本發(fā)明屬于電力電子產品領域，具體涉及一種基于半導體制冷片的迷你型空調，該空調可提供多種功能模式。

背景技術：

半導體制冷片，也叫熱電制冷片，是一種熱泵。它的優(yōu)點是沒有滑動部件，應用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無制冷劑污染的場合。當直流電通過兩種不同半導體材料串聯(lián)成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實現(xiàn)制冷的目的。它是一種產生負熱阻的制冷技術，其特點是無運動部件，可靠性也比較高。此外，如果反轉半導體制冷片的正負極，其冷熱端也會相應的發(fā)生反轉。

在原理上，半導體制冷片是一個熱傳遞的工具。當一塊n型半導體材料和一塊p型半導體材料聯(lián)結成的熱電偶對中有電流通過時，兩端之間就會產生熱量轉移，熱量就會從一端轉移到另一端，從而產生溫差形成冷熱端。但是半導體自身存在電阻當電流經過半導體時就會產生熱量，從而會影響熱傳遞。而且兩個極板之間的熱量也會通過空氣和半導體材料自身進行逆向熱傳遞。當冷熱端達到一定溫差，這兩種熱傳遞的量相等時，就會達到一個平衡點，正逆向熱傳遞相互抵消。但是熱端溫度應保證不超過80℃，否則就有過熱損壞的危險。

半導體制冷片作為特種冷源，在技術應用上具有以下的優(yōu)點和特點：1、不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉部件，不會產生回轉效應，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。2、半導體制冷片具有兩種功能，既能制冷，又能加熱，制冷效率一般不高，但制熱效率很高，永遠大于1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。3、半導體制冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現(xiàn)遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統(tǒng)。4、半導體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達到最大溫差。5、半導體制冷片的反向使用就是溫差發(fā)電，半導體制冷片一般適用于中低溫區(qū)發(fā)電。6、半導體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。7、半導體制冷片的溫差范圍，從正溫90℃到負溫度130℃都可以實現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術所存在的上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于半導體制冷片的迷你型空調。通過選擇合適的散熱方案，盡量提高冷端的制冷效率，且可以大大減少迷你型空調的設備體積，并可實現(xiàn)長時間工作，通過此方案的制熱效率并不比壓縮機低多少，而且通過簡單地電路調整使得其同時擁有制冷與制熱功能，這是使用壓縮機所不具備的。

一種基于半導體制冷片的迷你型空調，包括：

保溫箱體單元、及均設于保溫箱體內的主電路單元、散熱單元、對流單元、出風單元；

所述的保溫箱體單元一側開有進風口，另一側開有出風口，進風口處設有用于控制進風口開閉的舵機；

所述的主電路單元包括半導體制冷片；

所述的散熱單元包括第一散熱片、第二散熱片、散熱風扇；散熱采用風冷的形式，用于使半導體制冷片的外側溫度與環(huán)境溫度接近；在半導體制冷片tec1的外側的散熱片上安裝風扇在制冷模式下實現(xiàn)散熱，制熱模式下實現(xiàn)保溫，同時也防止半導體制冷片因過熱而損毀；

所述的對流單元包括對流風扇；采用風扇進行加強熱對流，用于使半導體制冷片內側溫度能夠更快的擴散到箱體結構中；

所述的出風單元設置于出風口處，包括出風風扇；

半導體制冷片嵌于保溫箱體單元的側壁上，第一散熱片緊貼于半導體制冷片的外側面、第二散熱片緊貼于半導體制冷片內側面，散熱風扇設置于第一散熱片外，對流風扇設置于第二散熱片內側，所述的散熱風扇、對流風扇、出風風扇各由一只電機驅動。

上述技術方案中，進一步的，所述的第一散熱片面積大于第二散熱片。

進一步的，所述的第一散熱片及第二散熱片與半導體制冷片之間均涂有導熱膠。

進一步的，所述的半導體制冷片采用tec1-127系列。

更進一步的，所述的主電路單元還包括開關k0、開關k2、雙刀雙擲開關k1；開關k0用于控制半導體制冷片、散熱風扇的電機、對流風扇的電機的供電通斷，雙刀雙擲開關k1與半導體制冷片連接，k1開關通過控制電流的流動方向，控制半導體制冷片的高低溫面，用于選擇制冷或制熱模式，開關k2用于控制出風風扇的電機的工作狀態(tài)。其中散熱單元的電機、對流單元的電機和半導體制冷片必須同時接通或是斷電，以免半導體制冷片因過熱而損壞；出風單元的電機可以單獨運行。

更進一步的，所述的主電路單元還包括可變電阻器r，所述的可變電阻器r與出風風扇的電機串聯(lián)，改變電阻器r的大小，相應的風機的轉速隨著改變。

進一步的，在保溫箱體單元表面包裹有隔熱材料。

上述的基于半導體制冷片的迷你型空調，使用包括如下模式：

(1)吹風模式：

僅啟動主電路中的開關k2，保溫箱體單元上的進風口被舵機打開，出風單元運轉，此時向外吹常溫風，散熱模塊無風無溫度。

(2)制冷冰箱模式：

啟動主電路的開關k0，k1選擇制冷模式，k2關閉，在保溫箱體中放入待制冷的物品，即可對物品進行制冷，此時不向外吹風，散熱模塊有風有溫升。

(3)制冷空調模式：

啟動主電路的開關k0，k1選擇制冷模式，預制冷結束后啟動k2，此時向外吹冷風，散熱模塊有風有溫升。

(4)制熱暖箱模式：

啟動主電路的開關k0，k1選擇制熱模式，k2關閉，在保溫箱體中放入待制熱的物品，即可對物品進行制熱，此時不向外吹風，散熱模塊有風有溫降。

(5)制熱空調模式：

啟動主電路的開關k0，k1選擇制熱模式，預熱結束后啟動k2，此時向外吹熱風，散熱模塊有風有溫降。

本發(fā)明利用當一塊n型半導體材料和一塊p型半導體材料聯(lián)結成的熱電偶對中有電流通過時，兩端之間就會產生熱量轉移，熱量就會從一端轉移到另一端，從而產生溫差形成冷熱端的半導體制冷片的原理，以制冷模式下為例，通過降低其熱端溫度使得冷端溫度盡量低以提高半導體制冷片的制冷效率，再用熱對流的方式使冷端能夠盡快與箱體內的空氣或是從入風口進來的空氣進行熱交換，再由空氣與需制冷的物體做熱交換，或是直接將溫度降低后的空氣通過風機吹出，以達到迷你型空調的效果。本發(fā)明的優(yōu)勢在于該空調體積小便于攜帶，功能多樣，可以滿足各式各樣的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明迷你型空調的結構示意圖。

圖2為主電路單元的結構示意圖。

圖3為保溫箱體單元的結構示意圖。

圖4為出風單元的結構示意圖。

圖5為半導體制冷片的工作原理示意圖。

圖6為本發(fā)明系統(tǒng)計算理論效果的模型示意圖

具體實施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結合附圖及具體實施方式對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。

圖1所示了本發(fā)明的迷你型空調的整機結構示意圖。包括主電路單元，所述的主電路單元包括直流電壓源v、普通開關k0、雙刀雙擲開關k1、普通開關k2、半導體制冷片tec1-127系列、散熱對流電機各一臺、出風電機一臺、可變電阻器r；其中，普通開關k0為總電源開關，雙刀雙擲開關k1用來選擇制冷或是制熱模式，普通開關k2用于控制出風電機；半導體制冷片tec1的兩面都涂有導熱膠，與兩塊散熱片相黏，外側面的散熱片較大，內側面的散熱片較?。豢勺冸娮杵鱮與出風電機相連。主電路單元的電路原理圖如圖2所示：電源模塊，用于為主電路供電，由普通開關k0控制；溫差模塊，用于實現(xiàn)制冷制熱；其中，半導體制冷片tec1的兩面都涂有導熱膠，與兩塊散熱片相黏，外側面的散熱片較大，內側面的散熱片較小；電機模塊，用于驅動各個電機，其散熱單元的電機、對流單元的電機和半導體制冷片必須同時接通或是斷電，以免半導體制冷片因過熱而損壞；出風單元的電機可以單獨運行。控制模塊，k1開關通過控制電流的流動方向，控制半導體制冷片的高低溫面，k2開關用于保證出風電機可以單獨控制運行或不運行。

此時，若僅打開k2則進入吹風模式；打開k0，k1選擇制冷模式，則進入制冷冰箱模式；打開k0，k1選擇制冷模式，預制冷約5min后打開k2，則進入制冷空調模式；打開k0，k1選擇制熱模式，則進入制熱暖箱模式；打開k0，k1選擇制熱模式，預熱約5min后打開k2，則進入制熱空調模式。

散熱單元，用于使半導體制冷片的外側溫度與環(huán)境溫度接近；散熱采用風冷的形式；在半導體制冷片tec1的外側的散熱片上安裝風扇在制冷模式下實現(xiàn)散熱，制熱模式下實現(xiàn)保溫，同時也防止半導體制冷片因過熱而損毀。

對流單元，由扇熱片現(xiàn)將半導體制冷片tec1內側與空氣的接觸面積增大，再采用風扇進行加強熱對流，用于使半導體制冷片內側溫度能夠更快的擴散到箱體結構中。

保溫箱體單元，設有進風口，在結構體距半導體制冷片tec1約6-9cm的距離處設有可承受重量2kg重物的隔離鐵絲網。其功能有二，一方面可用于物品的存儲，另一方面也用于設備啟動前的預制冷和預熱。圖3有對保溫箱體更為詳細地結構示意圖：包括外層隔熱材料、進風口及舵機、出風口、為半導體片及散熱對流模塊準備的接口和內部的隔離鐵絲網。其大小設計要能夠同時冰鎮(zhèn)至少兩瓶飲料，但是其大小設計又不能過大導致不便攜帶。

出風單元，圖4所示，通過可變電阻r的改變來調整電機兩端所加的電壓，進而改變電機內流過的電流，以影響風扇的轉速。用于對外吹出冷風或者熱風，風速可調。

圖5展示的是半導體制冷片的工作原理示意圖，珀爾帖(peltier)效應，在1834年由法國人珀爾帖發(fā)現(xiàn)，即當電流流經兩個不同導體形成的接點時，接點處會產生放熱和吸熱現(xiàn)象，放熱或吸熱大小由電流的大小來決定。

qπ＝π*iπ＝a*tc

式中：qπ為放熱或吸熱功率，π為比例系數(shù)，稱為珀爾帖系數(shù)，i為工作電流，a為溫差電動勢率，tc為冷接點溫度

根據(jù)圖6的示意圖，我們可以計算大概吹風時的制冷制熱效果：記外側的散熱片穩(wěn)定溫度為t1，外側的環(huán)境溫度為t1θ；內側的散熱片穩(wěn)定溫度為t2，內側的環(huán)境溫度為t2θ。熱交換主要考慮兩方面：一是輻射散熱，計算公式為：

qf＝σ(t⁴-tθ⁴)s

其中，σ為輻射系數(shù)對于絕對黑體σ＝5.7*10^-4w/(m²·k⁴)，s是散熱面積，t為散熱片溫度，tθ為環(huán)境溫度。

二是強迫對流散熱，計算公式為：

q1＝α1(t-tθ)s

其中，α1為對流散熱系數(shù)；nu為努謝爾特準則數(shù)；λ為空氣的導熱系數(shù)，當氣溫為20℃時λ＝2.52*10^-2w/(m·℃)；v為風速；v為表面空氣的運動黏度系數(shù)，當空氣溫度為20℃時ν＝15.7*10^-6m²/s；d為圓管外徑，但本實驗所用散熱片并非為圓柱體，可以用(式中l(wèi)為散熱片長度)近似代替。

取外側的風機所提供的風速v1＝2.5m/s，取內側低功耗電機的功率為0.8w，風速取v2＝2m/s；半導體制冷片使用40*40的tec1-1206，其參數(shù)如下：制冷量70.3w，功耗量＝12x4＝48w，最大溫差67℃；由圖可得，s1＝895cm²，s2＝144cm²；計算散熱片時近似認為σ、λ和λ為常數(shù)；箱體尺寸取d14cm*25cm的圓柱體，認為箱體近似絕熱；出風口和入風口的尺寸為4cm*4cm，出風口風速取2m/s；空氣密度取1.293kg/m³,空氣定壓比熱容為1.004kj/(kgk)。

對于制冷模式，取tθ1＝35℃：

在冰箱模式下計算得到：

穩(wěn)定時t1≈63℃，此時t2min＝-4℃,tθ2min＝-1℃

在冷空調模式下計算得到：

穩(wěn)定時t1≈79℃，此時t2min＝12℃,tθ2min＝28℃

對于制熱模式，取tθ1＝5℃，此時不能把箱體看做絕熱：

在暖箱模式下計算得到：

穩(wěn)定時t1≈2℃，此時t2max＝69℃,tθ2min＝69℃

在熱空調模式下計算得到：

穩(wěn)定時t1≈2℃，此時t2max＝69℃,tθ2min＝15℃。