專(zhuān)利名稱：太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置及包含該裝置的飲水機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制冷領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展，生活水平的提高，人們對(duì)食品的食用要求日益增加，在食品能夠安全食用的前提下，開(kāi)始更多的關(guān)注其食用口感。正如每種食品都有最佳保鮮溫度一樣，每種飲品也有最佳飲用溫度。已有研究資料表明，例如，啤酒溫度為10°c時(shí)，不僅飲用口感較佳，且此時(shí)人體對(duì)麥芽的熱量吸引力最低，而對(duì)其氨基酸吸收率最高。再如，開(kāi)水在13°c左右時(shí)喝起來(lái)最為爽口，此時(shí)水的表面張力等理化特性都發(fā)生變化，與生物細(xì)胞的水十分相似，容易被吸收，促進(jìn)新陳代謝，增強(qiáng)免疫力。根據(jù)這樣的特性，人們紛紛想出了各種方法， 將飲品冷卻。通常，人們利用壓縮機(jī)制冷方式，將飲品冷卻達(dá)到相應(yīng)溫度，但是，壓縮機(jī)中制冷劑容易泄露污染大氣，并且噪聲大，需外接電源，更不利于在炎熱夏季外出時(shí)攜帶，將飲品降溫。另外，半導(dǎo)體制冷是一種環(huán)保的制冷方式，其基于珀?duì)柼?yīng)，當(dāng)直流電通過(guò)兩種不同的半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時(shí)，在電偶的兩端分別吸收熱量和放出熱量。利用其可以吸收熱量的特性，可以將其作為一種制冷方式，將物體冷卻。在現(xiàn)有技術(shù)中，已公開(kāi)了各種制冷裝置，如申請(qǐng)?zhí)枮?01120062509.0的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利，“半導(dǎo)體制冷溫控飲料機(jī)”，其包括散熱系統(tǒng)、儲(chǔ)水箱、水泵和半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)，其中，半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)由半導(dǎo)體制冷片和飲料導(dǎo)流板組成。雖然該系統(tǒng)可以連續(xù)放出最佳飲用溫度的飲料，實(shí)現(xiàn)溫度可控，達(dá)到動(dòng)態(tài)制冷效果。但是，該裝置需要電源，不適合攜帶外出，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要水泵、散熱系統(tǒng)等眾多設(shè)備，還需要大風(fēng)扇進(jìn)行冷卻循環(huán)水，需要大水箱提供循環(huán)水。又如申請(qǐng)?zhí)枮?00910205235. 3的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，“半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)”，其采用半導(dǎo)體來(lái)制冷，主要的特點(diǎn)是采用真空隔離措施，延長(zhǎng)了使用的壽命，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難，需要外接電源，同時(shí)，此方案不具備快速冷卻的特點(diǎn)。再如申請(qǐng)?zhí)枮?01020242652. 3的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利，“半導(dǎo)體制冷片冷凝裝置”， 其公開(kāi)了一種半導(dǎo)體制冷片冷凝裝置，該裝置包括由半導(dǎo)體制冷片緊密?chē)傻拈L(zhǎng)方體柱和散熱片，朝向散熱片的方向設(shè)置有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，對(duì)應(yīng)進(jìn)風(fēng)口設(shè)置有吸風(fēng)風(fēng)扇。對(duì)應(yīng)出風(fēng)口設(shè)置有排風(fēng)風(fēng)扇。該裝置的應(yīng)用場(chǎng)合是實(shí)驗(yàn)室，冷卻物質(zhì)是蒸汽，目的是節(jié)約冷卻水使用量，需要外接電源。因此，此裝置不適合家庭、辦公場(chǎng)合，不適用于冷卻液體，更不能起到快速冷卻的效果。又如申請(qǐng)?zhí)枮?00420045919.4的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利，其公開(kāi)了一種半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)。該裝置的目的是降低熱端與外界空氣的溫差，來(lái)提高系統(tǒng)的效率，用于冰箱。但不能實(shí)現(xiàn)快速冷卻，同時(shí)，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不便于搬動(dòng)，需要外接電源，更不利于便攜于戶外使用。綜上所述，現(xiàn)有專(zhuān)利中存在各種利弊，但皆未提供能在戶外方便使用的制冷裝置。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，該裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)快速制冷，由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)，減小能耗，方便戶外使用，還可以實(shí)現(xiàn)小型化，具有工質(zhì)環(huán)保等特點(diǎn)， 用于多種場(chǎng)合。一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，包括帶有冷端壁面及熱端壁面的半導(dǎo)體制冷片和帶有受熱部分及放熱部分的熱管，還包括待冷卻工質(zhì)流動(dòng)的管道，所述半導(dǎo)體制冷片的冷端壁面與管道外壁相貼，半導(dǎo)體制冷片的熱端壁面與熱管的受熱部分相貼；容納所述管道、半導(dǎo)體制冷片、熱管的箱體，所述箱體的端蓋裝有為半導(dǎo)體制冷片提供電流的太陽(yáng)能電池板。本發(fā)明所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，其工作原理為利用基于珀?duì)柼?yīng)的半導(dǎo)體制冷裝置，提供所需冷量，將半導(dǎo)體制冷片貼于管道周?chē)?，?dāng)待冷卻工質(zhì)從管口進(jìn)入管道，由于重力作用，其自上向下流動(dòng)。半導(dǎo)體制冷片冷端壁面緊貼管道，將半導(dǎo)體制冷片冷端的冷量傳熱給管道中的待冷卻工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)待冷卻工質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)冷卻降溫。由于半導(dǎo)體制冷片制冷時(shí)的冷端溫度受熱端溫度的影響，即熱端溫度減去半導(dǎo)體制冷片自身可產(chǎn)生的溫降，為冷端溫度，因此，將半導(dǎo)體制冷片熱端壁面緊貼熱管，由于熱管可以使得熱管中的傳熱工質(zhì)在重力作用下流動(dòng)并高效傳熱，將熱量排出，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制冷片熱端壁面溫度恒定。從而，可以使得半導(dǎo)體制冷片的冷端溫度恒定。裝置中裝有太陽(yáng)能電池板，可以利用太陽(yáng)能產(chǎn)生電量，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝置。所述熱管的受熱部分是指熱管中的傳熱工質(zhì)進(jìn)行吸熱的部分。所述熱管的放熱部分是指熱管中的傳熱工質(zhì)進(jìn)行放熱的部分。根據(jù)實(shí)際情況，可依據(jù)管道設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度以及管道壁面所布置的半導(dǎo)體制冷片的數(shù)量來(lái)決定最終流出管道時(shí)可以達(dá)到所要求的溫度。所述半導(dǎo)體制冷片市售可購(gòu)，市售購(gòu)得的半導(dǎo)體制冷片一般為矩形，所述半導(dǎo)體制冷片為若干個(gè)矩形形狀的半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片的冷端壁面通過(guò)第一導(dǎo)熱體與管道相貼。所述半導(dǎo)體制冷片為若干個(gè)矩形形狀的半導(dǎo)體制冷片，相鄰兩個(gè)半導(dǎo)體制冷片與熱管的受熱部分之間的空隙設(shè)有第二導(dǎo)熱體。所述半導(dǎo)體制冷片通過(guò)這些導(dǎo)熱體實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱，從而不影響制冷裝置的效果。其中， 所述第一導(dǎo)熱體、第二導(dǎo)熱體為高效導(dǎo)熱材料，如導(dǎo)熱硅脂等。為使傳熱效果更佳，可直接將半導(dǎo)體制冷片加工為環(huán)形，所述半導(dǎo)體制冷片環(huán)繞所述管道的外壁分布。作為優(yōu)選，所述管道為螺旋狀或環(huán)狀。當(dāng)半導(dǎo)體制冷片為矩形時(shí)，管道設(shè)置為環(huán)狀；當(dāng)半導(dǎo)體制冷片為環(huán)形時(shí)，管道設(shè)置為螺旋狀；如此設(shè)置一方面節(jié)省管道布置空間，另一方面不影響管道內(nèi)的待冷卻工質(zhì)的制冷效果。作為優(yōu)選，所述箱體上設(shè)有供待冷卻工質(zhì)進(jìn)入管道或離開(kāi)管道的進(jìn)口和出口。所述管道的管口分別與箱體上的進(jìn)口和出口相接，以使本制冷裝置方便待冷卻工質(zhì)進(jìn)入或離開(kāi)。作為優(yōu)選，所述箱體上設(shè)有控制電源開(kāi)閉的開(kāi)關(guān)。通過(guò)開(kāi)關(guān)控制制冷裝置的運(yùn)行或停止，方便操作。作為優(yōu)選，所述箱體上設(shè)有散熱氣孔。若熱管溫度高，散熱氣孔可輔助散發(fā)部分熱量。所述管道為導(dǎo)熱管，管道的材料可進(jìn)行選擇，各種金屬材料(如不銹鋼、鐵、鋁、銅等)、塑料或玻璃等導(dǎo)熱材料皆可。為使裝備方便，可將半導(dǎo)體制冷片、管道、導(dǎo)熱體、熱管等做成一個(gè)整體后裝入箱體之中，管道開(kāi)口分別與箱體上的進(jìn)口和出口相接。本制冷裝置不僅可以單獨(dú)使用，也可以放在已有的設(shè)備中，例如飲水機(jī)中，將飲用水快速制冷，其應(yīng)用廣泛。本發(fā)明還提供了一種包含該制冷裝置的飲水機(jī)，其帶有上述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，通過(guò)將上述所述的半導(dǎo)體快速制冷裝置裝備到飲水機(jī)中，以實(shí)現(xiàn)飲水機(jī)的快速制冷。一種包含該制冷裝置的飲水機(jī)，包括飲水機(jī)箱體，所述飲水機(jī)箱體中設(shè)有所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，所述太陽(yáng)能電池板設(shè)于所述飲水機(jī)箱體上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)制冷裝置冷卻時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)快速制冷。(2)本發(fā)明利用了熱管的傳熱特性，將熱管布置于制冷裝置中，熱管的受熱部分和放熱部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、位置靈活，而且匯源分離的距離可以根據(jù)實(shí)際需要及所采用的熱管性能來(lái)定。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)熱管中冷熱傳熱工質(zhì)之間零泄漏。(3)本發(fā)明利用半導(dǎo)體制冷的優(yōu)勢(shì)，其無(wú)氣體工質(zhì)，體積小，壽命高，適用于家庭使用。(4)本發(fā)明也可以放在已有的設(shè)備中，例如飲水機(jī)中，將飲用水快速制冷。(5)本發(fā)明利用太陽(yáng)能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以無(wú)須外部電源，顯著節(jié)能，特別適用于在炎熱夏季的戶外使用。


圖1是本發(fā)明的一種制冷裝置布置示意圖；圖2是圖1所示制冷裝置的側(cè)視圖；圖3是圖1所示制冷裝置的俯視圖；圖4是圖1所示制冷裝置的A-A剖視圖；圖5是本發(fā)明制冷裝置的熱管的布置示意圖；圖6是圖5所示制冷裝置的熱管的側(cè)視圖；圖7是本發(fā)明制冷裝置的矩形半導(dǎo)體制冷片的布置示意圖；圖8是本發(fā)明包含制冷裝置的飲水機(jī)的布置示意圖；圖9是圖8所示飲水機(jī)中半導(dǎo)體快速制冷裝置的一種示意圖；圖10是本發(fā)明制冷裝置的環(huán)狀半導(dǎo)體制冷片的布置示意圖；圖11是圖9所示半導(dǎo)體快速制冷裝置的俯視圖；圖12是圖9所示半導(dǎo)體快速制冷裝置的側(cè)視圖；圖13是圖9中A-A的剖視圖。其中1、箱體；2、太陽(yáng)能電池板；3、開(kāi)關(guān)；4、出口 ；5、進(jìn)口 ；6、飲水機(jī)箱體；7、把手；8a、第一導(dǎo)熱體；Sb、第二導(dǎo)熱體；9、管道；10、半導(dǎo)體制冷片；11、熱管；12、散熱氣孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1參見(jiàn)圖1-7，一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，包括箱體1、太陽(yáng)能電池板 2、開(kāi)關(guān)3、出口 4、進(jìn)口 5、半導(dǎo)體制冷片10、導(dǎo)熱體8、管道9、熱管11。其中，將半導(dǎo)體制冷片10冷端壁面緊貼管道9，半導(dǎo)體制冷片10在每一層中做成矩形環(huán)繞狀，矩形邊長(zhǎng)為 100. 11mm，半導(dǎo)體制冷片10與管道9的中間空隙放入導(dǎo)熱硅脂等第一導(dǎo)熱體8a，將半導(dǎo)體制冷片10熱端壁面緊貼熱管11受熱部分，相鄰兩個(gè)半導(dǎo)體制冷片10與熱管11受熱部分間的中間空隙設(shè)有第二導(dǎo)熱體8b，半導(dǎo)體制冷片10、管道9、導(dǎo)熱體8、熱管11做成一個(gè)整體后裝入箱體1之中，箱體1上開(kāi)設(shè)有進(jìn)口 5和出口 4，箱體1的端蓋部分裝有太陽(yáng)能電池板2，管道9傾斜角θ為2. 74°。在本實(shí)施例中，在夏季外界環(huán)境為25_41°C的工況下，在戶外，將本制冷裝置中放入飲用水，將其快速冷卻。此時(shí)管道9內(nèi)徑D取10mm，管道9為鋁管，半導(dǎo)體制冷片10的型號(hào)見(jiàn)表1。該裝置的工作原理為將飲用水由進(jìn)口 5流入管道9，由于重力作用，其自上向下流動(dòng)，同時(shí)，與管道9管壁接觸。由于半導(dǎo)體制冷片10冷端壁面緊貼管道9，且半導(dǎo)體制冷片10冷端壁面與管道9間以及相鄰兩個(gè)半導(dǎo)體制冷片10與熱管11受熱部分間的中間空隙由導(dǎo)熱硅脂等第一導(dǎo)熱體8a、第二導(dǎo)熱體8b進(jìn)行導(dǎo)熱，故可將半導(dǎo)體制冷片10冷端的冷量傳熱到管道9的水中，實(shí)現(xiàn)飲用水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)冷卻降溫。由于半導(dǎo)體制冷片10 制冷時(shí)的冷端溫度受熱端溫度的影響，即熱端溫度減去半導(dǎo)體自身可產(chǎn)生的溫降，為冷端溫度，因此，將半導(dǎo)體制冷片10熱端壁面緊貼熱管11受熱部分，且熱管11的放熱部分離管道9有一定的距離，利用熱管11的高效傳熱，將熱量排出，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制冷片10熱端的溫度恒定。從而可以使得半導(dǎo)體制冷片10冷端溫度恒定。由太陽(yáng)能電池板2提供電量，驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝置進(jìn)行工作。根據(jù)管道設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度以及管道9壁面所布置的半導(dǎo)體制冷片10的數(shù)量，以及相應(yīng)的工況，在進(jìn)水量為200ml時(shí)，模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2 ；進(jìn)水量變化為200-600ml 時(shí)，模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。表1所用半導(dǎo)體制冷片的型號(hào)
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，包括帶有冷端壁面及熱端壁面的半導(dǎo)體制冷片和帶有受熱部分及放熱部分的熱管，其特征在于，還包括待冷卻工質(zhì)流動(dòng)的管道，所述半導(dǎo)體制冷片的冷端壁面與管道外壁相貼，半導(dǎo)體制冷片的熱端壁面與熱管的受熱部分相貼；容納所述管道、半導(dǎo)體制冷片、熱管的箱體，所述箱體的端蓋裝有為半導(dǎo)體制冷片提供電流的太陽(yáng)能電池板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體制冷片環(huán)繞所述管道的外壁分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體制冷片為若干個(gè)矩形形狀的半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片的冷端壁面通過(guò)第一導(dǎo)熱體與管道相貼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體制冷片為若干個(gè)矩形形狀的半導(dǎo)體制冷片，相鄰兩個(gè)半導(dǎo)體制冷片與熱管的受熱部分之間的空隙設(shè)有第二導(dǎo)熱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，其特征在于，所述管道為螺旋狀或環(huán)狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，其特征在于，所述箱體上設(shè)有供待冷卻工質(zhì)進(jìn)入管道或離開(kāi)管道的進(jìn)口和出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，其特征在于，所述管道為導(dǎo)熱管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，其特征在于，所述箱體上設(shè)有控制電源開(kāi)閉的開(kāi)關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，其特征在于，所述箱體上設(shè)有散熱氣孔。
10.一種包含該制冷裝置的飲水機(jī)，包括飲水機(jī)箱體，其特征在于，所述飲水機(jī)箱體中設(shè)有權(quán)利要求1 9任一項(xiàng)所述太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，所述太陽(yáng)能電池板設(shè)于所述飲水機(jī)箱體上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體快速制冷裝置，包括帶有冷端壁面及熱端壁面的半導(dǎo)體制冷片和帶有受熱部分及放熱部分的熱管，冷卻工質(zhì)流動(dòng)的管道，所述半導(dǎo)體制冷片的冷端壁面與管道外壁相貼，半導(dǎo)體制冷片的熱端壁面與熱管的受熱部分相貼；容納所述管道、半導(dǎo)體制冷片、熱管的箱體，所述箱體的端蓋裝有為半導(dǎo)體制冷片提供電流的太陽(yáng)能電池板。本發(fā)明還公開(kāi)了帶有該制冷裝置的飲水機(jī)。該裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)快速制冷，由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)，減小能耗，方便戶外使用，還可以實(shí)現(xiàn)小型化，具有工質(zhì)環(huán)保等特點(diǎn)，用于多種場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02N6/00GK102563955SQ20121006715
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者唐鵬武, 汪鵬飛, 王征, 鄭磊巍, 陳光明, 韓曉紅 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)