CN209777125U - 一种基于半导体制冷的智能便携箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于半导体制冷的智能便携箱，包括：箱体、太阳能发电装置、温度控制器、半导体制冷器和显示屏，太阳能发电装置安装在箱体上，温度控制器和半导体制冷器均位于箱体内部，显示屏镶嵌在箱体顶端，且显示屏和半导体制冷器均与温度控制器电性连接。本实用新型不仅使用太阳能电池板提供电能供应，节能环保，而且利用半导体制冷器制冷，制冷速度快、温度恒定，并且可循环使用，造价低廉，不额外增加负重，减轻了野外装备重量。

Description

一种基于半导体制冷的智能便携箱

技术领域

本实用新型属于便携箱技术领域，更具体的说是涉及一种基于半导体制冷的智能便携箱。

背景技术

水资源作为人们生存以及社会生产的保障性资源，缓解水资源短缺以及水污染现状对我国国力的进一步提升具有重要意义。在这一过程中，按照水资源开发利用的目的或对污水废水进行评估工作都必须将水质分析当做核心工作内容，而对水样的分析在水质分析中同样处于核心的地位，所以对水样的采集、保存以及预处理进行研究能够对推动水质分析工作的准确性、促进水资源合理开发利用以及水污染防治工作中发挥出重要的作用。如果水样的采集和保存环节出现了差错，对于环境执法或环境评价起到了误导作用，水样水质数据是否准确、可靠，直接取决于采集和保存方法是否规范、统一。因此，对于水样采集和保存的研究非常重要，并严格按照统一标准操作进行。

水样的保存需要遵循组分不受到外界或自身反应影响的原则。各种水质的水样从采集到分析测定这段时间，由于环境条件的变化，微生物新陈代谢活动的影响，会引起水样的某些物理参数及化学组分的变化。为了使这些变化尽量小，应尽快分析测定和采取必要的措施(有些项目还必须在现场测定)。如果不能尽快测定，就要进行水样的保存。水样的保存应达到：减慢化合物或络和物水解，避免分解，减少挥发与容器的吸附损失。

水样保存的主要的方法：冷藏法：对需要冷藏保存的水样温度最好控制在4℃左右，通常放置在光线较弱的暗处或冰箱中，避免水样与阳光发生反应同时可以减慢物理作用，抑制生物活动,降低其化学作用的速度。

而传统的地理野外采样保存技术只是用冰袋和保存箱来使样品不致变质。所用的保存箱功能较少，仅有放置功能，即使有保温箱，能源供应也是很大问题，而且不节能、不环保。

因此，如何提供一种节能环保的基于半导体制冷的智能便携箱成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于半导体制冷的智能便携箱，不仅使用太阳能电池板提供电能供应，节能环保，而且利用半导体制冷器制冷，制冷速度快、温度恒定，并且可循环使用，造价低廉，不额外增加负重，减轻了野外装备重量。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于半导体制冷的智能便携箱，包括：箱体、太阳能发电装置、温度控制器、半导体制冷器和显示屏，其中，所述太阳能发电装置安装在所述箱体上，所述温度控制器和所述半导体制冷器均位于所述箱体内部，所述显示屏镶嵌在所述箱体顶端，且所述显示屏和所述半导体制冷器均与所述温度控制器电性连接。

优选的，所述太阳能发电装置包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，所述太阳能电池板安装在所述箱体的顶端端面，所述太阳能控制器和所述蓄电池均设置于所述箱体内部，且所述蓄电池通过所述太阳能控制器与所述太阳能电池板相连。太阳能电池板输出直流电，一部分直接供给半导体制冷器，另一部分进入蓄电池储存，以供阴天或晚上使用，使智能便携箱可以全天候正常使用。太阳能控制器使整个太阳能发电装置的能量传输始终处于最佳匹配状态，同时对蓄电池的过充、过放进行控制，并可以调节供电时间，从而控制半导体制冷器的制冷量。

优选的，所述箱体内壁安装有真空隔热板，有效提高了箱体的隔热保温性能。

优选的，所述真空隔热板包括铝膜镀层塑料薄片型容器、包装袋、吸附剂和粉末，所述包装袋连接在所述铝膜镀层塑料薄片型容器内壁上，所述吸附剂和所述粉末填充在所述铝膜镀层塑料薄片型容器内部。粉末主要是在包装袋中空气被抽出后，在真空状态下发挥绝热作用；包装袋中所盛装的粉末必须确保其具备良好透气性，从而在内部粉末所蕴含气体抽出后，粉末不会出现飞散现象；吸附剂则用于对包装袋中所包含的剩余空气以及其他类型气体进行吸附，从而确保包装袋内部具备良好的真空性能和绝热性能。

优选的，所述铝膜镀层塑料薄片型容器为三层结构，由内至外依次为热固溶层、隔气层、表层，从而发挥热容封压和反辐射等方面的作用。

优选的，所述箱体内还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述温度控制器电性连接，温度传感器可将其检测的温度信号传输至温度控制器，并通过温度控制器控制半导体制冷器的启停。

优选的，所述箱体的背面安装有背包带，背包带的设置，方便智能便携箱的携带，从而有利于野外的使用。

优选的，所述箱体的侧面设置有箱门，箱门的设置便于被检测样品的取放。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型不仅使用太阳能电池板提供电能供应，节能环保，而且利用半导体制冷器制冷，制冷速度快、温度恒定，有效提高了制冷效率；并且可循环使用，造价低廉，不额外增加负重，减轻了野外装备重量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型的结构示意图。

图2附图为实用新型的侧视图。

图3附图为本实用新型太阳能发电装置的结构示意图。

图4为本实用新型太阳能发电装置与半导体制冷器的连接结构图。

图5为本实用新型真空隔热板的结构示意图。

图6附图为本实用新型半导体制冷器的制冷示意图。

图7附图为本实用新型半导体制冷器的制冷微观示意图。

图8附图为本实用新型定位系统数据传送方式图。

图9附图为本实用新型定位工作流程图。

其中，图中，

1-箱体；2-温度控制器；3-半导体制冷器；31-冷却风扇；32-半导体制冷片；4-显示屏；5-太阳能电池板；6-太阳能控制器；7-蓄电池；8-铝膜镀层塑料薄片型容器；9-包装袋；10-吸附剂；11-粉末；12-背包带；13-箱门。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅附图1-2，本实用新型提供了一种基于半导体制冷的智能便携箱，包括：箱体1、太阳能发电装置、温度控制器2、半导体制冷器3和显示屏4，其中，太阳能发电装置安装在箱体1上，温度控制器2和半导体制冷器3均位于箱体1内部，显示屏4镶嵌在箱体1顶端，且显示屏4和半导体制冷器3均与温度控制器2电性连接。

参阅附图3-4，太阳能发电装置包括太阳能电池板5、太阳能控制器6和蓄电池7，太阳能电池板5安装在箱体1的顶端端面，太阳能控制器6和蓄电池7均设置于箱体1内部，且蓄电池7通过太阳能控制器6与太阳能电池板5相连。太阳能电池板5输出直流电，一部分直接供给半导体制冷器3，另一部分进入蓄电池7储存，以供阴天或晚上使用，使智能便携箱可以全天候正常使用。太阳能控制器6使整个太阳能发电装置的能量传输始终处于最佳匹配状态，同时对蓄电池7的过充、过放进行控制，并可以调节供电时间，从而控制半导体制冷器3的制冷量。

太阳能电池板5是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电装置中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池7中存储起来，或推动负载工作。

太阳能控制器6的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池1起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，太阳能控制器6还具备温度补偿的功能。其他如光控开关、时控开关都应当是太阳能控制器6的附加功能。

蓄电池7一般为铅酸电池，本实用新型中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

太阳能发电装置还包括逆变器，太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要通过逆变器将太阳能发电装置所发出的直流电能转换成交流电能。

半导体制冷器3包括冷却风扇31和半导体制冷片32。

参阅附图6，太阳能电池板5输出直流电，一部分直接供给半导体制冷器3，另一部分进入蓄电池7储存，以供阴天或晚上使用，使太阳能发电装置可以全天候正常运行。太阳能电池板5选择单晶硅太阳能电池，按照智能便携箱所需功率选择太阳能电池板5的数量与型号。太阳能控制器使整个太阳能发电装置的能量传输始终处于最佳匹配状态，同时对蓄电池7的过充、过放进行控制，并可以调节供电时间，从而控制半导体制冷量。

显示屏4与温度控制器2相连，通过显示屏设定温度和实时显示。智能便携箱初始化后，温度传感器采集箱体1内部的温度值，送往温度控制器2，温度控制器将温度信息处理后传输至显示屏4实时显示。

温度控制器2计算温度的测量值和预设值的偏差，控制驱动半导体制冷器工作电路的导通时间，也就控制了半导体制冷器3的输出功率，达到温度控制的效果。

箱体1内壁安装有真空隔热板，有效提高了箱体1的隔热保温性能。

参阅附图5，真空隔热板包括铝膜镀层塑料薄片型容器8、包装袋9、吸附剂10和粉末11，包装袋9连接在铝膜镀层塑料薄片型容器8内壁上，吸附剂10和粉末11填充在铝膜镀层塑料薄片型容器8内部。粉末11主要是在包装袋中空气被抽出后，在真空状态下发挥绝热作用；包装袋9采用高透气性牛皮纸袋，其中所盛装的粉末11必须确保其具备良好透气性，从而在内部粉末11所蕴含气体抽出后，粉末11不会出现飞散现象；吸附剂10则用于对包装袋9中所包含的剩余空气以及其他类型气体进行吸附，从而确保包装袋9内部具备良好的真空性能和绝热性能。真空隔热板当中剩余的残留气体压力必须在1.36～136Pa的范围内，以此确保粉末11在内外压力差压缩作用下形成平板层，发挥理想的隔热保温功效。

铝膜镀层塑料薄片型容器8为三层结构，由内至外依次为热固溶层、隔气层、表层等新型复合材料，从而发挥热容封压和反辐射等方面的作用。

箱体1内还设置有温度传感器，温度传感器与温度控制器2电性连接，温度传感器可将其检测的温度信号传输至温度控制器2，并通过温度控制器2控制半导体制冷器3的启停。

为了进一步优化上述技术方案，箱体1的背面安装有背包带12，背包带12的设置，方便智能便携箱的携带，从而有利于野外的使用。

为了进一步优化上述技术方案，箱体1的侧面设置有箱门13，箱门13的设置便于被检测样品的取放。

本实用新型半导体制冷器3的制冷原理为

参阅附图6，通过半导体材料的温差效应，使直流电通过由两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶对的两端将吸收或放出热量。如果在放热端安装散热装置，吸热端就能通过热量输送制成简单方便的半导体制冷器；当改变直流电方向时，又能达到制热的效果。

图7中接通电路的直流电源后，在冷端接头处，电流方向是n→p，P型半导体中的空穴和N型半导体中的自由电子做离开接头的背向运动。在接头处，P型半导体内的电子成为自由电子，在P型半导体中留下了一个空位，也就是空穴，即产生了电子—空穴对。而新生的自由电子马上通过接触面进入N型半导体，这时自由电子的运动方向是与接触电位差相反的，这和金属热电偶热端的情况相似，电子通过接头时释放出能量。然而，产生电子—空穴对时所吸收的能量远远超过了它们通过接头时放出的能量。同样，N型半导体也产生电子—空穴对，新生的空穴也马上通过接触面进入P型半导体，产生电子—空穴对时所吸收的能量也远远超过了它们通过接头时所放出的能量。总体效果是使接头处的温度下降而成为冷端，并要从外界环境吸热，也就是产生制冷的效果。在热端接头处，由于电子—空穴对的复合，释放出能量，向外界放热。

(a)帕尔帖效应:当电流I通过由两种不同材料组合成的闭合回路时,在材料的接头处一端会吸收热量Qp，另一端会放出热量Qp。这种吸收或放出的热量叫做帕尔帖热,其吸热或放热由电流的方向决定,大小由公式Qp＝π*I决定。π为帕尔帖系数,与温差电动势率有关，π＝(α1-α2)T，其中，α1、α2为组成回路两种材料的温差电动势率，T为相关接头的温度。

(b)塞贝克效应：产生Seebeck效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果。例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷(热端有负电荷，冷端有正电荷)，同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势。自然，n型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端(Seebeck系数为负)，相反，p型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端(Seebeck系数为正)，因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型。可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势。

(c)汤姆逊效应：金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便引成一个电势差。这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。

本实用新型还包括定位系统，定位系统实现实时位置查询和历史位置上报。定位系统主要由以下部分组成：电池、微控制器、手机流量卡、信号天线。如图8所示，定位系统的微控制器和手机通过云服务器利用MQTT传输协议进行数据交互，手机端和微控制器通过发送和订阅相关的主题信息。当工作时，用户可以通过手机端的app设定位置上报时间、查看实时位置信息。手机端会发送对应的主题信息和数据到云服务器上，云服务器内搭建的MQTT服务端会接收到相应的数据，相当于发布了一条主题信息，这时微控制器订阅了相应的主题信息，会接受到相应的命令，就会进行数据处理，并实现相应的功能。

定位系统的程序采用的是Lua语言，基于Luat平台协程调度框架，通过订阅发布来实现消息机制。当函数完成一个操作后，可以发布一个消息，其他函数可以订阅该消息。程序的以功能模块的调用来进行，如图9所示，微控制器获取位置信息，建立mqtt客户端，通过mqtt发送位置信息给云服务器，手机客户端通过读取云服务器来获取位置信息。

本实用新型还提供了一种基于半导体制冷的智能便携箱的制冷方法，包括如下步骤：

(1)太阳能电池板5接收太阳光转换成的电能，一部分直接供给半导体制冷器3，另一部分通过太阳能控制器6进入蓄电池7储存；

(2)通过温度控制器6设定制冷温度；

(3)温度传感器将箱体内的当下温度信号实时传输至温度控制器6，并与设定的制冷温度进行比较，从而进行温度调整。

(4)当实时温度大于设定制冷温度时，温度控制器6控制半导体制冷器3继续工作；当实时温度小于等于设定制冷温度时，温度控制器6控制半导体制冷器3停止工作。

本实用新型将太阳能发电和半导体制冷巧妙结合，绿色环保，填补了地理采样储存领域的空白；携带方便，制冷快，适应野外采样需要；可将本智能便携箱拓展用于其他制冷、制热行业，如：外卖。

本实用新型面向的主要是三类人群，一类是高校教师与学生，产品容积较小，为其野外水样采集保存提供便利，降低成本；第二类是相关科研机构，为其水样保存提供保障；第三类是专门的环境监测部门，解决其水样保存运输问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种基于半导体制冷的智能便携箱，其特征在于，包括：箱体、太阳能发电装置、温度控制器、半导体制冷器和显示屏，其中，所述太阳能发电装置安装在所述箱体上，所述温度控制器和所述半导体制冷器均位于所述箱体内部，所述显示屏镶嵌在所述箱体顶端，且所述显示屏和所述半导体制冷器均与所述温度控制器电性连接；所述箱体内壁安装有真空隔热板；所述真空隔热板包括铝膜镀层塑料薄片型容器、包装袋、吸附剂和粉末，所述包装袋连接在所述铝膜镀层塑料薄片型容器内壁上，所述吸附剂和所述粉末填充在所述铝膜镀层塑料薄片型容器内部；所述铝膜镀层塑料薄片型容器为三层结构，由内至外依次为热固溶层、隔气层、表层。

2.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的智能便携箱，其特征在于，所述太阳能发电装置包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，所述太阳能电池板安装在所述箱体的顶端端面，所述太阳能控制器和所述蓄电池均设置于所述箱体内部，且所述蓄电池通过所述太阳能控制器与所述太阳能电池板相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的智能便携箱，其特征在于，所述箱体内还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述温度控制器电性连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于半导体制冷的智能便携箱，其特征在于，所述箱体的背面安装有背包带。

5.根据权利要求4所述的一种基于半导体制冷的智能便携箱，其特征在于，所述箱体的侧面设置有箱门。