溫差電製冷器的製作方法

2023-09-19 04:36:35 1

專利名稱：溫差電製冷器的製作方法
技術領域：
溫差電製冷器，涉及製冷、恆溫、空氣調解的冷熱能量發生器，特別是電冰箱製冷和空氣調解裝置的冷熱交換的發生器。
溫差電製冷器，可以取代氟裡昂致冷劑，用於製冷。共所周知，半導體致冷技術，雖然在近幾年有所發展，並進入高科技領域，但在如何提高使用效率，開拓更廣泛的應用領域。至今仍是在研究中的課題。目前在溫差電製冷的技術中，其熱能轉換裝置多是採用長流水或強迫通風等方式來達到目的。其功率低、成本高，適用範圍不廣。雖然在微型製冷(如電器、儀表、小型冷藏箱)及實驗技術等方面尚有運用，但用於中，大型製冷與空調工程的產品與設備(如冰箱、冷庫、空調器)，其熱能轉換裝置成倍的大於功能主機結構，使其結構龐大而不經濟，適用範圍受到限制。
中國專利局已批准的專利號為851032753半導體熱管電冰箱與半導體空調裝置862037700，雖然在溫差電製冷技術方面有所突破，但由於其熱管結構形式單一，實用範圍窄小。在冰箱使用中，只限於50立升左右的容積，並且是單開門，單冷式的冷藏箱，又由於熱管結構只能立式使用，並由於存在著管頂壁落下的微液滴，躲不開蒸發氣流而會被託起，沒有再度的吸熱，就又被帶到冷凝段，出現在中間滯留狀態，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。
目前的半導體熱管空調裝置專利技術，由於受熱管結構等方面的約束，只能是在小型冰箱與單冷式空調器中發揮作用。
鑑於上述技術的不足，本實用新型的目的提供一種能改變溫差電堆熱能轉換方式，提示使用效率，擺脫氟裡昂致冷和壓縮機，可開發多種類的製冷，恆溫與空調產品的溫差電製冷器。
本實用新型的技術內容是按如下方案實現的熱虹吸管1是按各類產品與設備的需要進行型狀設計。主要有方型、扁方型、圓型、扁圓型、稜型、多稜型等。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400mm)。
熱虹吸管的冷凝器1是經壓鑄成型的有色金屬管狀體1，其外部環周設有翅片式散熱片，壁內開長方形(頂端為橫向，壁面為垂直)細槽，腔內上部用焊接方法，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。外部用絕熱材料經注壓形式包殼，(也可用嵌裝膠接與緊固聯接)形成絕熱體。並由此與冷凝器1間開，形成熱虹吸管的絕熱段，並通過螺栓與冷凝器連接一起，構成密封性的一體。
蒸發器1的形狀依據需要分為三種型式其一同冷凝器同位直立形(內腔壁面有一定的坡度)；其二，蒸發器3是與冷凝器1呈大於90°的任一角度；形成與立式的冷熱交換器連接，在蒸發器內鑲有平板形液滴分流盤10；其三，蒸發器3與冷凝器1呈大於90°角的任一角度與平臥式的冷熱交換器結構連接，在蒸發器內鑲裝平板形液滴分流盤10。
凡是有傾斜角度的蒸發器，在其腔內中部就須加裝用薄鋁(或銅)板做成的直板型的液滴分流盤，插入後，焊牢，分流盤須有一合理的坡度，以保證蒸發器底面液滴的均布。
上述組件構成一體密封后，排出氣體，充入工質，構成低溫型熱虹吸管，具有冷凝段、絕熱段、蒸發段三大功能區域。
有具有「N」極與「P」極的半導體致冷塊組成的「溫差電堆」的熱端面，用嵌裝加粘接方式御接在經過鈍化處理的蒸發器底面上；冷端面用銦合金等低熔點合金焊料焊接在「冷熱交換器」的聚冷底板上。
冷熱交換器5的底板與聚熱片，均採用有色金屬板與薄片組成。二者可以鑄造在一體，亦可採用焊接方式組成。但須根據材質選用底板與積冷片的厚度與面積。否則，將使功能受影響。
「溫差電製冷器」在運用時，以蒸發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「溫差電堆」效能的充分發揮，這在製冷產品中，是提高節能效果的最好選擇之一。
當按照溫差電堆需要的直流電輸入使其工作時，產生「帕爾帖」效應。冷量通過交換器5送入冷凍(藏)室內；熱量經蒸發器3將工質氣化，蒸發上升，透過液滴分流盤而附貼於冷凝器的槽壁上(有一小部分不經液滴分流盤，直接附貼於管體中、下部的槽壁上)將熱量釋放於水(或空氣)中。工質氣流釋熱後形成的「液滴」，靠自身重力，經分流盤均布順槽壁下滑到蒸發段。又由於蒸發器壁面有傾斜坡度，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，達到製冷的目的。
在用於空氣調節系統時，溫差電堆產生的「帕爾帖」效應則可更充分地利用。在運行中只要將電源極性給予改變，就可達到冷與熱的交換。這種功能，運用在冷凍裝置的除「霜」的工作效果就更佳了。
本實用新型可以是在熱虹吸管內壁開細槽的上部置裝「液滴分流盤」其型狀依據熱虹吸管形狀配備)，分流盤中部有足夠使氣流通過的孔槽，能供工質蒸發氣流順利升入冷凝器頂端釋熱，「液滴分流盤」的作用，在於使「液滴」躲過氣流的託起，均勻地沿分流盤流入並順壁槽無阻力的迅速回落到蒸發器吸熱；又可起到低制工質蒸發流速不必要地加快，從而避免蒸發器出口阻塞和出現乾枯、燒乾等現象，提高了熱虹吸管的散熱功能，促使「溫差電堆」的製冷速度成倍率的提高。
本實用新型還可以在液滴分流盤的作用下，依據不同種類，不同型式的產品與設備的需要，配備不同型式的「溫差電製冷器」。從而改變了以往的單一直立式及單一橫臥式的模式，使其擴大了應用範圍。與現時國際上運用的半導體製冷技術相比，在總功率方面可提高3～4倍，從原來的15％～30％，提高到60％(風冷時)和75％(水冷時)以上。
本實用新型可以在冷凝段與蒸發段之間置裝「絕熱膜」，可防止冷凝段持有的熱量的回傳尤其是用於箱式製冷時，促進蒸發段有效功能的發揮，提高節能效果。
在採用水冷時，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，在運用中，只要沒有將水用掉，就不必換水(在方便時，如能經常地將溫水換掉，對節電有利)，這與劉氏發明的半導體熱管電冰箱用水，每天早晚要更換兩次溫水對比，不僅方便，而且又節約用水每天達100公斤以上；與目前國內、國際上普遍採用的長流水散熱方式相比，不僅可節約大量的用水每天達幾噸至幾百噸不一，且在使用方便與維護方面更具有優越性。
「溫差電製冷器」的運用，還具有下列優點熱能轉換裝置沒有動力機、壓縮機，散熱管道等裝置，整個工作過程，都是在沒有「運動」部件下實現的。其結構簡單、無振動、無聲響、無磨擦，因而使用壽命長，維護方便。
在採用水冷散熱時，可設計成一機多用形式，提供35℃～50℃的溫水使用，這在大型製冷與空調系統中(如內燃機車頭與車廂用之)，其優越性更為突出。
在「溫度」使用方面，可分為多級調節型與無級調節型。用於製冷時，可在零下1℃～50℃內選用；用於空調製熱方角，可在零上16℃～32℃之間選用。
下面是本實用新型的附圖。


圖1是本實用新型為直立位置正視示意圖。
圖2是本實用新型為直立位置俯視示意圖。
圖3是本實用新型的冷熱交換器為直立式結構示意圖。
圖4是本實用新型冷熱交換器為臥式的結構示意圖。
圖5是本實用新型冷熱交換器結構正視示意圖。
圖6是本實用新型冷熱交換器結構俯視示意圖。
圖7是本實用新型冷凝器內的液滴分流盤結構正視示意圖。
圖8是本實用新型冷凝器內的液滴分流盤結構俯視圖。
圖9是本實用新型冷凝器內的液滴分流盤結構圖8的剖視圖。
圖10是本實用新型蒸發器內的液滴分流盤結構示意圖。
1.冷凝器2.液滴分流盤3.蒸發器4.溫差電堆5.冷熱交換器5－1.聚冷板5－2.釋冷片6.熱態工質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製冷器，是適應不同整體產品的結構設計，其原理一樣，部件組成一樣，只是蒸發器的形狀與冷熱交換器的位移變化相適應。
冷凝器「1」與蒸發器「3」是採用與工質有相容性的純鋁(或銅)經壓鑄而成。其壁厚在保證足夠密度與強度要求的前提下，越薄越好。選擇適當形狀與壁厚的冷凝器，單位截面的傳熱量可達到10～20KW／cm2。
液滴分流盤2由薄鋁(或銅)板，經衝壓成型。冷凝器內的液滴分流盤呈上凸型，並須有足夠使氣流通過的孔槽。蒸發器內的液滴分流盤呈板狀，底部有槽口。面積依腔孔而定，厚度在保證強度下選擇，但不宜超過2mm。
絕熱膜7是由有一定抗拉，抗壓強度的絕熱材料，經注壓環包在外周面上，其厚度視材料的絕熱程度而定，一般在15mm～20mm為宜。
溫差電製冷堆4是由「N」型(電子型)和「P」型(空穴型)半導體塊組成。「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。二者均是經過取向熔煉和摻加雜質而成。本項技術所採用的半導體致冷塊，已能達到140K低溫和41K空調製冷量。「溫差電堆」是由多塊半導體致冷塊組成。
冷熱交換器5是由銅質聚冷板(5－1)與銅質釋冷片(5－2)組成。二者的質量、厚度與面積的選擇，將影響到溫差電堆功能的發揮。
圖1圖2型溫差電製冷器，適應於散熱裝置布置於上部的結構形式。
圖3、圖4型溫差電製冷器，適應於散熱裝置布置在背部，或側面的結構形式。
在運用時，冷凝器(管體)與蒸發器之間，以絕熱膜分界，環周布有隔熱層，冷熱交換器伸露在要冷卻(或加熱)的工作間(室、箱)內，與整體熱虹吸管由隔熱層間開，工作時，冷熱交換器散發出的能量，在工作間內產生作用，須外移時(如空調器等)，通過風機，將冷(或熱)量輸出。
「溫差電製冷」的設計與運用還須考慮下列特徵a.冷凝器與蒸發器的壁厚選擇十分重要。這是因為工質從蒸發器氣化蒸發過程所傳遞的熱量「Q」正比於冷流體間的溫差「Δt」及傳熱面積「F」。用下列公式示出Q＝KF·ΔT式中K－－傳熱係數由於金屬中的導熱是靠自由電子運動，通過平壁的導熱量「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－－物體的導熱係數。
因此，壁厚，將影響到能量工作效果。
(b)「溫差電堆」能量依據需要選定。能量的大小，與熱虹吸管的體積大小成正比。
在大功率製冷產品與設備中，採用多層覆疊式「溫差電堆」時，其結構型式必須遵循的定律是自冷端到熱端各層製冷功率要逐層增大。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器吸收，使整體「溫差電製冷器」達到最佳的工作狀態。
C.水冷與氣冷，由於比熱相差懸殊，在同類產品中，「溫差電製冷器」的型狀與體積均不相同。
d.蒸發器腔內工質，在非運行狀態時，要低於絕熱段底面，否則，影響節能效果。
e.溫差電堆的兩端面與冷熱交換器及蒸發器御接時，應採用「銦合金」等低熔點合金焊料焊接，儘量避免使用粘接方式。因為粘接劑(俗稱異熱膠)的膨脹係數大於金屬，其結合強度將在運行中發生變化，會使熱阻增大而使效能降低，嚴重時，會損壞溫差致冷塊。
權利要求1.溫差電製冷器涉及製冷、恆溫、空氣調解的冷熱能量發生器，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)的下面有蒸發器(3)、在蒸發器的下面有冷熱交換器(5)，在冷熱交換器(5)與蒸發器之間具有「N」極與「P」極的半導體致冷塊組成的溫差電堆(4)，其特徵在於管式熱虹吸管冷凝器(1)壁內開有細槽，腔內上部具有上凸形的液滴分流盤(2)，熱虹吸管的蒸發器是盒狀體。外部用絕熱材料經注壓形成包殼，成為絕熱體，並由此與冷凝器間開，成為熱虹吸管的絕熱段，並通過螺栓與冷凝器連接一起，構成密封性一體，溫差電堆的熱端面、用嵌裝加粘接方式連接在蒸發器的底面上，冷端面用銦合金等低熔點合金焊料，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.根據權利要求1所述的溫差電製冷器，其特徵在於所說的蒸發器(3)是與冷凝器構成大於90°的任一角度形的，連接立式的冷熱交換器結構，在其蒸發器內鑲有平板形分流盤(10)。
3.根據權利要求1或2所述的溫差電製冷器，其特徵在於所說的蒸發器(3)與冷凝器構成大於90°角的任一角度的連接平臥式的冷熱交換器結構，在其蒸發器內鑲有平板形分流盤(10)。
專利摘要本實用新型涉及一種適用於冰箱製冷和空調裝置的冷熱交換的發生器，是由冷凝器，蒸發器、絕熱膜板組成的熱虹吸管，溫差電堆、冷熱交換器所構成，其特點是在熱虹吸管冷凝器內上部裝有凸形的液滴分流盤，在蒸發器外部用絕熱材料經注壓形成包殼的絕熱體，成為絕熱段。蒸發器可根據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換方式，提高了使用效率，開拓了適用領域可以開發多種類的大、中型製冷設備與產品。
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 優先權日1991年2月4日
發明者王永生, 汪峰 申請人:王永生, 汪峰, 醜仲秋, 張振剛