專利名稱：閉路水循環半導體制冷降濕空氣調節裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種閉路水循環半導體制冷降濕空氣調節裝置，屬于半導體制冷降濕空氣調節的技術領域。
背景技術：
空氣濕度是一項與人類活動、社會發展密切相關的環境參數物理量。例如，人在高濕度環境下生活、工作，會感到身體不適、煩躁不安、神疲力乏、難以忍受。較高的濕度使一些生物污染物如真菌(包括霉菌)、細菌、病毒迅速繁殖擴散，危害極大。許多貴重物品、精 密儀表的保存與安置空間對濕度都有嚴格限制。不少輕工、化工產品的生產工藝對環境濕度上限有明確規定。因此，將給定環境空間潮濕空氣過高的空氣濕度降到允許值以內，在很多領域都是重要的。目前廣泛應用的降濕技術(有些人習慣稱“除濕”)主要有兩大類一類是用固體或液體吸濕性材料制成的吸濕劑對待處理空氣中的水氣進行吸附(或吸收)，然后通過加熱的方法使吸濕劑解吸附(解吸收)，吸濕劑恢復對水氣的吸濕性能即所謂“再生”，依此循環達到降濕效果；另一類機械壓縮制冷式降濕，是利用低沸點的制冷工質液體吸收環境介質即待處理空氣的熱量而蒸發，待處理空氣降溫。壓縮機將氣化的制冷工質再轉換成液體，制冷過程在一個封閉的體系內不斷地循環。當待處理空氣溫度降到露點以下，液態冷凝水析出，達到降濕效果。依據上述降濕技術而生產的降濕設備，在眾多方面已發揮了重要作用。但是，這些傳統技術除各自本身的某些不足外，都存在設備體積大，需占用較大安裝位置甚至還有室內、室外機等的特點，在一些特定方面的需求例如裝甲車廂、潛艇及船艦的某些艙室、某些貴重物品及精密儀表的存放安置室等與外界大氣環境隔斷的相對獨立密閉小型空間的應用，傳統的吸附(吸收)式、機械壓縮制冷式降濕設備就難以使用；并且，這些空間通常是被鋼鐵殼體與外界大氣環境相隔離，因而任何降濕空氣調節設備所產生的熱量也難以直接用風冷卻方式經風冷管道排出到外界大氣。為克服現有技術的不足，適應這些小型特定空間范圍降濕空氣調節的需要，本發明提供一種新的技術方案，應用半導體制冷器組件為制冷源，待處理的濕熱空氣在制冷箱內經預冷室、冷凝室的處理后成為低于露點的過飽和空氣，液態水凝結析出，空氣降濕降溫，閉路水循環散熱器組件對半導體制冷器組件的柵片式散熱器進行強制水冷降溫，全機采用單片機工控單元自控運行。本發明構建的是一種體積小、重量輕、堅固耐用、無污染、基本無噪音，單體結構的降濕空氣調節裝置。半導體制冷器件(俗稱熱電堆)，是塞貝克效應(Seeback Effect)的逆效應帕爾帖效應(Peltier Effect)在制冷技術方面的應用，隨著半導體材料技術的發展,半導體制冷已成為一種新型的制冷方式，用戶可將半導體制冷器件與外圍部件結合設計成不同結構不同用途的制冷組件或系統。半導體制冷器實質上就是電流控制型的電子熱泵，無需另外制冷工質。半導體制冷結構簡單，無機械運動部件，體積小，可靠性強，無噪聲，無振動，長壽命。半導體制冷器件熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，而且交換電流方向即可實現制冷制熱端互換，調節電流大小即可改變制冷制熱量的輸出。
發明內容
一種閉路水循環半導體制冷降濕空氣調節裝置，包括有制冷箱、半導體制冷器組件、集水托盤、冷凝水引流細管、儲水箱、閉路水循環散熱器組件、軸流風扇、溫度濕度傳感器、單片機工控單元等構成，制冷箱外敷有聚氨酯隔熱保溫層，制冷箱內由相互平行的兩塊垂直隔板依水平排列分隔成預冷室、氣流換向通道、冷凝室，預冷室隔板下端開有氣流出口，冷凝室隔板上端開有氣流入口，預冷室隔板和冷凝室隔板之間的較窄空間是氣流換向通道；制冷箱內底部有集水托盤，制冷箱外底部下方有儲水箱，集水托盤上有冷凝水引流細管與儲水箱連通，將制冷箱內生成的冷凝水引流到儲水箱；在預冷室的空氣入口和冷凝室的空氣出口設置了溫度濕度傳感器；預冷室、冷凝室內設置有柵片式散冷器，柵片方向與氣流方向平行；兩組結構相同的半導體制冷器組件分別對預冷室、冷凝室制冷降溫，半導體制冷器組件由半導體制冷器件、梯形導冷塊、梯形導熱塊、柵片式散冷器、柵片式水冷散熱器 構成，梯形導冷塊的窄面與半導體制冷器件的冷面緊密聯接，寬面與安置在預冷室、冷凝室內的柵片式散冷器緊密聯接，梯形導熱塊的窄面與半導體制冷器件的熱面緊密聯接，寬面與安置在閉路水循環散熱器組件的水冷卻箱內柵片式水冷散熱器緊密聯接，大小形狀相同的梯形導冷、導熱塊由紫銅或鋁制成，窄面大小與半導體制冷器件的冷、熱面相同，寬面與窄面每邊長度比大體為I. 5 1，梯形高度等于窄面平均單邊長度(市場上現有的半導體制冷器件主要為正方形和長方形兩種形狀)，這樣的結構有較好的熱擴散效果，梯形導冷塊與梯形導熱塊的兩個寬面之間包括半導體制冷器件在內的整個空間用聚氨酯硬泡沫塑料填充絕熱；閉路水循環散熱器組件包括有兩個結構相同的傳導散熱箱Hl及H2、兩個結構相同的水冷卻箱LI及L2、微型水泵、水循環回路聯接管道、加水閥門、放水閥門等構成，預冷室、冷凝室兩組半導體制冷器組件(圖標D1、D2)的柵片式水冷散熱器分別安置在水冷卻箱LI、L2內，柵片方向與水流方向平行，傳導散熱箱H1、H2內有柵片式散熱器，柵片方向與水流方向平行，閉路水循環散熱器組件的整個循環回路中以水為換熱載體，微型水泵提供水循環動力，附圖箭頭指示水流方向，水循環回路管道的聯接是水冷卻箱LI的出口聯接到傳導散熱箱H2的入口，傳導散熱箱H2的出口聯接到水冷卻箱L2的入口，水冷卻箱L2的出口聯接到傳導散熱箱Hl的入口，傳導散熱箱Hl的出口聯接到到水冷卻箱LI的入口。制冷箱冷凝室下端氣流出口的軸流風扇(圖標F)將經過降溫降濕處理后的空氣排出到本裝置所處環境空間的同時，將待處理的空氣從預冷室上端的氣流進口吸入，在預冷室向下流動并降溫，然后經預冷室隔板下端的氣流出口進入氣流換向通道上行，通過冷凝室隔板上端的氣流進口后進入冷凝室下行并進一步降溫，冷凝室的空間容積大于預冷室，空氣在冷凝室流速減緩，有利充分地熱交換，使空氣繼續降溫，當空氣的溫度在冷凝室降到露點以下時，過飽和的水氣將在柵片式散冷器的柵片上凝結成液態水，在重力作用下滴進制冷箱內底部的集水托盤。集水托盤的冷凝水引流細管將冷凝水引流到儲水箱，可以附加一個管式換熱器對低溫冷凝水的冷量再利用，例如給進入預冷室前的空氣熱交換降溫。儲水箱中的冷凝水可隨時傾倒。空氣中所含的部分氣態水在冷凝室內轉成液態水而從空氣中分離出來，空氣的水氣含量降低，成為降濕低溫空氣，經冷凝室下部氣流出口的軸流風扇輸送到需做降濕空氣調節的本裝置所處環境空間。多數情況下的人處小環境空間是希望將高溫高濕空氣調節成低溫低濕空氣。對于某些只要求降濕而不希望降溫的情況下應用，可在水冷卻箱L2入口下方設置一個管式換熱器，將冷凝室排出的降濕低溫空氣經過該換熱器與循環水熱交換增溫后而排出。閉路水循環散熱器組件以水為載體，對半導體制冷器組件Dl、D2熱端的柵片式水冷散熱器進行強制水冷卻。傳導散熱箱Hl流出的冷水進入到水冷卻箱LI，與安置在LI內的預冷室半導體制冷器組件Dl熱端的柵片式水冷散熱器進行熱交換，帶走熱量成為熱水，流入傳導散熱箱H2，經H2內安置的柵片式散熱器進行熱交換，從傳導散熱箱H2流出的冷水進入水冷卻箱L2，與安置在L2內的冷凝室半導體制冷器組件D2熱端的柵片式水冷散熱器進行墊交換，帶走熱量成為熱水，流入傳導散熱箱H1，經Hl內安置的柵片式散熱器進行熱交換成為涼水流出，依此循環。傳導散熱箱H1、H2內的柵片式散熱器導熱底座與本設備安置空間鋼鐵壁平面間有導熱硅脂薄膜，緊密壓接將熱水攜帶的熱量傳導擴散至外周，流入、傳導散熱箱的熱水經傳熱后成為涼水從傳導散熱箱出口流出。半導體制冷器組件是電子熱泵，將制冷箱內空氣的熱量泵出(導致空氣降溫冷凝降濕)，經柵片式水冷散熱器將熱量轉移給水載體，水再將熱量經傳導散熱箱通過所處空間鋼鐵殼壁傳導擴散到外周。在預冷室的空氣入口和冷凝室的空氣出口設置了溫度濕度傳感器TR1、TR2，監測待處理空氣及降溫降濕處理后空氣的溫度、濕度數據輸送到單片機工控單元進行分析處理。由單片微型計算機及外圍電路、開關控制電路等構成的單片機工控單元上有溫度、濕度信息輸入總線，半導體制冷器組件供電控制總線，制冷箱軸流風扇及閉路水循環散熱器組件微型水泵供電控制總線；上還有本裝置故障告警顯示。TRl測定的所處環境空間溫度、濕度超過設定閾值時，單片機工控單元啟動全機工作，也可以手動控制。如果將對半導體制冷器組件D1、D2直流供電的極性反向，本裝置成為向所安置環境空間提供熱風的設備，此情況下的運行應將閉路水循環散熱器組件內的水換成防凍液以防結冰。
附圖I為閉路水循環半導體制冷降濕空氣調節裝置技術示意圖。如圖I所示待處理空氣入口 1，預冷室2，預冷室隔板3，氣流換向通道4，冷凝室隔板5，制冷箱6，冷凝室7，柵片式散冷器8，加水閥門9，聯接管道10，水冷卻箱11 (圖標LI、L2)，柵片式水冷散熱器12，梯形導冷塊13，半導體制冷器件14，梯形導熱塊15，聚氨酯硬泡沫塑料絕熱填充層16，溫度濕度傳感器17 (圖標TRl、TR2)，軸流風扇18 (圖標F)，微型水泵19 (圖標P)，冷凝水引流細管20，集水托盤21，儲水箱22，傳導散熱箱23 (圖標Hl、H2)，放水閥門24 (圖標Kl、K2)，柵片式散熱器25，單片機工控單元26。
具體實施例方式根據所需進行降濕空氣調節的空間大小，常規微氣候的濕度、溫度、大氣壓力范圍，降濕空氣調節后的目標濕度、溫度范圍，估算出預冷室和冷凝室的制冷量，據此按一定余量選擇半導體制冷器件。根據設定制冷量，本裝置設備給定的供電直流電壓，例如DC12伏、24伏、48伏等確定被選型號規格的半導體制冷器件由幾個單片串聯或并聯構建成預冷室、冷凝室的半導體制冷器組件。市場上現有半導體制冷器件單片主要為正方形和長方形兩種形狀；梯形導冷、導熱塊由紫銅或鋁材質鑄造銑刨加工制成。依據氣流速度、溫度，理論制冷溫度，熱交換量，估算出預冷室、冷凝室柵片式散冷器的柵片面積結構尺寸選擇定型產品使用，通常染黑或氧化工藝鋁制成品都可以。半導體制冷器實質上就是電流控制型的電子熱泵，在熱端放出的熱量Qh等于輸入電功率P與冷端產冷量Qc之和Qh = P+Qc ;根據預冷室、冷凝室的產冷量及輸入電功率確定熱端需散放出的熱量選擇柵片式水冷散熱器的規格，可選用定型產品。依據本裝置使用的環境溫度范圍，預冷室、冷凝室半導體制冷器組件的柵片式水冷散熱器需移走的熱量、水流速及鋼材熱傳導系數等估算出傳導散熱箱內的柵片式散熱器的結構面積，選用定型產品。水冷卻箱、傳導散熱箱、儲水箱為不銹鋼結構，在水冷卻箱內的柵片式水冷散熱器和傳導散熱箱內的柵片式散熱器為防腐處理的鋁制品或不銹鋼制品。低壓直流供電的微型水泵為定型產品。依據前述本降濕空氣調節裝置的應用環境的技術條件選擇冷凝室降濕后氣流出口軸流風扇F，它是風量可電控的直流供電軸流 風扇定型產品。溫度濕度傳感器TR1、TR2可以是溫度和濕度的組合傳感器，也可以是分立傳感器，選用市場標準產品，中等精度即可。單片微型計算機簡稱單片機，市場上規格較多，本發明可選用8位單片機配相應的外圍器件構成工控單元。單片機工控單元按常規方法編程。
權利要求
1.ー種閉路水循環半導體制冷降濕空氣調節裝置，包括有制冷箱、半導體制冷器組件、集水托盤、冷凝水引流細管、儲水箱、閉路水循環散熱器組件、軸流風扇、溫度濕度傳感器、單片機エ控單元構成，其特征是制冷箱外敷有聚氨酯隔熱保溫層，制冷箱內由相互平行的兩塊垂直隔板依水平排列分隔成預冷室、氣流換向通道、冷凝室，預冷室隔板下端開有氣流出ロ，冷凝室隔板上端開有氣流入ロ，預冷室隔板和冷凝室隔板之間的較窄空間是氣流換向通道；制冷箱內底部有集水托盤，制冷箱外底部下方有儲水箱，集水托盤上有冷凝水引流細管與儲水箱連通；在預冷室的空氣入口和冷凝室的空氣出口設置了溫度濕度傳感器；預冷室、冷凝室內設置有柵片式散冷器，柵片方向與氣流方向平行；兩組結構相同的半導體制冷器組件分別對預冷室、冷凝室制冷降溫，半導體制冷器組件由半導體制冷器件、梯形導冷塊、梯形導熱塊、柵片式散冷器、柵片式水冷散熱器構成，梯形導冷塊的窄面與半導體制冷器件的冷面緊密聯接，寬面與安置在預冷室、冷凝室內的柵片式散冷器緊密聯接，梯形導熱塊的窄面與半導體制冷器件的熱面緊密聯接，寬面與安置在閉路水循環散熱器組件的水冷卻箱內柵片式水冷散熱器緊密聯接，梯形導冷塊與梯形導熱塊的兩個寬面之間包括半導體制冷器件在內的整個空間用聚氨酯硬泡沫塑料填充絕熱；閉路水循環散熱器組件包括有兩個結構相同的傳導散熱箱(Hl)及(H2)、兩個結構相同的水冷卻箱(LI)及(L2)、微型水泵、水循環回路聯接管道、加水閥門、放水閥門構成，預冷室、冷凝室兩組半導體制冷器組件(Dl)、(D2)的柵片式水冷散熱器分別安置在水冷卻箱(LI)、(L2)內，柵片方向與水流方向平行，傳導散熱箱(HI)、(H2)內有柵片式散熱器，柵片方向與水流方向平行，水循環回路管道的聯接是水冷卻箱(LI)的出口聯接到傳導散熱箱(H2)的入口，傳導散熱箱(H2)的出口聯接到水冷卻箱(L2)的入口，水冷卻箱(L2)的出口聯接到傳導散熱箱(Hl)的入口，傳導散熱箱(Hl)的出口聯接到到水冷卻箱(LI)的入口。
2.如權利要求I所述的閉路水循環半導體制冷降濕空氣調節裝置，其特征是由單片微型計算機及外圍電路、開關控制電路構成的單片機エ控單元上有溫度、濕度信息輸入總線，半導體制冷器組件供電控制總線，制冷箱軸流風扇及閉路水循環散熱器組件微型水泵供電控制總線；上還有本裝置故障告警顯示。
全文摘要
一種閉路水循環半導體制冷降濕空氣調節裝置，包括有制冷箱、半導體制冷器組件、集水托盤、冷凝水引流細管、儲水箱、閉路水循環散熱器組件、軸流風扇、溫度濕度傳感器、單片機工控單元等構成，用半導體制冷器組件為制冷源，濕熱空氣在制冷箱內經預冷室、冷凝室處理后液態水凝結析出，空氣降濕降溫，閉路水循環散熱器組件對半導體制冷器組件柵片式散熱器進行強制水冷降溫，全機采用單片機工控單元自控運行。本發明提供一種體積小、重量輕、堅固耐用、無污染、基本無噪音，單體結構的降濕空氣調節裝置。適用于一些特定方面的需求例如裝甲車廂、潛艇及船艦的某些艙室、某些貴重物品及精密儀表的存放安置室等與外界大氣環境隔斷的相對獨立密閉的小型空間的應用。
文檔編號F24F11/02GK102661618SQ20121015525
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者程剛 申請人:程剛