技术领域
[0001] 本发明涉及半导体制冷技术领域，尤其涉及一种半导体制冷设备和降温服。
相关背景技术
[0002] 半导体制冷利用材料的热电效应，以半导体制冷器为核心制冷部件，通过在半导体制冷器的冷、热两端接合冷端、热端换热器构成制冷系统，实现热端换热器与环境空间的换热，冷端换热器对负载的制冷。调节半导体制冷器的工作电压或电流，即可控制半导体制冷器输出的制冷量，为用户的使用带来了极大的便利。
[0003] 相比起现有的制冷系统，半导体制冷系统具有明显的小型化和便携的特点，为半导体制冷技术在小空间内的温度调节提供了较适宜的应用场景，因此其常用于户外场景中需要进行制冷降温的负载上。由于半导体制冷系统的常用场景为户外，为了提高设备的整体便携性，设备的整体结构普遍朝着被进一步优化缩小的趋势发展，但结构被压缩的同时，设备的制冷效果亦同样在被压缩，导致存在制冷效率较低的问题。
具体实施方式
[0033] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0034] 本技术方案提供了一种半导体制冷设备，包括半导体制冷器1、第一换热器2、第二换热器3、换热风扇4和外壳5，且所述半导体制冷器1、所述第一换热器2、所述第二换热器3和所述换热风扇4均安装于所述外壳5的内部。
[0035] 所述半导体制冷器1设置有相对的冷端面和热端面，所述第一换热器2与所述冷端面相连，所述第二换热器3与所述热端面相连，所述第一换热器2和所述第二换热器3均设置有换热通道201。
[0036] 所述外壳5的内部设置有进风通道501，且所述进风通道501与所述换热通道201相互连通；所述换热风扇4可转动地安装于所述进风通道501，且所述进风通道501的出口朝向所述换热通道201的进风端。
[0037] 所述外壳5的外部开设有进风口51、制冷出口52和散热出口53，且所述进风通道501的进口与所述进风口51连通，所述第一换热器2的换热通道201的出风端与所述制冷出口52连通，所述第二换热器3的换热通道201的出风端与所述散热出口53连通。
[0038] 由于半导体制冷系统的常用场景为户外，为了提高设备的整体便携性，设备的整体结构普遍朝着被进一步优化缩小的趋势发展，但结构被压缩的同时，设备的制冷效果亦同样在被压缩，导致存在制冷效率较低的问题。基于此，本技术方案提出了一种半导体制冷设备，如图1‑8所示，其能有效解决现有技术中半导体制冷系统制冷效率较低的问题，同时具有结构设置合理、制冷效率较高的优点。
[0039] 具体地，如图1‑3所示，本方案所提出的半导体制冷设备包括依次相连的第一换热器2、半导体制冷器1和第二换热器3，以及换热风扇4。需要说明的是，本方案的半导体制冷器1利用帕尔帖效应制成，帕尔帖效应是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，电偶一端吸热、一端放热的现象；换言之，半导体制冷器1由两种半导体材料制成，形成热端和冷端，冷端持续吸热，实现制冷；热端持续放热，实现散热。
[0040] 进一步地，为了提升半导体制冷器1的制冷效果，现有技术中的半导体制冷系统一般会在半导体制冷器1的制冷端设置散冷风扇，并在其散热端设置散热风扇，使得制冷系统至少需要配置两个风扇；且为了避免制冷气流和散热气流的相互影响，一般还需要将两个风扇隔开，十分不利于制冷系统往更小型、更紧凑和更便携的方向发展。
[0041] 因此，为了进一步压缩半导体制冷设备的体积，同时使其结构往更加小型和更加便携的方向发展，本方案在半导体制冷器1的制冷入口设置有换热风扇4。本方案的半导体制冷设备在工作时，空气从进风口51进入进风通道501，由换热风扇4输送空气，由于进风通道501的出口朝向第一换热器2和第二换热器3的换热通道201的进风端设置，因此空气在进风通道501的出口分离成两股换热气流：
[0042] 随着冷端面的制冷，因第一换热器2与冷端面连接，两者之间存在热传导，冷端面所产生的冷量将传导到第一换热器2上。当其中一换热气流进入第一换热器2的换热通道时，会携带第一换热器2上的冷量，生成制冷气流，并从制冷出口52排出并输送至与制冷设备相连的负载。
[0043] 随着热端面的产热，因第二换热器3与热端面连接，两者之间存在热传导连接，热端面所产生的热量将传导到第二换热器3上。当另一换热气流进入第二换热器3的换热通道时，会携带第二换热器3上的热量，生成散热气流，并从散热出口53排出制冷设备。
[0044] 需要说明的是，由于本方案中的换热风扇4设置在半导体制冷器1的制冷入口，因此其数量和空间排布，会比设置在半导体制冷器1的制冷出口的风扇更加灵活，可根据半导体制冷系统的实际应用场景进行选择，如根据制冷量和体积两个角度综合考虑而选定。
[0045] 另外，为了进一步减少制冷设备的体积，本方案中的换热风扇4仅保留了最核心的电子元件(即扇叶和电机)，令外壳5内部设置的进风通道501充当了常规风扇中的机壳部分，以组成一个完整的进风系统，使半导体制冷设备的体积得到进一步压缩，结构更紧凑，成本更具优势。
[0046] 更进一步说明，半导体制冷设备还包括导风板6，所述导风板6安装于所述外壳5的内部，且所述导风板6位于所述换热通道201的进风端和/或所述换热通道201的出风端。
[0047] 对于半导体制冷器来说，制冷量Qc、产热量Qh及电输入功率Pi满足Qh＝Qc+Pi＝(1+1/cop)Qc,其中，cop为制冷系数，即cop＝Qc/Pi。由于半导体制冷转换效率相对较低，假设cop＝0.5，则对应有Qh＝3Qc，即cop值随着制冷器冷热端温差增加而减小，反之亦然。由此可见，半导体制冷器的热端换热量Qh要远高于冷端换热量Qc。
[0048] 因此，在一个实施例中，当本方案的第一换热器2和第二换热器3共同一个换热风扇4时，为了达到最佳的制冷效果，热端换热量需高于冷端换热量。为满足上述条件，本方案在换热通道201的进风端增设有用于分配第一换热器2和第二换热器3的换热量的导风板6，以对换热风扇4的总出风量对应第一换热器2和第二换热器3进行分配，确保热端换热器的换热量大于冷端换热器的换热量，从而实现换热量与产冷(热)量匹配，达到提升半导体制冷设备制冷量的目的。
[0049] 在另一个实施例中，本方案还可在换热通道201的出风端增设有用于避免制冷气流和散热气流混流的导风板6，以保证半导体制冷设备的制冷效果和散热效果。
[0050] 需要说明的是，本案对导风板6的倾斜角度、面积大小和结构形状不作限定，可根据半导体制冷设备的实际应用场景进行选择，如位于换热通道201进风端的导风板6可根据制冷量和体积两个角度综合考虑而选定。
[0051] 更进一步说明，所述外壳5的内部还设置有安装位502，且所述安装位502用于安装电控模块7。
[0052] 进一步地，本方案还在外壳5的内部设置有用于安装电控模块7的安装位502，以通过电控模块7实现对半导体制冷设备的有效控制。而且，安装位502的设置还能有效将电控模块77与进风通道501、换热通道201所形成的气流通道阻隔开，以减少对外壳5内部气流流场的影响。
[0053] 需要说明的是，本方案所使用的电控模块7为市面上常规的处理器模块，在此不作赘述。
[0054] 更进一步说明，所述外壳5的外部开设有电控接口503，所述电控接口503与所述安装位502相互连通。
[0055] 更进一步地，本方案还在外壳5的外部开设有与安装位502相互连通的电控接口503，以便于外部设备通过电控接口503与电控模块7相连，以实现充电、数据传输等相应功能。
[0056] 更进一步说明，所述第一换热器2和所述第二换热器3关于所述半导体制冷器1不对称设置。
[0057] 为了进一步确保半导体制冷器的热端换热量Qh要远高于冷端换热量Qc，保证两换热器(2、3)之间需存在换热量的差异，以满足半导体制冷器1的热端产热量大于冷端产冷量，本方案还将第一换热器2和第二换热器3设计成不对称的结构，以满足半导体制冷组件的制冷需求。
[0058] 在一个实施例中，本方案中不对称的换热器结构如图4所示：所述第一换热器2的换热通道201的宽度为m，所述第二换热器3的换热通道201的宽度为n，且m＞n。优选的，m：n＝3：2。
[0059] 在另一个实施例中，本方案中不对称的换热器结构如图5所示：所述第一换热器2的换热通道201的长度为H，所述第二换热器3的换热通道201的长度为h，且H＜h。优选的，H：h＝4：5。
[0060] 更进一步说明，半导体制冷设备还包括应力均衡板8；所述应力均衡板8安装于所述外壳5的内部，且所述应力均衡板8贴合于所述第一换热器2和/或所述第二换热器3的外端面。
[0061] 由于不对称的换热器结构可能会造成半导体制冷器1、第一换热器2、和第二换热器3三者一体化集成焊接时，在半导体制冷器1内部产生应力，造成半导体制冷器1局部应力不同，影响半导体制冷器1工作的稳定性。
[0062] 因此，为有效解决此问题，本方案提出了均衡内部应力的解决方案，即在第一换热器2和/或第二换热器3的外端面增设应力均衡板8，该均衡板有三个作用：第一，通过该均衡板，使换热器(2、3)的两端(一端为半导体制冷器1的基板、一端为应力均衡板8)一体，换热器(2、3)一体化均衡并减小了其对半导体制冷器1局部应力的影响，使半导体制冷器1工作时内部应力更均匀，工作稳定性、可靠性更高；第二，增加了换热器(2、3)的换热面积，有利于增大半导体制冷器1的冷、热端换热量，提升风冷降温系统的制冷量和制冷效率；第三，应力均衡板8对通过换热通道201的气流具有聚拢作用，更有利于换热器(2、3)的有效换热。
[0063] 更进一步说明，所述应力均衡板8的材质为铜，所述应力均衡板8的厚度为0.1～0.5mm。
[0064] 作为上述实施例的一个优选，本方案优选铜板作为应力均衡板8，其易于焊接且强度大。
[0065] 作为上述实施例的另一个优选，本方案对应力均衡板8的厚度进行优选，有利于兼顾应力均衡效果和结构体积。
[0066] 更进一步说明，所述换热通道201由导热板反复折叠而成，且所述导热板的材质为铜或铝中的任意一种。
[0067] 经过反复折叠而成的换热器(2、3)具有接触面积大、传导良好的特点，可以有效提升制冷/制热效果；且采用铜或铝作为导热材料，也能更进一步地加强制冷/制热效果。
[0068] 更进一步说明，所述换热风扇4为离心风扇或轴流风扇中的任意一种。
[0069] 具体地，当换热风扇4为离心风扇时，如图6所示，进风口51位于所述外壳5的侧壁。当换热风扇4轴流风扇时，如图7‑8所示，进风口51位于所述外壳5的底部。本方案可根据半导体制冷设备的实际使用情况将轴流风扇设置为正放或倾斜放置。
[0070] 一种降温服，使用上述半导体制冷设备；还包括衣体结构，所述制冷设备安装于所述衣体结构，且所述进风口51和所述制冷出口52均位于所述衣体结构的内部，所述散热出口53位于所述衣体结构的外部。
[0071] 对于户外无空调的环境，特别是在高温环境下持续工作的人员，如夏季炎热天气下进行站岗执勤的民警、烈日下进行作业的工地工人或在户外高空进行相关维护作业的维护人员等，往往要克服高温所带来的各种不适以进行持续一段时间的工作。当穿着普通衣物在高温条件下工作时，人会出汗，汗液通过扩散、传输迁移到衣服表面，通过汗液蒸发带走部分热量，然而，汗液蒸发提供的蒸发源有限，因此，带走的热量也很有限，尤其是在高温环境下持续工作一段时间的情况下，普通衣服并不能达到在一定时间内降温的作用。
[0072] 因此，为了满足使用者，尤其是户外高温作业人员的使用需求，本申请还提供了一种降温服，包括上述方案提到的制冷设备和衣体结构(图中未显示)，令制冷设备的制冷出口52朝向衣体结构的内部，从而通过制冷出口52输出的冷风带走人体产生的部分热量，从而实现降温服的持续性循环制冷和降温，提升使用者的使用体验。
[0073] 另外，为了增强半导体制冷设备的制冷效果，本案中优选将进风口51和制冷出口52设置于衣体结构的内部，便于从制冷出口52输出的制冷气流可以通过进风口51重新进入半导体制冷设备，形成循环冷流场，实现制冷设备单侧空间的制冷气流的循环，更有利于提升局部区域的制冷效果。
[0074] 由于本方案的半导体制冷设备通过衣体结构被使用者穿戴在身上，当半导体制冷设备工作时，其外壳5中靠近使用者体表的侧面则形成一个小型的循环冷流场，一方面，制冷出口52输出的制冷气流可以直达使用者体表，达到快速降温的目的，另一方面，制冷出口52输出的制冷气流能够通过进风口51重新进入半导体制冷设备，达到增强制冷效果的目的，从而使得本方案的半导体制冷设备实现“手持小空调”的转变。
[0075] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0076] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0077] 在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0078] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0079] 此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0080] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0081] 以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
