[发明专利]分立型半导体致冷器制冷系统

说明书

该发明涉及分立型半导体致冷器制冷系统。 

现在利用半导体致冷片两面温差效应的应用中，主要制作饮水机、微型冰箱、小型冷风扇等电功率在30W～150W的低效率制冷产品。而致冷器的结构一般是不对称三层结构，中层是致冷片敷上导热硅质油，冷面紧贴着储冷器，储冷器是由一块厚度3-5mm、边长大于致冷片边长的金属。热面紧密接触着散热面积大的金属散热器和轴流风扇。金属铜的导热系数(大卡/米·时·℃)为300-500，铝为175，而跟随滞后于致冷器温变速率，提高致冷器制冷效率和散热速率，必须放弃其常规结构。我这里提供出一种分立型致冷器制冷系统。可以用规格尺寸和功率任意的致冷片制做冷系统，适应于改造和开发各种冰箱、空调、冷风扇等制冷产品。 

该发明的目的，就是提高半导体致冷器制冷效率或效益，将致冷片的某面或双面的热量或冷量，导入到适当空间散发。具体实施方案为：根据现在流行的冷饮水机、小型制冷盒、冷风扇的半导体致冷器成熟技术基础，创新为：先制作出一个多功能液箱D，箱底紧密接触着一块致冷片Z的制热面ZS(或制冷面ZL)，再则利用管道G、导热液体S、电动液泵P、冷凝器M(或蒸发器ZL′)，构成液流高速循环系统，致冷片产生的热量 QS(或冷量QL)传导入功能箱D的液体，即混合到整个液流系统。为说明方便，把一个多功能液箱D和一块半导体致冷片Z紧密接触的组件，称为一个单元(单面或双面)型半导体致冷器。这种方案，不仅能够使致冷片产生的热量或冷量合理分散，也利于使用大功率致冷器高效率制冷。再者，如果制热或制冷系统需要加深冷度和增加制冷量时，可以用单元——单元串联或并联方式实现。附图图1、图2，是两种规格的一个单元型半导体致冷器实物照像样品。其中图1是制热、制冷系统均做成一个单元双面型致冷器。结构为三层形，中层是一块致冷片Z，两端是两个相同的多功能液箱D₁、D₂。图2是致冷片制冷面采用了一个单元单面型致冷器。而制热方面仍采用常规金属散热器和轴流风扇。这适宜于制冷量≤60大卡/小时的系统。 

该系统用液量少，功能箱容量小，而整个系统运行程序须为先使用内液体形成高速循环状态，才使致冷器运作；若液路不畅通，则致冷器自动关闭。因而，在系统设计上加有防护系统：自动控制液流循环系统和制冷系统的流通传感FH；防止致冷器过热现象的KSD温度开关。分立型半导体致冷器制冷系统所需要的功能箱D、膨胀盒V、导热液体S、蒸发器ZL′、冷凝器M、液泵、流通传感器FH的有关形式、尺寸及其它物理参量，均须根据系统制冷量和实用环境条件，具体确定实施方案。这里提供出一些基本条件：液体管道加装一只膨胀盒V。膨胀盒的容液量可以按照制冷D₁或制热D₂系统所有液量的10-15％ (a)设计。相关制热、制冷系统所需用的液泵功率，输出液量，蒸发器、冷凝器应统一设计。这里可以用一个经验公式参考：S_A/Q_A＝S_B/Q_B(a′)中S_A是多功能液箱D内存贮液量(已知量)；Q_A是致冷片制热(冷)量传导入存贮液的制热(冷)速率(已知量)；Q_B、S_B是设定的液泵输出液量和温度变化速率。实际用的液泵功率可以用一个经验公式参考：流量单位为升/秒、液泵杨程单位为米，考虑到适用水、成品防冻液的比热和浓度，则P_W＝(0.8m·L/S)/100(KW)(a″)，系统中所用的蒸发器、冷凝器的形式和几何尺寸，可以根据致冷器的制冷功率和液泵输出的热(冷)液量计算。 

这里为了利用该发明改造、开发和生产时参考之便。以12706型致冷片为主，制作的两级一个单元型致冷器串联制冷系统为例，说明该发明实施方案。 

1、用一块12706型半导体制冷片Z，规格为40×40×4mm，制作一对功能箱D₁、D₂，箱高度h₁＝h₂＝30mm，箱为宽正方形，边长a₁＝55mm。箱底厚度为5mm，具有储冷器功能。在箱底板内制成散热肋形，箱上留出输入输出口d₁、d₂，输入、输出液体流动方向与散热肋一致。制冷片Z两面上涂上导热硅膏，紧夹于功能箱D₁、D₂中央，就成为一个单元双面型半导体制冷器SFC的主结构。