专利名称：双水冷半导体冷热箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体冷热箱，属于半导体制冷的技术领域。
背景技术：
现有半导体冷热箱为风扇+翅片的空冷式半导体冷热箱。现有的风扇+翅片 空冷式半导体冷热箱主要由半导体制冷片、冷藏箱、冷/热端风扇和冷/热端翅 片、以及直流电源、温度控制单元等组成。
以制冷为例，现有风扇+翅片空冷式半导体冷热箱的工作原理是供给半导 体制冷片特定方向的直流电，制冷片在箱内的一面温度下降，成为冷端。面向 箱外的一面温度上升，成为热端。通过安置在冷端和热端的风扇和翅片，冷端 吸收箱内空气热量，使箱内温度下降。热端向箱外空气放出热量，从而完成制 冷。当箱内温度达到设定低温后，温度控制单元切断直流电，制冷系统停止运 行。当箱内温度高于设定温度时，温度控制单元接通直流电，制冷系统再次制 冷。
只需改变通过制冷片直流电的方向，制冷片就可变为制热运行，即制冷片 在箱内的一面温度上升，成为热端，加热箱内空气。在箱外的一面温度下降， 成为冷端，从箱外空气中吸收热量。
上述半导体冷热箱，具有停止运行时通过半导体制冷片漏热损失大，制冷 系统启停频繁，系统运行效率低，以及散热风扇存在较大噪音的缺点。
现有半导体冷热箱技术的这些缺陷主要是由该系统配备的风扇+翅片的制 冷片冷/热端传热方式造成的。冷/热端使用翅片可以起到强化散热的作用，但 由于翅片及风扇本身体积都较大，而且风扇、翅片与箱内及箱外空气传热时又
必须保证周围空气的流动，在这些元件上无法进行保温。因此，当制冷片停止 工作后，在箱内、外温差作用下，热量通过无保温措施的制冷片迅速传递，使 得箱内、外温度迅速接近，从而制冷片需要再次运行，以使得箱内温度满足制 冷或制热的要求。这就造成冷热箱漏热损失大，运行效率低，耗电量大，启停频繁。
空气的对流传热能力是较低的，使用风扇和翅片虽然可以强化空气和冷/热 端的传热，但使用翅片时，翅片本身和制冷片间是存在导热热阻的。因此，风 扇+翅片的空气强迫对流传热方式不能最大程度的使得制冷片的冷/热端温度接 近箱内或箱外空气温度，也会造成制冷片工作效率下降。
另外，制冷片工作时，由于冷/热端风扇运行，会造成风扇运行所固有的气 动噪音，这种噪音对于宾馆、居室等半导体冷热箱所适用的场合是不合适的。
发明目的
本发明为了克服现有的空冷式半导体冷热箱漏热损失大、运行效率低、耗 电量大、启停频繁、噪音大的缺点，提供了一种双水冷半导体冷热箱。该冷热 箱具有停止运行时通过半导体制冷片漏热小，机组启动/停止频率低，传热效果 好，机组运行效率高、噪音小、耗电量小等特点。
本发明双水冷半导体冷热箱由冷热箱箱体、冷/热水室、内冷/热水循环换
热系统、外冷/热水循环换热系统及温度控制单元构成；内冷/热水循环换热系统 位于冷热箱箱体内部；外冷/热水循环换热系统位于冷热箱箱体外部；其特征是 所述冷/热水室被半导体制冷片分割为内冷/热水室和外冷/热水室；所述内冷/ 热水循环换热系统是由内冷/热水室、内散热器、内储水箱、内水泵依次串连成 的封闭管路系统；所述外冷/热水循环换热系统是由外冷/热水室、外散热器、 外储水箱、外水泵依次串连成的封闭管路系统；温度控制单元用于控制半导体
制冷片及内、外水泵的启动及停止。
另外，由于冷/热水室本身是不需要和空气进行传热的，因此，在冷/热水 室表面可以敷设保温材料，从而减少通过制冷片的漏热损失。
本发明双水冷半导体冷热箱的基本工作原理是所述内、外冷/热水循环换 热系统工作时始终是， 一个为冷循环(或称为冷端循环)、 一个为热循环(或称
为热端循环)。当直流电通过半导体制冷片，在其内部产生帕尔贴效应(Peltier effect)。
当制冷/制热转换开关处在制冷位置时，帕尔贴效应使得半导体制冷片面向 冷藏箱内的面温度降低，成为冷端，另一个面向冷藏箱外的面温度升高，成为 热端。在冷/热水室由分别有水在流动，与半导体制冷片的冷/热端进行热交换。
热循环的热交换过程为经过热端水室后温度较高的水进入热端散热器和 储水箱，通过散热器和储水箱，水向周围空气放热，温度下降，低温水在热端 水泵作用下再次进入热端水室，和半导体制冷片热面直接接触传热，使半导体 制冷片热面温度下降。水经过热端水室后温度升高，完成一个热端传热循环。 冷循环的热交换过程为水在冷端水泵作用下在管道内流动，进入半导体制冷 片冷面进行换热，水被冷却，温度下降，获得制冷能力；经过冷端水室后温度 较底的水进入冷端散热器和储水箱，水通过散热器和储水箱从周围(即箱内) 空气吸热，温度上升，升温后的水在冷端水泵作用下再次进入冷端水室，和半 导体制冷片冷面直接接触传热，使半导体制冷片热面温度上升。水经过冷端水 室后温度下降，完成一个冷端传热循环。
冷热箱需要制冷时，将制冷/制热转换开关拨到制冷档，这时半导体制冷片 面向箱内的一面制冷，成为冷端。半导体制冷片面向箱外的一面温度升高，成 为热端。如果箱内空气温度低于设定制冷温度的下限，温度控制单元切断制冷 片和水泵电源。经过一段时间后，冷热箱内温度升高。如果高于设定的制冷温
度上限，温度控制单元重新接通制冷片和水泵电源，冷热箱温度再一次下降。
冷热箱需要制热时，将制冷/制热转换开关拔到制热位置，制热过程与制冷 过程相仿，不再叙述。
当箱内温度达到设定温度后，半导体制冷片和内、外水泵的供电全部停止。 由于在管道系统中预先留有适量空气，并且冷/热水室位于储水箱上方。所以水 泵停止运行后，水在重力作用下流回到下部的储水箱中。空气则上升到上部的 水室中，并充满水室。这一方面可防止具有大量热量的热端水滞留在水室内向 箱内放热，造成箱内温度在停止运行后迅速升高。另一方面还可利用空气传热 能力差的特点，减少停止运行时通过制冷片的传热量，延长箱内温度恒定的时 间。 ，
本发明可以使半导体冷热箱在停止运行的状态下，冷/热端水室中的水在重 力作用下自动流回储水箱，水室被传热能力很差的空气所占据。这一方面可以 防止冷/热端温度差和热容量都较大的冷/热水间相互传热，防止箱内温度很快 接近外界环境温度。而且，利用箱内侧储水箱中水的冷量，还可以延长箱内温 度保持在需要温度范围内的时间。并且，在本冷热箱的冷/热水室外表面敷设保 温材料，可以减少冷热箱停止运行时，通过半导体制冷片的漏热。使用水和半 导体制冷片冷面和热面直接接触的传热效果，比使用空气和半导体制冷片冷/热 面对流传热的效果好得多。因此，本发明水冷式半导体冷热箱运行时半导体制 冷片热面和冷面的温度差更小，制冷片的制冷效率更高。
本发明的以上这些特点都可以提高冷热箱的运行效率，减少耗电量，延长 箱内温度在设定范围内的时间，降低冷热箱的启停频率。
另外，制冷片的冷/热端使用水进行换热，水泵运行时的噪音远远小于使用 风扇时的气动噪音，因此本发明更适合于在宾馆、家庭起居室等一些需要安静 的场所使用。
总之，本冷热箱具有停止运行时通过半导体制冷片漏热小，箱内温度可以 长时间维持在设定的温度范围之内，机组启动/停机频率低。水与制冷片冷/热 端传热效果好，冷端和热端温度差更小。机组运行效率高，耗电量小。机组运 行噪音小，适合要求低噪音场合的使用。
图l、是本发明双水冷半导体冷热箱结构示意图(侧面剖视)
图2、是本发明双水冷半导体冷热箱内冷/热水循环换热系统的管路示意图。
图3、是本发明双水冷半导体冷热箱外冷/热水循环换热系统的管路示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，双水冷半导体冷热箱由冷热箱箱体l、冷/热水室、内 冷/热水循环换热系统、外冷/热水循环换热系统及温度控制单元4构成；内冷/ 热水循环换热系统位于冷热箱箱体内部；外冷/热水循环换热系统位于冷热箱箱 体外部；所述冷/热水室被半导体制冷片8分割为内冷/热水室9a和外冷/热水室 9b;所述内冷/热水循环换热系统是由内冷/热水室9a、内散热器10a、内储水箱 lla、内水泵12a依次用管道6a串连成的循环管路系统；所述外冷/热水循环系 统是由外冷/热水室9b、外散热器10b、外储水箱llb、外水泵12b依次串连成 的循环换热管路系统；温度控制单元4带有测温元件5，用于测定冷热箱箱体内 的温度，控制半导体制冷片及内、外水泵(12a、 12b)的启动及停止。在冷/热 水室表面敷设保温材料7，进一步减少漏热。制冷/制热转换开关2控制半导体 制冷片制冷或制热。
制作方法首先制作两个开口尺寸和半导体制冷片相配合的无盖水室，将
两个水室分别焊接于制冷片的两面，并确保焊接外密封。
在具有保温功能的冷热箱箱体背面开一个方孔，方孔尺寸和水室相配合， 将具有两个水室的半导体制冷片嵌入孔中。
通过管道将散热器、储水箱以及水泵相连接。
将散热器、储水箱、水泵及连接管道内注入适量水。
将两个水室通过管道与已连接成整体的、充水的散热器、储水箱以及水泵 相连接。
将半导体制冷片的导线和制冷/制热转换开关及温度控制单元相连接。
将水泵的导线和温度控制单元相连接。
在冷/热水室的外表面敷设保温材料。
权利要求
1、一种双水冷半导体冷热箱，由冷热箱箱体、冷/热水室、内冷/热水循环换热系统、外冷/热水循环换热系统及温度控制单元构成；内冷/热水循环换热系统位于冷热箱箱体内部；外冷/热水循环换热系统位于冷热箱箱体外部；其特征是所述冷/热水室被半导体制冷片分割为内冷/热水室和外冷/热水室；所述内冷/热水循环换热系统是由内冷/热水室、内散热器、内储水箱、内水泵依次串连成的循环换热管路系统；所述外冷/热水循环换热系统是由外冷/热水室、外散热器、外储水箱、外水泵依次串连成的循环换热管路系统；温度控制单元用于控制半导体制冷片及内、外水泵的启动及停止。
2、 根据权利要求l所述的一种双水冷半导体冷热箱，其特征是在冷/热 水室表面敷设保温材料。
全文摘要
本发明公开了一种双水冷半导体冷热箱，由冷热箱箱体、冷/热水室、内冷/热水循环换热系统、外冷/热水循环换热系统及温度控制单元构成；内冷/热水循环换热系统位于冷热箱箱体内部；外冷/热水循环换热系统为于冷热箱箱体外部；其特征是所述冷/热水室被半导体制冷片分割为内冷/热水室和外冷/热水室；所述内冷/热水循环换热系统是由内冷/热水室、内散热器、内储水箱、内水泵依次串连成的管路系统；所述外冷/热水循环换热系统是由外冷/热水室、外散热器、外储水箱、外水泵依次串连成的管路系统；温度控制单元用于控制半导体制冷片及内、外水泵的启动及停止。本发明具有停止运行时通过半导体制冷片漏热小，机组启动/停机频率低，传热效果好，机组运行效率高、噪音小、耗电量小等特点。
文档编号F25B21/02GK101354210SQ20081019618
公开日2009年1月28日 申请日期2008年9月17日 优先权日2008年9月17日
发明者奕 张, 汤雯雯, 宽 王, 陈世玉 申请人:南京师范大学