專利名稱：小型半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷熱藏箱，特別是涉及一種利用半導(dǎo)體致冷技術(shù)制成的冷熱藏箱。
目前市場(chǎng)上的小型冷藏箱不僅品種規(guī)格少，而且大部分采用壓縮式致冷方式，一般壓縮裝置自身體積大，使得冷藏箱的小型化受到限制。自從半導(dǎo)體致冷冷藏箱問(wèn)世以來(lái)，使得冷藏箱的小型化問(wèn)題得到解決，但這種冷藏箱在設(shè)計(jì)上大多追求大產(chǎn)冷量，使產(chǎn)品耗電量大，效率低，有風(fēng)扇噪聲，影響了產(chǎn)品的實(shí)用性。本發(fā)明人的實(shí)用新型專利“小型半導(dǎo)體致冷高效冷熱藏箱”(專利號(hào)為87208268。7)屏棄了現(xiàn)有冷藏箱追求大產(chǎn)冷量的設(shè)計(jì)思想，首先采用了最佳效率的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出一種成本低、耗電少、效率高、通過(guò)自然散熱而無(wú)風(fēng)扇噪聲的小型半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱，但該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不適合推廣使用和大批量生產(chǎn)，況且這種設(shè)計(jì)仍沒(méi)有擺脫大電流的普通冷板，因此即使在最佳效率的情況下還是有較大熱量產(chǎn)生，這就要求使用較大散熱器，從而影響了性能的提高和成本的進(jìn)一步降低。
本發(fā)明的目的是在原“小型半導(dǎo)體致冷高效冷熱藏箱”專利的基礎(chǔ)上，克服其結(jié)構(gòu)和性能的弱點(diǎn)，依據(jù)進(jìn)一步完善的最佳效率的設(shè)計(jì)原理，提供出一種性能好、成本低、工藝合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適于大批量生產(chǎn)的新一代小型半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱。
本發(fā)明的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱，包括內(nèi)膽，外殼和門，在內(nèi)膽和外殼之間具有至少一塊半導(dǎo)體致冷組件，其余部分具有真空或隔熱材料構(gòu)成的隔熱層，半導(dǎo)體致冷組件包括熱沉和冷板，在該半導(dǎo)體致冷組件的一側(cè)有散熱器，在散熱器、熱沉、冷板、內(nèi)膽之間涂有導(dǎo)熱脂，其特點(diǎn)在于半導(dǎo)體致冷組件中的冷板是根據(jù)最佳效率的原理設(shè)計(jì)出來(lái)的，它的規(guī)格，即電堆高度l，截面面積s以及電堆數(shù)n′由Q產(chǎn)＝4λSl(Th-TC)(M-ThTC)·M·n’(M-1)(1+ThTC);]]>Q散＝Q產(chǎn)( 1/(εmax) ＋1)(5)RT= (Th-Ta)/(Q散) (6)Th-冷板熱端溫度Tc-冷板冷端溫度ρ-冷板材料的電阻率α-冷板材料的平均溫差電勢(shì)λ-冷板材料的熱導(dǎo)率l-冷板材料的高度s-冷板材料的截面面積h′-冷板的電堆數(shù)
Ta-環(huán)境溫度綜合考慮獲得，使電堆高度l、截面面積s以及電堆數(shù)n′即滿足式(3)，又能夠找到符合熱阻值RT的散熱器。根據(jù)本發(fā)明人的多次計(jì)算，找到了滿足上述條件的l，s，n′的選取范圍，l為1～10mm，s為1-1.4mm2，n′為10-100，這樣所確定的冷板，需在最佳效率時(shí)的電流Iεmax下工作，Iεmax=s·a(Th-TC)lρ ［1+a22ρλ(Th-TC)-1］]]>(7)冷板在最佳效率狀態(tài)下的電流一般為其最大產(chǎn)冷量狀態(tài)下的電流的一半以下。所以這種設(shè)計(jì)思想本身就是要求盡量減少電流，使冷板的熱端溫度Th不致過(guò)高，無(wú)需使用強(qiáng)制冷卻，僅用自然冷卻便可達(dá)到散熱目的。當(dāng)然如果采用強(qiáng)制冷卻，如用風(fēng)扇，則散熱效果會(huì)更好。
另外，用最佳效率原理這種設(shè)計(jì)思想，有可能僅用一塊冷板不能滿足冷藏箱產(chǎn)冷量的要求，所以就采用多塊冷板來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，多塊冷板還采用了分散布置，便于更好地散熱。


圖1是本發(fā)明的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱的半導(dǎo)體致冷組件的詳細(xì)示意圖。
圖2是采用圖1所示的半導(dǎo)體致冷組件構(gòu)成本發(fā)明的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2所示半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱的散熱器分布圖。
本發(fā)明從冷板的最佳效率的計(jì)算方法出發(fā)，通過(guò)選擇半導(dǎo)體致冷組件的組數(shù)和冷板的規(guī)格，合理進(jìn)行散熱器的分散分布，既達(dá)到了良好的致冷效果，又滿足了散熱的要求。
1.選擇半導(dǎo)體致冷組件組數(shù)和冷板規(guī)格的計(jì)算方法a.選定保溫箱體容積，并根據(jù)所定的溫差指標(biāo)求出漏冷量Q漏。
Q漏＝ (λm)/(lm) ·Sm·△T(1)Q漏-保溫箱體的漏冷量;
λm-保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù);
lm-保溫材料的厚度;
Sm-保溫材料的總面積;
△T-保溫箱內(nèi)溫度與環(huán)境溫度的溫差指標(biāo)b.先假定該保溫箱所需冷板數(shù)為n，對(duì)于冷板數(shù)，即半導(dǎo)體致冷組件數(shù)也就是散熱器數(shù)，要考慮散熱器能充分散熱，且布置上又不互相影響。
c.求每塊冷板的產(chǎn)冷量Q產(chǎn)Q產(chǎn)＝Q漏/n (2)d.用最佳效率公式求每塊冷板最佳效率下產(chǎn)冷量Qεmax和最佳效率εmax。
由溫差指標(biāo)△T可確定冷端溫度Tc，計(jì)算不同的電堆面積s、高度l、電堆數(shù)n′和熱端溫度Th值時(shí)的Qεmax、εmax，從而可求出散熱器的散熱量Q散和散熱器的熱阻RT。
Q產(chǎn)＝4λSl(Th-TC)(M-ThTC)·M·n’(M-1)(1+ThTC);]]>(3)
其中M=［1+0.5Z(Th+TC)］12,Z=a2ρλ]]>εmax=TCTh-TC·M-ThTCM+1]]>(4)Q散＝Q產(chǎn)( 1/(εmax) ＋1)(5)RT= (Th-Ta)/(Q散) (6)以上計(jì)算過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成，經(jīng)過(guò)多次試代逐漸逼近可實(shí)現(xiàn)的滿足最佳效率的最佳設(shè)計(jì)，由此定出冷板的規(guī)格、半導(dǎo)體致冷組件組數(shù)和散熱器的規(guī)格。完成上述設(shè)計(jì)，給冷板通以最佳效率的電流就可以使冷熱藏箱在自然散熱的條件下正常工作。
根據(jù)最佳效率原理確定了上述參數(shù)后，還需合理的組裝才能發(fā)揮其最佳效果，從而提供一個(gè)良好的散熱、傳冷途徑以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的具體實(shí)施如圖1、2所示，將由上述方法計(jì)算得到的冷板(2)夾在由傳熱性能好的金屬制成的兩塊熱沉(1)之間，并在熱沉(1)和冷板(2)之間均勻涂導(dǎo)熱脂(3)，兩個(gè)熱沉(1)再分別和散熱器(4)、內(nèi)膽(5)連接。然后在內(nèi)膽(5)和外殼(12)之間以及半導(dǎo)體致冷組件周圍填充隔熱保溫材料形成隔熱層(8)，由于兩塊熱沉是采用內(nèi)小外大的喇叭形，使傳遞冷和熱的效果更好，而且加大了內(nèi)膽(5)和散熱器(4)的距離，防止在冷板(2)周圍出現(xiàn)冷熱交換。在兩熱沉(1)之間，用尼龍柱(6)和自攻螺絲(7)作為連接件，使冷板和熱沉形成緊密連接的整體，從而形成完整的半導(dǎo)體致冷組件(10)，用螺絲(9)將半導(dǎo)體致冷組件(10)內(nèi)、外端的熱沉(1)分別與散熱器(4)和內(nèi)膽(5)連接，且散熱器(4)與熱沉(1)、熱沉(1)與內(nèi)膽(5)之間皆勻涂導(dǎo)熱脂(3)，由此形成一條良好的散熱、傳冷途徑。
將幾組由上述組件構(gòu)成的半導(dǎo)體致冷組件(10)裝入如圖2所示的保溫箱體(13)內(nèi)的適當(dāng)位置便構(gòu)成本發(fā)明的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱，其中保溫箱體(13)可以為各種形狀，箱體外殼(12)可以選用木板、塑料或金屬制成，箱體(13)的門(11)可以上開(kāi)啟或側(cè)開(kāi)啟。箱體(13)可以擺放、懸掛或提攜。
圖3是本發(fā)明冷熱藏箱的某側(cè)面散熱器(4)的分布圖，其中五個(gè)散熱器是交錯(cuò)布置，以使散熱通路互不干擾。
本發(fā)明的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱可以通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行電源換向來(lái)實(shí)現(xiàn)冷藏和熱藏的轉(zhuǎn)換，因此本發(fā)明還可以作為熱藏使用。
由此構(gòu)成的本發(fā)明的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱與現(xiàn)有的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱相比具有省電、效率高等優(yōu)點(diǎn)，以15立升的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱為例，如表1所示。
表1
由于本發(fā)明的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱具有體積小、重量輕、無(wú)噪聲、省電等突出優(yōu)點(diǎn)，特別適用于賓館客房、醫(yī)院、辦公室、車輛、船艙等處存放食品、飲料、藥品、化妝品等，具有很大實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱，包括一個(gè)內(nèi)膽(5)和一個(gè)外殼12和一扇門(11)，在內(nèi)膽(5)和外殼(12)之間具有至少一塊半導(dǎo)體致冷組件(10)以及在其余部分具有真空或隔熱材料構(gòu)成的隔熱層(8)，半導(dǎo)體致冷組件(10)包括冷板(2)和熱沉(1)，在半導(dǎo)體致冷組件(10)的一側(cè)有一個(gè)散熱器(4)，在散熱器(4)、熱沉(1)、冷板(2)、內(nèi)膽(5)的各接觸面上涂有導(dǎo)熱脂(3)，其特點(diǎn)在于上述冷板(2)的規(guī)格是按最佳效率原理計(jì)算的，在電流為最大產(chǎn)冷量電流一半以下的電流下工作，能實(shí)現(xiàn)自然散熱的冷板。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱，其特點(diǎn)在于上述冷板(2)規(guī)格(l，s，n′)是由Q產(chǎn)＝4λSl(Th-TC)(M-ThTC)·M·n’(M-1)(1+ThTC);]]>RT= (Th-Ta)/(Q散)確定，并且取值范圍l為1-10mm;s為(1-1.4mm)2;n′為10-100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱，其特征在于上述冷板(2)夾在兩塊熱沉(1)中間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱，其特征在于上述半導(dǎo)體致冷組件(10)是分散布置的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱，其特征在于上述半導(dǎo)體致冷組件(10)的布置為交錯(cuò)布置。
全文摘要
一種半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱，其特點(diǎn)在于采用了最佳效率原理對(duì)冷板進(jìn)行設(shè)計(jì)，使冷熱藏箱在耗電少，自然散熱的情況下工作。本發(fā)明的半導(dǎo)體致冷冷熱藏箱性能好，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝合理，適于大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B65D81/00GK1071245SQ9110894
公開(kāi)日1993年4月21日 申請(qǐng)日期1991年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月14日
發(fā)明者錢襄, 柏胤淑, 朱紅 申請(qǐng)人:錢襄