CN107131676B - 一种半导体制冷与热泵耦合式装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体制冷与热泵耦合式装置，包括两个直流电源、半导体制冷装置、半导体热泵装置、蓄热水桶、保温箱、冷风箱、两个风机、自动换水***和支架，所述两个直流电源分别与半导体制冷装置和半导体热泵装置电路连接，所述冷风箱、半导体制冷装置、保温箱、半导体热泵装置、蓄热水桶在竖直方向上由下至上依次连接，所述保温箱、冷风箱均设置有出风口，两个风机分别设置在所述保温箱、冷风箱上；所述自动换水***用于根据温度及液位自动控制蓄热水桶的给排水。本发明结构紧凑，半导体制冷与热泵的耦合，综合利用了半导体既能制冷又能制热的性能，同时，半导体热泵回收来自制冷装置散发的大量热量，达到良好的节能效果。

Description

一种半导体制冷与热泵耦合式装置

技术领域

本发明涉及制冷、制热以及节能蓄热技术，具体来说是一种半导体制冷与热泵耦合式装置。

背景技术

传统的机械式制冷设备复杂，易产生振动和噪声，其工质对环境有污染性和破坏性。半导体制冷作为为新兴的制冷方式，具有结构简单、尺寸小、噪音低、不需要制冷剂、不污染环境、可靠性高、可维修性良好、启动快、控制灵活等特点。

同时，半导体具有较高的制热效率，半导体热泵非常适用于建筑节能和废热回收。与空气-空气全热交换器相比，能回收排风中更多的潜在能量。具有低温差下效率高、可控性强、简单无污染、布置灵活、维护方便等特点，用于回收废热加热生活用水等具有很大的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于设计一种半导体制冷与热泵耦合式装置，综合利用半导体进行制冷、制热，同时半导体热泵回收来自制冷装置散发的大量热量，达到良好的节能效果。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种半导体制冷与热泵耦合式装置，包括两个直流电源、半导体制冷装置、半导体热泵装置、蓄热水桶、保温箱、冷风箱、两个风机、自动换水***和一个用于支撑所述蓄热水桶支架，所述两个直流电源分别与半导体制冷装置和半导体热泵装置电路连接，所述冷风箱、半导体制冷装置、保温箱、半导体热泵装置、蓄热水桶在竖直方向上由下至上依次连接，所述保温箱、冷风箱均设置有出风口，两个风机分别设置在所述保温箱、冷风箱上，用于促进箱内热风及冷风从出风口排出；所述自动换水***用于根据温度及液位自动控制蓄热水桶的给排水。

进一步地，所述半导体制冷装置包括处于同一水平面且冷端朝下的若干半导体制冷片、一块导热铜板、一块导冷块、若干热管、若干散热片，所述半导体制冷片的冷端均匀贴合在导冷块上，所述导热铜板与半导体制冷片上端面的热端贴合连接，所述热管与散热片组成热管散热器后置于保温箱内且与导热铜板相连接。

进一步地，所述半导体热泵装置包括处于同一水平面且放热端朝上的若干半导体制热元件、两块导热铜板、若干热管、若干散热片，所述半导体制热元件的吸热端与导热铜板贴合连接，放热端与另一块导热铜板贴合连接，所述热管与散热片构成两组热管散热器，两组热管散热器分别置于蓄热水桶和保温箱内且各自与两块导热铜板相连接。

进一步地，所述冷风箱包裹着半导体制冷装置的冷端，冷风箱一端装有风机，另一端连接用于输出冷风的管道接口。

进一步地，所述保温箱包裹着半导体制冷装置热端和半导体热泵装置的吸热端，所述保温箱内装有一块隔板将箱内空间分为上下两部分，所述隔板一端设置有使箱体内上下两部分空间相连通的缺口，所述保温箱下部远离缺口的一侧装有风机，所述保温箱上部远离缺口一侧开有通风口。

进一步地，所述蓄热水桶包括小蓄热水桶和大蓄热水桶，所述小蓄热水桶放置在所述支架上并包裹所述半导体热泵装置放热端，所述小蓄热水桶通过管道与大蓄热水桶连接。

进一步地，所述自动换水***与所述蓄热水桶连接，包括水泵、电动闸阀、小型继电器、设置在所述蓄热水桶内的液位传感器及温度传感器，用于根据蓄热水桶内的温度及水位自动对蓄热水桶进行自动给排水控制。

进一步地，连接所述半导体热泵装置的放热端的导热铜板与蓄热水桶焊接，成为桶底的一部分，连接所述半导体热泵装置的吸热端的导热铜板嵌在保温箱箱顶，成为箱顶的一部分；所述半导体制冷片由保温箱向下延长出来的四个壁面所包裹。

进一步地，所述的蓄热水桶、保温箱、冷风箱的外表面均包裹有隔热保温层。

进一步地，所述的隔热保温层采用一定厚度的聚苯乙烯材料。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及效果：

1、本半导体制冷与热泵耦合式装置，包括半导体制冷装置、半导体热泵装置、蓄热水桶、风机，综合利用了半导体进行制冷、制热，同时，半导体热泵回收来自制冷装置散发的大量热量，达到节能效果。

2、本半导体制冷与热泵耦合式装置，采用风机对制冷装置热端进行强对流散热，较好地降低了制冷装置冷热端温度差，保证了制冷效率，同时，热风从缺口进入保温箱上部与半导体热泵装置吸热端散热片进行热传递，减少了热损失。

3、本半导体制冷与热泵耦合式装置，可通过连接保温箱上部与其它产热设备，回收来自其它地方的余热，节能蓄热。

4、本半导体制冷与热泵耦合式装置，可采用自动换水***对装置给排水进行智能控制，减少了工作过程劳动力投入。

附图说明

图1是本发明实施例的半导体制冷与热泵耦合装置立体结构示意图。

图2是本发明实施例的半导体制冷与热泵耦合装置的原理简图。

图3是本发明实例的半导体制冷与热泵耦合装置的内部结构示意图。

图4是本发明实施例的半导体制冷与热泵耦合装置主视示意图。

图5是本发明实施例的半导体制冷与热泵耦合装置后视示意图。

图中：1-冷风箱；101-管道接口；2-半导体制冷装置；201-半导体制冷片；202-第一导热铜板；203-导冷块；204-第一热管；205-第一散热片；3-保温箱；301-隔板；302-通风口；303-缺口；4-半导体热泵装置；401-半导体制热元件；402-第二导热铜板；403-第二热管；404-第二散热片；405-第三导热铜板；5-蓄热水桶；501-小蓄热水桶；502-大蓄热水桶；6-风机；601-第一风机；602-第二风机；7-支架。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，一种半导体制冷与热泵耦合式装置，包括两个直流电源、半导体制冷装置2、半导体热泵装置4、蓄热水桶5、保温箱3、冷风箱1、两个风机6、自动换水***和一个用于支撑所述蓄热水桶5的支架7，两个直流电源分别与半导体制冷装置2和半导体热泵装置4电路连接，所述冷风箱1、半导体制冷装置2、保温箱3、半导体热泵装置4、蓄热水桶5在竖直方向上由下至上依次连接，所述保温箱3、冷风箱1均设置有出风口，两个风机分别设置在所述保温箱3、冷风箱1上，用于促进箱内热风及冷风从出风口排出；所述自动换水***用于根据温度及液位自动控制蓄热水桶5的给排水。

具体而言，所述半导体制冷装置2包括处于同一水平面且冷端朝下的若干半导体制冷片201、一块第一导热铜板202、一块导冷块203、若干第一热管204、若干第一散热片205，所述半导体制冷片201的冷端均匀贴合在导冷块203上，所述第一导热铜板202与半导体制冷片201上端面的热端贴合连接，为更好导热，贴合面均设有导热胶；所述第一热管204与第一散热片205组成热管散热器后置于保温箱3内且与第一导热铜板202相连接。

所述半导体热泵装置4包括处于同一水平面且放热端朝上的若干半导体制热元件401、第二导热铜板402、第三导热铜板405、若干第二热管403、若干第二散热片404，所述半导体制热元件401的吸热端与第三导热铜板405贴合连接，放热端与第二导热铜板402贴合连接，为更好导热，贴合面均设有导热胶；若干第二热管403、若干第二散热片404构成两组热管散热器，两组热管散热器分别置于蓄热水桶5和保温箱内且各自与第二导热铜板402、第三导热铜板405相连接。

所述两个直流电源的额定功率均为800W，其中一个直流电源与半导体制冷装置2连接，为半导体制冷片201提供9.3V电压，各个半导体制冷片201依次连接；另一直流电源与半导体热泵装置4连接，为半导体制热元件401提供8.9V电压，各个半导体制热元件401依次连接。半导体制冷片201与半导体制热元件401单个的额定功率均为93W。

本实施例中，如3和图5所示，所述冷风箱1包裹着半导体制冷装置2的冷端，冷风箱1一端装有第二风机602，另一端连接用于输出冷风的管道接口101。装置工作时，半导体制冷装置2的冷端吸收热量，通过第二风机602作用，从管道接口101排出冷风，通过管道连接，可将冷风通到需要的空间。

所述保温箱3包裹着半导体制冷装置2热端和半导体热泵装置4的吸热端，所述保温箱3内装有一块隔板301将箱内空间分为上下两部分，所述隔板301一端设置有使箱体内上下两部分空间相连通的缺口303，所述保温箱3下部远离缺口303的一侧装有第一风机601，所述保温箱3上部远离缺口303一侧开有通风口302。通过设置隔板301和缺口303，使热风能尽可能充分与半导体热泵装置4吸热端进行热交换。

装置工作时，半导体制冷装置2的热端产生大量热量，通过第一风机601进行强对流散热降温，同时热风经保温箱3内缺口303从保温箱3下部进入保温箱3上部，热风与半导体热泵装置4吸热端进行热交换降温后，从通风口302排出。

如图4所示，所述蓄热水桶包括小蓄热水桶501和大蓄热水桶502，所述小蓄热水桶501放置在所述支架7上并包裹所述半导体热泵装置4的放热端，所述小蓄热水桶501通过管道与大蓄热水桶502连接。所述自动换水***与所述蓄热水桶连接，包括水泵、电动闸阀、小型继电器、设置在所述蓄热水桶内的液位传感器及温度传感器，用于根据蓄热水桶内的温度及水位自动对蓄热水桶进行自动给排水控制。本装置小蓄热水桶501容积为15L，大蓄热水桶502容积根据生活生产需要设定。所述小蓄热水桶501内盛有自来水，半导体热泵装置4热端对自来水进行加热，当温度达到需求，自动换水***会自动排出热水到大蓄热水桶502进行储存待用，水位降低到最小水位预设值时，自动换水***对小蓄热水桶501进行给水，直至水位上升到最大水位预设值。

如图3所示，连接所述半导体热泵装置4的放热端的第二导热铜板402与小蓄热水桶501焊接，成为桶底的一部分，连接所述半导体热泵装置4的吸热端的第三导热铜板405嵌在保温箱3箱顶，成为箱顶的一部分；所述半导体制冷片201由保温箱3向下延长出来的四个壁面所包裹。

所述的蓄热水桶、保温箱、冷风箱的外表面均包裹有厚度为60mm的聚苯乙烯材料的隔热保温层，起到保温作用，减少浪费。

本实施例结构紧凑，半导体制冷与热泵的耦合，综合利用了半导体既能制冷又能制热的性能，同时，半导体热泵回收来自制冷装置散发的大量热量，达到良好的节能效果。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种半导体制冷与热泵耦合式装置，其特征在于：包括两个直流电源、半导体制冷装置、半导体热泵装置、蓄热水桶、保温箱、冷风箱、两个风机、自动换水***和一个用于支撑所述蓄热水桶支架，所述两个直流电源分别与半导体制冷装置和半导体热泵装置电路连接，所述冷风箱、半导体制冷装置、保温箱、半导体热泵装置、蓄热水桶在竖直方向上由下至上依次连接，所述保温箱、冷风箱均设置有出风口，两个风机分别设置在所述保温箱、冷风箱上，用于促进箱内热风及冷风从出风口排出；所述自动换水***用于根据温度及液位自动控制蓄热水桶的给排水；所述半导体制冷装置包括处于同一水平面且冷端朝下的若干半导体制冷片、一块导热铜板、一块导冷块、若干热管、若干散热片，所述半导体制冷片的冷端均匀贴合在导冷块上，所述导热铜板与半导体制冷片上端面的热端贴合连接，所述热管与散热片组成热管散热器后置于保温箱内且与导热铜板相连接；所述半导体热泵装置包括处于同一水平面且放热端朝上的若干半导体制热元件、两块导热铜板、若干热管、若干散热片，所述半导体制热元件的吸热端与导热铜板贴合连接，放热端与另一块导热铜板贴合连接，所述热管与散热片构成两组热管散热器，两组热管散热器分别置于蓄热水桶和保温箱内且各自与两块导热铜板相连接；所述保温箱包裹着半导体制冷装置热端和半导体热泵装置的吸热端，所述保温箱内装有一块隔板将箱内空间分为上下两部分，所述隔板一端设置有使箱体内上下两部分空间相连通的缺口，所述保温箱下部远离缺口的一侧装有风机，所述保温箱上部远离缺口一侧开有通风口；所述蓄热水桶包括小蓄热水桶和大蓄热水桶，所述小蓄热水桶放置在所述支架上并包裹所述半导体热泵装置放热端，所述小蓄热水桶通过管道与大蓄热水桶连接；连接所述半导体热泵装置的放热端的导热铜板与蓄热水桶焊接，成为桶底的一部分，连接所述半导体热泵装置的吸热端的导热铜板嵌在保温箱箱顶，成为箱顶的一部分；所述半导体制冷片由保温箱向下延长出来的四个壁面所包裹。

2.根据权利要求1所述的一种半导体制冷与热泵耦合式装置，其特征在于：所述冷风箱包裹着半导体制冷装置的冷端，冷风箱一端装有风机，另一端连接用于输出冷风的管道接口。

3.根据权利要求1所述的半导体制冷与热泵耦合式装置，其特征在于：所述自动换水***与所述蓄热水桶连接，包括水泵、电动闸阀、小型继电器、设置在所述蓄热水桶内的液位传感器及温度传感器，用于根据蓄热水桶内的温度及水位自动对蓄热水桶进行自动给排水控制。

4.根据权利要求1所述的一种半导体制冷与热泵耦合式装置，其特征在于：所述的蓄热水桶、保温箱、冷风箱的外表面均包裹有隔热保温层。

5.根据权利要求4所述的一种半导体制冷与热泵耦合式装置，其特征在于：所述的隔热保温层采用一定厚度的聚苯乙烯材料。