流体、半流体介质半导体致冷方法及装置.pdf

本发明涉及一种致冷方法及装置，特别是一种流体、半流体介质半导体致冷方法及装置，属机械工程中的制冷技术范围。
    现有的流体、半流体介质半导体致冷方法均将半导体致冷组件平贴在金属杯体的底部，以金属杯体作为吸热器，而散热板置于下端，特别是它们的工作状态是冷面朝上，热面朝下，这样就不可避免地产生向上的热辐射，而且通过贮冷室间接导热，热阻增大，冷量损失增大，降温速率较低，还有如将散热板均采用等距平行助板形式，在单位容积内散热面有一定的限度，当用风机强迫对流换热时，沿助板与风流平行方向能散热，而沿垂直方向就不可避免地产生风阻现象，致使噪音增大，换热效率下降。为达到致冷目的必需加长通电时间，这样会造成半导体致冷组件热端温度偏高而易损坏。

    本发明的目的是提一种利用涡流原理直接导热的高效率流体半流体介质半导体致冷的方法及装置。

    本发明是这样实现的：它包括半导体致冷组件、风机、同心插座、散热板、绝热垫、吸热器、瓶底等，而散热板、吸热器分别采用刚体连续运动线形翼片径、轴向和圆柱形、轮幅柱形的结构，且散热板、吸热器置于半导体致冷组件的上下端，用绝热垫置于中间绝热并用绝缘螺钉相联接成一体，吸热器直接接触流体、半流体介质直接导热。所述的刚体连续运动轨迹线形和圆柱形、轮幅柱形还包括触旋形、圆弧形、摆线形及径、轴向直斜幅射线形与圆柱形组和轮幅柱形组，同时在瓶底底部还设置有磁性嵌件。

    当接通电源后，半导体致冷组件产生珀尔帖效应，通过浸入流体半流体介质的致冷器吸热，而热端将放出的热传导至散热板上，在散热板的翼片与空气间进行层流和湍流对流形式的换热。在自然对流换热时产生涡流效应，从而达到快速冷却目的。

    本发明采用了涡流原理的径、轴向均布涡流线形等形状结构的散热翼片的散热板在上端，半导体致冷组件在中间，圆柱形、轮幅柱形等形状结构的吸热器在下端，并通过聚氨脂发泡衬隔热、密封，由绝缘尼龙螺钉联接组成一体的结构，故其结构紧凑，加工装配工艺简单。而且散热器热端向上，避免了向下热辐射。散热器采用刚体连续运动轨迹线形等形状的翼片，导致产生涡流效应，大大利于热量的散发，提高了致冷速率，瓶底的磁性嵌件不仅适于家用，更适于装在汽车驾驶室的金属盖上，在汽车行进中使用，提高了可靠性及安全性。

    下面结合附图举一实施例对本发明作进一步详细说明。

    图1a为本发明地径向散热翼幅强迫对流换热示意图。

    图1b为本发明的轴向散热翼幅强迫对流换热示意图。

    图2a为本发明的径向散热翼幅自然对流换热示意图。

    图2b为本发明的轴向散热翼幅自然对流换热示意图。

    图3为本发明实施例的结构示意图。

    图4为本发明实施例中散热板的俯视图。

    图5为本发明实施例中吸热器的仰视图。

    参照图3～图5，将2.5p保温瓶胆9置于塑料制成的瓶底10中，用塑料制备一个相应尺寸带有散热孔和进风口的盖5，在盖5的底端中间处安装一个半导体致冷组件1，用高导热瓷质材料做一五星边形的吸热器8（如图5）和用铝材料制成一涡流片状结构（圆周36片均布，如图4）的散热板4，再将散热器4、吸热器8分别置于半导体致冷组件1的上、下端，然后将一个用聚氨脂发泡材料做的绝缘垫7置于半导体致冷组件1与吸热器8之间，用绝缘尼龙螺钉6将吸热器8、绝热垫7、散热板4相连。磁性嵌板11安装在瓶底10的底端，半导体致冷组件1和风机2由导线与同心插座3相连接。接通电源后，半导体致冷组件1产生珀尔帖效应，通过浸入流体半流体介质的制冷器吸热，而热端则将放出的热传导至散热板4上，在散热板4的翼片与空气间进行层流和湍流对流形式的换热。如图1所示，强迫对流换热时：电机带动风翼转动，从上端向下以刚体连续运动轨迹线形的流向喷吹向散热板4，并从散热板4的刚体连续运动轨迹线形形状的翼槽间迅速将热量带出，正由于此种特定形状的散热翼片增加了散热面也就增强了湍流对流换热达到高速率致冷的目的。如图2所示，自然对流换热时：散热板4中间的圆柱体表面产生紊流，翼片产生层流、湍流，由此在散热板4的中间部位产生一个高温区间，空气密度发生变化，在浮升力的驱动下，热空气上升，而周围的冷空气通过散热板4的刚体连续运动轨迹线形状的翼槽向中间部位补充，正所以这种涡流形槽，致使补充空气作涡流形运动而产生涡流效应（也可称旋风效应），起到了强迫对流的作用，高效地将热气向上抽出，达到高速致冷的目的。

    本发明中的散热板4的刚体连续运动轨迹线形翼片径、轴向结构的形状还包括螺旋形、圆弧形、摆线形及径、轴向直斜辐射线形。所述的圆柱形、轮幅柱形结构的吸热器8还包括圆柱形组和轮幅柱形组的结构。