调温式循环饮用液体制冷系统和制冷设备的制作方法

本实用新型涉及制冷技术领域，具体地涉及一种调温式循环饮用液体制冷系统。此外，本实用新型还涉及一种制冷设备。

背景技术：

制冷是指将物体温度降低到或维持在自然环境温度以下的过程，目前常用的制冷方法有以电能驱动压缩机，利用氨、氟等制冷剂实现制冷循环的压缩式制冷机制冷和以n型半导体材料和p型半导体材料的珀尔帖效应实现制冷过程的半导体制冷芯片制冷。压缩式制冷机的优点是功率大，制冷效率高。缺点是结构复杂，占用体积大，存在运动部件，容易损坏，噪音大。半导体制冷芯片的优点是无运动部件，稳定性高，结构简单，体积小，无噪音。缺点是单件功率较小，制冷效率会随着半导体制冷芯片冷热两端温差的增加而降低。

现有的半导体制冷设备多采用半导体制冷芯片的冷面与金属存储容器相接触的方法实现水的降温，也有以与半导体制冷芯片的冷面相接触的换热片浸泡在水中的方法实现水的制冷，但是这种方法主要依靠水的对流来实现热量在存储容器中的传导，存储容器中不同部位的水的温差较大，无法实现对水温的精确检测和控制。1993年3月公开的一种便携式半导体自循环冷饮机，利用半导体制冷器冷面散热器伸入冷室与冷室中的水进行热交换，再通过冷泵实现储水箱与冷室之间和储水箱内部的水循环。但其冷室容量较大，冷室与储水箱之间的通道小，且仅使用冷泵的部分流量用于冷室与储水箱之间的水循环，导致冷室与储水箱之间换热不充分，冷室内部以及冷室与储水箱之间的温差较大，也无法完成精确测温和精确控温，并影响制冷效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的半导体制冷器件的冷端换热不充分、存储容器温差大、无法实现精确温度控制的问题，提供一种调温式循环饮用液体制冷系统，该系统具有半导体制冷芯片冷端换热效果好，存储容器内饮用液体温度均匀，控温准确的优点。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种调温式循环饮用液体制冷系统，包括半导体制冷芯片、热端散热器、液冷换热单元、泵送装置、存储容器、温度传感器和温度控制模块；所述半导体制冷芯片的热端与所述热端散热器接触，且冷端与所述液冷换热单元接触；所述液冷换热单元、所述存储容器、和所述泵送装置液路连接为闭环的循环液路系统；所述温度传感器设置于所述存储容器中；所述温度控制模块与所述温度传感器、所述泵送装置、所述热端散热器和所述半导体制冷芯片电连接，以根据所述温度传感器检测的温度信号控制所述泵送装置、所述热端散热器和所述半导体制冷芯片的工作状态。

优选地，所述循环液路系统形成的饮用液体运动轨迹能够引导饮用液体的热对流运动，且能够在所述运动轨迹的局部区域形成局部紊流。

优选地，所述液冷换热单元包括换热片和壳体；所述换热片的一面设有芯片接触区，另一面设有用于形成所述局部紊流的扰流翅片；所述壳体包括相互连通的换热器进口、换热器出口和换热腔；所述换热片与所述壳体密封固定，且所述扰流翅片位于所述换热腔内。

该优选方案中，换热片的扰流翅片密封于换热腔内的结构使得扰流翅片完全浸泡于循环液体中，流动的饮用液体与扰流翅片进行热交换，循环液流受扰流翅片的阻挡形成的局部紊流，更加快了扰流翅片与饮用液体之间的热交换。

进一步优选地，所述换热腔内靠近所述换热器进口位置设有用于形成所述局部紊流的进口挡板。该优选方案中进口挡板的设置还可以使换热腔内的液流更均匀，避免出现中间流量大，边缘流量小的现象，增加换热效果。

优选地，所述存储容器包括箱体、用于将饮用液体输入到该存储容器上部区域的存储容器进口、用于从该存储容器下部区域抽取饮用液体的存储容器出口和供饮口；所述温度传感器设置在所述存储容器内的所述供饮口区域。该优选方案中，经冷却的饮用液体在存储容器上部的存储容器进口和下部的存储容器出口之间的逆自然对流的循环使得存储容器内的温度更均匀，温度传感器设置在所述供饮口区域使得温度传感器所测得的温度更接近于供饮温度。

优选地，所述温度传感器为ntc传感器。该优选方案中选用的ntc传感器测温准确，价格便宜。

优选地，所述热端散热器为能够被电控的风冷散热器、水冷散热器或热管散热器。在该优选方案中，能够被电控的风冷散热器是指所述风冷散热器的散热风扇能够被电控；能够被电控的水冷散热器是指所述水冷散热器的循环水泵能够被电控或者循环水泵与散热片上的散热风扇都能够被电控；能够被电控的热管散热器是指所述热管散热器的散热片上的散热风扇能够被电控。

优选地，所述温度控制模块包括操作界面、控制单元和制冷电源单元；所述操作界面能够显示所述存储容器内的饮用液体温度并能够输入设定温度；所述控制单元能够接收通过所述操作界面输入的信息和所述温度传感器检测的信息，并控制所述操作界面、所述热端散热器、所述泵送装置和所述制冷电源单元的工作，所述制冷电源单元能够生成所述半导体制冷芯片的工作电源。

优选地，所述控制单元能够在饮用液体温度达到所述设定温度时控制所述制冷电源单元切断对所述半导体制冷芯片的供电，并在饮用液体温度高于所述设定温度设定值时恢复对所述半导体制冷芯片的供电。

进一步优选地，所述制冷电源单元通过继电器或可控硅器件控制对所述半导体制冷芯片供电电路的通断。

优选地，所述热端散热器包括电控驱动元件，所述控制单元能够在切断所述半导体制冷芯片供电的同时切断所述热端散热器和所述泵送装置的供电。该优选方案中，所述热端散热器的电控驱动元件，是指支持所述热端散热器工作所需电控驱动元件，如风冷散热器的散热风扇、水冷散热器的循环水泵和散热片上的散热风扇或者热管散热器散热片上的散热风扇。切断所述半导体制冷芯片供电的同时切断所述热端散热器和所述泵送装置的供电，能够减少不必要的电力消耗，更加节约能源。

此外，本实用新型还提供一种制冷设备，其中，该制冷设备包括上述技术方案中的任一项所述的调温式循环饮用液体制冷系统。

通过上述技术方案，本实用新型的调温式循环饮用液体制冷系统由于设置有温度传感器和温度控制模块，同时形成闭环的循环液路系统其冷端换热效果好，制冷效率高，而且能够使得存储容器中饮用液体温度均匀，控温准确，控温方式更加节能。

在优选方式中，本实用新型的调温式循环饮用液体制冷系统使得待冷却的饮用液体不断运动且与液冷换热单元接触，同时相对精确地控制饮用液体的运动轨迹，使得饮用液体的运动顺应并强化其热对流运动，并在饮用液体的运动轨迹上人为地形成至少一处局部紊流，增强冷能扩散和饮用液体混合，提高了制冷效率，并使得饮用液体温度均匀。经过测试证实，本实用新型的调温式循环饮用液体制冷系统通过控制存储容器内不同区域的饮用液体不断运动并与液冷换热单元接触，形成并促进饮用液体的强迫对流换热，有效地提高制冷效率，使得饮用液体温度迅速降低，饮用液体的强迫对流换热系数达到10000～15000w/(m²·℃)，制冷效率显著提高，制冷迅速，并且存储容器内的饮用液体温度保持均匀，不会再产生底部温度低，顶部温度高的现象，有效地提升了用户的使用体验。本实用新型的制冷设备简单实用、成本相对较低，能够普遍适用于饮水机、冷饮机、果汁机等供饮设备。

有关本实用新型的其他优点和技术效果，将在下文的具体实施方式中进一步详细描述。

附图说明

图1是本实用新型的调温式循环饮用液体制冷系统一个实施例的结构示意图；

图2是液冷换热单元一个具体实施方式示意图。

附图标记说明

1半导体制冷芯片2热端散热器

3液冷换热单元4泵送装置

5循环液管6存储容器

7温度传感器8温度控制模块

31换热片32壳体

61箱体62存储容器进口

63存储容器出口64供饮口

81操作界面82控制单元

83制冷电源单元311芯片接触区

312扰流翅片321换热器进口

322换热器出口323换热腔

324进口挡板

具体实施方式

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”所指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，本实用新型的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型实施例的调温式循环饮用液体制冷系统包括半导体制冷芯片1、热端散热器2、液冷换热单元3、泵送装置4、存储容器6、温度传感器7和温度控制模块8。

热端散热器2与半导体制冷芯片1的热端接触，用于将半导体制冷芯片1的热端产生的热量快速散发出去，以降低半导体制冷芯片1的热端的温度，使半导体制冷芯片1的冷端能够产生更低的温度。在具体的实施例中，热端散热器2使用带散热风扇的风冷散热器，在风冷散热器与半导体制冷芯片1的热端的接触面上涂有导热硅脂，以降低风冷散热器与半导体制冷芯片1的热端的热阻。半导体制冷芯片1的冷端与液冷换热单元3接触，以便与液冷换热单元3进行热交换，将半导体制冷芯片1的冷端产生的冷能及时传递给液冷换热单元3中的饮用液体，以对饮用液体实现制冷，同时还能提高半导体制冷芯片1的制冷效率。在具体的实施例中，半导体制冷芯片1的冷端与液冷换热单元3接触面上涂有导热硅脂，以降低两者之间的热阻，提高热交换能力。

液冷换热单元3、存储容器6、和泵送装置4通过循环液管5液路连接为闭环的循环液路系统。泵送装置4可以选用离心泵、回转泵或者旋涡泵，用于驱动饮用液体在循环液路系统中的循环流动，以将液冷换热单元3中经冷却饮用液体及时输送到存储容器6，并促进存储容器6中的饮用液体的流动，提高饮用液体温度的均匀性。温度传感器7可以选用ntc传感器、rtd传感器或者热电偶，设置于存储容器6中，用来检测存储容器6中的饮用液体温度；温度控制模块8与温度传感器7、泵送装置4、热端散热器2和半导体制冷芯片1电连接，以根据温度传感器7检测的温度信号控制泵送装置4、热端散热器2和半导体制冷芯片1的工作状态，保证存储容器6中的饮用液体温度保持在设定的水平。

作为一种精准控制饮用液体运动轨迹的优选具体实施方式，本实用新型的循环液路系统形成的饮用液体运动轨迹能够引导饮用液体的热对流运动，且能够在所述运动轨迹的局部区域形成局部紊流。

如图2所示，在具体的实施例中，液冷换热单元3包括换热片31和壳体32。换热片31的一面设有芯片接触区311，芯片接触区311的表面制造得很光滑，可以更好地与半导体制冷芯片1的冷端紧密接触，增加热交换；另一面设有扰流翅片312。壳体32包括换热器进口321、换热器出口322、换热腔323和进口挡板324；换热器进口321和换热器出口322设置在换热腔323的两端且相互连通，进口挡板324设置在换热腔323内靠近换热器进口321处，能够阻止液流从换热器进口321直接流入换热腔323内，从而防止换热腔323内出现中间部位液流速度快，边缘部位液流速度慢的现象，导致扰流翅片312与饮用液体的换热不均衡，降低换热效率。在进口挡板324的作用下，饮用液体漫过进口挡板324更加均匀地进入换热腔323内，在扰流翅片312间的流动更加均匀；并且饮用液体在漫过进口挡板324时急速转向，在饮用液体中产生局部紊流，使得液冷换热单元3的换热效果更好。换热片31与壳体32密封固定，防止换热循环饮用液体的渗漏；扰流翅片312位于换热腔323内，可以使得扰流翅片312整体浸泡在流动的饮用液体中，并能在饮用液体流动时形成局部的紊流，进一步增加换热效果。

在具体的实施例中，存储容器6包括箱体61、存储容器进口62、存储容器出口63和供饮口64。存储容器进口62设置在箱体61的顶部，存储容器出口63设置在箱体61的侧下部，经过半导体制冷芯片1降温的温度较低的饮用液体从箱体61顶部的存储容器进口62流入，从箱体61侧下部的存储容器出口63流出，一般存储容器内的饮用液体自然热对流运动的结果的上部温度高、下部温度低，这种布置结构使得已经被冷却的饮用液体不断被输入到存储容器内的上部，同时从存储容器的下部不断抽出饮用液体进行冷却，如此循环，使得存储容器内的上部不断填入最新被冷却的饮用液体，下部不断被抽出之前被冷却的饮用液体，人为地形成了一种与自然热对流不同的强迫对流运动，使得箱体61内的饮用液体流动范围更大，同时由于存储容器进口62与存储容器6内的液面形成的之间的高度差，输入的饮用液体冲击液面，形成一处局部紊流，促进了饮用液体的循环，使得饮用液体的温度也更加均匀。

此外，温度传感器7在设置箱体61内供饮口64附近区域，测得的饮用液体温度与从存储容器6所取得的饮用液体的温度一致性更好。

在具体的实施例中，温度传感器7为ntc传感器。ntc传感器测温准确，价格便宜。

在具体的实施例中，温度控制模块8包括操作界面81、控制单元82和制冷电源单元83。操作界面81能够显示存储容器6内的饮用液体温度并能够输入设定温度，用户通过操作界面81能够获取存储容器6内的饮用液体温度状态信息以及系统的工作信息；并能够通过操作界面81输入饮用液体的设定温度以及其他一些控制信息，以对系统的工作状态进行干预。控制单元82能够接收通过操作界面81输入的信息和温度传感器7检测的信息，将用户输入的或者系统工作状态、控制状态的一些信息显示在操作界面81上，并以这些信息为基础控制热端散热器2、泵送装置4和制冷电源单元83的工作。制冷电源单元83能够生成半导体制冷芯片1的工作电源。

在具体的实施例中，控制单元82能够在饮用液体温度达到设定温度时控制制冷电源单元83切断对所述半导体制冷芯片1的供电，并在饮用液体温度高于设定温度1℃时恢复对半导体制冷芯片1的供电。制冷电源单元83通过继电器或可控硅器件控制对半导体制冷芯片1供电电路的通断。

在具体的实施例中，热端散热器2可以使用带有散热风扇的风冷散热器，控制单元82能够在切断半导体制冷芯片1供电的同时切断风冷散热器散热风扇和泵送装置4的供电。或者热端散热器2可以使用带有循环水泵和散热风扇的水冷散热器，控制单元82能够在切断半导体制冷芯片1供电的同时切断水冷散热器的循环水泵、散热风扇和泵送装置4的供电。或者热端散热器2还可以使用带有散热风扇的热管散热器，控制单元82能够在切断半导体制冷芯片1供电的同时切断热管散热器散热风扇和泵送装置4的供电。这可以使得在饮用液体温度到达设定温度，切断半导体制冷芯片1供电，系统处于保温状态时同时切断无实际工作意义的热端散热器2和泵送装置4的供电，减少系统不必要的电力消耗，节约工作能耗。

本实用新型的调温式循环饮用液体制冷系统工作过程如下：打开电源，通过操作界面81输入饮用液体制冷的设定温度，如果没有输入设定温度，则以上次关机时系统内部的设定温度作为设定温度。选择工作命令，控制单元82控制制冷电源单元83为半导体制冷芯片1供电，半导体制冷芯片1开始工作，半导体制冷芯片1的热端温度开始升高，冷端的温度下降；同时控制单元82控制热端散热器2和泵送装置4的供电接通，热端散热器2不停的将半导体制冷芯片1热端的热量散发出去，使半导体制冷芯片1热端的温度不会过高，一方面防止半导体制冷芯片1受热损坏，一方面可以使半导体制冷芯片1的冷面可以达到更低温度，提高制冷效率。泵送装置4工作使存储容器6中的饮用液体通过存储容器出口63、换热器进口321、换热器出口322、泵送装置4和存储容器进口62在存储容器6和液冷换热单元3之间进行循环，液流经过进口挡板324更均匀地进入换热腔323，与扰流翅片312充分接触，并产生局部紊流，形成充分的热交换，使饮用液体的温度下降。降温后的饮用液体从存储容器6顶部的存储容器进口62进入箱体61，使箱体61内的饮用液体温度逐渐降低；箱体61下部的饮用液体通过存储容器出口63回流到液冷换热单元3中进行热交换。箱体61内的饮用液体的循环流动使得饮用液体的温度更加均匀。设置在供饮口64区域的温度传感器7检测到的饮用液体的温度也逐渐下降，当温度传感器7检测到的饮用液体温度达到设定温度时，控制单元82控制制冷电源单元83切断半导体制冷芯片1供电，半导体制冷芯片1停止工作，防止饮用液体的温度下降得过低。控制单元82同时切断热端散热器2和泵送装置4的供电，减少不必要的能源消耗。此时，系统停止制冷作业，在外界气温的影响下，箱体61内的饮用液体的温度逐渐上升。当温度缓慢上升到设定温度加设定值时，控制单元82控制制冷电源单元83重新为半导体制冷芯片1供电，同时控制热端散热器2和泵送装置4的供电接通，系统重新开始制冷作业。

本实用新型的调温式循环饮用液体制冷系统，可以用于多种饮料、饮品的制冷，能够提高饮用口感，带来更佳的感官体验。

此外，本实用新型还提供一种制冷设备，该制冷设备具有上述调温式循环饮用液体制冷系统，其也具有上述优点。

综上，本实用新型的调温式循环饮用液体制冷系统由于设置有温度传感器和温度控制模块，能够实现对饮用液体制冷温度的控制。同时形成闭环的循环液路系统加速了饮用液体的循环，系统的冷端换热效果好，制冷效率高，而且能够使得存储容器中饮用液体温度均匀，控温准确，控温方式更加节能。

在优选实施方式中，本实用新型的调温式循环饮用液体制冷系统使得待冷却的饮用液体不断运动且与液冷换热单元接触，同时相对精确地控制饮用液体的运动轨迹，使得饮用液体的运动顺应并强化其热对流运动，并在饮用液体的运动轨迹上人为地形成至少一处局部紊流，增强冷能扩散和饮用液体混合，提高了制冷效率，并使得饮用液体温度均匀。经过测试证实，本实用新型的调温式循环饮用液体制冷系统通过控制存储容器内不同区域的饮用液体不断运动并与液冷换热单元接触，形成并促进饮用液体的强迫对流换热，有效地提高制冷效率，使得饮用液体的温度迅速降低，饮用液体的强迫对流换热系数达到10000～15000w/(m²·℃)，制冷效率显著提高，在使用一块tec1-16106ex半导体制冷芯片制冷时能在35℃的环境下将饮用液体的温度降到10℃以下，供饮量达到1l/h。并且存储容器内的饮用液体温度保持均匀，不会再产生底部温度低，顶部温度高的现象，有效地提升了用户的饮用体验。本实用新型的制冷设备简单实用、成本相对较低，能够普遍适用于饮水机、冷饮机、果汁机等供饮设备。

在本说明书的描述中，参考术语“具体的实施例”意指结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书中，其示意性表述不必须针对的是相同的实施例。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。