专利名称:半导体热管电冰箱的制作方法
本发明涉及一种半导体致冷及热管的结合装置，特别是用于电冰箱。
现有的半导体致冷装置以及它所装备的仪器和设备(包括电冰箱)，其热端散热方式一般均采用长流水式的水冷和强迫通风的风冷方式。目前热管技术用于电器冷却的专利是苏联Su-464769号热电式冷藏器(ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИИ ХОЛО
ИЛЬНИК)，这种热管的结构是采用多根细长的金属管子，中间装有绝热的支撑部，管子两端均安装与管轴垂直的散热片，这种热管的散热装置，有六根金属管，管上安装多片垂直的散热片，总的散热片面积和整个体积都很大，这类热管由于结构关系无法应用在半导体冰箱上，因而体现有的半导体冰箱以及半导体致冷的仪器和设备，它们的热端散热只能采用长流水冷却和强迫风冷的方式，长流水冷却的半导体电冰箱用水过多，耗电量大，致冷效率较低，强迫风冷的半导体电冰箱则要求有较大的散热面积和电动风扇装置，因此结构较复杂，散热效果仍然较低，目前国内外都只能作到10立升商品问世。
发明的目的根据上述热电式冷藏器采用热电池和热管所构成的主要致冷部件的特点，存在着散热面积过大，使体积很大，价格高及设备复杂等缺点。又考虑到市场出售的机械压缩式电冰箱存在着结构复杂，耗电量高以及售价高等问题。结合半导体致冷的特点，研制成中低温盒形重力式热管，用粘接的方法和半导体致冷器，组合起来主要致冷环节，下部为冰箱，上部为水箱，用水箱使热管在静水中散热，不仅结构简单，功耗减小且冰箱容积可增大到50～75立升，不但大量减少用水量，而且还可供热水使用，成为既可提供冰箱又可产生热水的双功能半导体热管电冰箱。和当前普遍使用的机械压缩式电冰箱比较，只要容量在100立升以下，节能效果显著，价格便宜，不但便于作为民用电冰箱，而且在具有直流电源的汽车、船、火车上则更具有其优越性能，大有发展前景的特点。
发明是这样实现的，半导体热管电冰箱中的热管是采用低温园盒形重力式热管，外形为园盒形，(也可做成方形或长方形，视需要而定)内部无铜网(目前吸收余热式的热管是用长而细的金属管，为了高效传热，内侧贴有铜网，利用毛细管的作用使管内液相工质回流)只要开槽以扩大内部的受热面积和回流的面积，外装有垂直散热片以扩大外侧的散热面积，液相工质靠重力回流;
半导体热管电冰箱中的冷却部分由半导体致冷器和上述热管组成，半导体致冷器热端与热管采用粘接方式，使半导体致冷器的吸热片将冰箱内所抽出的热量通过高效传热的热管，将热量大量迅速地散放于水箱的水中，使冰箱致冷速度显著加快;
半导体热管电冰箱的冷却源采用水箱中的水冷却使冰箱致冷效果好，又可供应热水。
这种结构的半导体热管电冰箱具有结构简单，占空间小，暑天不会使房间温度升高，成本低用电省的优点，以50立升半导体热管电冰箱为例，交流电功率在60瓦以下，直流电功率在50瓦以下，并能收集热管的热能，每日还可提供35℃～40℃热水100公斤，一箱两用，经济实用。
本发明与国内外同类型半导体致冷电冰箱比较，具有功率小、价格低的优点，功率的具体数据见下表
项目 本发明样机 瑞士制造 法国制造 香港制造 湖南制造容积(升) 50 10 10 10 50功率(瓦) 60 60 60 40 132冷却方式 热管 强迫风冷 强迫风冷 强迫风冷 长流水冷却本发明50立升冰箱与瑞士、法国、香港引进10立升比较，功能消耗基本相等大体较国外半导体致冷冰箱降低功能消耗 1/2 到 2/3 。与湖南试制的50立升比较，节电一半，日节水1000公斤，仅计算节水引起的功能消耗下降，每台每年节电280～360度。
本发明与现在普通使用的机械压缩式电冰箱比较，只要容积在100立升以下节约效果显著，而且价格较贱，便于推广到民用电冰箱。详细指标见下表
注上表中，日本、西德电冰箱产品，均采用机器发泡，发泡均匀严密，绝热性能好，本发明的产品样机是人工发泡，不仅不均匀，而且存有气隙，故绝热性能较差，如果这种产品样机也采用机器发泡，由于绝热性能高，耗电量较表中所列数值要下降10%以上。
本发明的冰箱年耗电为324度(功率60瓦)，与国内同规格压缩式冰箱比较，能耗指标大体相似、但取得100公斤/日35℃～40℃温水的附加效益，折合电功率，大体相当于节约了冰箱致冷的功能消耗。
据轻工部家电市场预测，1990年全国冰箱需要数在400万台上下，假设30%采用本发明冰箱，以电功率计算，全年节电4.5亿度，若以标准煤每公斤发热3000大卡，发热效率为80%计算，每天供给35℃温水100公斤，则可节煤36万吨(标准煤指民用标准煤)。
发明的具体结构由以下实施例给出图1为热管结构图。
图2热管和半导体致冷器的组装图。
图3半导体热管电冰箱结构图。
图1所示为发明的热管结构，由热管管体2，下底盖4，热管管体散热片3，上端盖8，上端盖散热片10和排气管1组成，热管管体2的直径为20～200mm，高为20～100mm，由冰箱容积大小而定。管内壁开槽，以扩大散热面积，热管管体2，下底盖4和管体散热片3原采用铝合金用压铸机一次压铸而成。上端盖8，上端盖散热片10和排气管1用纯铝由压铸机一次压铸而成，然后用氩弧焊将上端盖焊接在热管管体2的上端而形成带散热片的热管，然后将热管由排气管抽成真空，加入适当液态工质后，将排气管上端切断封口。
图2为热管和半导体致冷器的组装图。半导体致冷器由N型4和P型5半导体元件以及导流片2，焊接组合而成，将半导体致冷器用绝缘导热胶粘在热管的底板8上，再将吸热片9(铝合金压铸而成)也用绝缘导热胶粘在半导体致冷器底板面7上，使热管和半导体致冷器组合在一起。
半导体致冷器的制作以碲化铋为半导体材料，掺入不同杂质，即作成P型半导体和N型半导体元件，再用导流片将P型半导体元件和N型半导体元件依次焊接使之串联起来，即成为半导体致冷堆，也称半导体致冷器，如图2所示，半导体元件截面的大小，决定于所需要的电流的数值，半导体元件对数串联的多少决定于所需电压的数值，如果热管下端底盘为园形，则致冷器的半导体元件必须按园形排列串联，以充分利用热管底盖的有效面积，高效发挥其传热的作用。半导体致冷器制作好后，即用绝缘导热胶将其粘接在热管的底盖上。
图3为半导体热管电冰箱，由热管1，半导体致冷器2，水箱3，冰室4(或不设冰冻室)。上层冷藏室5，下层冷藏室6，温控器7，电源部分8，放水笼头9，进入孔10，吸热器11，冰箱门12组成。
该冰箱的使用方法及工作程序是先由进水孔10将水箱内部装水，然后将电源插头接通电源，半导体致冷器和热管即开始工作，以50立升冰箱为例，开始致冷工作时的直流电压是6.5伏，电流为13.6安，当环境温度为32℃时，吸热片几十秒钟即结霜，约一小时左右，冰箱的冰冻室顶部为-13℃，冷藏室底部是7.5℃(规定标准状态是8℃)完全达到冰箱厂家所规定的测试标准状态。然后温控器自动动作，立即自动改用较小的功率来维持上述致冷的标准状态，(当冷藏室底部温度高于8℃时，温控器也自动动作，又恢复到初始的致冷工作状态)，维持工作时的直流电压为3.5伏，电流是8.5安，日平均的直流功率为36瓦。如用220伏交流电源，因有整流和滤波的功率损耗，故交流电的日平均功率为53.6瓦。(而一般同容积的机械压缩式电冰箱日平均功率约为65瓦，同容积吸收式冰箱日平均功率约为90瓦)。另外由于该冰箱上部设有水箱，盛水约30公斤，实践及计算证实，水箱中的水，平均每小时升高温度所取得的热能，折算为电功率，比交流电源所供给的功率略为小些，本发明的冰箱除致冷外，还有35～40℃的热水供使用，成为双功能的电冰箱，节能效果显著，适于宾馆和民用容积较小的电冰箱，该水箱早晚放水使用，灌入凉水即可使其不超过35℃。如将水箱容积加大，盛水增加一倍，每日晚换水一次即可。
权利要求
1.利用热管为主要元件制成的冷藏器，包含有蒸发导热节，热管中充以工质，从而在蒸发区和冷凝区循环改变着机组的状态，冷凝区做成带有散热片的管状表面。本发明的特征是冰箱冷却部分由半导体致冷器和内部开槽的中低温盒式重力热管组成，半导体致冷器热端通过热管再与冰箱相连在水中散热。热管与半导体致冷器的连接采用粘接方式。
2.根据权项1所述中低温盒式重力热管的特征在其外形是园盒形，高度在200mm至100mm，直径在20mm至200mm以内，外侧装有散热片，内部充以工质，内部工质靠重力回流，热管内壁开槽扩大热管内部散热面积。
专利摘要
半导体热管电冰箱涉及一种半导体致冷装置特别是用于家庭用电冰箱，本发明较好地解决了半导体致冷器热端散热难的问题，把热管技术用在半导体致冷器的散热上。主要技术特征是冷却部分由半导体致冷器件和中低温内部开槽的盒式重力热管组合而成，热管与半导体器件的连接采用粘接方式，热管用水箱内所盛静水散热，这种电冰箱一机可双用，即可致冷，又能供应热水，节能效果显著。
文档编号F28D15/02GK85103275SQ85103275
公开日1986年5月10日 申请日期1985年5月2日
发明者刘第塏 申请人:刘第导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan