專利名稱：溫差電制冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
溫差電制冷器，涉及制冷、恒溫、空氣調(diào)解的冷熱能量發(fā)生器，特別是電冰箱制冷和空氣調(diào)解裝置的冷熱交換的發(fā)生器。
溫差電制冷器，可以取代氟里昂致冷劑，用于制冷。共所周知，半導(dǎo)體致冷技術(shù)，雖然在近幾年有所發(fā)展，并進(jìn)入高科技領(lǐng)域，但在如何提高使用效率，開拓更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。至今仍是在研究中的課題。目前在溫差電制冷的技術(shù)中，其熱能轉(zhuǎn)換裝置多是采用長流水或強(qiáng)迫通風(fēng)等方式來達(dá)到目的。其功率低、成本高，適用范圍不廣。雖然在微型制冷(如電器、儀表、小型冷藏箱)及實(shí)驗(yàn)技術(shù)等方面尚有運(yùn)用，但用于中，大型制冷與空調(diào)工程的產(chǎn)品與設(shè)備(如冰箱、冷庫、空調(diào)器)，其熱能轉(zhuǎn)換裝置成倍的大于功能主機(jī)結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)龐大而不經(jīng)濟(jì)，適用范圍受到限制。
中國專利局已批準(zhǔn)的專利號為851032753半導(dǎo)體熱管電冰箱與半導(dǎo)體空調(diào)裝置862037700，雖然在溫差電制冷技術(shù)方面有所突破，但由于其熱管結(jié)構(gòu)形式單一，實(shí)用范圍窄小。在冰箱使用中，只限于50立升左右的容積，并且是單開門，單冷式的冷藏箱，又由于熱管結(jié)構(gòu)只能立式使用，并由于存在著管頂壁落下的微液滴，躲不開蒸發(fā)氣流而會被托起，沒有再度的吸熱，就又被帶到冷凝段，出現(xiàn)在中間滯留狀態(tài)，傳熱極限受影響，從而降低了熱管的散熱效果，影響到溫差電堆的致冷效率。
目前的半導(dǎo)體熱管空調(diào)裝置專利技術(shù)，由于受熱管結(jié)構(gòu)等方面的約束，只能是在小型冰箱與單冷式空調(diào)器中發(fā)揮作用。
鑒于上述技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的提供一種能改變溫差電堆熱能轉(zhuǎn)換方式，提示使用效率，擺脫氟里昂致冷和壓縮機(jī)，可開發(fā)多種類的制冷，恒溫與空調(diào)產(chǎn)品的溫差電制冷器。
本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容是按如下方案實(shí)現(xiàn)的熱虹吸管1是按各類產(chǎn)品與設(shè)備的需要進(jìn)行型狀設(shè)計(jì)。主要有方型、扁方型、圓型、扁圓型、棱型、多棱型等。其高度與寬度(圓型為直徑)均可在50mm～300mm之間選定。(選用扁方型、或扁圓型時，其寬度可達(dá)400mm)。
熱虹吸管的冷凝器1是經(jīng)壓鑄成型的有色金屬管狀體1，其外部環(huán)周設(shè)有翅片式散熱片，壁內(nèi)開長方形(頂端為橫向，壁面為垂直)細(xì)槽，腔內(nèi)上部用焊接方法，嵌裝由薄鋁(或銅)板做成上凸型的“液滴分流盤”。
熱虹吸管的蒸發(fā)器3是由壓鑄(也可焊接)成型的有色金屬的管狀體。外部用絕熱材料經(jīng)注壓形式包殼，(也可用嵌裝膠接與緊固聯(lián)接)形成絕熱體。并由此與冷凝器1間開，形成熱虹吸管的絕熱段，并通過螺栓與冷凝器連接一起，構(gòu)成密封性的一體。
蒸發(fā)器1的形狀依據(jù)需要分為三種型式其一同冷凝器同位直立形(內(nèi)腔壁面有一定的坡度)；其二，蒸發(fā)器3是與冷凝器1呈大于90°的任一角度；形成與立式的冷熱交換器連接，在蒸發(fā)器內(nèi)鑲有平板形液滴分流盤10；其三，蒸發(fā)器3與冷凝器1呈大于90°角的任一角度與平臥式的冷熱交換器結(jié)構(gòu)連接，在蒸發(fā)器內(nèi)鑲裝平板形液滴分流盤10。
凡是有傾斜角度的蒸發(fā)器，在其腔內(nèi)中部就須加裝用薄鋁(或銅)板做成的直板型的液滴分流盤，插入后，焊牢，分流盤須有一合理的坡度，以保證蒸發(fā)器底面液滴的均布。
上述組件構(gòu)成一體密封后，排出氣體，充入工質(zhì)，構(gòu)成低溫型熱虹吸管，具有冷凝段、絕熱段、蒸發(fā)段三大功能區(qū)域。
有具有“N”極與“P”極的半導(dǎo)體致冷塊組成的“溫差電堆”的熱端面，用嵌裝加粘接方式御接在經(jīng)過鈍化處理的蒸發(fā)器底面上；冷端面用銦合金等低熔點(diǎn)合金焊料焊接在“冷熱交換器”的聚冷底板上。
冷熱交換器5的底板與聚熱片，均采用有色金屬板與薄片組成。二者可以鑄造在一體，亦可采用焊接方式組成。但須根據(jù)材質(zhì)選用底板與積冷片的厚度與面積。否則，將使功能受影響。
“溫差電制冷器”在運(yùn)用時，以蒸發(fā)器與冷凝器之間的絕熱膜板為分界，四周要布有隔熱保溫層。
為了增大與加速吸熱效果，冷凝器(管體)可以置放入有一定容積的封閉型水箱中，利用水加快冷凝段熱量的釋放(被水吸收)促進(jìn)“溫差電堆”效能的充分發(fā)揮，這在制冷產(chǎn)品中，是提高節(jié)能效果的最好選擇之一。
當(dāng)按照溫差電堆需要的直流電輸入使其工作時，產(chǎn)生“帕爾帖”效應(yīng)。冷量通過交換器5送入冷凍(藏)室內(nèi)；熱量經(jīng)蒸發(fā)器3將工質(zhì)氣化，蒸發(fā)上升，透過液滴分流盤而附貼于冷凝器的槽壁上(有一小部分不經(jīng)液滴分流盤，直接附貼于管體中、下部的槽壁上)將熱量釋放于水(或空氣)中。工質(zhì)氣流釋熱后形成的“液滴”，靠自身重力，經(jīng)分流盤均布順槽壁下滑到蒸發(fā)段。又由于蒸發(fā)器壁面有傾斜坡度，使“液滴”順坡面鋪開流入底盤時，便可迅速吸熱氣化將熱量帶走，傳至低溫處釋放，達(dá)到制冷的目的。
在用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，溫差電堆產(chǎn)生的“帕爾帖”效應(yīng)則可更充分地利用。在運(yùn)行中只要將電源極性給予改變，就可達(dá)到冷與熱的交換。這種功能，運(yùn)用在冷凍裝置的除“霜”的工作效果就更佳了。
本實(shí)用新型可以是在熱虹吸管內(nèi)壁開細(xì)槽的上部置裝“液滴分流盤”其型狀依據(jù)熱虹吸管形狀配備)，分流盤中部有足夠使氣流通過的孔槽，能供工質(zhì)蒸發(fā)氣流順利升入冷凝器頂端釋熱，“液滴分流盤”的作用，在于使“液滴”躲過氣流的托起，均勻地沿分流盤流入并順壁槽無阻力的迅速回落到蒸發(fā)器吸熱；又可起到低制工質(zhì)蒸發(fā)流速不必要地加快，從而避免蒸發(fā)器出口阻塞和出現(xiàn)干枯、燒干等現(xiàn)象，提高了熱虹吸管的散熱功能，促使“溫差電堆”的制冷速度成倍率的提高。
本實(shí)用新型還可以在液滴分流盤的作用下，依據(jù)不同種類，不同型式的產(chǎn)品與設(shè)備的需要，配備不同型式的“溫差電制冷器”。從而改變了以往的單一直立式及單一橫臥式的模式，使其擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。與現(xiàn)時國際上運(yùn)用的半導(dǎo)體制冷技術(shù)相比，在總功率方面可提高3～4倍，從原來的15％～30％，提高到60％(風(fēng)冷時)和75％(水冷時)以上。
本實(shí)用新型可以在冷凝段與蒸發(fā)段之間置裝“絕熱膜”，可防止冷凝段持有的熱量的回傳尤其是用于箱式制冷時，促進(jìn)蒸發(fā)段有效功能的發(fā)揮，提高節(jié)能效果。
在采用水冷時，熱虹吸管冷凝器置放入有一定容積的水箱中，水箱布有管狀散熱器，在運(yùn)用中，只要沒有將水用掉，就不必?fù)Q水(在方便時，如能經(jīng)常地將溫水換掉，對節(jié)電有利)，這與劉氏發(fā)明的半導(dǎo)體熱管電冰箱用水，每天早晚要更換兩次溫水對比，不僅方便，而且又節(jié)約用水每天達(dá)100公斤以上；與目前國內(nèi)、國際上普遍采用的長流水散熱方式相比，不僅可節(jié)約大量的用水每天達(dá)幾噸至幾百噸不一，且在使用方便與維護(hù)方面更具有優(yōu)越性。
“溫差電制冷器”的運(yùn)用，還具有下列優(yōu)點(diǎn)熱能轉(zhuǎn)換裝置沒有動力機(jī)、壓縮機(jī)，散熱管道等裝置，整個工作過程，都是在沒有“運(yùn)動”部件下實(shí)現(xiàn)的。其結(jié)構(gòu)簡單、無振動、無聲響、無磨擦，因而使用壽命長，維護(hù)方便。
在采用水冷散熱時，可設(shè)計(jì)成一機(jī)多用形式，提供35℃～50℃的溫水使用，這在大型制冷與空調(diào)系統(tǒng)中(如內(nèi)燃機(jī)車頭與車廂用之)，其優(yōu)越性更為突出。
在“溫度”使用方面，可分為多級調(diào)節(jié)型與無級調(diào)節(jié)型。用于制冷時，可在零下1℃～50℃內(nèi)選用；用于空調(diào)制熱方角，可在零上16℃～32℃之間選用。
下面是本實(shí)用新型的附圖。


圖1是本實(shí)用新型為直立位置正視示意圖。
圖2是本實(shí)用新型為直立位置俯視示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的冷熱交換器為直立式結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型冷熱交換器為臥式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實(shí)用新型冷熱交換器結(jié)構(gòu)正視示意圖。
圖6是本實(shí)用新型冷熱交換器結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
圖7是本實(shí)用新型冷凝器內(nèi)的液滴分流盤結(jié)構(gòu)正視示意圖。
圖8是本實(shí)用新型冷凝器內(nèi)的液滴分流盤結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖9是本實(shí)用新型冷凝器內(nèi)的液滴分流盤結(jié)構(gòu)圖8的剖視圖。
圖10是本實(shí)用新型蒸發(fā)器內(nèi)的液滴分流盤結(jié)構(gòu)示意圖。
1.冷凝器2.液滴分流盤3.蒸發(fā)器4.溫差電堆5.冷熱交換器5－1.聚冷板5－2.釋冷片6.熱態(tài)工質(zhì)7.絕熱膜板8.封閉球阻9.密封冒10.分流盤。
由
圖1至圖4所示的三種不同形式的溫差電制冷器，是適應(yīng)不同整體產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其原理一樣，部件組成一樣，只是蒸發(fā)器的形狀與冷熱交換器的位移變化相適應(yīng)。
冷凝器“1”與蒸發(fā)器“3”是采用與工質(zhì)有相容性的純鋁(或銅)經(jīng)壓鑄而成。其壁厚在保證足夠密度與強(qiáng)度要求的前提下，越薄越好。選擇適當(dāng)形狀與壁厚的冷凝器，單位截面的傳熱量可達(dá)到10～20KW／cm2。
液滴分流盤2由薄鋁(或銅)板，經(jīng)沖壓成型。冷凝器內(nèi)的液滴分流盤呈上凸型，并須有足夠使氣流通過的孔槽。蒸發(fā)器內(nèi)的液滴分流盤呈板狀，底部有槽口。面積依腔孔而定，厚度在保證強(qiáng)度下選擇，但不宜超過2mm。
絕熱膜7是由有一定抗拉，抗壓強(qiáng)度的絕熱材料，經(jīng)注壓環(huán)包在外周面上，其厚度視材料的絕熱程度而定，一般在15mm～20mm為宜。
溫差電制冷堆4是由“N”型(電子型)和“P”型(空穴型)半導(dǎo)體塊組成。“N”型的原材料是碲化鉍、硒化鉍的固熔體；“P”型的原材料是碲化銻、碲化鉍的固熔體。二者均是經(jīng)過取向熔煉和摻加雜質(zhì)而成。本項(xiàng)技術(shù)所采用的半導(dǎo)體致冷塊，已能達(dá)到140K低溫和41K空調(diào)制冷量?！皽夭铍姸选笔怯啥鄩K半導(dǎo)體致冷塊組成。
冷熱交換器5是由銅質(zhì)聚冷板(5－1)與銅質(zhì)釋冷片(5－2)組成。二者的質(zhì)量、厚度與面積的選擇，將影響到溫差電堆功能的發(fā)揮。
圖1圖2型溫差電制冷器，適應(yīng)于散熱裝置布置于上部的結(jié)構(gòu)形式。
圖3、圖4型溫差電制冷器，適應(yīng)于散熱裝置布置在背部，或側(cè)面的結(jié)構(gòu)形式。
在運(yùn)用時，冷凝器(管體)與蒸發(fā)器之間，以絕熱膜分界，環(huán)周布有隔熱層，冷熱交換器伸露在要冷卻(或加熱)的工作間(室、箱)內(nèi)，與整體熱虹吸管由隔熱層間開，工作時，冷熱交換器散發(fā)出的能量，在工作間內(nèi)產(chǎn)生作用，須外移時(如空調(diào)器等)，通過風(fēng)機(jī)，將冷(或熱)量輸出。
“溫差電制冷”的設(shè)計(jì)與運(yùn)用還須考慮下列特征a.冷凝器與蒸發(fā)器的壁厚選擇十分重要。這是因?yàn)楣べ|(zhì)從蒸發(fā)器氣化蒸發(fā)過程所傳遞的熱量“Q”正比于冷流體間的溫差“Δt”及傳熱面積“F”。用下列公式示出Q＝KF·ΔT式中K－－傳熱系數(shù)由于金屬中的導(dǎo)熱是靠自由電子運(yùn)動，通過平壁的導(dǎo)熱量“Q”與表面積“F”，溫差“Δt”成正比，與壁厚“δ”成反比，即
Q＝λ·F (△t)/(δ′)如用熱流密度“q”表示，則q＝λ· (Δt)/(δ·F)式中λ－－物體的導(dǎo)熱系數(shù)。
因此，壁厚，將影響到能量工作效果。
(b)“溫差電堆”能量依據(jù)需要選定。能量的大小，與熱虹吸管的體積大小成正比。
在大功率制冷產(chǎn)品與設(shè)備中，采用多層覆疊式“溫差電堆”時，其結(jié)構(gòu)型式必須遵循的定律是自冷端到熱端各層制冷功率要逐層增大。其工作原理是第一層熱端放出的熱量，由第二層冷端吸收；第二層熱端放出的熱量，由第三層冷端吸收……依次類推，最末端放出的熱量通過蒸發(fā)器吸收，使整體“溫差電制冷器”達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。
C.水冷與氣冷，由于比熱相差懸殊，在同類產(chǎn)品中，“溫差電制冷器”的型狀與體積均不相同。
d.蒸發(fā)器腔內(nèi)工質(zhì)，在非運(yùn)行狀態(tài)時，要低于絕熱段底面，否則，影響節(jié)能效果。
e.溫差電堆的兩端面與冷熱交換器及蒸發(fā)器御接時，應(yīng)采用“銦合金”等低熔點(diǎn)合金焊料焊接，盡量避免使用粘接方式。因?yàn)檎辰觿?俗稱異熱膠)的膨脹系數(shù)大于金屬，其結(jié)合強(qiáng)度將在運(yùn)行中發(fā)生變化，會使熱阻增大而使效能降低，嚴(yán)重時，會損壞溫差致冷塊。
權(quán)利要求1.溫差電制冷器涉及制冷、恒溫、空氣調(diào)解的冷熱能量發(fā)生器，它包括盒式的熱虹吸管冷凝器(1)、冷凝器管體(1)的外面具有散熱片，在冷凝器(1)的下面有蒸發(fā)器(3)、在蒸發(fā)器的下面有冷熱交換器(5)，在冷熱交換器(5)與蒸發(fā)器之間具有“N”極與“P”極的半導(dǎo)體致冷塊組成的溫差電堆(4)，其特征在于管式熱虹吸管冷凝器(1)壁內(nèi)開有細(xì)槽，腔內(nèi)上部具有上凸形的液滴分流盤(2)，熱虹吸管的蒸發(fā)器是盒狀體。外部用絕熱材料經(jīng)注壓形成包殼，成為絕熱體，并由此與冷凝器間開，成為熱虹吸管的絕熱段，并通過螺栓與冷凝器連接一起，構(gòu)成密封性一體，溫差電堆的熱端面、用嵌裝加粘接方式連接在蒸發(fā)器的底面上，冷端面用銦合金等低熔點(diǎn)合金焊料，焊接在冷熱交換器的聚冷底板上，冷熱交換器的底板與聚熱片可以鑄成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差電制冷器，其特征在于所說的蒸發(fā)器(3)是與冷凝器構(gòu)成大于90°的任一角度形的，連接立式的冷熱交換器結(jié)構(gòu)，在其蒸發(fā)器內(nèi)鑲有平板形分流盤(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫差電制冷器，其特征在于所說的蒸發(fā)器(3)與冷凝器構(gòu)成大于90°角的任一角度的連接平臥式的冷熱交換器結(jié)構(gòu)，在其蒸發(fā)器內(nèi)鑲有平板形分流盤(10)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種適用于冰箱制冷和空調(diào)裝置的冷熱交換的發(fā)生器，是由冷凝器，蒸發(fā)器、絕熱膜板組成的熱虹吸管，溫差電堆、冷熱交換器所構(gòu)成，其特點(diǎn)是在熱虹吸管冷凝器內(nèi)上部裝有凸形的液滴分流盤，在蒸發(fā)器外部用絕熱材料經(jīng)注壓形成包殼的絕熱體，成為絕熱段。蒸發(fā)器可根據(jù)要求為一定的傾斜角，可以連接平臥或立式冷熱交換器。改變了過去溫差電堆的熱能轉(zhuǎn)換方式，提高了使用效率，開拓了適用領(lǐng)域可以開發(fā)多種類的大、中型制冷設(shè)備與產(chǎn)品。
文檔編號F25B21/04GK2096721SQ9121014
公開日1992年2月19日 申請日期1991年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月4日
發(fā)明者王永生, 汪峰 申請人:王永生, 汪峰, 丑仲秋, 張振剛