CN207693298U - 一种组装式风冷双温双控半导体空调床 - Google Patents
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Abstract
一种组装式风冷双温双控半导体空调床，它主要包括床、TEC半导体制冷组件及其控制电路。TEC半导体制冷组件安装在床板上，它主要包括2块串接的TEC1‑12706半导体制冷片、蓄冷块、铝吸热板、铝型材散热器、超静音微型风扇(12VDC,1000rpm)和两个温度控制器。组装式风冷双温双控半导体空调床采用12VDC安全电压配置、双温度控制器和铝吸热板三重防过冷保护设计和防止铝吸热板结露设计，双温度控制器设计可以有效防止空调床过冷，安全性强。组装式风冷双温双控半导体空调床技术方案制造成本低，运行能耗低(仅36W左右)，10小时耗电≤0.5KW·h,是一种利用成熟技术的集成创新技术方案。
Description
技术领域
本发明专利属工程热物理学科之制冷与空调技术领域。
背景技术
房间空调器目前多为定速空调或变频空调，10m2房间多采用1匹空调，因能效比不同，输入功率在700W～1000W之间。建筑物、家具等热容量大，而夜间人睡眠时新陈代谢慢，散热量低，仅为92W左右(27℃气温)，大马拉小车，节能潜力巨大。
夏季大部分夜间气温在27℃～32℃，与舒适空调气温24℃～26℃相差不大。房间空调器大多无新风或新风量小，进出空调房间冷热冲击大，空调病发病率高。因此，采用全新风(开窗)房间局部空调，是一种针对性强的节能技术方案。
通过专利检索发现目前房间局部空调(全新风)多为空调蚊帐、空调床垫或半导体空调器，这些技术方案相对复杂，造价较高，商业化难度大。直冷半导体空调床(专利号201620536922.9)结构复杂，组装式半导体空调床(专利号ZL 201210256082.7)也存在气温较高时制冷效率低的缺点。
发明内容
本发明针对目前房间空调器能耗大，而夜间睡眠时人体散热量低的矛盾，提出一种组装式风冷双温双控半导体空调床这一针对性强、健康、节能、静音的技术方案，它利用半导体制冷(热电制冷)技术，创造出一种全新风房间局部空调，是一种充分利用现有成熟技术的集成创新技术方案。组装式风冷双温双控半导体空调床，它主要包括床、TEC半导体制冷组件及其控制电路。TEC半导体制冷组件安装在床板上，它主要包括2块串接的TEC1-12706半导体制冷片、蓄冷块、铝吸热板、铝型材散热器、超静音微型风扇(12VDC,1000rpm)和两个温度控制器。夏季夜间，半导体制冷片使床上竹席下的铝吸热板温度降低到26℃～28℃，消除人体与床的局部过热，降低人体平均皮肤温度，使人感到舒适。
一种组装式风冷双温双控半导体空调床，包括床板上的竹席、铝吸热板、床板、TEC半导体制冷组件及其控制电路，TEC半导体制冷组件包括2块串接的TEC1-12706半导体制冷片、蓄冷块、铝吸热板、铝型材散热器和超静音微型小风扇；
铝吸热板和TEC半导体制冷组件直接安装在床板上下两侧；床板上开方孔，蓄冷块安装于床板方孔内，TEC半导体制冷片安装于蓄冷块下方，蓄冷块下方接TEC半导体制冷片冷端，TEC半导体制冷片热端散热采用铝型材散热器加超静音微型风扇强制对流散热方案，超静音微型风扇固定在铝型材散热器下方；床下四周封闭，空气由床头底部的开孔进入，热空气从床尾的床板上的开孔流出；
两个串联的电子温度控制器包括第一电子温度控制器、第二电子温度控制器，第一电子温度控制器的热敏电阻温度传感器、第二电子温度控制器的热敏电阻温度传感器安装在TEC 半导体制冷片的固定盒子内，并紧贴蓄冷块左右两侧，用以检测并通过第一电子温度控制器、第二电子温度控制器控制铝吸热板温度并可以有效防止其过冷，第一电子温度控制器、第二电子温度控制器的设定值相同；采用双金属片温度控制器紧贴安装在TEC半导体制冷片热端上，以防止TEC半导体制冷片热端过热。
风冷和低噪音设计
组装式半导体空调床(专利号ZL 201210256082.7)采用空气与开缝(阵列)平行翅片铝型材散热器自然对流换热，虽然通过L型热桥可以强化空气自然对流换热效果，但在气温较高时制冷效率不高。
因此，采用3个开缝(阵列)平行翅片铝型材散热器加超静音微型风扇(12VDC,1000rpm) 风冷(强制对流散热)方案可以有效提高半导体制冷效率。通过分压电阻(85欧左右)降低微型风扇运行电压，使超静音微型风扇(12VDC，2W左右)电机转速有2300rpm降低至1000rpm, 以有效控制噪音至10分贝左右。
三重防过冷安全设计
“夏不睡石，秋不睡板。”一旦人体失去热平衡，就容易导致体温过低，造成生命危险或埋下疾病祸根。因此，防过冷保护至关重要。
最大制冷量限制防过冷设计
本发明对人体热舒适做了充分研究，计算出人体睡眠时需要的制冷量为13.8W，考虑到竹席的热容量和铝吸热板与空气的换热，TEC1-12706半导体制冷片的总制冷量为14.4W～ 21.6W是合适的。
双温度控制器防过冷保护
采用双温度控制器方案，有效降低了温度控制器因为触点粘连而造成的铝吸热板过冷的几率。假设单温度控制器的继电器触点粘连的概率为千分之一，则双温度控制器方案的继电器触点粘连的概率为百万分之一。
资料表明，人体皮肤平均温度为33.5℃，人体衣着与皮肤的表面温度为30℃，考虑到竹席的热阻，铝吸热板设定温度为26℃～28℃是合适的。
自限性防过冷保护
根据TEC1-12706半导体制冷片的性能曲线图，冷、热两端的传热温差↑或↓→制冷量↓或↑。
当热敏电阻温度传感器坏或电子温度控制器发生故障，铝吸热板温度过低→传热温差↑→制冷量↓→铝吸热板温度↑，当单片传热温差为67K，制冷量→0。
另一方面，当制冷量↑→TEC热端温度↑→传热温差↑→制冷量↓
因此，本方案具有自限性防过冷保护功能。
TEC热端过热保护
由于采用两块TEC1-12706半导体制冷片同方向依次排列串联，TEC1-12706半导体制冷片冷热两端最大传热温差为67℃×2＝134℃,而且冷、热两端的传热温差↑→制冷量↓，因此有必要控制TEC1-12706半导体制冷片冷热两端的传热温差。另一方面，TEC半导体制冷片热端温度过高，极易损坏TEC半导体制冷片。为此，本方案采用紧贴在TEC1-12706半导体制冷片热端的双金属片温控器(常闭，55℃断电)来实现TEC热端过热保护。
有益效果
目前房间空调器多为定速空调或变频空调，10m2房间多采用1匹空调，因能效比不同，输入功率在700W～1000W之间。组装式风冷双温双控半导体空调床采用12VDC安全电压配置、双温度控制器和铝吸热板三重防过冷保护设计、防止铝吸热板结露设计，双温度控制器设计可以有效防止空调床过冷，安全性强。铝型材散热器加超静音微型风扇(12VDC,1000rpm) 风冷方案可以有效提高半导体制冷效率，并有效控制噪音至10分贝左右。组装式风冷双温双控半导体空调床技术方案材料成本低，运行能耗低(仅36W左右)，10小时耗电≤0.5KW·h，是一种静音、健康、节能、舒适的全新风房间空调技术方案，一种利用成熟技术的集成创新技术方案。
附图说明
图1是TEC半导体制冷片主电路图；
图2是TEC半导体制冷组件组装图；
图3是图2的A向视图。
其中，100－直流稳压电源，200－主开关，300－双金属片温度控制器，400－TEC1-12706 半导体制冷片，500-第一电子温度控制器，600－第二电子温度控制器，700－超静音微型风扇电机，800－分压电阻；1－竹席，2－铝吸热板，3－床板，4－蓄冷块，5－铜板，6－铝型材散热器，7－超静音微型风扇，8-第一电子温度控制器的热敏电阻温度传感器，9－第二电子温度控制器的热敏电阻温度传感器，10－TEC固定盒子，11、12－隔热减震保温棉板。
具体实施方式
改善传热措施
为有效降低接触热阻，在安装TEC制冷片、蓄冷块、铝吸热板和铝型材散热器时，凡存在接触热阻的地方，必须清理干净并涂上导热硅脂，以改善传热。
如图1至图3所示，一种组装式风冷双温双控半导体空调床，包括直流稳压电源100、主开关200、双金属片温度控制器300、TEC1-12706半导体制冷片400、第一电子温度控制器500、第二电子温度控制器600、超静音微型风扇电机700、分压电阻800、竹席1、铝吸热板2、床板3、蓄冷块4、铜板5、铝型材散热器6、超静音微型风扇7、第一电子温度控制器的热敏电阻温度传感器8、第二电子温度控制器的热敏电阻温度传感器9、TEC固定盒子 10、隔热减震保温棉板11、隔热减震保温棉板12。
具体的，
直流稳压电源100为12VDC,3.2A；
双金属片温度控制器300为常闭，55℃断电；
TEC1-12706半导体制冷片400为2片串联；
第一电子温度控制器500、第二电子温度控制器600设定温度在26℃～28℃；
超静音微型风扇电机700为12VDC，1000rpm左右；
分压电阻800为85欧左右。
两片TEC1-12706半导体制冷片400同方向依次排列串联后接入由12VDC稳压电源100 供电的主电路中。第一电子温度控制器500和第二电子温度控制器600设定温度均为26℃～ 28℃，第一电子温度控制器的热敏电阻温度传感器8、第二电子温度控制器的热敏电阻温度传感器9安装在TEC半导体制冷组件的盒内，并紧贴蓄冷块4，用以检测并通过双电子温度控制器控制铝吸热板2温度；分压电阻800用于降低超静音微型风扇电机电压，使其转速由 2300rpm降低至1000rpm左右，以减小噪音。双金属片温度控制器300紧贴TEC半导体制冷片热端安装，当铝型材散热器过热，温度≥55℃时，切断主电路，以防TEC半导体制冷片热端过热而烧坏TEC半导体制冷片。
另外，竹席1，厚度δ＝2mm，
铝吸热板2的尺寸为500×1000mm,厚度δ＝1mm，
床板3厚度δ＝8mm，
蓄冷块4的尺寸为40×40×30mm，
铜板5的厚度δ＝1mm，
铝型材散热器6，平底平行翅片或柱状翅片，长×宽×高为77×68×65mm，散热面积大于15×104mm2，
超静音微型风扇7为12VDC，1000rpm左右，
隔热减震保温棉板11及隔热减震保温棉板12压缩后厚度δ＝2mm，
两片TEC1-12706半导体制冷片400串接后同方向依次排列安装TEC固定盒子10中，在床板3上开60×80mm的方孔，蓄冷块4放入方孔中，再安装铝吸热板2，铝吸热板2通过螺钉固定在床板3上。TEC固定盒10底部同一侧开两个小孔，尺寸为φ4×2，作为TEC1-12706 半导体制冷片400的接线孔。双金属片温控器300紧贴在铝型材散热器6上安装，当散热器的TEC热端过热，温度≥55℃时，切断主电路，以防TEC半导体制冷片热端过热而烧坏TEC 半导体制冷片。
TEC半导体制冷组件的组装
按照说明书图1、图2、图3进行TEC半导体制冷组件的安装。
(1)在床的中线距离床尾约700mm处开60×80mm的方孔。
(2)按照图2，将铝型材散热器6和铜板5通过小螺栓固定在TEC盒子10上，并在TEC盒子10与铜板5之间垫入隔热保温棉板11,再将双金属片温度控制器300紧贴安装铝型材散热器6上。
(3)按照说明书附图2，将两片TEC1-12706半导体制冷片400串接后，各自双面均涂上导热硅脂，同方向依次排列安装TEC固定盒子10中，TEC半导体制冷片的有字面紧贴蓄冷块4(冷端)，TEC半导体制冷片无字面(热端)接铜板5。
(4)按照图2，将铜蓄冷块4上下两面涂上导热硅脂，放入方孔中，再按照图2安装铝吸热板2，并在TEC盒子10与铝吸热板2之间垫入隔热保温棉板12，铝吸热板用螺钉固定在床板上。必须保证铝吸热板2与铜蓄冷块4，蓄冷块4与TEC半导体制冷片400冷端(TEC 半导体制冷片有字面)的良好接触。
(5)用704硅胶对TEC固定盒子四周进行密封处理，防潮防湿，以提高使用寿命。
组装式半导体空调床的安装
(1)将TEC半导体制冷组件安装到床上所开方孔位置。
(2)如果床下四周封闭，应在床头底部和床板尾部开进气孔和出气孔(φ30×5)。
TEC半导体制冷片主电路的连接
按照图1连接TEC半导体制冷片主电路。
(1)将两片TEC1-12706半导体制冷片400串接后，按照图1接入主电路。注意红线接正极，黑线接负极。
(2)将第一电子温度控制器500和第二电子温度控制器600按照说明书附图1接入主电路中，第一电子温度控制器500的热敏电阻温度传感器8、第二电子温度控制器600的热敏电阻温度传感器9按照图2固定在TEC盒子10内，并紧贴蓄冷块4。
(3)将微型风扇电机700和双金属片温控器300按照说明书附图1接入主电路中。
(4)对照说明书附图1检查各个TEC制冷组件是否连接正确。
(5)通电检验制冷效果和散热器散热效果。
Claims (1)
1.一种组装式风冷双温双控半导体空调床，包括床板上的竹席(1)、铝吸热板(2)、床板(3)、TEC半导体制冷组件及其控制电路，其特征是，TEC半导体制冷组件包括2块串接的TEC1-12706半导体制冷片(400)、蓄冷块(4)、铝吸热板(2)、铝型材散热器(6)和超静音微型风扇(7)；
铝吸热板(2)和TEC半导体制冷组件直接安装在床板(3)上下两侧；床板(3)上开方孔，蓄冷块(4)安装于床板(3)方孔内，TEC1-12706半导体制冷片(400)安装于蓄冷块(4)下方，蓄冷块(4)下方接TEC1-12706半导体制冷片(400)冷端，TEC1-12706半导体制冷片(400)热端散热采用铝型材散热器(6)加超静音微型风扇(7)强制对流散热方案，超静音微型风扇(7)固定在铝型材散热器(6)下方；床下四周封闭，空气由床头底部的开孔进入，热空气从床尾的床板上的开孔流出；
两个串联的电子温度控制器包括第一电子温度控制器(500)、第二电子温度控制器(600)，第一电子温度控制器(500)的热敏电阻温度传感器(8)、第二电子温度控制器(600)的热敏电阻温度传感器(9)安装在TEC1-12706半导体制冷片(400)的固定盒子(10)内，并紧贴蓄冷块(4)左右两侧，用以检测并通过第一电子温度控制器(500)、第二电子温度控制器(600)控制铝吸热板(2)温度并可以有效防止其过冷，第一电子温度控制器(500)、第二电子温度控制器(600)的设定值相同；采用双金属片温度控制器(300)紧贴安装在TEC1-12706半导体制冷片(400)热端上，以防止TEC1-12706半导体制冷片(400)热端过热。
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