专利名称：半导体制冷、制热设备和空调的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制冷、制热设备，尤其涉及一种半导体制冷、制热 设备和空调。
背景技术：
现有的制冷设备，大多为机械压缩制冷，但是这些机械制冷设备的体积 都4艮庞大，重量也4艮重，所以无法适应小型和局部的制冷。目前，对于局部的小型制冷可以使用半导体制冷，其利用Peltier效应， 在半导体芯片上通以直流电，即可产生一端冷一端热的现象，，在热端产生热 量，当其热量被交换散失掉，则使得冷端温度降低，在冷端产生制冷效果， 实现电子制冷。现有的利用半导体制冷设备(例如小型半导体电子空调)是将热端产生 的热量通过各种散热器(例如铝翅片散热器或者弯管散热器)利用与空气对 流进行热交换，将热量交换到空气中，所以一定要使用散热器。半导体制冷遵循能量守恒原理，即制热量等于制冷量与电输入功率能量 之和，因此制热量一定大于制冷量，而又因为半导体热端产生的热量也是向 空气中交换，所以产生的热量和产生的冷量都是在空气中散播，因此当散热 器与制冷部分共存于同一空间时，会造成一个效果，那就是整个空间局部冷 而空间的整体温度越来越高。无法达到整体空间制冷或制热的要求。实用新型内容本实用新型的目的是针对现有半导体制冷设备的缺陷，提供一种半导体 制冷、制热设备和空调，可以4吏得两端产生的冷、热量在同一共享空间中不相混，实现分离，制冷、制热效果好，效率高。为实现上述目的，本申请提供了一种半导体制冷、制热设备，所述设备包括半导体芯片，具有所述半导体芯片通电后制热或者制了的第一端面和第 二端面；分别与所述第一端面和外界进行热交换的第一热交换器，与所述第一端 面接合；与所述第二端面进行热交换的第二热交换器，与所述第二端面接合； 具有与所述第二热交换器中进行热交换的液态工质的工质循环器，与所述第二热交换器相连接；循环所述工质循环器中的液态工质的水泵，与所述工质循环管相连接。 为实现上述目的，本申请提供了一种使用上述半导体制冷、制热设备的空调。本实用新型制冷、制热设备和空调，利用工质与第二热交换器进行热交 换，将半导体制冷芯片输送到第二热交换器中大量的能量，由具有较大热容 量的液态工质带走并储存在储液器中的大量液体中，避免了能量通过散热器 与外界进行热交换交换至空气中，由于液体的热容量大，带走的能量多，第 二热交换器换热效率高，使得半导体制冷芯片制冷、制热效率高，而交换的 能量绝大部分储存在液体中较少向空气散发，提高了整体空间的制冷、制热 效果。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将 对实施例描述中所需要使用的附图作筒单地介绍，显而易见地，下面描述中 的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型制冷、制热设备实施例一的结构示意图；图2为本实用新型制冷、制热设备实施例二的结构示意图；图3为本实用新型制冷、制热设备实施例三的结构示意图；图4A为本实用新型制冷、制热设备第二热交换器的外观结构图；图4B为本实用新型制冷、制热设备第二热交换器一个实施例的结构示意图；图4C为本实用新型制冷、制热设备第二热交换器另一个实施例的结构示意图；图4D为本实用新型制冷、制热设备第二热交换器再一个实施例的结构示 意图之一；图4E为本实用新型制冷、制热设备第二热交换器再一个实施例的结构示 意图之二；图5A为本实用新型制冷、制热设备实施例四的结构示意图之一； 图5B为本实用新型制冷、制热设备实施例四的结构示意图之二； 图6A为本实用新型制冷、制热设备的局部工作示意图之一； ' 图6B为本实用新型制冷、制热设备的局部工作示意图之二； 图6C为本实用新型制冷、制热设备的局部工作示意图之三； 图6D为本实用新型制冷、制热设备的局部工作示意图之四； 图7A为为本实用新型制冷、制热设备风扇和第一热交换器设置的结构示 意图之一；图7B为为本实用新型制冷、制热设备风扇和第一热交换器设置的结构示 意图之二；图7C为为本实用新型制冷、制热设备风扇和第一热交换器设置的结构示 意图之三。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术 方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通 技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本 实用新型保护的范围。本实用新型半导体制冷、制热设备，主要利用液态工质来与第二热交换 器进行热交换，将半导体制冷芯片输出到第二热交换器中大量的能量，由具 有较大热容量的液态工质带走并储存在储液器中的大量液体工质中，即通过 第二热交换器把不需要的能量(即制冷时产生的热量，或者制热时产生的冷 量)储存在液态工质中，需要的有益能量(即制冷时产生的冷量，或者制热 时产生的热量)通过第一交换器与空间换热完成能量交换，从而实现冷量和 热量在同一空间中进行分离，避免了同时与一个空间的热交换，由于储液器 为开放式，其容积的大小可变，而且储液器中的液体工质可更换，所以储液 器中液体的容量、温度可改变，其液体的热容量大，带走的能量多，第二热 交换器换热效率高，使得半导体芯片制冷、制热效率高，而交换的能量绝大 部分储存在液体工质中，而较少向空气散发，提高了整体空间的制冷、制热 效果。如果利用水作为工质的话，由于能量储存在水中，完成了水的加热、 制冷，故可以利用加热或者制冷后的水，节约了能源。图1为本实用新型制冷、制热i殳备实施例一的结构示意图。如图1所示， 本制冷、制热设备实施例一包括半导体芯片1、第一热交换器21、第二热交 换器22、工质循环器9和水泵5。半导体芯片1具有第一端面11和第二端面12,第一端面11和第一热交 换器21相接合，第一端面11可以与第一热交换器21进行热交换，第二端面 12和第二热交换器22相接合，第二端面12可以与第二热交换器22进行热交 换。工质循环器9，与第二热交换器22相连接，这样工质循环器9中的液态 工质可以在第二热交换器22中进行热交换，将半导体芯片l第二端面12输送到第二热交换器22的能量交换到液态工质中。水泵5与工质循环 器9相连接，用来循环工质循环器9中的液态工质。并且水泵可以是自吸式 水泵，在水泵初始工作时，首先将液态工质吸收到水泵里，然后水泵开始工 作。工作的时候，对半导体芯片1通电，这样可以在第一端11和第二端12 产生温度差，其中的一端温度升高，而另一端温度降#<。第一端面ll可以与 第一热交换器21进行热交换，第一热交换器21再和外界进行热交换；完成 制冷、制热，而第二端面12可以与第二热交换器22进行热交换，而第二热 交换器22利用工质循环器9中的液态工质进行热交换，将半导体芯片1的第 二端面12传递给第二换热器22的能量通过工质带走，储存在液态工质中， 这样第二热交换器22就不用和第一热交换器21 —样也向外界进行能量交换， 而是只与液态工质进行热交换即可，故可以将传递给第二换热器22的热量或 冷量通过液态工质在循环器9进行能量传递，且经过液体循环流动系统，在 液体工质中即可完成能量交换、存储。这样本实用新型制冷、制热设备实施例一的第一热交换器21和第二热交 换器22的换热渠道不同，实现冷量和热量在同一空间中进行分离，避免了同 时与一个空间的热交换，由于储液器中液体的容量(储液器容积大小可变、 储液器中的液体可更换)可改变，其液体的热容量大，带走妁能量多，第二 热交换器22换热效率高，使得半导体制冷芯片l制冷、制热效率高，而第二 交换器22交换的能量绝大部分储存在液体工质中，專支少向空气散发，整体空 间制冷、制热效果好。图2为本实用新型制冷、制热设备实施例二的结构示意图。如图2所示， 本制冷、制热设备实施例二包括半导体芯片1、第一热交换器21、第二热交 换器22、工质循环器和水泵5，本实施例的工质循环器包括工质循环管3和 储液器4。半导体芯片1具有第一端面和第二端面，本实施例中的第一端面为冷端110，第二端面为热端120，冷端110和第一热交换器21相接合，冷端110与 第一热交换器21进行热交换，热端120和第二热交换器22相接合，热端120 与第二热交换器22进行热交换。工质循环管3，与第二热交换器22相连接， 这样工质循环管3中的液态工质可以在第二热交换器22中进^f亍热交换，水泵 5与工质循环管3相连接，用来循环工质循环管3和储液器4中的液态工质。 并且水泵可以是自吸式水泵，在水泵初始工作时，首先将液态工质吸收到水 泵里，然后水泵开始工作。而储液器4与工质循环管3相导通，可以容纳工 质、储存能量。工质可以是水，而储液器可以是水桶或者水盆，为开放式的， 便于更换储液器4中的液体，完成更多能量的储存、交换。工作的时候，对半导体芯片l通电，这样可以在冷端110制冷温度降低 和在热端120制热温度升高，产生温度差端110与第一热交换器21进行热交 换，使得第一热交换器21的温度降低，第一热交换器21再和外界(例如空 气)进行热交换，降低周围空气的温度，产生制冷的效果。而热端120与第二热交换器22进行热交换，使得第二热交换器22的温 度升高，其温升愈小，半导体芯片1的产冷量愈大，故需将热端120输送给 第二热交换器22的热量尽快带走。而第二热交换器22与工质循环管3中的 液态工质进行热交换，将热端120传导到第二热交换器22的热量交换至工质 循环管3的液态工质中，液态工质温度升高，故可以将第二热交换器22中的 热量利用液态工质的热容进行交换且沿循环管3进行热量传递、带走且在储 液器4的液体中存储；，完成半导体芯片1热端120传递给第二热交换器22 的热量转移。由此第二热交换器22就不用和第一热交换器21 —样与空气进 行热交换，而是与工质进行热交换，将半导体芯片1的第二端面120传递给 第二换热器22的能量通过工质带走，储存于储液器4液态工质中。水泵5可 以提供动力，将工质循环管3中的液态工质进行循环，工质循环管3中的液 态工质经过循环流动从工质循环管3的一端排入储液器4中，而水泵5将储 液器4中的工质再从工质循环管3的另一端抽入，再进行循环。水泵可以置定。可以利用水作为工质，这样利用本实用新型制冷、制热设备的工作可以 提升水的温度，而不是将热量散发到空气中，这样可以节约能源，热水可以 作为其他用途，例如洗衣、洗浴等。本实用新型制冷、制热设备实施例二的第一热交换器和第二热交换器的 换热渠道不同，第二热交换器的热量传导入液态工质中，而不是传导入空气 中。第一热交换器将周围空气中的热量吸收，降低周围空气的温度，这样完 成制冷过程，同时实现了冷量和热量在同一空间中进行分离，而交换的能量 绝大部分储存在液体中较少向空气散发，整体空间制冷效果好。图3为本实用新型制冷、制热i殳备实施例三的结构示意图。如图3所示， 本制冷、制热设备实施例三包括半导体芯片1、第一热交换器21、第二热交 换器22、工质循环器和水泵5,本实施例的工质循环器包括工质循环管3和 储液器4。半导体芯片1具有第一端面和第二端面，本实施例中的第一端面为热端 111，第二端面为冷端121,热端111和第一热交换器21相接合，热端lll与 第一热交换器21进行热交换，冷端121和第二热交换器22相接合，冷端121 与第二热交换器22进行热交换。工质循环管3，与第二热交换器22相连接， 这样工质循环管3中的液态工质可以与第二热交换器22进行热交换，水泵5 与工质循环管3相连接，用来循环工质循环管3和储液器4中的液态工质。 而储液器4与工质循环管相3导通，可以容纳液态工质、储存能量。工作的时候，对半导体芯片1通电，这样可以在热端111制热温度上升 和在冷端121制冷温度降低，产生温度差，。热端111可以与第一热交换器21 进行热交换，使得第一热交换器21的温度升高，第一热交换器21再和外界 (例如空气)进行热交换，增加周围空气的温度，产生制热的效果。而冷端121与第二热交换器22进行热交换，^f吏得第二热交换器22的温 度降低，其温降愈小，半导体芯片1的产热量愈大，故需将冷端121输送给第二热交换器22的冷量尽快带走，而第二热交换器22与工质循环管3中的 液态工质进行热交换，工质循环管3的液态工质将热量传导至第二热交换器 22中，液态工质温度降低，这样可以提高第二热交换器22的温度，使半导体 芯片1热端111与冷端121的温差减小，热端111的产热量增加。利用液态 工质的热容量，将液态工质中的冷量通过液态工质带走、传递、储存在储液 器4的液态工质中，由此第二热交换器22就不用和第一热交换器21 —样与 空气进行热交换，而是与液态工质进行热交换。水泵5可以提供动力，将工 质循环管3中的液态工质进行循环，工质循环管3中的液态工质经过动力循 环从工质循环管3的一端排入储液器4中，而水泵5将储液器4中的液态工 质再从工质循环管3的另一端抽入，再进行热循环。
水泵可以置于储液器中，也可以置于储液器外，视具体情况而定。这样 本实用新型制冷、制热设备实施例三的第一热交换器和第二热交换器的换热 渠道不同，第二热交换器的冷量传导至液态工质中，第一热交换器与周围空 气交换热量，提高周围空气的温度，完成制热过程，同时实现了热量和冷量 在同一空间中进行分离，而第二交换器22交换的冷量绝大部分储存在液体中 较少向空气散发，整体空间制热效果好这样可以使得半导体芯片的工作效率 不会降低，制热效果好。
在上述的制热设备实施例二和三中的热交换器可以为内置弯曲槽道集热 器或者翅片集热器。图4A为本实用新型制冷、制热i殳备第二热交换器22的 外观结构图，其中箭头方向为液态工质流动方向，而图4B为本实用新型制冷、 制热设备第二热交换器一个实施例的结构示意图，如图4B所示，该第二热交 换器22为一个内置弯曲槽道集热器，包括一个外壳220和容置于外壳220内 的弯曲槽道221,液体液态工质流经弯曲槽道221的时候，与所述半导体芯片 的第二端进行热交换，然后流出，利用弯曲槽道来增加热交换的面积 热交 换的效率。图4C为本实用新型制冷、制热设备第二热交换器另一个实施例的 结构示意图，如图4C所示，该第二热交换器22为一个翅片集热器，包括一个外壳220和容置于外壳220内的翅片222，利用翅片222来增加换热面积来 进^f亍与液体液态工质的热交^:，其中箭头方向为液态工质流动方向。图4D和 图4E为本实用新型制冷、制热设备第二热交换器再一个实施例的结构示意图， 如图4D和图4E所示，该第二热交换器22为通道集热器，包括一个外壳220 和内部的一个液体流经通道223,该通道223由翅片222的翅片壁与外壳220 构成，液体工质流经液体通道223后与第二散热器进行热交换，利用长的液 体通道223、翅片壁来增加液体工质与第二散热器的接触面积和热交换的效 率，其中箭头方向为液态工质流动方向。
图5A和图5B为本实用新型制冷、制热设备实施例四的结构示意图。本 实施例与实施例二和实施例三相比，增加了风扇8、水箱50、接水盒10和冷 凝水管19,如图6所示，风扇8设置在第一热交换器21的一侧，用来加快第 一热交换器21与外界(如空气)的热交换。水箱50与水泵5和工质循环管3 相连接，用于为水泵5初始启动工作时提供液态工质，在水泵5每次初始启 动工作的时候，如果水泵5(非自吸式水泵)里面没有液态工质，就不能抽取储 液器4中的液态工质来进4亍循环，所以可以利用一个容置有液态工质的水箱 50,来为水泵5的初始工作提供工质。
接水盒10置于第一热交换器21的下方，用于盛接第一热交换器21上的 凝结水；在半导体芯片的第一端制冷的时候，会将周围的空气冷却，由此在 第一热交换器21的表面凝结很多凝结水，而利用接水盒10来盛接这些凝结 水。
冷凝水管19与接水盒10和工质循环管3相导通(如图6A所述)，用于 将接水盒IO接的凝结水流入工质循环器3中，或者冷凝水管19与接水盒10 和储液器4相导通(如图6B所述)，用于将接水盒10接的凝结水流入储液器 4中。
图6为本为本实用新型制冷、制热i殳备的局部工作示意图，如图6A所示， 第二热交换器22、水泵5和水箱7分别设置，分别由工质循环管3相连接和导通。如图6B所示，第二热交换器22单独设置，而水泵5和水箱7 —体设 置，由工质循环管3相连接和导通。如图6C所示，水泵5单独设置，第二热 交换器22和水箱7 —体设置，由工质循环管3相连接和导通。再如图6D所 示，第二热交换器22、水泵5和水箱7 —体设置，由工质循环管3与其它部 件相连接和导通。
图7为为本实用新型制冷、制热设备风扇8和第一热交换器21设置的结 构示意图。如图7A所示，第一热交换器21为翅片集热器，风扇8为轴流风 扇，风扇8 ，没置在第一热交换器的一侧，图中的箭头方向为风的流动方向。 如图7B所示，第一热交换器21为翅片集热器，风扇8为轴流风扇，风扇8 设置在第一热交换器21的侧边，图中的箭头方向为风的流动方向。如图7C 所示，第一热交换器21为翅片集热器，风扇8为离心风扇，风扇8也设置在 第一热交换器21的侧边，图中的箭头方向为风的流动方向。
这样可以加快第一热交换器与周围空气换热的效率，提高了设备的工作 效率，也提高了制冷和制热的效果。
本实用新型制冷、制热设备釆用了半导体制冷/制热技术，以制冷为例， 半导体芯片的第一端为冷端，第二端为热端，冷端制冷时，与热端接合的第 二热交换器无需使用与空气进行换热的散热器，将制冷过程中产生的热量借 助水泵，通过内有液态循环工质且接合于热端的第二热交换器，利用液态工 质如水等将半导体芯片热端产生、输送的热量带走且储存在大量的液态工质 中，利用液态工质的大量热容吸收掉半导体芯片热端产生、输送热量，使半 导体芯片热端温升较小，整个设备产冷量增大同时使热量没有M至空气中 引起空气的温升。而且因为储液器是开放式的，可以随时更换液态工质或改 变储液器的容积，容纳、储存、吸收更多的能量，有利于第一端产冷量的增 加。
同样，当半导体制冷器极性与上述通电极性相反时，半导体芯片的第一 端为热端，第二端为冷端，本实用新型制冷、制热设备完成制热功能，机理与制冷相同，只是把冷端的冷量储存于热容量较大的液态工质中，热端产生 的热量由风扇带至需要加热的空间。
本实用新型制冷、制热设备工作时，以制冷为例，半导体芯片的第一端 为冷端，第二端为热端，给半导体芯片通以直流电，半导体芯片热端产生的 热量通过第二端面、第二热交换器在第二热交换器进行热交换，第二热交换 器的热量与工质循环管中的液态工质进行热交换，将热量输送至液态工质中， 液态工质由泵通过工质循环管、储液器进行循环，把热量吸收、储存于储液 器和循环管道的液态工质里，该液态工质储液器与工质循环管为开放式连接。 半导体芯片的冷端产生的冷量储存在第 一热交换器中，借助于风扇将冷量输 送出去，达到制冷周围空气的效果，同时实现了热量和冷量在同一空间中的 分离，整个空间没有温升。储液器中的液态工质，例如水因输入热量而温度 升高，可做为需要温升液体使用，例如用于洗浴、洗衣和洗碗等，由此节约 了能源，达到了能量合理的二次应用。
本实用新型制冷、制热设备制热的时候，工作原理与制冷相近，只是半 导体芯片的通电极性与制冷相反，半导体芯片的第一端为热端，第二端为冷 端，冷量储存于液态工质中。
使用本实用新型制冷、制热设备可以用来制成一个小型空调。
以上所述的具体实施方式
，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实 施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神 和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型 的寸呆护范围之内。
权利要求1.一种半导体制冷、制热设备，其特征在于，所述设备包括半导体芯片，具有所述半导体芯片通电后制热或者制了的第一端面和第二端面；分别与所述第一端面和外界进行热交换的第一热交换器，与所述第一端面接合；与所述第二端面进行热交换的第二热交换器，与所述第二端面接合；具有与所述第二热交换器中进行热交换的液态工质的工质循环器，与所述第二热交换器相连接；循环所述工质循环器中的液态工质的水泵，与所述工质循环管相连接。
2. 根据权利要求1所述的半导体制冷、制热设备，其特征在于，所述工 质循环器包括工质循环管，与所述第二热交换器相连接；容纳液态工质和储存能量的储液器，与所述工质循环管相连通，该储液 器为开放式储液器。
3. 根据权利要求1所述的半导体制冷、制热设备，其特征在于，所述第 一端面为所述半导体芯片通电后制热的热端，所述第二端面为所述半导体芯 片通电后制冷的冷端。
4. 根据权利要求1所述的半导体制冷、制热设备，其特征在于，所述第 一端面为所述半导体芯片通电后制冷的冷端，所述第二端面为所述半导体芯 片通电后制热的热端。
5. 根据权利要求1所述的半导体制冷、制热设备，其特征在于，所述第 二热交换器为内置弯曲槽道集热器，或者翅片集热器，或者通道集热器；所 述水泵为自吸式水泵。
6. 根据权利要求1所述的半导体制冷、制热设备，其特征在于，所述设 备还包括为水泵初始启动工作时提供液态工质的水箱，与所述水泵和工质循环器相连接。
7. 根据权利要求6所述的半导体制冷、制热设备，其特征在于，所述水 泵和所述水箱为一体设置；或者所述水箱和第二热交换器为一体设置；或者 所述水泵、水箱和第二热交换器为一体设置。
8. 根据权利要求1所述的半导体制冷、制热设备，其特征在于，所述设 备还包括盛接所述第一热交换器上的凝结水的接水盒，置于所述第一热交换器的 下方；将所述接水盒接的凝结水流入所述工质循环器中的冷凝水管，与所述接 水盒和工质循环器相导通。
9. 根据权利要求1所述的半导体制冷、制热设备，其特征在于，所述设 备还包括加快所述第一热交换器与外界的热交换的风扇。
10. —种使用上述任一权利要求所述半导体制冷、制热设备的空调。
专利摘要本实用新型公开了一种半导体制冷、制热设备，包括半导体芯片，具有第一端面和第二端面；第一热交换器，与第一端面接合，并与第一端面进行热交换，用于与外界进行热交换；第二热交换器，与第二端面接合，并与第二端面进行热交换；工质循环器，与第二热交换器相连接；水泵，与工质循环管相连接。本实用新型制冷、制热设备，利用工质与第二热交换器进行热交换，通过第二热交换器把制冷时产生的热量及制热时产生的冷量，通过工质吸收、带走并储存在储液器中的液态工质中，制冷时所需的冷量及制热时所需的热量，通过第一交换器与空间换热完成能量交换，实现制冷、制热。同时实现冷量和热量在同一空间中的分离，由此提高了制冷、制热效果，效率高。
文档编号F25B21/02GK201429270SQ20092011065
公开日2010年3月24日 申请日期2009年8月6日 优先权日2009年8月6日
发明者斌 冯, 梁逸笙, 高俊岭 申请人:广东富信电子科技有限公司