小型半导体致冷冷热藏箱制造技术

一种半导体致冷冷热藏箱，其特点在于：采用了最佳效率原理对冷板进行设计，使冷热藏箱在耗电少，自然散热的情况下工作。本发明专利技术的半导体致冷冷热藏箱性能好，成本低，结构简单，工艺合理，适于大批量生产。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种冷热藏箱，特别是涉及一种利用半导体致冷技术制成的冷热藏箱。目前市场上的小型冷藏箱不仅品种规格少，而且大部分采用压缩式致冷方式，一般压缩装置自身体积大，使得冷藏箱的小型化受到限制。自从半导体致冷冷藏箱问世以来，使得冷藏箱的小型化问题得到解决，但这种冷藏箱在设计上大多追求大产冷量，使产品耗电量大，效率低，有风扇噪声，影响了产品的实用性。本专利技术人的技术专利“小型半导体致冷高效冷热藏箱”(专利号为87208268。7)屏弃了现有冷藏箱追求大产冷量的设计思想，首先采用了最佳效率的设计方法设计出一种成本低、耗电少、效率高、通过自然散热而无风扇噪声的小型半导体致冷冷热藏箱，但该设计结构复杂、不适合推广使用和大批量生产，况且这种设计仍没有摆脱大电流的普通冷板，因此即使在最佳效率的情况下还是有较大热量产生，这就要求使用较大散热器，从而影响了性能的提高和成本的进一步降低。本专利技术的目的是在原“小型半导体致冷高效冷热藏箱”专利的基础上，克服其结构和性能的弱点，依据进一步完善的最佳效率的设计原理，提供出一种性能好、成本低、工艺合理、结构简单、适于大批量生产的新一代小型半导体致冷冷热藏箱。本专利技术的半导体致冷冷热藏箱，包括内胆，外壳和门，在内胆和外壳之间具有至少一块半导体致冷组件，其余部分具有真空或隔热材料构成的隔热层，半导体致冷组件包括热沉和冷板，在该半导体致冷组件的一侧有散热器，在散热器、热沉、冷板、内胆之间涂有导热脂，其特点在于半导体致冷组件中的冷板是根据最佳效率的原理设计出来的，它的规格，即电堆高度l，截面面积s以及电堆数n′由Q产＝4λSl(Th-TC)(M-ThTC)·M·n’(M-1)(1+ThTC);]]>Q散＝Q产( 1/(εmax) ＋1)(5)RT= (Th-Ta)/(Q散) (6)Th-冷板热端温度Tc-冷板冷端温度ρ-冷板材料的电阻率α-冷板材料的平均温差电势λ-冷板材料的热导率l-冷板材料的高度s-冷板材料的截面面积h′-冷板的电堆数Ta-环境温度综合考虑获得，使电堆高度l、截面面积s以及电堆数n′即满足式(3)，又能够找到符合热阻值RT的散热器。根据本专利技术人的多次计算，找到了满足上述条件的l，s，n′的选取范围，l为1～10mm，s为1-1.4mm2，n′为10-100，这样所确定的冷板，需在最佳效率时的电流Iεmax下工作，Iεmax=s·a(Th-TC)lρ ［1+a22ρλ(Th-TC)-1］]]>(7)冷板在最佳效率状态下的电流一般为其最大产冷量状态下的电流的一半以下。所以这种设计思想本身就是要求尽量减少电流，使冷板的热端温度Th不致过高，无需使用强制冷却，仅用自然冷却便可达到散热目的。当然如果采用强制冷却，如用风扇，则散热效果会更好。另外，用最佳效率原理这种设计思想，有可能仅用一块冷板不能满足冷藏箱产冷量的要求，所以就采用多块冷板来实现。同时，多块冷板还采用了分散布置，便于更好地散热。附图说明图1是本专利技术的半导体致冷冷热藏箱的半导体致冷组件的详细示意图。图2是采用图1所示的半导体致冷组件构成本专利技术的半导体致冷冷热藏箱的结构示意图。图3是图2所示半导体致冷冷热藏箱的散热器分布图。本专利技术从冷板的最佳效率的计算方法出发，通过选择半导体致冷组件的组数和冷板的规格，合理进行散热器的分散分布，既达到了良好的致冷效果，又满足了散热的要求。1.选择半导体致冷组件组数和冷板规格的计算方法a.选定保温箱体容积，并根据所定的温差指标求出漏冷量Q漏。Q漏＝ (λm)/(lm) ·Sm·△T(1)Q漏-保温箱体的漏冷量;λm-保温材料的导热系数;lm-保温材料的厚度;Sm-保温材料的总面积;△T-保温箱内温度与环境温度的温差指标b.先假定该保温箱所需冷板数为n，对于冷板数，即半导体致冷组件数也就是散热器数，要考虑散热器能充分散热，且布置上又不互相影响。c.求每块冷板的产冷量Q产Q产＝Q漏/n (2)d.用最佳效率公式求每块冷板最佳效率下产冷量Qεmax和最佳效率εmax。由温差指标△T可确定冷端温度Tc，计算不同的电堆面积s、高度l、电堆数n′和热端温度Th值时的Qεmax、εmax，从而可求出散热器的散热量Q散和散热器的热阻RT。Q产＝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产( 1/(εmax) ＋1)(5)RT= (Th-Ta)/(Q散) (6)以上计算过程通过计算机来完成，经过多次试代逐渐逼近可实现的满足最佳效率的最佳设计，由此定出冷板的规格、半导体致冷组件组数和散热器的规格。完成上述设计，给冷板通以最佳效率的电流就可以使冷热藏箱在自然散热的条件下正常工作。根据最佳效率原理确定了上述参数后，还需合理的组装才能发挥其最佳效果，从而提供一个良好的散热、传冷途径以实现本专利技术的目的。本专利技术的具体实施如图1、2所示，将由上述方法计算得到的冷板(2)夹在由传热性能好的金属制成的两块热沉(1)之间，并在热沉(1)和冷板(2)之间均匀涂导热脂(3)，两个热沉(1)再分别和散热器(4)、内胆(5)连接。然后在内胆(5)和外壳(12)之间以及半导体致冷组件周围填充隔热保温材料形成隔热层(8)，由于两块热沉是采用内小外大的喇叭形，使传递冷和热的效果更好，而且加大了内胆(5)和散热器(4)的距离，防止在冷板(2)周围出现冷热交换。在两热沉(1)之间，用尼龙柱(6)和自攻螺丝(7)作为连接件，使冷板和热沉形成紧密连接的整体，从而形成完整的半导体致冷组件(10)，用螺丝(9)将半导体致冷组件(10)内、外端的热沉(1)分别与散热器(4)和内胆(5)连接，且散热器(4)与热沉(1)、热沉(1)与内胆(5)之间皆匀涂导热脂(3)，由此形成一条良好的散热、传冷途径。将几组由上述组件构成的半导体致冷组件(10)装入如图2所示的保温箱体(13)内的适当位置便构成本专利技术的半导体致冷冷热藏箱，其中保温箱体(13)可以为各种形状，箱体外壳(12)可以选用木板、塑料或金属制成，箱体(13)的门(11)可以上开启或侧开启。箱体(13)可以摆放、悬挂或提携。图3是本专利技术冷热藏箱的某侧面散热器(4)的分布图，其中五个散热器是交错布置，以使散热通路互不干扰。本专利技术的半导体致冷冷热藏箱可以通过一个开关进行电源换向来实现冷藏和热藏的转换，因此本专利技术还可以作为热藏使用。由此构成的本专利技术的半导体致冷冷热藏箱与现有的半导体致冷冷热藏箱相比具有省电、效率高等优点，以15立升的半导体致冷冷热藏箱为例，如表1所示。表1 由于本专利技术的半导体致冷冷热藏箱具有体积小、重量轻、无噪声、省电等突出优点，特别适用于宾馆客房、医院、办公室、车辆、船舱等处存放食品、饮料、药品、化妆品等，具有很大实用性。权利要求1.一种半导体致冷冷热藏箱，包括一个内胆(5)和一个外壳12和一扇门(11)，在内胆(5)和外壳(12)之间具有至少一块半导体致冷组件(10)以及在其余部分具有真空或隔热材料构成的隔热层(8)，半导体致冷组件(10)包括冷板(2)和热沉(1)，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体致冷冷热藏箱，包括一个内胆（５）和一个壳１２和一扇门（１１），在内胆（５）和外壳（１２）之间具有至少一块半导体致冷组件（１０）以及在其余部分具有真空或隔热材料构成的隔热层（８），半导体致冷组件（１０）包括冷板（２）和热沉（１），在半导体致冷组件（１０）的一侧有一个散热器（４），在散热器（４）、热沉（１）、冷板（２）、内胆（５）的各接触面上涂有导热脂（３），其特点在于：上述冷板（２）的规格是按最佳效率原理计算的，在电流为最大产冷量电流一半以下的电流下工作，能实现自然散热的冷板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱襄，柏胤淑，朱红，
申请(专利权)人：钱襄，柏胤淑，朱红，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]