基于制冷单元的纳米水离子发生装置及制冷单元制作方法与流程

本发明涉及一种基于制冷单元的纳米水离子发生装置及制冷单元制作方法，属于空气净化和美容美发领域。

背景技术：

帕尔贴(peltier)制冷单元作为一种简单易实现的制冷方式，可用于纳米水离子发生装置中，用以冷却电极针，使空气中的水蒸气在电极针表面凝结出水，这样就可以把免费的空气作为水源，再利用高压放电原理制造出纳米水离子。但是，现有采用帕尔贴制冷单元的纳米水离子发生装置存在以下几点不足：

(1)帕尔贴制冷单元的结构稳固性较差，很容易折断、脱落或断裂，大大增加了产品的次品率。如，现有技术中，大量采用焊接固定的方式，将帕尔贴制冷单元与壳体相互固定，但是，帕尔贴制冷单元的构成部件较多，焊接固定的方式不仅效率低下，还会由于工艺原因产生如上所述的相关缺陷。

(2)帕尔贴制冷单元的制冷驱动电流较大、制冷效率低，不但增加了生产成本，而且电能浪费较多。为了增加制冷效率，现有技术往往是进行增加电流的处理方式，而厂家对于产品性能的需求，导致相关产品的电流越来越大，必须选用性能参数更好的电子元器件和升级导体材质，因此，导致了现有产品的生产成本高昂。

(3)纳米水离子发生装置的尺寸较大，大大限制了其应用场景。由于纳米水离子发生装置需要长期在潮湿环境中工作，因此，为了对该装置进行封装，现有技术中一般都是增加防水套件的方式进行，增加了防水套件，会对相关产品的体积造成较大影响，且会增加其生产成本。

(4)纳米水离子发生装置制冷效果不可控，凝水可能过量，导致放电不稳定或中止。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于制冷单元的纳米水离子发生装置及制冷单元制作方法，以空气作为水源载体，利用帕尔贴制冷单元获得稳定凝水，通过高压放电的方式持续产生纳米水离子。

本发明给出一种纳米水离子发生装置，包括设置在壳体内的纳米水离子发生装置，所述纳米水离子发生装置包括从下往上依次设置的制冷单元、放电电极针、高压电极；所述放电电极针与高压电极之间设置有挡水垫片；所述制冷单元为热电晶粒和散热导电板构成的帕尔贴制冷单元；所述热电晶粒焊接定位于壳体内，再通过光敏性预聚物的交联和接支化学反应，将其散热端单体聚合于散热导电板，其制冷端单体聚合于放电电极针的下端。

作为对本发明所述的纳米水离子发生装置的改进，所述纳米水离子发生装置热电晶粒的特征尺寸g因子的取值小于0.6mm。

作为对本发明所述的纳米水离子发生装置的进一步改进，所述光敏性预聚物采用聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或环氧丙烯酸酯。

作为对本发明所述的纳米水离子发生装置的进一步改进，所述散热导电板和放电电极针均由具有导电导热效果的金属制成；所述散热导电板外侧电镀镍、锡或银；所述放电电极针外侧电镀还原性物质。

作为对本发明所述的纳米水离子发生装置的进一步改进，所述放电电极针包括从下至上依次叠加的电极针底座、柱身和电极针顶端；所述电极针底座为圆盘状；所述电极针顶端为球状或椭球状；所述柱身垂直于电极针底座，所述电极针顶端与柱身连接处采用圆滑过渡处理；所述热电晶粒的制冷端单体聚合于放电电极针的电极底座。

作为对本发明所述的纳米水离子发生装置的进一步改进，所述挡水垫片由不导电材料制成，其中心设有圆孔；所述放电电极针的上端贯穿该圆孔。

作为对本发明所述的纳米水离子发生装置的进一步改进，所述壳体的前侧和后侧通透，左侧和右侧分别设置挡板，所述挡板上分别设置有通风口；所述壳体底部设置壳体空腔；所述壳体底部的左侧和右侧分别设置有导电板嵌入口与壳体空腔相连通；所述壳体底部设有架空柱。

作为对本发明所述的纳米水离子发生装置的进一步改进，所述高压电极为环状，相对于放电电极针的位置，在高压电极上设置有释放孔。

基于制冷单元的纳米水离子发生装置及制冷单元制作方法，在壳体的壳体空腔内定位热电晶粒；将完成定位的热电晶粒通过光敏性预聚物的交联和接支化学反应，使其散热端单体聚合于散热导电板，其制冷端单体聚合于放电电极针的电极底座。

作为对本发明所述的基于制冷单元的纳米水离子发生装置及制冷单元制作方法的改进，所述定位为焊接固定方式定位。

本发明对以上现有技术中的缺陷做出改进，为了增加帕尔贴制冷单元与壳体之间的稳固性，本发明采用焊点定位，光敏性预聚物的交联和接支化学反应的方式将帕尔贴制冷单元进行封装，实现帕尔贴制冷单元本身的密封防水性能，使得其可以脱离相关防水套件单独使用，并且帕尔贴制冷单元的所有模块之间的稳固性更加优异，采用这种化学反应之后的封装模式也带来绝对的防水性能，其相对于现有的防水套件更加稳定，基本上解决了因为防水套件故障而导致的产品寿命问题；而由于帕尔贴制冷单元封装技术的改进，使得容纳本发明的帕尔贴制冷单元的壳体可以采用敞开式设计，增加水源的稳定性。而由于该帕尔贴制冷单元封装技术的改进，使得本发明可以在现有纳米水离子发生装置的体积上做出改进，而进一步针对减小体积做出的改进，采用特征尺寸g因子小于0.6mm的热电晶粒，由于其电流不超过1.5a，使其可以使用较为细小的线材和电子元器件，进一步带来体积上的改进。同时，为了防止凝水过量、导致放电不稳定或中止的问题，本发明利用穿过放电电极针并置于电极针底座上方的挡水垫片，以隔离电极底座上的凝水，并可调节放电电极针尖的冷量，防止针尖过度凝水，以保持放电稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的纳米水离子发生装置的整体结构示意图；

图2是图1中壳体1和p/n型热电晶粒6和散热导电板2组合后的结果示意图；

图3是图1中高压电极5的具体结构示意图；

图4是图1中壳体1的主要结构示意图；

图5是p/n型热电晶粒6和散热导电板2组合后的结构示意图；

图6是设置挡水垫片8的纳米水离子发生装置主要元件示意图；

图7是热电晶粒g因子对帕尔贴制冷效果实验和理论数据分析图。

具体实施方式

实施例1、图1-图6给出一种基于制冷单元的纳米水离子发生装置及制冷单元制作方法，将空气作为制造纳米水离子所需水源的载体，利用空气碰到冷表面会凝结出水的原理以持续获得水源，再采用高压放电原理，将冷凝水电击生成纳米水离子。

本发明的纳米水离子发生装置包括壳体1、制冷单元、放电电极针3、高压电路模块4、高压电极5、低压电路模块7、挡水垫片8。其中，本发明采用的制冷单元为热电晶粒6和散热导电板2构成的帕尔贴制冷单元。

其壳体1采用不导电的材料制成，如图4所示，壳体1底部中心位置设有壳体空腔101，用于容纳帕尔贴制冷单元并散热，该壳体1本身为为开敞式设计，即前后通透，左、右侧分别设置挡板，左、右侧的挡板上分别设置有通风口104(这种设计使得源源不断的空气流经壳体1内置的纳米水离子发生装置，并充分与装置内的放电电极针3接触，为制造纳米水离子提供稳定水源)，而壳体1底部的左、右侧分别设置有导电板嵌入口105，该两侧的导电板嵌入口105贯穿壳体1的底部后均与壳体空腔101相连通。在壳体1底部左、右侧的导电板嵌入口105内分别嵌入散热导电板2，两块散热导电板2暴露在壳体空腔101，且相互不接触。而在两块散热导电板2暴露在壳体空腔101的部分，进行热电晶粒6的设置，其通过焊接预处理(即完成散热导电板2、热电晶粒6以及放电电极针3之间的相互定位处理，便于后续操作)，然后通过光敏性预聚物的交联和接支化学反应，其散热端分别单体聚合于两片散热导电板2上，其制冷端分别单体聚合于放电电极针3的电极底座301上，构成一个稳固的帕尔贴制冷单元。以上所述的光敏性预聚物可采用聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯等，用于化学聚合帕尔贴制冷单元，降低接触电阻，从而提高其制冷效果，还对暴露在壳体空腔101内的散热导电板2以及热电晶粒6进行绝缘和密封处理(现有技术中，需要采用其他工艺完成绝缘和密封，如外置密封盒等方式，大大增加了装置的体积和制造成本)，防止凝水洒落造成电路短路，保证电路安全运行，同时可增强热电晶粒6的稳固性和防水性，防止其折断与受潮，从而大大提高热电晶粒6的制冷效果和使用寿命。

以上所述的散热导电板2可由铜等导电导热效果好的金属制成，同时在其外面电镀镍、锡或银等，以提高其与热电晶粒6聚合的稳固性。散热导电板2不仅起到连通电路的作用，还起到散热作用，因此散热导电板2不宜采用线的形式，而是采用片的形式，以增加散热面积。另外考虑到方便外部接线，且节省纳米水离子发生装置空间，散热导电板2采用图3所示的折形设计，并做了防插反设计。

以上所述的放电电极针3包括电极针底座301、电极针顶端302和柱身303；电极针底座301上表面垂直固定柱身303，柱身303上端设置电极针顶端302；其中，电极针底座301呈圆盘状，且直径较大，用以聚合连接热电晶粒6，电极针顶端302呈球状或椭球状，且直径大于柱身303，有利于放电时形成稳定的泰勒锥；电极针顶端302与柱身303连接处采用圆滑过渡处理，减小虹吸阻力，当电极针顶端凝结水生成纳米水离子而释放出去时，柱身表面的凝结水自动补充，从而维持放电稳定。

放电电极针3的表面温度宜为5～10℃之间，满足冷凝出空气中的水蒸气需要的温度，同时防止结冰而影响纳米水离子的制造。

在热电晶粒6的材料和使用条件一定的情况下，为了增加制冷效果，现有技术中往往是采用增加电流的方式，因此，导致现有的相关产品其体积不断增大，其使用功率不断增大，在获得较好效果的同时，其耗能更大。本发明由于封装技术的改进，使得其结构可以不断的缩小，而在结构缩小的同时，对热电晶粒6的特征尺寸g因子(即横截面积与高度的比值)进行调整，其调整为小于0.6mm(即图7中两曲线的交点a对应的g因子)，此时帕尔贴制冷单元的驱动电流较小(小于1.5a)、制冷性能较好(制冷系数大于0.2)，见图7，在实现优异的制冷效果的同时，其体积相对现有技术中的可以获得相同制冷效果的装置明显缩小，可以使用的场景更多，且在本发明的相关封装技术前提下，这种小尺寸的热电晶粒6的封装成功率明显增加，且其用料更省。

如图图7所示，为本发明的相关装置在测试时候记录的数据，该测试的环境为室内温度25℃、相对湿度55％。

当驱动电流大于1.5a时，电路板需采用性能更高的电子元器件，才能维持其制冷效率，会导致制造成本大大增加，同时电路板的发热损耗会大大增加，不但造成电能的大量浪费，而且会严重影响帕尔贴制冷单元的制冷效果，导致纳米水离子发生装置无法做到小型化。

放电电极针3垂直于壳体1的底面，电极针顶端302向上。放电电极针3可由铜等导电导热效果好的金属制成，同时在其外面电镀镍、银或金等还原性物质，不仅提高其导热性和放电稳定性，而且可激发出还原性粒子。

如图6，本发明实施例的纳米水离子发生装置设有挡水垫片8，其中心设有圆孔，并穿过放电电极针3置于电极针底座301上方，以隔离电极底座301上的凝水，并可调节放电电极针尖的冷量，防止针尖过度凝水，以保持放电稳定。

挡水垫片8采用不导电材料制成，可采用防水材料，或者具有吸水性的材料制成。

壳体1顶部设有高压电极固定柱103，高压电极5通过固定孔502穿过高压电极固定柱103而固定在壳体1的上方，位于放电电极针3的正上方。

高压电极5采用环状设计，中间设有释放孔501，释放孔501的中心在放电电极针3中心线上。高压电极5采用导电材料制成，设有高压接线处503用以连接高压电路模块4，通过高压电路模块4对高压电极5与放电电极针3之间施加高压。

开启低压电路模块7和高压电路模块4，低压电路模块7驱动帕尔贴制冷单元制冷，此时热电晶粒6的底端散热，顶端制冷，热量通过散热导电板2从壳体空腔101中散出，冷量通过电极针底座301传递给放电电极针3，使得放电电极针3表面温度降低至低于周围空气露点温度，空气接触到放电电极针3时，在其表面产生凝结水。高压电路模块4对高压电极5与放电电极针3之间施加高电压，在高电压作用下，放电电极针3表面的凝结水向上凸起形成泰勒锥，进而产生纳米水离子，通过释放孔501向外释放。

壳体1底部设有架空柱102，用以架空壳体1的底部，更利于帕尔贴制冷单元通过散热导电板2向外散热。

可选的，热电晶粒6与散热导电板2和放电电极针3，可先通过焊接预处理，然后通过光敏性预聚物的交联和接支化学反应，其散热端分别单体聚合于两片散热导电板2上，其制冷端分别单体聚合于放电电极针3的电极底座301上，以构成一个稳固的帕尔贴制冷单元。

可选的，热电晶粒6的特征尺寸g因子的取值优选0.3mm左右(如图7所示的b点)，此时制冷系数达最大值，帕尔贴制冷单元的制冷效率最高。

可选的，帕尔贴制冷单元的热电晶粒6的个数可根据制冷量要求选择。

可选的，散热导电板2为折形也可根据实际情况设计，以方便接线。

可选的，壳体1上的通风口104、固定柱、架空柱等个数、尺寸、形状以及位置可根据需要进行设计。

可选的，本发明实施例的壳体空腔101为方形，也可为其他形状。

可选的，热电晶粒6选用p/n型热电晶粒。

可选的，低压电路模块7和高压电路模块4可集成为一个电路模块。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。