CN219841683U - 一种分布式半导体制冷冰箱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于冰箱技术领域，公开了一种分布式半导体制冷冰箱，冰箱箱体的箱壁里侧分布安装有若干低功率小型半导体制冷片，半导体制冷片的冷端通过导热装置连接有冷端换热装置，冷端换热装置安装在冰箱箱体里侧；半导体制冷片的热端连接有热端换热装置，热端换热装置安装在冰箱箱体外侧，所述冰箱箱体、冷端换热装置和热端换热装置通过卡具固定连接。本实用新型采用自然对流散热方式，没有引入风扇等强制散热部件，解决了常规半导体制冷冰箱噪音和振动的问题；采用的是多个低功率小型半导体制冷片分布布置方案，多点制冷增强了冰箱内部空气的对流，提高了冷端换热效率，显著增加了冰箱的能效以及内部温度分布的均匀性。
Description
技术领域
本实用新型属于冰箱技术领域，尤其涉及一种分布式半导体制冷冰箱。
背景技术
目前，半导体制冷冰箱，也称为热电制冷冰箱。其利用半导体制冷片通过帕尔贴效应将电能转换成热能，与压缩式制冷冰箱相比，拥有体积小、重量轻、无噪音、无需制冷工质等等优点。
半导体制冷片在运行过程中，其冷端产生冷能的同时，热端也会放出大量热量，为了保证半导体制冷片的正常工作，需要采用不同的散热手段进行散热。市场上的半导体制冷冰箱大多使用的是常规尺寸的半导体制冷片，功率较大，其热端产生的热量一般只能使用例如风扇这样的强制散热手段才能散掉。如在2016年公告的发明专利“半导体制冷冰箱”，专利申请号为201510055838.5，其采用热管、翅片散热器以及风机的散热方式降低半导体制冷片热端的温度，以提高冰箱的能效。但不足之处在于热管、翅片散热器和风机组合的方式增加了结构的复杂度，也显著增加了产品的失效风险以及成本，同时风机的引入还带来了噪音和振动的劣势，并且连续的振动还会降低半导体制冷片的使用寿命。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
现有的半导体制冷冰箱的散热结构复杂度高，增加了产品的失效风险以及成本，同时风机的引入还带来了噪音和振动的劣势，并且连续的振动还会降低半导体制冷片的使用寿命。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种分布式半导体制冷冰箱。
本实用新型是这样实现的，一种分布式半导体制冷冰箱设置有：
冰箱箱体；
所述冰箱箱体的箱壁里侧分布安装有若干低功率小型半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端通过导热装置连接有冷端换热装置，所述冷端换热装置安装在冰箱箱体里侧；
所述半导体制冷片的热端连接有热端换热装置，所述热端换热装置安装在冰箱箱体外侧，所述冰箱箱体、冷端换热装置和热端换热装置通过卡具固定连接。
进一步，若干半导体制冷片之间通过串联结合的方式电性连接。
进一步，所述冰箱箱体的开口处连接有冰箱盖，所述冰箱箱体的开口处与冰箱盖对应位置分别安装有多个磁吸装置。
进一步，所述卡具外部螺母、螺柱、内部螺母，外部螺母和内部螺母分别与螺柱两端连接。
进一步，所述卡具为塑料卡具。
进一步，所述热端换热装置为和冷端换热装置均为一体化结构。
进一步，所述冷端换热装置的内表面横截面为方形锯齿。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一，针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本实用新型的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本实用新型技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
本实用新型采用的是自然对流散热方式，没有引入风扇等强制散热部件，解决了常规半导体制冷冰箱噪音和振动的问题。
本实用新型采用的是多个低功率小型半导体制冷片分布布置方案，多点制冷增强了冰箱内部空气的对流，提高了冷端换热效率，显著增加了冰箱的能效以及内部温度分布的均匀性。
本实用新型中的冷端换热装置既可用于导入半导体制冷片冷端产生的冷能，又可充当储物间；同样的，热端换热装置既可用于散出半导体制冷片热端产生的热能，又可充当冰箱外壳，整体结构复杂度较低，提高了半导体制冷冰箱的使用体验并且降低了成本。
本实用新型采用低功率小型半导体制冷片，其热端产生的热量较少，不需要配备风机等强制散热方式，仅通过所述热端换热装置即可在自然对流的条件下散掉热量。同时为了解决低功率小型的半导体制冷片制冷功率较小的缺陷，使用了若干个半导体制冷片分布安装在冰箱箱壁中，保证了总体产生的冷能足够将冰箱内部降低到目标的冷藏温度。
所述热端换热装置为一体化结构，既用于半导体制冷片的热端散热，也用于充当冰箱的外壳。所述冷端换热装置为一体化结构，既用于将半导体制冷片冷端产生的冷能导入冰箱内部，也用于充当冰箱内部的储物间。
卡具为塑料卡具，热导率较低，其不仅能紧固整体结构，还能减少冰箱内部冷能的泄漏。
冷端换热装置的内表面横截面为方形锯齿，锯齿型的截面增加了与冰箱内部空气的接触面积，能更有效的将半导体制冷片冷端产生的冷能导入冰箱，进一步提高了制冷效率，使冰箱内部获得更低的温度。
第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本实用新型所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
本实用新型旨在解决现有半导体制冷冰箱的缺陷，提供一种分布式半导体制冷冰箱，其能够有效地利用热端换热装置进行散热，不需要风机等强制散热手段，充分发挥半导体制冷片无噪音、寿命长的特点。为了对本实用新型进行结构以及性能优化，建立起了热仿真模型，并且得到了本实用新型的截面温度场云图和截面速度场云图。温度云图显示本实用新型在环境温度29℃，输入电流3A的条件下，储物间底部温度最低为5.2℃左右，中部空气温度为13.7℃。速度云图显示本实用新型内部空气的总体速度相对均匀，空气在冷端换热装置和内部空间之间循环流动，多个低功率半导体制冷片同时运行增加了储物间内部空气对流，增强了冷端换热装置与内部空气的换热效率。并且为了验证仿真结果的正确性，本实用新型的原型产品也在相同温度条件和电流条件下进行了实验测试，结果表明，本实用新型的模拟数据和实验数据的最大误差为6.3%，充分证明了本实用新型的可行性。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的分布式半导体制冷冰箱的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的分布式半导体制冷冰箱的爆炸图；
图3是本实用新型实施例提供的分布式半导体制冷冰箱的剖视图；
图4是本实用新型图3中A处的局部放大示意图；
图5是本实用新型实施例提供的的五个温度监测点位置示意图；
图6是本实用新型实施例提供的的热仿真和实验的数据对比图；
图中：10-热端换热装置；20-冰箱箱体；30-卡具；31-外部螺母；32-螺柱；33-内部螺母；40-半导体制冷片；50-冷端换热装置；60-冰箱盖；70-磁吸装置；80-导热装置。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1至图4所示，本实用新型实施例提供的分布式半导体制冷冰箱包括热端换热装置10、冰箱箱体20、卡具30、半导体制冷片40、冷端换热装置50、冰箱盖60、导热装置80。卡具30中的外部螺母31与内部螺母33通过与螺柱32连接，用于紧固热端换热装置10和冷端换热装置50。热端换热装置10连接在半导体制冷片40的热端，冷端换热装置50通过导热装置80与半导体制冷片40的冷端连接。冷端换热装置50和热端换热装置10分别安装在冰箱箱体20的内外两侧。
本实用新型的工作原理是：
本实用新型中的热端换热装置10连接在半导体制冷片40的热端，将热端产生的热量通过自然散热的方式散出，半导体制冷片40的冷端连接导热装置80的外端，冷端换热装置50连接于导热装置的内端，冰箱运行过程中，半导体制冷片40冷端产生的冷能经过导热装置80，最后由冷端换热装置50导入冰箱箱体，降低冰箱箱体内部温度。
本实用新型中使用了多个低功率小型制冷片，且将其进行了分布布置，增大了散热面积，仅通过所述热端换热装置即可在自然对流的条件下散掉热量。因此不需要配备风机等强制方式，降低了冰箱的额外功耗，发挥了半导体制冷片无噪音、寿命长的优点。
本实用新型实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
本实用新型提供的分布式半导体制冷冰箱在环境温度29℃，输入电流3A的条件下，运行30分钟后，温度检测设备显示冰箱内部平均温度为5~15℃，而使用了同规格半导体材料元件的常规半导体制冷冰箱内部平均温度为7~19℃，并且分布式半导体制冷冰箱内部温度极差为10℃，而常规半导体制冷冰箱的温度极差为12℃。从以上数据可以看出，本实用新型提供的分布式半导体制冷冰箱的冷藏温度更低，而且箱体内部温度均匀性也更好。
本实用新型中的分布式半导体制冷冰箱在环境温度29℃，输入电流3A的条件下，运行30分钟后，音量检测设备显示音量为5~10分贝，而使用了同规格半导体材料元件的常规半导体制冷冰箱在此条件下运行，音量为20~40分贝。从以上实验数据可以看出，本实用新型提供的分布式半导体制冷冰箱具有噪音更低的优势。
本实用新型实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
为了对本实用新型的分布式半导体制冷冰箱进行结构和性能优化，建立了本实用新型的热仿真模型，热仿真结果的在环境温度29℃，输入电流3A的条件下，中部空气温度为13.7℃，底部空气温度为5.2℃。分布式冰箱内部空气的总体速度相对均匀，空气在冷端换热装置和内部空间之间循环流动，多个低功率半导体制冷片同时运行增加了储物间内部空气对流，增强了冷端换热装置与内部空气的换热效率。
为了验证热仿真数据的正确性，本实用新型的原型产品也在相同的温度条件和电流条件下进行了实验测试，图5为实验设置的五个监测点，本实用新型的原型产品在通电运行一段时间之后，五个检测点的温度数据不再发生较大的波动，说明此时分布式半导体制冷冰箱已经达到了稳定状态，开始通过温度检测仪器读取这五个监测点的温度数据，图6即为监测点温度的实验数据和模拟数据对比，可以看出，实验结果和热仿真结果的误差较小，最大误差为6.3%，这充分证明了仿真结果的准确性。
在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，所述分布式半导体制冷冰箱设置有：
冰箱箱体；
所述冰箱箱体的箱壁里侧分布安装有若干低功率小型半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端通过导热装置连接有冷端换热装置，所述冷端换热装置安装在冰箱箱体里侧；
所述半导体制冷片的热端连接有热端换热装置，所述热端换热装置安装在冰箱箱体外侧，所述冰箱箱体、冷端换热装置和热端换热装置通过卡具固定连接。
2.如权利要求1所述的分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，若干半导体制冷片之间通过串联结合的方式电性连接。
3.如权利要求1所述的分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，所述冰箱箱体的开口处连接有冰箱盖，所述冰箱箱体的开口处与冰箱盖对应位置分别安装有多个磁吸装置。
4.如权利要求1所述的分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，所述卡具外部螺母、螺柱、内部螺母，外部螺母和内部螺母分别与螺柱两端连接。
5.如权利要求1所述的分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，所述卡具为塑料卡具。
6.如权利要求1所述的分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，所述热端换热装置为和冷端换热装置均为一体化结构。
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