滴水成冰演示仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种滴水成冰演示仪，它由开关电源、温控开关、水冷头、半导体制冷片模块、温控探头、Led灯泡、储水器、节流阀、水流调节器、进水接口、水泵、出水接口、热量交换器、散热风扇、冷却水、冷水槽、保温塑料泡沫、制冷室、铝合金导冷箱和避光罩等构成的滴水成冰演示仪体系。本实用新型不仅在操作上十分的简单，只需准备好水，通电即可。散热方面采用水泵实现冷却水循环散热，可以高效率稳定的散热，冷却水循环使用可节约水资源。本演示仪结构还十分简单紧凑，因而维修保养起来也十分方便。同时可以制造稳定的零度以下低温环境，便于进行小的物理、化学、生物等低温实验。
【专利说明】滴水成冰演示仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种制冷装置，尤其涉及半导体快速制冷装置，以及涉及低温下液体快速冷却试验。
【背景技术】
[0002]帕尔帖效应是当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热夕卜，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。半导体比金属更易产生热电效应。从冷空间吸收的热量通过N-型和P-型半导体热电偶元件传递到热侧热源接受器，然后排放到周围环境中。之前半导体制冷器的制冷效率一般很小，所以不宜大规模和大制冷量使用。
[0003]近年来，随着半导体技术的迅速发展，半导体制冷器的制冷效率提高了很多，它作为一种绿色“冷源”在航天、工业等领域都得到了运用。但却因高效率的半导体制冷器造价高，使得半导体制冷未广泛普及至民用领域。所以在日常生活学习中一般不会接触到半导体制冷器，而是目前空调、冰箱等上使用的压缩机制冷器。目前已有使用半导体的产品，如部分的高端饮水机上已经采用了半导体制冷。本实用新型是为了对半导体制冷原理有更直观更深刻了解，目前有类似的中国专利“半导体制冷演示仪”(申请号:200710194268.3)，该装置采用普通半导体制冷片，无散热装置，结构太过于简单，制冷效果不是很明显。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供了一种滴水成冰演示仪，它具有可快速降温，只有水流的微小震动，寿命长，安装容易，不需要任何制冷剂，可靠稳定和控制使用方便的优点。
[0005]本实用新型是这样来实现的，它包括开关电源、温控开关、水冷头、半导体制冷片模块、温控探头、Led灯泡、滴水装置、进水接口、水栗、出水接口、热量交换器、散热风扇、冷却水、冷水槽、保温塑料泡沫、制冷室、铝合金导冷箱、循环水管和避光罩，其结构在于制冷室的内壁为铝合金导冷箱、制冷室的外壁为保温塑料泡沫，保温塑料泡沫的外周为避光罩；制冷室侧壁和底部均设有半导体制冷片模块，半导体制冷片模块的制冷面紧贴铝合金导冷箱，制热面紧贴水冷头，制冷室上部侧壁设有温度探头，制冷室顶部内壁设有若干个Led灯泡；滴水装置连接在制冷室的顶部；循环水管的进水接口连接在水冷头的一个接口上，循环水管的出水接口连接在同一水冷头的另一个接口上，紧靠进水接口的循环水管上连有水栗，紧靠出水接口的循环水管上连有热量交换器，热量交换器内设有散热风扇，循环水管位于冷水槽内冷却水液面以下的部分断开；温控开关一端连接制冷室内的温控探头，另一端通过继电器控制开关电源与半导体制冷片模块的通断电；所述的滴水装置包括储水器、节流阀和水流调节器，其中储水器的下端位于制冷室内，制冷室和储水器之间从上向下依次连接有节流阀和水流调节器；所述的开关电源为温控开关、半导体制冷片模块、Led灯泡、水栗和散热风扇供电；所述的水冷头内设有若干个上下交错排布的隔水板。
[0006]本实用新型的技术效果是:采用半导体制冷，无需压缩装置，不需要任何制冷剂，无有害物质散播到空气和制冷品中，可快速降温，工作时只有水流的微小震动，寿命长，安装容易。在操作上十分的简单，只需准备好水，通电即可。散热方面采用水栗实现冷却水循环散热，可以高效率稳定的散热，冷却水循环使用可节约水资源。本演示仪结构十分简单，因而维修保养起来也十分方便。同时可以制造稳定的零度以下低温环境，便于进行小的物理、化学、生物等低温实验。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型的结构示意图。
[0008]图2为水冷头的结构剖面结构示意图。
[0009]在图中，1、开关电源 2、温控开关 3、水冷头 4、半导体制冷片模块 5、温控探头 6、Led灯泡 7、储水器 8、节流阀9、水流调节器 10、进水接口 11、水泵 12、出水接口 13、热量交换器 14、散热风扇 15、冷却水16、冷水槽 17、保温塑料泡沫 18、制冷室 19、金属导冷箱 20、避光罩21、循环水管22、隔水板。
【具体实施方式】
[0010]如图1和图2所示，本实用新型是这样来实现的，它包括开关电源1、温控开关2、水冷头3、半导体制冷片模块4、温控探头5、Led灯泡6、储水器7、节流阀8、水流调节器9、进水接口 10、水栗11、出水接口 12、热量交换器13、散热风扇14、冷却水15、冷水槽16、保温塑料泡沫17、制冷室18、铝合金导冷箱19、避光罩20和循环水管21，其结构特点是制冷室18的内壁为铝合金导冷箱19、外壁为保温塑料泡沫17，半导体制冷片模块4制冷面紧贴铝合金导冷箱19、制热面紧贴水冷头3，制冷室上部设有温度探头5、Led灯泡6、滴水装置包括储水器7、节流阀8、水流调节器9 ;右侧冷却水的循环系统，冷却水15从冷水槽16经水栗11流入制冷室18的进水接口 10，在制冷室18内部冷却水15从水冷头3的一个接口流入再从另外一个接口流出，冷却水经出水接口 12通过循环水管21流出制冷室，再流入到热量交换器13，经散热风扇14冷却后流入到冷水槽16完成冷却水15的循环；左侧为供电及温控装置，开关电源I为温控开关2、半导体制冷片模块4、Led灯泡6、水栗11和散热风扇14供电，温控开关2 —段连接制冷室18内的温控探头5 —段通过继电器控制开关电源I与半导体制冷片模块4的通断电；避光罩20避免强光直射造成制冷室18的温度升高。
[0011]本实用新型的工作原理是这样的，打开电源开关电源I开始供电，温控开关2、Led灯泡6、水栗11和散热风扇14开始工作，冷却水15从冷水槽16经水栗11流入制冷室18再经热量交换器13从新流入冷水槽16开始循环流动；通电后温控开关2开始通过温控探头5测量制冷室18内的温度，当温度高于设定值时温控开关2控制继电器接通半导体制冷片模块4，半导体制冷片模块4开始工作后制冷室18温度开始降低，温控开关2实时监测制冷室18的温度，当制冷室温度低于设定值时，温控开关2控制继电器断开半导体制冷片模块4并停止制冷，温度升高后半导体制冷片模块4又开始工作，如此循环保证制冷室18的维持在设定的低温；当制冷室18的温度恒定后打开节流阀8，通过水流调节器9调节水滴的速度，将储水器7中的水缓慢恒定的滴入到制冷室中，保持每个水滴滴下后均可以冷却结冰，这样就会在滴水装置下方形成一个向上生长的冰柱；Led灯泡6通过开关可以为制冷室18提供照明，方便观察制冷室18内部情况；制冷过程中盖上避光罩20，观察时再打开。自此演示仪完成滴水成冰的演示。
[0012]半导体制冷片模块4由多组半导体制冷片组成，在半导体制冷片模块的制冷面和制热面均使用导热硅胶使其与铝合金导冷箱19和水冷头3紧密接触，有利于制冷面的导冷和制热面的散热，水冷头3内设有若干个上下交错排布的隔水板22 ;使得水冷头3内部的水流采用M形的流动也是为了更有利于散热，制冷室18外部包裹保温塑料泡沫17既达到保温效果又具有保护作用。冷却水15初始温度尽可能的要低必要时在冷水槽16中加入适量冰块，冷水槽16的体积尽量大一点，应当在阴凉处进演示，而且要避免强光直射，从而达到更好的演示效果。
【权利要求】
1.一种滴水成冰演示仪，它包括开关电源、温控开关、水冷头、半导体制冷片模块、温控探头、Led灯泡、滴水装置、进水接口、水栗、出水接口、热量交换器、散热风扇、冷却水、冷水槽、保温塑料泡沫、制冷室、铝合金导冷箱、循环水管和避光罩，其结构在于制冷室的内壁为铝合金导冷箱、制冷室的外壁为保温塑料泡沫，保温塑料泡沫的外周为避光罩；制冷室侧壁和底部均设有半导体制冷片模块，半导体制冷片模块的制冷面紧贴铝合金导冷箱，制热面紧贴水冷头，制冷室上部侧壁设有温度探头，制冷室顶部内壁设有若干个Led灯泡；滴水装置连接在制冷室的顶部；循环水管的进水接口连接在水冷头的一个接口上，循环水管的出水接口连接在同一水冷头的另一个接口上，紧靠进水接口的循环水管上连有水栗，紧靠出水接口的循环水管上连有热量交换器，热量交换器内设有散热风扇，循环水管位于冷水槽内冷却水液面以下的部分断开；温控开关一端连接制冷室内的温控探头，另一端通过继电器控制开关电源与半导体制冷片模块的通断电。
2.如权利要求1所述的一种滴水成冰演示仪，其特征在于，所述的滴水装置包括储水器、节流阀和水流调节器，其中储水器的下端位于制冷室内，制冷室和储水器之间从上向下依次连接有节流阀和水流调节器。
3.如权利要求1所述的一种滴水成冰演示仪，其特征在于，所述的开关电源为温控开关、半导体制冷片模块、Led灯泡、水栗和散热风扇供电。
4.如权利要求1所述的一种滴水成冰演示仪，其特征在于，所述的水冷头内设有若干个上下交错排布的隔水板。
【文档编号】F25B21/02GK203606992SQ201320743309
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月23日 优先权日:2013年11月23日
【发明者】樊浩, 黄彦, 黄道炜, 李德风 申请人:南昌航空大学