CN2543003Y - 一种采用强迫通风与强迫环流散热的半导体冰箱 - Google Patents

一种采用强迫通风与强迫环流散热的半导体冰箱 Download PDF

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魏起东
纪斌
袁信祥
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Abstract

一种采用强迫通风与强迫环流散热的温差电致冷器的半导体冰箱，包括由半导体热电堆、贴合在热电堆冷端面的吸冷片、散冷风扇组成的制冷装置，由贴合在热电堆热端面的吸热器、散热循环管路、翅片式散热器及风扇组成的散热装置。其散冷风扇套装在吸冷片上；吸热器内有供传热介质流动循环的管道，管道的出口与循环管路连通，管路与贮存传热介质的储液箱连通，储液箱内设置有强制传热介质循环的微型泵。本实用新型温差电致冷器的结构使环流及对流散热能力强，致冷量大、致冷速度快，制冷效率高，噪声低，且结构合理、工艺可靠，成本低。

Description

一种采用强迫通风与强迫环流散热的半导体冰箱
技术领域
本实用新型涉及一种半导体冰箱，特别是指一种采用强迫通风与强迫环流散热的半导体冰箱。
背景技术
现有的半导体冰箱，其热端散热多采用强迫风冷或水冷两种方式，也有采用热管散热的。当采用风冷散热时，因热交换效率低，散热器散热效果不佳。采用水冷散热时，有内循环和外循环散热两种方式，其中外循环流水式散热耗水较多，时常需补充水，长期使用不太方便，但水蒸发式散热效果好，制冷效率高；内循环式水冷散热，其散热效果随水温的的上升而下降，且必须使用管道泵，成本高、噪声大；另外，水冷散热装置还要解决在0℃以下的结冰问题。利用热管传导散热的温差电致冷器，因使用氨水做媒质，限制了使用场合。而冷端的吸冷片，有自然对流致冷和强迫通风致冷两种方式。通过室内空气的自然对流致冷，热交换效率低、换热系数小，冷端热量不能迅速传递；相对于自然对流换热系数3.5～6.0W/M2·K，采用强迫通风后，换热系数可提高到35～60W/M2·K，因此冷端吸冷片可通过改变换热条件来提高热交换效率。
半导体冰箱的工作原理是利用半导体材料的“珀尔贴”效应进行进行致冷的，即当直流电通过两种不同导电材料构成的回路时，结点上将产生吸热或放热现象。实用中，对半导体热电偶构成的热电堆接通直流电源，则它的一面吸收热量，另一面放出热量。单个热电偶的纯产冷量公式为：
              Q0＝αab TCI-0.5I2R-K(Th-Tc)因此可知，提高热电堆冷端的绝对温度，降低热端的绝对温度，不仅可以减少K(Th-Tc)值，而且可以增加αabTCI值，产冷量就越大；所以要提高热电堆的制冷效率，关键是解决好冷、热端成散热问题。
发明内容
本实用新型的目的是通过将强迫通风散热和强迫环流散热技术相揉合，提供采用一种冷端传冷快、热端散热好的温差电致冷器，使之在最小温差状态下工作，以获得高致冷量、高制冷效率的半导体冰箱。
根据上述目的设计了一种采用强迫通风与强迫环流散热的半导体冰箱，包括冰箱箱体、设置在箱体内的控制电路，控制电路包括相互连接的温度传感器、微处理器、继电器、温度调节电位器、门开关，其还包括温差电致冷器，该温差电致冷器包括制冷装置、与制冷装置相匹配的散热装置；所述的制冷装置包括半导体热电堆、与热电堆冷端面贴合的吸冷片、与吸冷片匹配的散冷风扇；散热装置包括贴合在热电堆热端面上的吸热器、将吸热器与翅片式散热器连接起来的循环管路、与翅片式散热器配套的散热风扇。其中，与吸冷片匹配的散冷风扇支架套装并固定在吸冷片上，散冷风扇位于吸冷片的前方。而在吸热器内设置有供传热介质流动循环的管道，管道的出口与管路连通，管路与贮存传热介质的储液箱连通，储液箱内设置有强制传热介质循环的微型泵。吸热器内的传热介质流动循环管道呈蛇形或S型紧密排列，管道与热电堆端面之间为薄壁结构金属，在吸热器外表面还设置有翅片式散热结构。储液箱内设置有监测传热介质温度、温度上限为50℃的由控制电路控制的温度传感器，即传热介质的温度超过50℃时，控制电路将关闭电路，使冰箱停止工作。另外，与翅片式散热器配套的散热风扇位于散热器后，并固定在风扇支架上，该支架安装在底板上。
本实用新型采用的吸热器能使传热介质迅速带走热电堆热端传来的热量，同时吸热器与外部空气接触的表面上的翅片式辅助散热结构，加快了与周围空气的自然对流散热；装配时，微型泵固定并封闭在储液箱内，有效地降低了泵的噪声，延长了泵的使用寿命；循环用传热介质采用在零下10℃仍具有极佳流动性能的液体，使实用性、可靠性和温度适用范围得到了充分保障。运转时，吸热器进口的传热介质温度与环境温度相近，使半导体热电堆的冷、热端散热快、致冷量大、致冷速度快，制冷效率得到大幅度提高。总之，本实用新型结构合理、工艺可靠，成本低，实用性强。
附图说明
附图1是本实用新型的装配结构的主视示意图；附图2是附图1的左视示意图。
具体实施方案
本实用新型的工作原理是提高半导体热电堆冷端的绝对温度，降低热端的绝对温度，缩小制冷热电堆两个端面的温差，因而制冷效率就越高。在结构上首先参照附图1，可见温差电致冷器安装在冰箱的后背部。冰箱箱体包括外壳22和内胆5，在外壳与内胆间填充有泡沫隔热层18，箱体底部设有底板9，后背部设有防护后罩板10。冰箱门体包括门外壳1、门内壁4及它们间的隔热填充物3。在温差电致冷器半导体热电堆17冷端面上贴合有吸冷片19，吸冷片为表面经阳极氧化发黑处理的铝材或铜材，用螺钉固定在吸热器16上；散冷风扇21由风扇支架20套装并固定在吸冷片上，散冷风扇对着吸冷片。而吸热器贴合在热电堆热端，吸热器内的管道出口与循环管路14连通，管路通进储液箱12，用于强制循环的微型泵8固定在封闭的储液箱内，微型泵通过管路与翅片式散热器13连通，而散热器另一端接口经管路与吸热器管道进口相连通，构成了完整的循环回路，参见附图2。在翅片式散热器后部、储液箱侧设置有散热风扇7，该风扇固定在风扇支架6上，风扇支架安装在冰箱底板9上，风扇对散热器强迫风冷；储液箱、散热器均固定在冰箱底板上，管路之间的连接可采用螺纹连接或焊接。在循环系统中密封有-15℃以上不结冰的传热介质11，该传热介质在微型泵的驱动下以一定流速循环流过吸热器。
冰箱的控制电路中包括具有微处理器和继电器的电源控制线路板23、冷藏室温度传感器15、储液箱温度传感器24、冰箱温度调节电位器25、冰箱门开关2。当打开冰箱门时，门开关断开散冷风扇的电源。控制电路主要对半导体热电堆、各风扇、微型泵等提供电源，并由传感器控制运行状态。当冰箱内冷却到规定温度时，半导体热电堆低压运行，即为停机状态，散冷风扇停止工作，散热风扇与微型泵延迟一段时间后停止工作；当储液箱中传热介质的温度超过50℃时，保护电路自动停止冰箱工作。
由于采用强迫通风与强迫环流散热的温差电致冷器，在室温25℃时，冰箱内温度低于2℃，开机第一小时温降达18℃。工作中，散冷风扇对着冷端吸冷片强迫通风散冷，既使吸冷片上的冷量能够迅速传递到整个制冷室，也避免了吸冷片局部温度过低；而热电堆热端端面紧密贴合在导热性能优良的铝或铜合金制吸热器的表面，在储液箱中微型泵的驱动下，传热介质以一定的流速流过吸热器中密布的管道，迅速带走了热电堆传来的热量，加上吸热器的翅片式辅助散热结构进一步提高了热量流失速度。由吸热器流出的温度较高的传热介质经管路流入翅片式散热器中散热降温，采用风扇的强迫风冷加快了散热速度。通过对微型泵的转速、风扇的功率和散热器散热面积的合理匹配，优化了整机工作效率。

Claims (6)

1、一种采用强迫通风与强迫环流散热的半导体冰箱，包括冰箱箱体、设置在箱体内的控制电路，控制电路包括相互连接的温度传感器、微处理器、继电器、温度调节电位器、门开关，其特征是
还包括温差电致冷器，该温差电致冷器包括制冷装置、与制冷装置相匹配的散热装置；
制冷装置包括半导体热电堆(17)、与热电堆冷端面贴合的吸冷片(19)、与吸冷片匹配的散冷风扇(21)；
散热装置包括贴合在热电堆热端面上的吸热器(16)、将吸热器与翅片式散热器(13)连接起来的循环管路(14)、与翅片式散热器配套的散热风扇(12)。
2、根据权利要求1所述的冰箱，其特征是与吸冷片匹配的散冷风扇支架(20)套装并固定在吸冷片上，散冷风扇位于吸冷片的前方。
3、根据权利要求1所述的冰箱，其特征是吸热器内设置有供传热介质流动循环的管道，管道的出口与管路连通，管路与贮存传热介质的储液箱(12)连通，储液箱内设置有强制传热介质循环的微型泵(8)。
4、根据权利要求3所述的冰箱，其特征是吸热器内的传热介质流动循环管道呈蛇形或S型紧密排列，管道与热电堆端面之间为薄壁结构金属，在吸热器外表面还设置有翅片式散热结构。
5、根据权利要求3所述的冰箱，其特征是储液箱内设置有监测传热介质温度、温度上限为50℃的由控制电路控制的温度传感器(24)。
6、根据权利要求1或3所述的冰箱，其特征是与翅片式散热器配套的散热风扇(7)位于散热器后，并固定在风扇支架(6)上，该支架安装在底板上。
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