CN2096721U - 温差电制冷器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于冰箱制冷和空调装 置的冷热交换的发生器，是由冷凝器，蒸发器、绝热膜 板组成的热虹吸管，温差电堆、冷热交换器所构成，其 特点是在热虹吸管冷凝器内上部装有凸形的液滴分 流盘，在蒸发器外部用绝热材料经注压形成包壳的绝 热体，成为绝热段。蒸发器可根据要求为一定的倾斜 角，可以连接平卧或立式冷热交换器。改变了过去温 差电堆的热能转换方式，提高了使用效率，开拓了适 用领域可以开发多种类的大、中型制冷设备与产品。

Description

温差电制冷器，涉及制冷、恒温、空气调解的冷热能量发生器，特别是电冰箱制冷和空气调解装置的冷热交换的发生器。

温差电制冷器，可以取代氟里昂致冷剂，用于制冷。共所周知，半导体致冷技术，虽然在近几年有所发展，并进入高科技领域，但在如何提高使用效率，开拓更广泛的应用领域。至今仍是在研究中的课题。目前在温差电制冷的技术中，其热能转换装置多是采用长流水或强迫通风等方式来达到目的。其功率低、成本高，适用范围不广。虽然在微型制冷（如电器、仪表、小型冷藏箱）及实验技术等方面尚有运用，但用于中，大型制冷与空调工程的产品与设备（如冰箱、冷库、空调器），其热能转换装置成倍的大于功能主机结构，使其结构庞大而不经济，适用范围受到限制。

中国专利局已批准的专利号为851032753半导体热管电冰箱与半导体空调装置862037700，虽然在温差电制冷技术方面有所突破，但由于其热管结构形式单一，实用范围窄小。在冰箱使用中，只限于50立升左右的容积，并且是单开门，单冷式的冷藏箱，又由于热管结构只能立式使用，并由于存在着管顶壁落下的微液滴，躲不开蒸发气流而会被托起，没有再度的吸热，就又被带到冷凝段，出现在中间滞留状态，传热极限受影响，从而降低了热管的散热效果，影响到温差电堆的致冷效率。

目前的半导体热管空调装置专利技术，由于受热管结构等方面的约束，只能是在小型冰箱与单冷式空调器中发挥作用。

鉴于上述技术的不足，本实用新型的目的提供一种能改变温差电堆热能转换方式，提示使用效率，摆脱氟里昂致冷和压缩机，可开发多种类的制冷，恒温与空调产品的温差电制冷器。

本实用新型的技术内容是按如下方案实现的：

热虹吸管1是按各类产品与设备的需要进行型状设计。主要有：方型、扁方型、圆型、扁圆型、棱型、多棱型等。其高度与宽度（圆型为直径）均可在50mm～300mm之间选定。（选用扁方型、或扁圆型时，其宽度可达400mm）。

热虹吸管的冷凝器1是经压铸成型的有色金属管状体1，其外部环周设有翅片式散热片，壁内开长方形（顶端为横向，壁面为垂直）细槽，腔内上部用焊接方法，嵌装由薄铝（或铜）板做成上凸型的“液滴分流盘”。

热虹吸管的蒸发器3是由压铸（也可焊接）成型的有色金属的管状体。外部用绝热材料经注压形式包壳，（也可用嵌装胶接与紧固联接）形成绝热体。并由此与冷凝器1间开，形成热虹吸管的绝热段，并通过螺栓与冷凝器连接一起，构成密封性的一体。

蒸发器1的形状依据需要分为三种型式：其一同冷凝器同位直立形（内腔壁面有一定的坡度）；其二，蒸发器3是与冷凝器1呈大于90°的任一角度；形成与立式的冷热交换器连接，在蒸发器内镶有平板形液滴分流盘10；其三，蒸发器3与冷凝器1呈大于90°角的任一角度与平卧式的冷热交换器结构连接，在蒸发器内镶装平板形液滴分流盘10。

凡是有倾斜角度的蒸发器，在其腔内中部就须加装用薄铝（或铜）板做成的直板型的液滴分流盘，插入后，焊牢，分流盘须有一合理的坡度，以保证蒸发器底面液滴的均布。

上述组件构成一体密封后，排出气体，充入工质，构成低温型热虹吸管，具有冷凝段、绝热段、蒸发段三大功能区域。

有具有“N”极与“P”极的半导体致冷块组成的“温差电堆”的热端面，用嵌装加粘接方式御接在经过钝化处理的蒸发器底面上；冷端面用铟合金等低熔点合金焊料焊接在“冷热交换器”的聚冷底板上。

冷热交换器5的底板与聚热片，均采用有色金属板与薄片组成。二者可以铸造在一体，亦可采用焊接方式组成。但须根据材质选用底板与积冷片的厚度与面积。否则，将使功能受影响。

“温差电制冷器”在运用时，以蒸发器与冷凝器之间的绝热膜板为分界，四周要布有隔热保温层。

为了增大与加速吸热效果，冷凝器（管体）可以置放入有一定容积的封闭型水箱中，利用水加快冷凝段热量的释放（被水吸收）促进“温差电堆”效能的充分发挥，这在制冷产品中，是提高节能效果的最好选择之一。

当按照温差电堆需要的直流电输入使其工作时，产生“帕尔帖”效应。冷量通过交换器5送入冷冻（藏）室内；热量经蒸发器3将工质气化，蒸发上升，透过液滴分流盘而附贴于冷凝器的槽壁上（有一小部分不经液滴分流盘，直接附贴于管体中、下部的槽壁上）将热量释放于水（或空气）中。工质气流释热后形成的“液滴”，靠自身重力，经分流盘均布顺槽壁下滑到蒸发段。又由于蒸发器壁面有倾斜坡度，使“液滴”顺坡面铺开流入底盘时，便可迅速吸热气化将热量带走，传至低温处释放，达到制冷的目的。

在用于空气调节系统时，温差电堆产生的“帕尔帖”效应则可更充分地利用。在运行中只要将电源极性给予改变，就可达到冷与热的交换。这种功能，运用在冷冻装置的除“霜”的工作效果就更佳了。

本实用新型可以是在热虹吸管内壁开细槽的上部置装“液滴分流盘”其型状依据热虹吸管形状配备），分流盘中部有足够使气流通过的孔槽，能供工质蒸发气流顺利升入冷凝器顶端释热，“液滴分流盘”的作用，在于使“液滴”躲过气流的托起，均匀地沿分流盘流入并顺壁槽无阻力的迅速回落到蒸发器吸热；又可起到低制工质蒸发流速不必要地加快，从而避免蒸发器出口阻塞和出现干枯、烧干等现象，提高了热虹吸管的散热功能，促使“温差电堆”的制冷速度成倍率的提高。

本实用新型还可以在液滴分流盘的作用下，依据不同种类，不同型式的产品与设备的需要，配备不同型式的“温差电制冷器”。从而改变了以往的单一直立式及单一横卧式的模式，使其扩大了应用范围。与现时国际上运用的半导体制冷技术相比，在总功率方面可提高3～4倍，从原来的15％～30％，提高到60％（风冷时）和75％（水冷时）以上。

本实用新型可以在冷凝段与蒸发段之间置装“绝热膜”，可防止冷凝段持有的热量的回传尤其是用于箱式制冷时，促进蒸发段有效功能的发挥，提高节能效果。

在采用水冷时，热虹吸管冷凝器置放入有一定容积的水箱中，水箱布有管状散热器，在运用中，只要没有将水用掉，就不必换水（在方便时，如能经常地将温水换掉，对节电有利），这与刘氏发明的半导体热管电冰箱用水，每天早晚要更换两次温水对比，不仅方便，而且又节约用水每天达100公斤以上；与目前国内、国际上普遍采用的长流水散热方式相比，不仅可节约大量的用水每天达几吨至几百吨不一，且在使用方便与维护方面更具有优越性。

“温差电制冷器”的运用，还具有下列优点：

热能转换装置没有动力机、压缩机，散热管道等装置，整个工作过程，都是在没有“运动”部件下实现的。其结构简单、无振动、无声响、无磨擦，因而使用寿命长，维护方便。

在采用水冷散热时，可设计成一机多用形式，提供35℃～50℃的温水使用，这在大型制冷与空调系统中（如内燃机车头与车厢用之），其优越性更为突出。

在“温度”使用方面，可分为多级调节型与无级调节型。用于制冷时，可在零下1℃～50℃内选用；用于空调制热方角，可在零上16℃～32℃之间选用。

下面是本实用新型的附图。

图1是本实用新型为直立位置正视示意图。

图2是本实用新型为直立位置俯视示意图。

图3是本实用新型的冷热交换器为直立式结构示意图。

图4是本实用新型冷热交换器为卧式的结构示意图。

图5是本实用新型冷热交换器结构正视示意图。

图6是本实用新型冷热交换器结构俯视示意图。

图7是本实用新型冷凝器内的液滴分流盘结构正视示意图。

图8是本实用新型冷凝器内的液滴分流盘结构俯视图。

图9是本实用新型冷凝器内的液滴分流盘结构图8的剖视图。

图10是本实用新型蒸发器内的液滴分流盘结构示意图。

1.冷凝器    2.液滴分流盘    3.蒸发器    4.温差电堆    5.冷热交换器    5－1.聚冷板    5－2.释冷片    6.热态工质    7.绝热膜板    8.封闭球阻    9.密封冒    10.分流盘。

由图1至图4所示的三种不同形式的温差电制冷器，是适应不同整体产品的结构设计，其原理一样，部件组成一样，只是蒸发器的形状与冷热交换器的位移变化相适应。

冷凝器“1”与蒸发器“3”是采用与工质有相容性的纯铝（或铜）经压铸而成。其壁厚在保证足够密度与强度要求的前提下，越薄越好。选择适当形状与壁厚的冷凝器，单位截面的传热量可达到10～20KW／cm²。

液滴分流盘2由薄铝（或铜）板，经冲压成型。冷凝器内的液滴分流盘呈上凸型，并须有足够使气流通过的孔槽。蒸发器内的液滴分流盘呈板状，底部有槽口。面积依腔孔而定，厚度在保证强度下选择，但不宜超过2mm。

绝热膜7是由有一定抗拉，抗压强度的绝热材料，经注压环包在外周面上，其厚度视材料的绝热程度而定，一般在15mm～20mm为宜。

温差电制冷堆4是由“N”型（电子型）和“P”型（空穴型）半导体块组成。“N”型的原材料是碲化铋、硒化铋的固熔体；“P”型的原材料是碲化锑、碲化铋的固熔体。二者均是经过取向熔炼和掺加杂质而成。本项技术所采用的半导体致冷块，已能达到140K低温和41K空调制冷量。“温差电堆”是由多块半导体致冷块组成。

冷热交换器5是由铜质聚冷板（5－1）与铜质释冷片（5－2）组成。二者的质量、厚度与面积的选择，将影响到温差电堆功能的发挥。

图1图2型温差电制冷器，适应于散热装置布置于上部的结构形式。

图3、图4型温差电制冷器，适应于散热装置布置在背部，或侧面的结构形式。

在运用时，冷凝器（管体）与蒸发器之间，以绝热膜分界，环周布有隔热层，冷热交换器伸露在要冷却（或加热）的工作间（室、箱）内，与整体热虹吸管由隔热层间开，工作时，冷热交换器散发出的能量，在工作间内产生作用，须外移时（如空调器等），通过风机，将冷（或热）量输出。

“温差电制冷”的设计与运用还须考虑下列特征：

a.冷凝器与蒸发器的壁厚选择十分重要。这是因为：工质从蒸发器气化蒸发过程所传递的热量“Q”正比于冷流体间的温差“Δt”及传热面积“F”。用下列公式示出：

Q＝KF·ΔT

式中：K－－传热系数

由于金属中的导热是靠自由电子运动，通过平壁的导热量“Q”与表面积“F”，温差“Δt”成正比，与壁厚“δ”成反比，即：

Q＝λ·F (△t)/(δ′)

如用热流密度“q”表示，则：

q＝λ· (Δt)/(δ·F)

式中：λ－－物体的导热系数。

因此，壁厚，将影响到能量工作效果。

（b）“温差电堆”能量依据需要选定。能量的大小，与热虹吸管的体积大小成正比。

在大功率制冷产品与设备中，采用多层覆叠式“温差电堆”时，其结构型式必须遵循的定律是：自冷端到热端各层制冷功率要逐层增大。其工作原理是：第一层热端放出的热量，由第二层冷端吸收；第二层热端放出的热量，由第三层冷端吸收……依次类推，最末端放出的热量通过蒸发器吸收，使整体“温差电制冷器”达到最佳的工作状态。

C.水冷与气冷，由于比热相差悬殊，在同类产品中，“温差电制冷器”的型状与体积均不相同。

d.蒸发器腔内工质，在非运行状态时，要低于绝热段底面，否则，影响节能效果。

e.温差电堆的两端面与冷热交换器及蒸发器御接时，应采用“铟合金”等低熔点合金焊料焊接，尽量避免使用粘接方式。因为粘接剂（俗称异热胶）的膨胀系数大于金属，其结合强度将在运行中发生变化，会使热阻增大而使效能降低，严重时，会损坏温差致冷块。

Claims (3)

1、温差电制冷器涉及制冷、恒温、空气调解的冷热能量发生器，它包括盒式的热虹吸管冷凝器(1)、冷凝器管体(1)的外面具有散热片，在冷凝器(1)的下面有蒸发器(3)、在蒸发器的下面有冷热交换器(5)，在冷热交换器(5)与蒸发器之间具有“N”极与“P”极的半导体致冷块组成的温差电堆(4)，其特征在于管式热虹吸管冷凝器(1)壁内开有细槽，腔内上部具有上凸形的液滴分流盘(2)，热虹吸管的蒸发器是盒状体。外部用绝热材料经注压形成包壳，成为绝热体，并由此与冷凝器间开，成为热虹吸管的绝热段，并通过螺栓与冷凝器连接一起，构成密封性一体，温差电堆的热端面、用嵌装加粘接方式连接在蒸发器的底面上，冷端面用铟合金等低熔点合金焊料，焊接在冷热交换器的聚冷底板上，冷热交换器的底板与聚热片可以铸成一体。

2、根据权利要求1所述的温差电制冷器，其特征在于所说的蒸发器（3）是与冷凝器构成大于90°的任一角度形的，连接立式的冷热交换器结构，在其蒸发器内镶有平板形分流盘（10）。

3、根据权利要求1或2所述的温差电制冷器，其特征在于所说的蒸发器（3）与冷凝器构成大于90°角的任一角度的连接平卧式的冷热交换器结构，在其蒸发器内镶有平板形分流盘（10）。

Images