三通（15）连接。

7.如权利要求5或6所述的可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱，其特征在于所述的可控温度的水冷式小型半导体冷热两用箱还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括单片机控制系统、温度显示器、制冷器件驱动电路、半导体制冷组件、温度检测装置、电压采样设备，温度显示器、输入端、温度监测装置与制冷器件驱动电路分别与单片机控制系统连接，制冷器件驱动电路连接半导体制冷组件，半导体制冷组件连接温度检测装置。