CN2352096Y - 强化传热型冷饮水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型述及一种强化传热型冷饮水器，属半导体制冷技术领域。它主要包括有一盛水容器(1)、一半导体制冷器(2)，一热端散热器(3)、一冷端散热器(5)和一风扇(4)；在盛水容器(1)的外面设置有一个半导体制冷器(2)，半导体制冷器(2)位于冷端散热器(5)和热端散热器(3)之间，热端散热器(3)和风扇(4)构成强制对流传热。半导体制冷器热端侧设置的散热器为一特殊设计的平面型热管散热器(3)，它主要是由平面蒸发基板和带有散热翅片的冷凝管组成，热管内充有传热工质氨。

Description

强化传热型冷饮水器

本实用新型述及一种强化传热型冷饮水器，属半导体制冷技术领域。

目前市场上供应的冷饮水器一般是机械压缩式制冷的饮水器及热电半导体制冷的饮水器，前者使用压缩机及工质氟利昂，其缺点是氟利昂对臭氧层有破坏作用，影响环境保护，且压缩机系统重量大、尺寸大、噪音也较大；后者以半导体制冷技术制造的饮水器，由于热端散热问题未获很好的解决，因此制冷效果也不理想，且耗电也较多。目前的半导体制冷饮水器，基本上有二种形式；一种是顶部制冷形式，即在铝金属盛水容器的顶部安装有半导体制冷器，在半导体制冷器的热端侧设置一传统惯用的铝型材散热器及一个小风扇(参见图1)。这种结构存在的问题是由于使用铝型材散热器，其散热面积小，以致半导体制冷器热端温度较高，即使采用粘接型及钎焊型高密度肋片散热器，也因其边缘地区肋片效率低的原因，改进效果也不大。若夏天环境温度为30℃，使用上述的散热器，半导体制冷器的热端温度将达到50℃左右，在如此高的热端温度下，半导体制冷器的制冷量及效率都十分低，要在1小时内使室温下的饮用水降低到5～10℃的温度范围是不可能的。另一种目前制造的半导体制冷饮水器的型式基本上与上述的相同，其不同点仅仅是其半导体制冷器，散热器和风扇安装在盛水容器的底部(参见图2)。这一形式的饮水器可使容器近底部的水冷得特别快，但上部水温仍较高。同样，这种形式的半导体制冷饮水器也存在着半导体制冷器热端温度高、制冷量小和冷却效率低的缺点。

半导体制冷器的原理主要是：它主要是由数量众多的成对的P-N型碲化铋半导体块粒藉铜片串联而成的半导体组件主体，在直流正向通电状态下，在半导体组件主体两侧形成冷端和热端，冷端可与被冷却物体接触，冷端获得的热量通过半导体组件主体到达热端，此处的热量通过设置于热端侧的散热器和风扇将热量排至外界空气中。

本实用新型的目的是从根本上改进半导体制冷器热端的散热效果，从而使半导体制冷器工作时热端温度降低，冷热端温差缩小，以有利于提高制冷量和效率。

本实用新型是通过以下技术手段来达到上述目的的。

本实用新型强化传热型冷饮水器主要包括有一盛水容器，一个半导体制冷器、一散热器和一风扇。在盛水容器的外面设置有一台半导体制冷器，半导体制冷器的冷端侧贴近盛水容器，其热端侧则设置有散热器和风扇，其特征是半导体制冷器热端侧设置的散热器为一特殊设计的平面型热管散热器，它主要是由作为蒸发段的平面蒸发基板和作为冷凝段的带有散热翅片的冷凝管即翅片管所组成，二者之间有连接管相通；热管内充有可进行气液相转换的工质(如氨)，热管内壁可设置有微孔多孔物质构成的管芯；当在热管的冷凝段高于蒸发段使用状态下，或者热管的冷凝段在上，蒸发段在下的垂直使用状态下，此种热管即为重力热管，重力热管可以不设置管芯。本实用新型中的平面型热管散热器，其热管即为重力热管。本实用新型强化传热型冷饮水器主要技术特点是将平面型热管散热器的平面蒸发基板紧贴设置于半导体制冷器的热端；半导体制冷器的冷端可紧贴于盛水容器，也可在容器内部设置一个冷端散热器即铝型材散热器，并紧贴于半导体制冷器的冷端。

强化传热型冷饮水器的工作原理及工作方式如下：

本实用新型冷饮水器在正常使用工作过程中，半导体到冷器热端可以散发出45～75w的热量，此热量使平面型热管散热器蒸发基板内的传热工质氨从液相变为气相，即它吸收了半导体制冷器热端散发的热量而形成气相氨，气相氨通过连接管进入上面的冷凝管，气相氨的热量通过冷凝管管壁及管身外的散热翅片，将其散发至外界空气中，从而使气相氨转变为液相氨，氨液沿冷凝管之内壁藉重力作用向下回流至蒸发基板，如此往复循环，最终将来自半导体制冷器冷端的热量不断放出，也即来自饮用水的热量通过冷端铝型材散热器、半导体制冷器冷端到半导体制冷器热端，再通过热端散热器即平面型热管散热器不断散发至周围空气中，因而降低了饮用水的温度。

半导体制冷器和平面型热管散热器、冷端铝型材散热器等整套装置可以设置于盛水容器的侧面，也可以设置在盛水容器的顶部。盛水容器可以是金属的、半金属的或非金属的。平面型热管散热器其热管可以为单管式、双管式或多管式的；也即平面型热管散热器可以具有单根冷凝翅片管的形式，可以具有二根并列对称的冷凝翅片管的双管形式，也可以具有三根或三根以上的冷凝翅片管的多管形式。平面型热管散热器其平面蒸发基板可以以其水平平面接触方式布置，也可以其垂直侧平面接触方式布置。

风扇的设置可使冷凝翅片管散发出的热量在强迫对流情况下进行散热，可大大提高散热效果。

在平面型热管散热器中，采用的传热工质是氨，氨在蒸发及冷凝工况下的放热系数为5000W/m²℃，而相应的空气在强迫对流工况下的放热系数不大于100W/m²℃。热管的特点在技术概念上说相当于成倍地增加了冷凝管的散热面积。

本实用新型的强化传热型冷饮水器中，在盛水容器内接近半导体制冷器冷端侧特设置一个铝型材散热器，这样可以使容器内的冷饮水形成自然对流，并使冷饮水在容器内起搅拌作用。当接触到该冷端散热器的水被冷却后，比重增加面向下流动，而温度较高的水由上进入该散热器附近区域，形成自然对流，因而改善了冷端的传热效果，从而进一步改善了半导体制冷器的整体效率。

本实用新型的优点及其效果是由于采用了平面型热管散热器，使半导体制冷器的热端散热情况大大改善，降低了热端温度，使用了冷端散热器进一步缩小了半导体制冷器冷热端的温差，因而提高了半导体制冷器的制冷量和效率，也即是提高了本实用新型冷饮水器的制冷效果和效率。当在夏天一般环境温度为30℃的条件下使用该冷饮水器时，容器的饮用水从室温下降至5～10℃，大约只需20～30分钟，冷却效果良好。

本实用新型的附图说明于后：

图1为现有技术中使用的一种冷饮水器的简单示意图。

图2为现有技术中使用的另一种冷饮水器简单示意图。

图3为本实用新型垂直布置形式冷饮水器的简单示意图。

图4为图3中使用的倾斜式平面型热管散热器示意图。

图5为本实用新型水平布置形式冷饮水器的简单示意图。

图6为图5中使用的垂直式平面型热管散热器示意图。

现结合附图和实施侧将本实用新型进一步说明于下：

为了作比较，特将现有技术中目前使用的冷饮水器在图1和图2中示出。图1是包括半导体制冷器，传统用肋片式散热器及风扇的整套装置放置于盛水容器的顶部；图2是包括半导体制冷器，传统用肋片式散热器及风扇的整套装置放置于盛水容器的底部。此两图中所标示的数字代码的意义为：1′-盛水容器，2′-半导体制冷器，3′-传统用肋片散热器，4′-风扇。

实施例一

本实用新型强化传热型冷饮水器如图3、图4所示，它具有一盛水容器1，容器一侧垂直地设置一半导体制冷器2，半导体制冷器2的热端侧紧密地与平面型热管散热器3的蒸发基板31垂直地相接触；平面型热管散热器3其冷凝段高于蒸发段，为重力热管形式，它主要是由作为蒸发段的平面蒸发基板31和作为冷凝段的带有散热翅片34的冷凝管33即翅片管所组成，二者之间有连接管32相通，蒸发基板31内设有孔道或空腔通过连接管32与冷凝管33相通，热管内充有可进行气液相转换的工质氨。为加强半导体制冷器热端侧冷凝翅片管的散热在强制对流工况下进行，在冷凝翅片管旁侧再设置一风扇4；在贴近半导体制冷器2冷端侧的盛水容器1的里面设置一个铝型材散热器5，以加强容器内冷却水的自然对流，提高制冷效率。

本实施例中冷凝段为具有三根冷凝翅片管的三管式形式，此种形式为本实用新型优先选择的最佳方案。

本实施例中，半导体制冷器2可采用俄罗斯NORD公司生产的TM127-1.4-6.0M型号的，其工作电压为直流(DC)12伏，工作电流为3.8-4.0安培；蒸发基板31的铝块为62×60×20mm，连接管32为φ13×1.5mm的铝管。冷凝管33可采用三根φ15×1.5mm的铝管，其管身外面设置的金属铝翅片34的外径为φ40mm，翅片间距为2.3mm，翅片管总长度为120mm，冷凝翅片管的管身和翅片为一次加工而成的整体；三根并列的冷凝翅片管呈倾斜形式布置。风扇4可采用120×120mm的轴流低噪音小风扇；盛水容器1内靠近半导体制冷器2冷端侧的铝型材散热器5可采用100×100mm方块体，其上的肋片高度为50mm，肋片厚度为2.5mm，共配置有10个纵向肋片。肋片可以电镀镍，以防锈蚀。由于在容器内设置了冷端铝型材散热器5，虽可形成冷却水的自然对流，但影响了盛水器内壁的定期清洗，所以从工作原理上讲，可以不设置该散热器，但制冷效率会略低一些。此时可以将半导体制冷器的冷端直接与盛水容器1的外壁相接触。本实施例冷饮水器其饮用水的温度在夏天一般可达5℃左右。

实施例二

本实施例的冷饮水器的结构与上述实施例一完全相同，所不同的是半导体制冷器2，平面型热管散热器3及风扇4整套装置安装在盛水容器1的顶部，且上述装置是以水平形式布置的。如图5、图6中所示，半导体制冷器2呈水平布置，并紧固在平面型热管散热器和冷端散热器之间。平面型热管散热器3的平面蒸发基板31水平平面与半导体制冷器2的热端紧密接触。平面型热管散热器3其冷凝段高于蒸发段呈垂直布置形式，它主要是由作为蒸发段的平面型蒸发基板31和作为冷凝段的带有散热翅片34的冷凝管33即翅片管所组成，本实例中的冷凝翅片管为三管式形式，即具有三根并列垂直设置的冷凝管翅片。此种形式为本实用新型优先选择的最佳方案。在蒸发基板31内设有孔道或空腔通过三根连接管32与相应的三根冷凝翅片管相通，热管内充有传热工质氨。平面型热管散热器的冷凝翅片管是一次加工而成的整体。在平面型热管散热器外侧也同样可以设置一风扇4(图中未示)，以加强强制对流散热。在盛水容器1内，靠近半导体制冷器2的冷端侧也可以设置一个铝型材散热器5。若考虑到盛水器内壁需定期清洗的因素(因冷端散热器由于其位置的关系，很难清洗，另外其自然对流亦较实施例一的差)，故也可以不设置铝型材散热器5，但制冷效率会较低。

本实施例中平面型热管散热器冷凝段三根翅片管的规格也是φ15×φ40mm，与上例相同。

本实施例中具体所采用的其他各装置的规格尺寸基本上与前述实施例一相同，在此不再赘述。本实施例冷饮水器其饮用水的温度在夏天一般30℃环境温度下也可达到5℃左右。

Claims (6)

1．一种强化传热型冷饮水器，主要包括有一盛水容器(1)、一半导体制冷器(2)、一热端散热器(3)和一风扇(4)；在盛水容器(1)外面设置有一个半导体制冷器(2)，半导体制冷器(2)的冷端侧贴近盛水容器(1)，其热端侧则设置有散热器(3)和风扇(4)，其特征是半导体制冷器热端侧设置的散热器为一特殊设计的平面型热管散热器(3)，它主要是由作为蒸发段的平面蒸发基板(31)和作为冷凝段的带有散热翅片(34)的冷凝管(33)即冷凝翅片管组成，二者之间有连接管(32)相通；热管内充有可进行气液相转换的工质氨，热管内壁可设置有微孔多孔物质构成的管芯；在盛水容器(1)内接近半导体制冷器(2)的冷端侧还设置有一冷端散热器即铝型材散热器(5)，使半导体制冷器(2)介于冷端散热器(5)和热管散热器(3)之间。

2．如权利要求1所述的一种强化传热型冷饮水器，其特征是所述的平面型热管散热器(3)的蒸发基板(31)可以是以其水平平面接触方式布置，也可以其垂直侧平面接触方式布置；所述的平面型热管散热器(3)的热管为重力热管，即为一种热管的冷凝段高于蒸发段的布置形式，也可以是垂直布置形式，重力热管可以不设置管芯。

3．如权利要求2所述的一种强化传热型冷饮水器，其特征是所述的平面型热管散热器(3)或重力热管可以为单管式或双管式或多管式；平面型热管散热器由金属铝制成。

4．如权利要求1或2所述的一种强化传热型冷饮水器，其特征是所述的半导体制冷器(2)可以放置于盛水容器(1)的侧面，也可以放置于盛水容器(1)的顶部。

5．如权利要求1或2所述的一咱强化传热型冷饮水器，其特征是所述的盛水容器(1)可以是金属的或非金属的或部份金属的，所述的在盛水容器(1)内靠近半导体制冷器(2)冷端侧的铝型材散热器(5)也可以不设置，而将半导体制冷器(2)的冷端直接与盛水容器(1)相接触。

6．如权利要求1或2所述的一种强化传热型冷饮水器，其特征是所述的半导体制冷器(2)可采用俄罗斯NORD公司生产的TM127-1.4-6.0M型号的，其工作电压为直流(DC)12伏，工作电流为3.8-4.0安培；在半导体制冷器(2)的热端侧设置一平面型热管散热器(3)及风扇(4)，平面型热管散热器(3)蒸发基板(31)的平面与半导体制冷器(2)的热端紧密接触，蒸发基板(31)内设有孔道或空腔，通过连接管(32)与带有翅片(34)的冷凝管(33)相通，热管内充有传热工质氨；平面型热管散热器冷凝段的冷凝管(33)可采用三根并列平行布置的φ15×1.5mm的铝管，即为三管式形式；其管身外面设置的铝翅片(34)的外径为φ40mm，翅片间距为2.3mm翅片管总长度为120mm，冷凝翅片管的管子和翅片为一次加工而成的整体；蒸发基板31的铝块为62×60×20mm，连接管32为φ13×1.5mm的铝管。风扇(4)可采用120×120mm的轴流低噪音小风扇；盛水容器(1)内靠近半导体制冷器(2)冷端侧的铝型材散热器(5)可采用100×100mm方块体，其上的肋片高度为50mm，肋片厚度为2.5mm，共配置有10个纵向肋片。

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