CN204313523U - 一种混合散热型热电制冷制热一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合散热型热电制冷制热一体化装置，包括：内部具有存储空腔的装置本体，其外周设置有保温层，与本体外壁之间的间隙形成换热夹层，该夹层通过隔板被分为两个腔体，并分别与用于泵送换热液的泵连接；设置在本体外的第一换热器和设置在存储空腔内的第二换热器，两换热器、分隔的两个腔体与泵形成储热液体的循环回路；以及热电片，其一端贴附设置在第一换热器外壁面上，从而可将产生的热量或冷量传递到第一换热器上，并进而通过该第一换热器内流动的换热液进行换热并在流经第二换热器时将其换热至存储空腔内，实现制冷或制热。本实用新型的装置可以实现高效的制热制冷一体化。

Description

一种混合散热型热电制冷制热一体化装置

技术领域

本实用新型属于半导体热电片技术领域，具体涉及一种基于热电片的制冷制热一体化装置。

背景技术

目前半导体热电片(也称制冷片)正越来越广泛的被用于小型制冷领域，如移动便携冰箱，小型实验冷却台等。其主要利用了P、N型半导体在电流流通时，节点处会产生Peltier效应，从而使得从N到P端的节点温度下降吸热，成为冷端；而从P到N端的节点温度升高放热，成为热端。将N、P型半导体周期性排列，并使其冷端和热端均分别朝向一个方向后封装即可制成可一面制冷，一面产热的热电片。

由于热电片的冷热端由于电流流动方向所决定，当电流方向发生改变时，原本的产热端将变成制冷端，而原本的制冷端变成了产热端，而且热电片的产热原理同普通电阻通电产热有所不同，其热端产生的热量来源于自身电阻在电流作用下的产热以及由电子从冷端携带过来的热量，使得热电片热端产热的效率大于1，从而使其成为一种理想的加热方式，这为制冷制热一体化提供了较好的解决方案或途径。

但是，通过热电片实现制冷和制热一体化在实际应用中存在比较大的问题，其制冷制热的效果以及效率都不是很好，这是目前业内亟待解决的技术难题。具体来说，一方面，由于热电片自身的特性，其制冷效率受到冷热两端温差的影响非常显著，当两端温差很小时普通热电片制冷效率能达到0.6以上，而当两端温差加大后，其制冷效率就会显著下降。故在制冷时，需要及时将热端产生的热量带走，以保证冷热端温差较小，从而保证制冷效果。另外一方面，由于同时具有制热功能，使得在制冷时采用的冷却方式需要同时兼顾到在制热时的影响。目前传统的热电制冷产品仅采用单纯的风冷散热方式，热端散热效果并不理想，特别是由于制冷制热一体化的结构使得目前的散热无法同时满足制冷时散热而制热时也需要带走冷量的需求，同时无法满足制冷制热的交换以及循环要求

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供一种混合散热型热电制冷制热一体化装置，其通过设置循环冷却的热交换回路并利用超声雾化以及气流散热手段，从而实现高效的制热制冷一体化。

按照本实用新型，为实现上述目的，其所采用的具体技术方案如下：

一种混合散热型热电制冷制热一体化装置，其基于热电片实现制冷制热的一体化，其特征在于，该装置包括：

内部具有存储空腔的装置本体，其外周设置有保温层，且该保温层与本体外壁之间的间隙形成换热夹层，用于作为换热液流动的夹层，且该夹层通过隔板被分为两个腔体，并分别与用于泵送换热液的泵连接；

设置在所述本体外的第一换热器和设置在所述的存储空腔内的第二换热器，其中所述第一换热器的出口与第二换热器的入口通过管路连通，且该第一换热器入口与所述两个腔体中的第一腔体连通而第二换热器的出口与所述两个腔体中的第二腔体连通，从而使得所述两换热器、分隔的两个腔体与所述泵形成储热液体的循环回路；以及

热电片，其一端贴附设置在所述第一换热器外壁面上，通电后该一端制冷或制热，从而可将产生的热量或冷量传递到第一换热器上，并进而通过该第一换热器内流动的换热液进行换热并在流经所述第二换热器时将其换热至所述存储空腔内，实现制冷或制热。

作为本实用新型的改进，所述热电片的另一端设置散热器，该散热器包括风道，且该风道两端的风口设置有风扇，从而可在该风道内产生气流以用于将所述热电片另一端产生的热量或冷量带走。

作为本实用新型的改进，所述风道一端的风扇外部设置有雾化器，用于将水雾化成雾气，并随该风扇形成的气流进入散热器风道以将由热电片在该端传递给所述散热器的热量带走。

作为本实用新型的改进，所述两换热器连通的管路上引出设置有一个自动开关的单向阀，其可在暂停加热或制冷且泵停止加压时，在外部气压的作用下被打开，从而使第二换热器内部的换热液可回流至与其连接的空腔内，而在泵加压时被关闭，使得换热液重新流入第二换热器内。

作为本实用新型的改进，所述第二换热器外周设置有风扇，用于该换热器外部的散热。

本实用新型中，由电源供给***直流电源，泵将储液换热夹层中右侧的储热液体泵至左侧，并加压使液体流经外置换热器获得热电片下端的热量或冷量。储热液体再经内置换热器由风扇来加热或冷却内部存储空腔，最后经储液换热夹层的右侧回到泵内形成换热循环。制冷时，控制器控制热电片下端制冷，上端产热。上端产生的热量经散热器由风扇形成的气流带走。且气流由入口通过雾化室，将雾化室中由超声雾化器将水雾化所生成的雾气混合带入散热器中加强散热效果。制热时，热电片上端制冷，下端制热，冷量经上部散热器由气流带走，而热量经下部外置换热器传递给内部的储热液体，再带至箱体内部从而实验制热。循环 工作流程同制冷时相仿，只是雾化器不工作。箱体由隔热材料层包裹绝热，温度由传感器感知后经控制器控制。当温度偏离设定温度范围时，控制器控制***工作，当温度达到设定范围时控制器控制***停止工作。

本实用新型中，所述内嵌的储液换热夹层被隔板分为左右两个空腔，两个空腔分别与泵的进出口相连。两个空腔于箱体上部同内置换热器和外置换热器通过管路串联，和下部的泵形成储热液体的循环回路。利用液体对流换热能力强于气体以及热容较大，使得制冷片下端的热量或冷量能被迅速带走，并将热量或冷量存储了储液换热夹层中。储液换热夹层中的储热液体能够通过壁面同箱体内部空气发生热传递，并且可以将热量或冷量存储在储热液体中。

本实用新型中，所述连接外置换热器的管道上引出一个自动开关的单向阀，使得当***暂停加热或制冷时，泵停止加压，在外部气压的作用下，单向阀打开，使得位于外置换热器内部的液体能够自动流回储液换热夹层的右空腔内。而当***工作时，由于泵的加压，使得单向阀关闭，储热液体重新流入外置换热器内。从而避免了在***不工作时储热液体中的热量或冷量经热电片和散热片流失。

本实用新型中，所述散热器和两侧风扇以及右侧雾化器所在的腔室形成一个四周密闭但左右两端开口的风道。在制冷时，雾化器将水雾化成雾气，雾气随风扇形成的气流一起将由热电片上端通过接触传递给散热器的热量带走，引入了水的相变换热，强化了散热器表面的传热，降低了制冷片热端的温度，提高了制冷效率；制热时雾化器不工作，以防止散热器结冰。

本实用新型中，所述热电片利用电流方向的改变，使得热电片的冷、热端对换，结合上述循环传热***，从而实现一个箱体既可制冷又可制热。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型的装置中在外部散热部分加入雾化装置，经过计算分析，在制冷时，雾化加湿过程的存在不仅能够有效的带走散热器表面的温度，有效降低热电片上端的温度，提高了热效率，而且可以在实现相同散热量的前提下，相比单纯风冷能减小散热部件尺寸。

(2)本实用新型的技术方案有效解决了箱体内部换热储热问题，储液换热夹层以及液态换热物质使得热电片下端的换热加强，提高了热电片效率，同时加强了箱体内部空间的换热，使得箱体内受热更为均匀，相比传统的直接空气传热，传热效果明显改善。

附图说明

图1是按照本实用新型实施例所构建的超声雾化的混合散热型热电制冷制热一体箱的结 构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实施例的超声雾化的混合散热型热电制冷制热一体箱，其包括由保温层5及内嵌的储液换热夹层6而围成的中空箱体，保温层5起到隔热保温的作用。箱体外下方放置交直流转换电源19及电动泵9，内置换热器17和风扇置于箱体内部上方，外置换热器15、散热器12、风扇11、热电片1和超声雾化器4置于箱体外部上方。

内嵌的储液换热夹层6被隔板分为左右两个空腔，两个空腔分别与泵9的进出口相连。两个空腔于箱体上部同内置换热器和外置换热器通过管路串联，和下部的泵9形成储热液体的循 环回路。利用液体对流换热能力强于气体以及热容较大，使得制冷片下端的热量或冷量能被迅速带走，并将热量或冷量存储了储液换热夹层6中。储液换热夹层6中的储热液体能够通过壁面同箱体内部空气发生热传递，并且可以将热量或冷量存储在储热液体中。储热换热夹层6中可以设计一定形状的流道，来引导内部流体的流动，避免空腔中发生不必要的流体热对流。

连接外置换热器15的管道上引出一个自动开关的单向阀14，使得当***暂停加热或制冷时，泵停止加压，在外部气压的作用下，单向阀14打开，使得位于外置换热器15内部的液体能够自动流回储液换热夹层6的右空腔内。而当***工作时，由于泵的加压，使得单向阀14关闭，储热液体重新流入外置换热器15内。从而避免了在***不工作时储热液体中的热量或冷量经热电片和散热片流失。

散热器12和其两侧的风扇11以及右侧雾化器4所在的腔室形成一个四周密闭但左右两端开口的风道，风道两端的进出口分别为2和13。在制冷时，雾化器4将水3雾化成雾气，雾气随风扇形成的气流一起将由热电片1上端通过接触传递给散热器12的热量带走，从而引入了水的相变换热，强化了散热器表面的传热，降低了制冷片热端的温度，提高了制冷效率；制热时，雾化器不工作，以防止散热器12结冰。

热电片1利用电流方向的改变，使得热电片的冷、热端对换，并结合上述***，从而实现一个箱体既可制冷又可制热。

本方案中，由电源19供给***直流电源，泵9将储液换热夹层6中右侧的储热液体泵至左侧，并加压使液体流经外置换热器15获得热电片1下端的热量或冷量。储热液体再经内置换热器17由风扇16来加热或冷却内部存储空腔7，最后经储液换热夹层的右侧回到泵内形成换热循环。制冷时，控制器10控制热电片1下端制冷，上端产热。上端产生的热量经散热器12由风扇11形成的气流带走。且气流由入口2通过雾化室，将雾化室中由超声雾化器4将水3雾化所生成的雾气混合带入散热器12中加强散热效果。制热时，热电片上端制冷，下端制热，工作流程同制冷时相仿，只是雾化器不工作。箱体由隔热材料层5包裹绝热，温度由传感器8感知后经控制器10控制。其特征在于：热电片1通过电流流经方向的转变而使得冷热端交换，从而实现既可制冷又可制热；使用超声雾化器2将气流加湿从而在散热器12表面引入相变换热，增强散热效果，使得制冷时能够将热电片热端维持在相对较低的温度，从而提高热电片制冷效率；制热时，利用热电片自身热效率大于1的特性，相比纯电阻加热方式更为节能；箱体内嵌储液换热层，能加强箱内加热或制冷效果，减少控制器反复启动***；综合利用气体、液体的对流换热以及水的相变换热，提高了***的制冷制热效果。

通过理论分析和实验还发现，该方案中，气体与液体混合传热方式能够有效提高换热的 效果，提高***的工作效率。并且由于储液换热夹层的存在使得箱体的温度一致性较好，温度波动较小。同时可以将热电片的下端直接同外置换热器一体制造，让储热液体直接接触热电片下端，能进一步提高换热效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种混合散热型热电制冷制热一体化装置，其基于热电片实现制冷制热的一体化，其特征在于，该装置包括：

内部具有存储空腔的装置本体，其外周设置有保温层(5)，且该保温层(5)与本体外壁之间的间隙形成换热夹层(6)，用于作为换热液流动的夹层，且该夹层通过隔板被分为两个腔体，并分别与用于泵送换热液的泵(9)连接；

设置在所述本体外的第一换热器(15)和设置在所述本体的存储空腔内的第二换热器(17)，其中所述第一换热器(15)的出口与第二换热器(17)的入口通过管路连通，且该第一换热器(15)入口与所述两个腔体中的第一腔体连通而第二换热器(17)的出口与所述两个腔体中的第二腔体连通，从而使得所述两换热器、分隔的两个腔体与所述泵(9)形成储热液体的循环回路；以及

热电片(1)，其一端贴附设置在所述第一换热器(15)外壁面上，通电后该一端制冷或制热，从而可将产生的热量或冷量传递到第一换热器(15)上，并进而通过该第一换热器(15)内流动的换热液进行换热并在流经所述第二换热器(17)时将其换热至所述存储空腔内，实现制冷或制热。

2.根据权利要求1所述的一种混合散热型热电制冷制热一体化装置，其中，所述热电片(1)的另一端设置散热器(12)，该散热器(12)包括风道，且该风道两端的风口设置有风扇，从而可在该风道内产生气流以用于将所述热电片(1)另一端产生的热量或冷量带走。

3.根据权利要求2所述的一种混合散热型热电制冷制热一体化装置，其中，所述风道一端的风扇外部设置有雾化器(4)，用于将水雾化成雾气，并随该风扇形成的气流进入散热器风道以将由热电片(1)在该端传递给所述散热器(12)的热量带走。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种混合散热型热电制冷制热一体化装置，其中，所述两换热器连通的管路上引出设置有一个自动开关的单向阀(14)，其可在暂停加热或制冷且泵停止加压时，在外部气压的作用下被打开，从而使第二换热器内部的换热液可回流至与其连接的空腔内，而在泵加压时被关闭，使得换热液重新流入第二换热器(17)内。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种混合散热型热电制冷制热一体化装置，其中，所所述第二换热器外周设置有风扇(16)，通过该风扇(16)形成的气流将该第二换热器内部流动的储热液体的热能传递给箱体内部气体。