CN102628599A - 风冷式半导体制冷降湿空气调节装置 - Google Patents

Abstract

一种风冷式半导体制冷降湿空气调节装置，包括有制冷箱、半导体制冷器组件、集水托盘、冷凝水引流细管、储水箱、渗水蒸发器、强制风冷管道、轴流风扇、温度湿度传感器、单片机工控单元等构成，用半导体制冷器组件为制冷源，湿热空气在制冷箱内经预冷室、冷凝室处理后液态水凝结析出，空气降湿降温，析出的冷凝水经渗水蒸发器回馈到强制风冷管蒸发，导至风冷气流降温并随之排到外界大气，全机采用单片机工控单元自控运行。本发明提供一种体积小、重量轻、坚固耐用、无污染、基本无噪音，单体结构的降湿空气调节装置。适用于小型特定空间的需求例如战车车厢、舰艇某些舱室、贵重物品及精密仪表存放安置室等及可以太阳能风能供电的野外应用。

Description

风冷式半导体制冷降湿空气调节装置

技术领域

本发明涉及一种风冷式半导体制冷降湿空气调节装置，属于半导体制冷降湿空气调节的技术领域。

背景技术

空气湿度是一项重要的环境参数物理量，与人类活动、社会发展密切相关。例如，人在高湿度环境下生活、工作，会感到身体不适、烦躁不安、神疲力乏、难以忍受。较高的湿度使一些生物污染物如真菌(包括霉菌)、细菌、病毒迅速繁殖扩散，危害极大。许多贵重物品、精密仪表的保存与安置空间对湿度都有严格限制。不少轻工、化工产品的生产工艺对环境湿度上限有明确规定。因此，将给定环境空间潮湿空气过高的空气湿度降到允许值以内，在很多领域都是重要的。目前广泛应用的降湿技术(有些人习惯称“除湿”)主要有两大类：一类是用固体或液体吸湿性材料制成的吸湿剂对待处理空气中的水气进行吸附(或吸收)，然后通过加热的方法使吸湿剂解吸附(解吸收)，吸湿剂恢复对水气的吸湿性能即所谓“再生”，依此循环达到降湿效果；另一类机械压缩制冷式\降湿，是利用低沸点的制冷工质液体吸收环境介质即待处理空气的热量而蒸发，待处理空气降温。压缩机将气化的制冷工质再转换成液体，制冷过程在一个封闭的体系内不断地循环。当待处理空气温度降到露点以下，液态冷凝水析出，达到降湿效果。

依据上述降湿技术而生产的降湿设备，在众多方面已发挥了重要作用。但是，这些传统技术除各自本身的某些不足外，都存在设备体积大，需占用较大安装位置甚至还有室内、室外机等的特点。在一些小型特定空间的需求例如战车车厢、舰艇的某些舱室、许多贵重物品及精密仪表的存放安置室、以及可采取太阳能风能供电的野外某些环境等方面的应用，传统的吸附(吸收)式、机械压缩制冷式降湿设备就难以使用。

为克服现有技术的不足，适应这些小型特定空间范围降湿空气调节的需要，本发明提供一种新的技术方案，应用半导体制冷器组件为制冷源，待处理的湿热空气在制冷箱内经预冷室、冷凝室的处理后成为低于露点的过饱和空气，液态水凝结析出，空气降湿降温，析出的冷凝水经渗水蒸发器回馈到强制风冷管蒸发，导至对半导体制冷器组件热管式散热器进行强制风冷的气流降温，并随之排出到外界大气。全机采用单片机工控单元自控运行。本发明构建的是一种体积小、重量轻、坚固耐用、无污染、基本无噪音，单体结构的降湿空气调节装置。

半导体制冷器件(俗称热电堆)，是塞贝克效应(Seeback Effect)的逆效应帕尔帖效应(Peltier Effect)在制冷技术方面的应用，随着半导体材料技术的发展，半导体制冷已经成为一种新型的制冷方式，用户可将半导体制冷器件与***部件结合设计成不同结构不同用途的制冷器组件或***。半导体制冷器实质上就是电流控制型的电子热泵，无需另外制冷工质。半导体制冷结构简单，无机械运动部件，体积小，可靠性强，无噪声，无振动，长寿命。半导体制冷器件热惯性非常小，制冷制热时间很快，而且交换电流方向即可实现制冷制热端互换，调节电流大小即可改变制冷制热量的输出。

发明内容

一种风冷式半导体制冷降湿空气调节装置，包括有制冷箱、半导体制冷器组件、集水托盘、冷凝水引流细管、储水箱、渗水蒸发器、强制风冷管道、轴流风扇、温度湿度传感器、单片机工控单元等构成，制冷箱外敷有聚氨酯隔热保温层，制冷箱内由相互平行的两块垂直隔板依水平排列分隔成预冷室、气流换向通道、冷凝室，预冷室隔板下端开有气流出口，冷凝室隔板上端开有气流入口，预冷室隔板和冷凝室隔板之间的较窄空间是气流换向通道；制冷箱内底部有集水托盘，制冷箱外底部下方有储水箱，集水托盘上有冷凝水引流细管与储水箱连通，将制冷箱内生成的冷凝水引流到储水箱；在预冷室的空气入口和冷凝室的空气出口设置了温度湿度传感器；预冷室、冷凝室内设置有栅片式散冷器，栅片方向与气流方向平行；两组结构相同的半导体制冷器组件分别对预冷室、冷凝室制冷降温，半导体制冷器组件由半导体制冷器件、梯形导冷块、梯形导热块、栅片式散冷器、热管式散热器构成，梯形导冷块的窄面与半导体制冷器件的冷面紧密联接，宽面与安置在预冷室、冷凝室内的栅片式散冷器紧密联接，梯形导热块的窄面与半导体制冷器件的热面紧密联接，宽面与安置在强制风冷管道内的热管式散热器紧密联接，梯形导冷、导热块由紫铜或铝制成，窄面大小与半导体制冷器件的冷热面相同，宽面与窄面每边长度比大体为1.5∶1，梯形高度等于窄面平均单边长度(市场上现有的半导体制冷器件主要为正方形和长方形两种形状)，这样的结构有较好的热扩散效果，梯形导冷块与梯形导热块的两个宽面之间包括半导体制冷器件在内的整个空间用聚氨酯硬泡沫塑料填充绝热；设置了半导体制冷器组件热管式散热器的强制风冷管道，强制风冷管道的端口有轴流风扇，在强制风冷管道内预冷室，冷凝室的两组半导体制冷器组件热管式散热器之间的管道水平段中部安置有渗水蒸发器，它的上端有突起嵌入到储水箱。

渗水蒸发器由多孔性物质制成，可采用陶瓷烧结工艺或粘接压铸工艺制造，具有孔隙率高，良好的水渗透性和较高机械强度的特性，呈蜂窝状结构，在与强制风冷管道平行的轴向开有多个气流通孔，类似蜂窝煤形状。

制冷箱冷凝室下端气流出口的轴流风扇(图标F2)将经过降温降湿处理后的空气排出到本装置所处环境空间的同时，将待处理的空气从预冷室上端的气流进口吸入，在预冷室向下流动并降温，然后经预冷室隔板下端的气流出口进入气流换向通道上行，通过冷凝室隔板上端的气流进口后进入冷凝室下行并进一步降温，冷凝室的空间容积大于预冷室，空气在冷凝室流速减缓，有充分的热交换使空气继续降温，当空气的温度在冷凝室降到露点以下时，过饱和的水气将在栅片式散冷器的栅片上凝结成液态水，在重力作用下滴进制冷箱内底部的集水托盘。集水托盘的冷凝水引流细管将冷凝水引流到储水箱。

空气中所含的部分气态水在冷凝室内转成液态水而从空气中分离出来，空气的水气含量降低，成为降湿低温空气，经冷凝室下部气流出口的轴流风扇F2输送到需做空气调节的本装置所处环境空间。多数情况下的人处小环境空间是希望将高温高湿空气调节成低温低湿空气。对于某些只要求降湿而不希望降温的情况下应用，可在强制风冷管道内的冷凝室半导体制冷器组件热管式散热器的下方设置一个管式换热器，将冷凝室排出的降湿低温空气经过该换热器增温流出。

强制风冷管道是对半导体制冷器组件(图标D1、D2)热端的热管式散热器进行强制风冷却的管道，轴流风扇(图标F1)从外界大气吸入的冷却气流在风冷管道与预冷室半导体制冷器组件D1热端的热管式散热器进行热交换，带走热量气流升温，流经蜂窝状渗水蒸发器，冷凝水蒸发，气流降温并带走气化的冷凝水，转成较低温度高湿度气流，流经冷凝室半导体制冷组件D2热端的热管式散热器进行垫交换，带走热量而成为高温高湿空气，经轴流风扇F1排出到本装置所处环境空间的外界大气中。

对于某些高温低湿情况下希望降低小环境空间气温的应用，这时在冷凝室形成的冷凝水较少，为使渗水蒸发器正常发挥让冷却风降温，有效带走热管式散热器热量，提高半导体制冷器组件D2的制冷效率，可在储水箱中人工加入一定量的水。

在预冷室的空气入口和冷凝室的空气出口设置了温度湿度传感器(图标TR1、TR2)，监测待处理空气及降温降湿处理后空气的温度、湿度数据输送到单片机工控单元进行分析处理。由单片微处理器及***电路、开关控制电路等构成的单片机工控单元上有温度、湿度信息输入总线，半导体制冷器组件供电控制总线，制冷箱轴流风扇、强制风冷管道轴流风扇供电控制总线；上还本制冷空气调节装置故障告警显示。TR1测定的所处环境空间温度、湿度超过设定阈值时，单片机工控单元启动全机工作，也可以手动控制。如果将对半导体制冷器组件D1、D2直流供电的极性反向，本装置成为向所安置环境空间提供热风的设备。

附图说明

附图1为风冷式半导体制冷降湿空气调节装置的技术示意图。

如图1所示：待处理空气入口1，预冷室2，预冷室隔板3，气流换向通道4，冷凝室隔板5，制冷箱6，冷凝室7，栅片式散冷器8，轴流风扇9(图标F1)，强制风冷管道10，梯形导冷块11，半导体制冷器件12，梯形导热块13，热管式散热器14，聚氨酯硬泡沫塑料绝热填充层15，温度湿度传感器16(图标TR1、TR2)，轴流风扇17(图标F2)，冷凝水引流细管18，集水托盘19，储水箱20，渗水蒸发器21，单片机工控单元22。

具体实施方式

根据所需进行降湿空气调节的空间大小，常规微气候的湿度、温度、大气压力范围，降湿空气调节后的目标湿度、温度范围，估算出预冷室和冷凝室的制冷量，据此按一定余量选择半导体制冷器件。根据设定制冷量，本装置设备给定的供电直流电压，例如DC12伏、24伏、48伏等确定被选型号规格的半导体制冷器件由几个单片串联或并联构建成预冷室、冷凝室的半导体制冷器组件。市场上现有半导体制冷器件单片主要为正方形和长方形两种形状；梯形导冷、导热块由紫铜或铝材质铸造铣刨加工制成。依据气流速度、温度，理论制冷温度，热交换量，估算出预冷室、冷凝室栅片式散冷器的栅片面积结构尺寸选择定型产品使用，通常染黑或氧化工艺铝制成品都可以。半导体制冷器实质上就是电流控制型的电子热泵，在热端放出的热量Qh等于输入电功率P与冷端产冷量Qc之和：Qh＝P+Qc；根据预冷室、冷凝室的产冷量及输入电功率确定热端需散放出的热量选择热管式散热器的规格，可选用定型产品。根据所选择热管式散热器的额定风速要求、强制风冷管道的截面积等参数选择直流供电的风冷轴流风扇F1定型产品。依据前述本降湿空气调节装置的应用环境的技术条件选择冷凝室降湿后气流出口轴流风扇F2，它是风量可电控的直流供电轴流风肩定型产品。温度湿度传感器TR1、TR2可以是温度和湿度的组合传感器，也可以是分立传感器，选用市场标准产品，中等精度即可。单片微型计算器(机)简称单片机，市场上规格较多，本发明可选用8位单片机配相应的***器件构成工控单元。单片机工控单元按常规方法编程。渗水蒸发器由多孔性物质制成，可采用氧化铝多孔陶瓷高温电炉烧结成型工艺，也可以用天然沸石或颗粒明胶等多孔材料经粘接压铸工艺制造，制成品应具有孔隙率高，良好的水渗透性和较高机械强度的特性，呈蜂窝状结构，在与冷却风管道平行的轴向开有多个气流通孔，类似蜂窝煤形状。

Claims (3)

1.一种风冷式半导体制冷降湿空气调节装置，包括有制冷箱、半导体制冷器组件、集水托盘、冷凝水引流细管、储水箱、渗水蒸发器、强制风冷管道、轴流风扇、温度湿度传感器、单片机工控单元等构成，其特征是制冷箱外敷有聚氨酯隔热保温层，制冷箱内由相互平行的两块垂直隔板依水平排列分隔成预冷室、气流换向通道、冷凝室，预冷室隔板下端开有气流出口，冷凝室隔板上端开有气流入口，预冷室隔板和冷凝室隔板之间的较窄空间是气流换向通道；制冷箱内底部有集水托盘，制冷箱外底部下方有储水箱，集水托盘上有冷凝水引流细管与储水箱连通，将制冷箱内生成的冷凝水引流到储水箱；在预冷室的空气入口和冷凝室的空气出口设置了温度湿度传感器；预冷室、冷凝室内设置有栅片式散冷器，栅片方向与气流方向平行；两组结构相同的半导体制冷器组件分别对预冷室、冷凝室制冷降温，半导体制冷器组件由半导体制冷器件、梯形导冷块、梯形导热块、栅片式散冷器、热管式散热器构成，梯形导冷块的窄面与半导体制冷器件的冷面紧密联接，宽面与安置在预冷室、冷凝室内的栅片式散冷器紧密联接，梯形导热块的窄面与半导体制冷器件的热面紧密联接，宽面与安置在强制风冷管道内的热管式散热器紧密联接，梯形导冷、导热块由紫铜或铝制成，梯形导冷块与梯形导热块的两个宽面之间包括半导体制冷器件在内的整个空间用聚氨酯硬泡沫塑料填充绝热；设置了半导体制冷器组件热管式散热器的强制风冷管道，强制风冷管道的端口有轴流风扇，在强制风冷管道内预冷室，冷凝室的两组半导体制冷器组件热管式散热器之间的管道水平段中部安置有渗水蒸发器，它的上端有突起嵌入到储水箱。

2.如权利要求1所述的风冷式半导体制冷降湿空气调节装置，其特征是渗水蒸发器由多孔性物质制成，具有孔隙率高，良好的水渗透性和较高机械强度的特性，呈蜂窝状结构，在与强制风冷管道平行的轴向开有多个气流通孔。

3.如权利要求1所述的风冷式半导体制冷降湿空气调节装置，其特征是由单片微处理器及***电路、开关控制电路构成的单片机工控单元上有温度、湿度信息输入总线，半导体制冷器组件供电控制总线，制冷箱轴流风扇、强制风冷管道轴流风扇供电控制总线；上还有本降湿空气调节装置故障告警显示。

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