专利名称：一种基于半导体制冷技术的冷却水循环装置及方法
技术领域：
本发明属于制冷技术领域，特别是涉及一种基于半导体制冷技术的冷却水循环方法及装置。
背景技术：
水资源问题是21世纪我国社会经济可持续发展最突出的问题之一，也是世界范围内广泛关注的重大问题，面临着越来越严峻的形势。如何从长期困扰我国社会经济发展的水资源匮乏的状况中找出一条合理、可行又可产生积极效果的解决水资源问题的出路，已是当前亟待研究解决的重要课题。因其水资源的有限，故必须科学合理地用水，各行各业都在探索各种节水措施。在工业生产中，已推广蒸汽冷凝回用、间接冷却水循环利用、污水处理回用等节水技术；在公共建筑中，大力推广节水型卫生洁具和中水回用技术，提高用水重复利用率。但在目前，在许多学校化学实验室中实验项目冷却水的使用会排走许多洁净水，这也应当是一个非常值得关注的节水问题。
到目前为止，冷却水使用的方式是将来自自来水的冷却水通过胶皮管通入实验用玻璃冷凝器，冷却水出冷凝器后就直接排入下水道，在这当中，水除了和反应体系有热的交换以外，不会带入任何其他的物质，所以排入下水道的水实际是很洁净的水，只是温度稍比自来水入口出高而已。而实验过程中水的用量却很可观。以有机化学学生实验为例，一个实验时间平均为6-8小时，在实验过程中需要对沸腾的有机挥发成份进行冷凝处理，需要冷凝水，初步估算一下，以一组实验为例，需冷却用水每分钟约1升水，实验按6小时算，这样整个实验用冷却水约为3600升既3.6立方米，而全班共有30组要同时开出，可见整个实验完成需要水量约98立方米的洁净的自来水，而这只是一个实验室中一个实验项目的用量，由这样的实验，可见其消耗水量的可观。另外，还有很多物理实验仪器在工作中也需要冷却水，如真空镀膜和激光发生器也需要冷却水，而目前也只能使用自来水作为冷却用水，也有着相当的用水量，可见小小的冷却用水积少成多，找出一种切实可行的节约上述用水的办法，是十分必要的，尤其在新的实验室建设中也应当对此提起高度重视。
发明内容
本发明的目的在于设计一种基于半导体制冷技术的冷却水循环方法及装置，它使上述实验室冷却水的使用会排走许多洁净水的问题得以解决，是一种切实可行的实验室节水方法及装置。
本发明的技术方案一种基于半导体制冷技术的冷却水循环方法，其特征在于它是由以下步骤所构成(1)当水从初始温度到设定温度这一范围内，利用循环装置循环使用冷却水；(2)当循环冷却水的温度高于设定温度以后，则启动人工制冷方式；(3)人工制冷后使水温回到设定温度时，继续利用循环装置循环使用冷却水。
上述所说的循环冷却水的温度高于设定温度后启动的人工制冷方式可以是利用半导体制冷组件冷却循环水的方式或排放掉循环装置内高于设定温度的循环水再补充外源自来水的方式。
上述所说的利用半导体制冷组件冷却循环水的方式为首先通过智能控制仪表或计算机通过智能仪表设定出水口冷却水温度，关闭补、排水电磁阀，开启循环泵，被冷却的循环水经出水口阀门流出，当智能仪表测量冷却水温指示等于或高于设定温度时，智能仪表发出指令，大功率直流电源工作，给半导体制冷组件供电制冷，当控制仪表指示温度低于设定温度，直流电源停止对半导体制冷组件供电，半导体制冷组件停止制冷工作，冷却水经过利用后，通过冷却水循环装置入水口将水排入保温水箱。
上述所说的排放掉循环装置内高于设定温度的循环水再补充外源自来水的方式为充分利用水从初始温度到设定目标温度的温度差所产生的热容，首先连接补水口电磁阀端口至自来水管，关闭排水电磁阀，开启补水口电磁阀，将来自自来水的冷却水排入冷却保温水箱，通过液位指示观察水位，当达到要求水位时，关闭补电磁阀，通过智能控制仪表设定冷却水排出最高温度，开启冷却水循环泵，保温水箱内冷却水将在循环泵的作用下，对实验设备进行冷却，当冷却水温度低于设定温度时，继续对实验设备供水，当冷却水温度等于或高于设定温度时，开启排水电磁阀，此时，被加热的冷却水被排出，当达到水位下限时，关闭排水电磁阀，重复上述开启进水口电磁阀以后的执行动作。
一种冷却水循环装置，其特征在于它是由半导体制冷组件、循环水系统及水温检测智能控制仪表及半导体用直流电源所构成，所说的温检测智能控制仪表的输出端连接半导体用直流电源及电磁阀驱动电路控制端，循环水系统由保温水箱、循环泵、缓冲罐、液位指示、进水与出水阀门、补水电磁阀、排水电磁阀及相关管路所构成，所说的循环水系统的入水口由普通水阀门与由水温检测智能仪表控制的补水电磁阀并联构成，入水口的输入端连接保温水箱，保温水箱的输出端连通于半导体制冷组件，半导体制冷组件的输出端连接缓冲罐入口，缓冲罐出口连接循环泵的入口，循环泵的出口连接并联的由普通水阀门与由水温检测智能仪表控制的排水电磁阀。
上述所说的冷却水循环装置中的水温检测智能控制仪表可以依485连接线连接计算机检测控制系统。
上述所说的冷却水循环装置的底部可以安装方便移动的万向轮。
上述所说的半导体制冷组件是由铜制冷却水套、尼龙螺栓、风冷散热片、半导体制冷片、风扇、铜制冷却水套入水口及铜制冷却水套出入水口构成，所说的半导体制冷片冷面与铜制冷却水套相贴，中间涂有导热硅酯涂层，半导体制冷片热面与风冷散热片相贴，中间涂有导热硅酯涂层，铜制冷却水套与风冷散热片通过尼龙螺栓相连接，风冷散热片与风扇相连接，铜制冷却水套上有铜制冷却水套入水口及铜制冷却水套出入水口。
本发明的工作原理为该基于半导体制冷技术的冷却水循环装置具有两种工作方式，第一种工作方式为利用循环水装置可以节约大量的自来水，其中，半导体制冷技术可以达到对冷却水系统降温，同时由于没有机械机构的运转，冷却系统的可靠性得到了提高，但由于半导体制冷是一种温差制冷，其热面的温度直接影响到制冷的效率，所以环境温度对其工作效率有着很密切的关系，被制冷的体系温度接近室温的时候，半导体制冷的效率很高，非常适合冷却实验室用冷却水。在化学实验冷却用水的使用过程中，可以根据实验的要求，设定实验用冷却用水的温度，在循环冷却的过程中，当检测到冷却水的出口温度低于设定温度时，半导体制冷组件不工作，这时，只是单纯的循环冷却过程，当检测到冷却水出口温度高于设定温度时，只能仪表发出指令，大功率低压直流电源对半导体制冷组件供电，使其工作，达到降低循环水的目的，节约了水资源。但达到这样的一种运行效果是要通过消耗电能资源得到的。这样的工作方式是通过消耗电能来达到冷却水的目的的，但冷却水却可以无限制的循环利用，起到完全节水的目的。第二种工作方式为一般来自自来水的冷却用水的初始温度平均在15℃左右，通常的做法是通过冷却器就直接排放掉了，而这时排出的冷却水只比入口高出0.5℃左右，而很多实验所需冷却水的温度只要不高于30℃就完全可以满足冷却用水的要求，可见正确合理的方式使用冷却水，也是节约水资源的有效办法。根据上述情况，可以采用在在对实验过程中的循环冷却水首先设定最高使用温度充分利用水从15℃到设定温度之间的热容，当实际测量冷却水的温度低于设定温度时，系统将继续维持冷却水的循环，对实验装置提供冷却用水，随着实验装置中的热能被冷却水带走，冷却用循环水的温度不断提高，当测量循环水的温度高与最高设定温度时，系统发出指令打开出水口电磁阀，高于设定温度的冷却水被排放掉，当保温水箱水位低于最低水位时，关闭出水口电磁阀，同时打开进水口电磁阀，来自自来水新的冷的水源不断补充，当保温水箱水位达到要求水位时，进水口电磁阀关闭，重复执行上述过程。若冷却水为10升，温度从15度上升到35度，冷却水装置所吸收的热量为(4.2×103[焦/克.℃*10000*20]840千焦的能量，若采用自来水即用即出的方法，进出口温差为0.5度，节水效果为40倍。对于更换冷却水的方式，则可以充分利用水从进水温度到设定温度的这部分热容，排放已经升温的冷却水，虽然会损失部分水资源，但比起常规的冷却方法则能节水20-50倍的冷却水，可见这样的方法虽然会排放掉部分冷却水，但节约了用于制冷的电能，还是起到了很明显的效果的，故该冷却水的方法是可行的。
本发明的优越性在于1、制冷效率高，可以迅速降低循环冷却水的温度来满足实验的需要；2、节水效果显著，能节约20-50倍的冷却水；3、半导体制冷是一项绿色制冷技术，避免了由于常规制冷剂的泄露对大气臭氧层的破坏，同时由于循环冷却水的使用，在更换冷却水的时候，可以充分利用水从进水温度设定温度的部分热容而不启动半导体制冷，因而既节水又节电4、具有广阔的推广前景。
附图1为本发明所涉一种基于半导体制冷技术的冷却水循环装置的整体结构示意图。
其中1.智能仪表 2.直流电源 3.功能开关 4.制冷功率调节旋钮5.补水电磁阀 6.排水电磁阀 7.液位指示 8.进水截门 9.出水截门10.电加热管 11.缓冲罐 12.循环泵 13.万向轮 14.半导体制冷组件15.保温水箱 16.485连接线 17.计算机检测控制系统附图2为本发明所涉一种基于半导体制冷技术的冷却水循环装置的工作流程图。
附图3为本发明所涉一种基于半导体制冷技术的冷却水循环装置中的半导体制冷组件结构示意图。
其中14-1为铜制冷却水套 14-2尼龙螺栓 14-3风冷散热片14-4半导体制冷片 14-5风扇 14-6铜制冷却水套入水口 14-7铜制冷却水套出入水口附图4为本发明所涉一种基于半导体制冷技术的冷却水循环装置中的软件控制界面图。
具体实施例方式实施例一种基于半导体制冷技术的冷却水循环方法(见图1-3)，其特征在于它是由以下步骤所构成(1)当水从初始温度到设定温度这一范围内，利用循环装置循环使用冷却水；(2)当循环冷却水的温度高于设定温度以后，则启动人工制冷方式；(3)人工制冷后使水温回到设定温度时，继续利用循环装置循环使用冷却水。
上述所说的循环冷却水的温度高于设定温度后启动的人工制冷方式可以是利用半导体制冷组件冷却循环水的方式或排放掉循环装置内高于设定温度的循环水再补充外源自来水的方式。
上述所说的利用半导体制冷组件14冷却循环水的方式为首先通过智能控制仪表1或计算机17通过智能仪表设定出水口冷却水温度，关闭补、排水电磁阀5、6，开启循环泵12，被冷却的循环水经出水口阀门9流出，当智能仪表1测量冷却水温指示等于或高于设定温度时，智能仪表1发出指令，大功率直流电源2工作，给半导体制冷组件14供电制冷，当控制仪表1指示温度低于设定温度，直流电源2停止对半导体制冷组件14供电，半导体制冷组件14停止制冷工作，冷却水经过利用后，通过冷却水循环装置入水口8将水排入保温水箱15。
上述所说的排放掉循环装置内高于设定温度的循环水再补充外源自来水的方式为充分利用水从初始温度到设定目标温度的温度差所产生的热容，首先连接补水口电磁阀5端口至自来水管，关闭排水电磁阀6，开启补水口电磁阀5，将来自自来水的冷却水排入冷却保温水箱15，通过液位指示7观察水位，当达到要求水位时，关闭补电磁阀5，通过智能控制仪表1设定冷却水排出最高温度，开启冷却水循环泵12，保温水箱15内冷却水将在循环泵的作用下，对实验设备进行冷却，当冷却水温度低于设定温度时，继续对实验设备供水，当冷却水温度等于或高于设定温度时，开启排水电磁阀6，此时，被加热的冷却水被排出，当达到水位下限时，关闭排水电磁阀6，重复上述开启进水口电磁阀5以后的执行动作。
一种冷却水循环装置，其特征在于它是由半导体制冷组件14、循环水系统及水温检测智能控制仪表1及半导体用直流电源2所构成，所说的温检测智能控制仪表1的输出端连接半导体用直流电源2及电磁阀驱动电路控制端，循环水系统由保温水箱15、循环泵12、缓冲罐10、液位指示7、进水与出水阀门8、9、补水电磁阀5、排水电磁阀6及相关管路所构成，所说的循环水系统的入水口由普通水阀门8与由水温检测智能仪表控制1的补水电磁阀5并联构成，入水口的输入端连接保温水箱15，保温水箱15的输出端连通于半导体制冷组件14，半导体制冷组件14的输出端连接缓冲罐11入口，缓冲罐11出口连接循环泵12的入口，循环泵12的出口连接并联的由普通水阀门9与由水温检测智能仪表1控制的排水电磁阀6。
上述所说的冷却水循环装置中的水温检测智能控制仪表1可以依485连接线16连接计算机检测控制系统17。
上述所说的冷却水循环装置的底部可以安装方便移动的万向轮13。
上述所说的半导体制冷组件是由铜制冷却水套14-1、尼龙螺栓14-2、风冷散热片14-3、半导体制冷片14-4、风扇14-5、铜制冷却水套入水口14-6及铜制冷却水套出入水口14-7构成，所说的半导体制冷片14-4冷面与铜制冷却水套14-1相贴，中间涂有导热硅酯涂层，半导体制冷片14-4热面与风冷散热片14-3相贴，中间涂有导热硅酯涂层，铜制冷却水套14-1与风冷散热片14-3通过尼龙螺栓14-2相连接，风冷散热片14-3与风扇14-5相连接，铜制冷却水套14-1上有铜制冷却水套入水口14-6及铜制冷却水套出入水口14-7。
权利要求
1.一种基于半导体制冷技术的冷却水循环方法，其特征在于它是由以下步骤所构成(1)当水从初始温度到设定温度这一范围内，利用循环装置循环使用冷却水；(2)当循环冷却水的温度高于设定温度以后，则启动人工制冷方式；(3)人工制冷后使水温回到设定温度时，继续利用循环装置循环使用冷却水。
2.根据权利要求1所说的一种基于半导体制冷技术的冷却水循环方法，其特征在于所说的循环冷却水的温度高于设定温度后启动的人工制冷方式可以是利用半导体制冷组件冷却循环水的方式或排放掉循环装置内高于设定温度的循环水再补充外源自来水的方式。
3.根据权利要求2所说的一种基于半导体制冷技术的冷却水循环方法，其特征在于所说的利用半导体制冷组件冷却循环水的方式为首先通过智能控制仪表或计算机通过智能仪表设定出水口冷却水温度，关闭补、排水电磁阀，开启循环泵，被冷却的循环水经出水口阀门流出，当智能仪表测量冷却水温指示等于或高于设定温度时，智能仪表发出指令，大功率直流电源工作，给半导体制冷组件供电制冷，当控制仪表指示温度低于设定温度，直流电源停止对半导体制冷组件供电，半导体制冷组件停止制冷工作，冷却水经过利用后，通过冷却水循环装置入水口将水排入保温水箱。
4.根据权利要求1所说的一种基于半导体制冷技术的冷却水循环方法，其特征在于所说的排放掉循环装置内高于设定温度的循环水再补充外源自来水的方式为充分利用水从初始温度到设定目标温度的温度差所产生的热容，首先连接补水口电磁阀端口至自来水管，关闭排水电磁阀，开启补水口电磁阀，将来自自来水的冷却水排入冷却保温水箱，通过液位指示观察水位，当达到要求水位时，关闭补电磁阀，通过智能控制仪表设定冷却水排出最高温度，开启冷却水循环泵，保温水箱内冷却水将在循环泵的作用下，对实验设备进行冷却，当冷却水温度低于设定温度时，继续对实验设备供水，当冷却水温度等于或高于设定温度时，开启排水电磁阀，此时，被加热的冷却水被排出，当达到水位下限时，关闭排水电磁阀，重复上述开启进水口电磁阀以后的执行动作。
5.一种冷却水循环装置，其特征在于它是由半导体制冷组件、循环水系统及水温检测智能控制仪表及半导体用直流电源所构成，所说的温检测智能控制仪表的输出端连接半导体用直流电源及电磁阀驱动电路控制端，循环水系统由保温水箱、循环泵、缓冲罐、液位指示、进水与出水阀门、补水电磁阀、排水电磁阀及相关管路所构成，所说的循环水系统的入水口由普通水阀门与由水温检测智能仪表控制的补水电磁阀并联构成，入水口的输入端连接保温水箱，保温水箱的输出端连通于半导体制冷组件，半导体制冷组件的输出端连接缓冲罐入口，缓冲罐出口连接循环泵的入口，循环泵的出口连接并联的由普通水阀门与由水温检测智能仪表控制的排水电磁阀。
6.根据权利要求5所说的一种冷却水循环装置，其特征在于所说的冷却水循环装置中的水温检测智能控制仪表可以依485连接线连接计算机检测控制系统。
7.根据权利要求5所说的一种冷却水循环装置，其特征在于所说的冷却水循环装置的底部可以安装方便移动的万向轮。
8.根据权利要求5所说的一种冷却水循环装置，其特征在于所说的半导体制冷组件是由铜制冷却水套、尼龙螺栓、风冷散热片、半导体制冷片、风扇、铜制冷却水套入水口及铜制冷却水套出入水口构成，所说的半导体制冷片冷面与铜制冷却水套相贴，中间涂有导热硅酯涂层，半导体制冷片热面与风冷散热片相贴，中间涂有导热硅酯涂层，铜制冷却水套与风冷散热片通过尼龙螺栓相连接，风冷散热片与风扇相连接，铜制冷却水套上有铜制冷却水套入水口及铜制冷却水套出入水口。
全文摘要
一种基于半导体制冷技术的冷却水循环方法，它是由以下步骤所构成(1)设定温度内，利用循环装置循环使用冷却水；(2)高于设定温度以后，则启动人工制冷方式；(3)回到设定温度时，继续利用循环装置循环使用冷却水。一种冷却水循环装置，其特征在于它是由半导体制冷组件、循环水系统及水温检测智能控制仪表及半导体用直流电源所构成。本发明的优越性在于1.可以迅速降低循环冷却水的温度来满足实验的需要；2.节水效果显著，能节约20－50倍的冷却水；3.是一项绿色制冷技术，避免了由于常规制冷剂的泄露对大气臭氧层的破坏，既节水又节电；4.具有广阔的推广前景。
文档编号F25B21/02GK1776326SQ20051001643
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月25日 优先权日2005年11月25日
发明者张嘉琪, 黄积涛, 董迎, 谢秀荣, 安午伟, 梁博文, 张燕来, 王培璋, 李祥 申请人:天津理工大学