一种热电制冷装置的制作方法

1.本发明涉及热电制冷器散热技术领域，特别涉及一种热电制冷装置。


背景技术：

2.热电制冷器的热电元件由两种不同半导体材料串联而成，利用半导体材料的帕尔贴效应，热电元件的两端加载较低的直流电压时，热量就会从热电元件的一端流到另一端，使一端释放热量温度降低，同时另一端吸收热量温度上升，无需传统制冷结构所需的压缩机等机械单元，具有广阔的应用领域，例如，用于存储野餐实物及饮料的小型冰箱，或导电或航空器的精密温度控制系统。
3.热电制冷器在正常工作时，会形成冷端与热端。热端产生的热量需要及时散出，使热端维持比较稳定的温度。当热端产热量较大时，如果不能及时散热，会导致热端温度上升，器件制冷效率会下降，甚至不能产生制冷效果。对热端进行散热，最大限度地减小热端温差，是提升热电制冷器制冷效率的有效方法。
4.现有热端散热方法主要有两种，分别为型材风冷散热和液冷散热，但两种散热方式均为单相散热，利用工质的显热进行换热。单相换热的换热效果取决于流体速度、换热面积、换热温差、工质热物性等参数，对于大功率或高热流密度的热电制冷场合，这些参数到达上限后就很难再有提升，换热效果相对较差，影响热电制冷器的制冷效率。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种热电制冷装置，在工质泵的驱动下，液体工质在蒸发器及冷凝器之间循环流通，并在流通过程中通过发生气液相变来带走热电制冷器的热端板所释放的热量，气液相变换热效率更高，能提升热电制冷器的制冷效率。
6.本发明所提供的热电制冷装置，包括热电制冷器，还包括：
7.若干串联设置且固设于热电制冷器的热端板的蒸发器；
8.设有工质泵且与位于首端的蒸发器相连的进液管；
9.与进液管相连的回液管；
10.一端与全部蒸发器的排气管相连且另一端与回液管相连的冷凝器；
11.液态工质在工质泵驱动下由进液管依次流入各蒸发器，在蒸发器内吸收热端板释放的热量后变为气液两相工质，从气液两相工质中分离出的气态工质经排气管汇聚至冷凝器内冷凝为液态工质后再回流至回液管。
12.优选的，每个蒸发器内设有封闭的蒸发腔，蒸发腔内固设有若干均匀分布的换热翅片。
13.优选的，还包括与热端板可拆卸相连并用于支撑全部蒸发器的支撑板，支撑板的两相对侧均涂抹有散热膏。
14.优选的，还包括与回液管相连的储液罐，工质泵通过供液管与储液罐相连。
15.优选的，还包括一端与冷凝器相连且与全部蒸发器的排气管相连的输气管，输气
管设有用于混合气液两相工质的混合器。
16.优选的，位于末端的蒸发器通过混液管与混合器相连。
17.优选的，冷凝器包括若干条平行设置的散热流道及与全部散热流道连通的集气室，集气室内固设有若干用于引导气态工质自下而上进入散热流道的均流板，全部均流板所设的通气孔同轴贯通，全部通气孔的孔径自下而上逐渐减小。
18.优选的，冷凝器还包括与全部散热流道远离集气室的一端相连通的集液室，全部散热流道的两端分别延伸插入集气室及集液室内。
19.优选的，任意相邻两散热流道之间平行固设有散热翅片。
20.优选的，还包括设于冷凝器至少一侧的散热扇。
21.相对于背景技术，本发明所提供的热电制冷装置，包括热电制冷器，还包括若干蒸发器、进液管、回液管和冷凝器，若干蒸发器均固设于热电制冷器的热端板，若干蒸发器串联设置，位于首端的蒸发器与进液管相连，冷凝器的一端与全部蒸发器的排气管相连且另一端与回液管相连。
22.当启动工质泵，液态工质在工质泵驱动下由进液管依次流入各蒸发器，当热端板的温度过高时，液态工质在每个蒸发器内吸收热端板释放的热量后变为气液两相工质，气液两相工质继续从热端板吸收热量，气液两相工质中分离出的气态工质，各蒸发器内的气态工质经排气管汇聚至冷凝器内，气态工质在冷凝器内与冷空气热交换后释放热量，气态工质冷凝为液态工质后再回流至回液管，而回液管与进液管相连，液体工质在蒸发器及冷凝器之间循环流通，并在流通过程中通过发生气液相变来带走热电制冷器的热端板所释放的热量，相较于现有单相换热方式而言，本发明液态工质的气液相变换热效率更高，能有效降低热端板的温度，从而提升热电制冷器的制冷效率。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1为本发明一种具体实施例所提供的热电制冷装置的结构图；
25.图2为图1中热电制冷器的结构图；
26.图3为图1中各蒸发器、进液管、储液罐及回液管的组装图；
27.图4为图1中其中一个蒸发器的结构图；
28.图5为图4中蒸发器的内部结构图；
29.图6为图5的a-a向剖视图；
30.图7为图4中蒸发器的另一内部结构图；
31.图8为图1中冷凝器的结构图；
32.图9为图8的俯视图；
33.图10为图9的b-b向剖视图；
34.图11为图10中c的局部放大图。
35.附图标记如下：
36.热端板01、冷端板02和制冷元件03；
37.工质泵11、进液管12、蒸发器13、输液管14、输气管15、混合器16、混液管17、冷凝器18、回液管19、储液罐20、供液管21、散热扇22和支撑板23；
38.排气管130、进液口131、出液口132、排气口133、蒸发腔134和换热翅片135；
39.集气室181、均流板182、通气孔183、散热流道184、散热翅片185和集液室186。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
42.请参考图1至图11，图1为本发明一种具体实施例所提供的热电制冷装置的结构图；图2为图1中热电制冷器的结构图；图3为图1中各蒸发器、进液管、储液罐及回液管的组装图；图4为图1中其中一个蒸发器的结构图；图5为图4中蒸发器的内部结构图；图6为图5的a-a向剖视图；图7为图4中蒸发器的另一内部结构图；图8为图1中冷凝器的结构图；图9为图8的俯视图；图10为图9的b-b向剖视图；图11为图10中c的局部放大图。
43.首先，本发明中的热电制冷器，包括热端板01、冷端板02及设于热端板01与冷端板02之间的制冷元件03，制冷元件03由p型半导体和n型半导体按周期性规则排列构成，所有p型半导体和n型半导体二者的热端板01朝向同一侧，而冷端板02也均朝向同一侧。当制冷元件03通入直流电时，制冷元件03会产生帕尔贴效应，使热端板01吸热温度升高，冷端板02放热温度降低。
44.本发明实施例公开了一种热电制冷装置，包括若干蒸发器13、进液管12、回液管19和冷凝器18。
45.若干蒸发器13串联设置，方便液态工质依次流入各蒸发器13。每个蒸发器13均包括进液口131、出液口132及排气口133，其中一个蒸发器13的进液口131与相邻蒸发器13的出液口132通过输液管14相连通，这样全部蒸发器13便串联在一起。
46.每个蒸发器13为矩形板状结构且中心中空。每个蒸发器13内设有封闭的蒸发腔134，蒸发腔134内存储有工质，工质的状态可根据吸收的热量进行变化。当热端板01的温度较低时，工质吸收的热量较少，蒸发腔134内的工质为液态。当热端板01的温度相对较高时，工质吸收较多的热量，蒸发腔134内的工质由液态转换为气液两相。当热端板01的温度较高时，气液两相的工质继续吸收更多的热量，工质的干度提高，气液两相的工质分离出大量的气态工质。
47.另需说明的是，工质的选择要根据工质的饱和蒸汽压力、汽化潜热及系统运行的安全性及稳定性，并结合系统的工作环境温度等，文中的工质包括但不限于二氧化碳、四氟乙烷或液氨等，
48.进液口131与出液口132分别设于蒸发器13的侧面，可以是同一侧，也可以是不同侧，具体依据蒸发器13的分布方式进行调整。进液口131与出液口132通过蒸发腔134相连
通，确保液态工质流经蒸发腔134。蒸发腔134内固设有若干均匀分布的换热翅片135，增强液态工质与热端板01之间的热交换效率，利于提升热电制冷器的制冷效率。换热翅片135优选设于蒸发腔134紧贴热端板01的一侧，且全部换热翅片135按行分布，相邻两行换热翅片135错开分布，确保蒸发腔134内液体工质温度均匀，也利于提升热交换效率。换热翅片135具体可以是菱形凸起、矩形凸起或其他类型结构，在此不做具体限定。
49.全部蒸发器13均固设于热电制冷器的热端板01，用以吸收热电制冷器的热端板01所释放的热量。具体地，热电制冷器的热端板01固设有八个蒸发器13，分别为第一蒸发器13、第二蒸发器13、第三蒸发器13、第四蒸发器13、第五蒸发器13、第六蒸发器13、第七蒸发器13和第八蒸发器13。全部蒸发器13优选呈u型分布，使蒸发器13布局更紧凑，易于满足轻量化需求。当然，全部蒸发器13也可呈线型分布、u型分布、s型分布、m型分布，或其他类似分布方式，蒸发器13的设置数量及分布方式具体可依据热电制冷器的规格进行适应性调整，在此不做具体限定。
50.位于首端的蒸发器13与进液管12，进液管12为各蒸发器13供应工质。进液管12设有工质泵11，工质泵11驱动工质依次流入各蒸发器13内。工质泵11的结构及工作原理具体可参考现有技术。
51.需特别注意的是，可依据热端板01的实际温度，通过调节工质泵11的流量，进而调节工质在各蒸发器13内的流量，利于精确调节各蒸发器13的换热效率，既利于节能，又能有效提升热电制冷器的制冷效率。
52.为实现自动化，可增设温度传感器，用于检测热端板01的实际温度，控制器与温度传感器相连，控制器内预先存储有热端板01的实际温度与工质泵11的流量之间的对应关系，如此控制器可根据温度传感器反馈的信号自动调节工质泵11的流量，使工作泵的流量与热端板01的实际温度相匹配，确保制冷效率达到最大。
53.回液管19与进液管12相连，二者的连接方式可参考下述内容，如此可使工质实现循环流动，从而带走更多的热量。
54.冷凝器18的一端与全部蒸发器13的排气管130相连，且另一端与回液管19相连，使流入冷凝器18内的气态工质冷凝成液态工质后流入回液管19。
55.当启动工质泵11，液态工质在工质泵11驱动下由进液管12依次流入各蒸发器13，当热端板01的温度过高时，液态工质在每个蒸发器13内吸收热端板01释放的热量后变为气液两相工质，气液两相工质继续从热端板01吸收热量，气液两相工质中分离出的气态工质，各蒸发器13内的气态工质经排气管130汇聚至冷凝器18内，气态工质在冷凝器18内与冷空气热交换后释放热量，气态工质冷凝为液态工质后再回流至回液管19，而回液管19与进液管12相连，液体工质在蒸发器及冷凝器18之间循环流通，并在流通过程中通过发生气液相变来带走热电制冷器的热端板01所释放的热量，相较于现有单相换热方式而言，本发明液态工质的气液相变换热效率更高，能有效降低热端板01的温度，从而提升热电制冷器的制冷效率。
56.上述热电制冷装置还包括与热端板01可拆卸相连的支撑板23，支撑板23紧贴热端板01设置，并依靠螺栓固定在热端板01上，用于支撑全部蒸发器13。各蒸发器13的外壳也可通过螺栓可拆卸固定在支撑板23上。支撑板23的两相对侧均涂抹有散热膏，也即支撑板23与热端板01之间及支撑板23与各蒸发器13之间均涂抹有散热膏，如此既能消除相接触的二
者之间的缝隙，又能确保相接触的二者之间的热传导量。散热膏具体可以是导热硅脂。
57.上述热电制冷装置还包括储液罐20，用于存储液态工质。回液管19与储液罐20相连，经冷凝器18冷凝成的液态工质沿回液管19回流至储液罐20，实现循环利用工质。工质泵11通过供液管21与储液罐20相连，如此可确保工质泵11吸入液态工质，防止回液管19内混入的气态工质使工质泵11产生气蚀，确保工质泵11持续稳定运转，有利于延长工质泵11的使用寿命。
58.上述热电制冷装置还包括一端与冷凝器18相连的输气管15，全部蒸发器13的排气管130均与输气管15相连，使全部蒸发器13蒸发出的气态工质汇聚至输气管15，由输气管15将气态工质输送至冷凝器18内。输气管15设有靠近冷凝器18集气室181的一端设有混合器16，使沿排气管130流出的液态工质和气态工质经混合器16均匀混合后再输送至冷凝器18，利于改善冷凝器18的冷凝效果。混合器16的结构及工作原理均可参考现有技术。
59.为避免各蒸发器13的压力过大，位于末端的蒸发器13通过混液管17与混合器16相连，使末端蒸发器13排出的气态工质与液态工质经混合器16均匀混合后也沿输气管15流入冷凝器18。
60.冷凝器18包括若干条散热流道184及集气室181，全部散热流道184平行设置，集气室181设于全部散热流道184的一端，集气室181用于存储气态工质，与全部散热流道184连通，流入集气室181内的气态工质流入散热流道184后，在散热流道184内与外界冷空气进行热交换，气态工质释放热量后便冷凝为液态工质。散热流道184的长度及设置数量具体可以依据热电制冷器的规格进行调整，在此不做具体限定。
61.集气室181内固设有若干块均流板182，以附图10当前视图为准，全部均流板182平行设置，且在集气室181内自下而上均匀分布，用于引导气态工质自下而上进入散热流道184。每块均流板182具体可焊接在集气室181的两侧壁上。均流板182的设置数量及设置间距具体可以热电制冷器的规格进行设置，在此不做限定。
62.每块均流板182均设有通气孔183，用以供气态工质流通。通气孔183具体可以是圆孔，但不限于此。全部均流板182的通气孔183同轴贯通，确保气态工质可充满集气室181。全部通气孔183的孔径自下而上逐渐减小，使气态工质自下而上均匀进入散热流道184。此外，当饱和的气液两相工质在特殊工况下进入集气室181时，均流板182的设置更利于饱和的气液两相工质流入散热流道184，避免液态工质聚集于部分散热流道184而影响散热效率。
63.冷凝器18还包括集液室186，集气室181和集液室186分别设于全部散热流道184的两端，用于存储经散热流道184冷凝后产生的液态工质。集液室186与回液管19相连，集液室186内冷凝的液态工质可沿回液管19回流至储液罐20内。
64.全部散热流道184的两端分别延伸插入集气室181及集液室186内，使每条散热流道184的两端均分别可靠连通集气室181及集液室186，避免散热流道184之间因缝隙泄漏而出现混流，也可避免部分散热流道184聚集大量冷凝的液态工质而影响冷凝器18的凝露效果。
65.任意相邻两散热流道184之间平行固设有散热翅片185，可加强每条散热流道184的热交换效率，改善凝冷器的冷凝效果。全部散热翅片185与相连的散热流道184外壁相垂直，确保散热翅片185与冷空气的接触面积达到最大，也利于提升热交换效率。相邻两散热流道184之间的间距及所设的散热翅片185的数量也可依据热电制冷器的规格进行调整，在
此不做具体限定。
66.上述热电制冷装置还包括设于冷凝器18至少一侧的散热扇22，用于加快散热流道184内气态工质与外界冷空气之间热交换效率，提升冷凝器18的冷凝效果。散热扇22的结构及工作原理可参考现有技术。散热扇22可通过直接固定在冷凝器18的侧面。冷凝器18的每侧具体可设置两个散热扇22，散热扇22的设置数量可按需进行调整，在此不做限定。
67.本发明所提供的热电制冷装置的工作原理如下：
68.正常状态下，热电制冷器的冷端板02对器件进行制冷；
69.当热端板01的温度较高时，启动工质泵11，液态工质在工质泵11驱动下由进液管12依次流入各蒸发器13，液态工质在每个蒸发器13内吸收热端板01释放的热量后变为气液两相工质，气液两相工质继续从热端板01吸收热量，工质的干度增大，气液两相工质中分离出的气态工质，各蒸发器13内的气态工质经排气管130汇聚至输气管15，经输气管15流入冷凝器18的集气室181内，经均流板182分流后，气态工质均匀流入各散热流道184，在散热流道184内与外界冷空气热交换，气态工质冷凝为液态工质流入集液室186，再从集液室186沿回液管19回流至储液罐20，如此循环，便可带走热电制冷器的热端板01的热量。
70.以上对本发明所提供的热电制冷装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。