半导体冷热灶制造技术

本发明专利技术涉及一种半导体冷热灶，其结构包括锅体、半导体制冷片、灶架、隔热填充层、隔热外套、内层散热水管、外层散热水管、电源控制器、第一温度传感器以及第二温度传感器。本发明专利技术将半导体制冷片的制热高效率的特点应用于制作高效烹饪锅中，可替代常规的民用燃气灶、电饭锅、电磁灶、微波炉等炊事加热设备，具有清洁卫生、有利环保的特点，适于推广应用。本发明专利技术半导体冷热灶不仅具有制冷、制热的多用途，而且还具有显著的节能效果，其热损耗极小，加热速度很快，比电磁灶可节约电能50%以上，比电饭锅节能55%。

Semiconductor hot and cold stove

The invention relates to a semiconductor cold and hot stove, which comprises a pot body, a semiconductor refrigerating sheet, a cooker frame, an insulating filling layer, an insulating coat, an inner radiating pipe, an outer radiating pipe, a power controller, a first temperature sensor and a second temperature sensor. The invention applies the characteristics of high heating efficiency of semiconductor refrigeration sheet to the manufacture of high-efficiency cooking pot, and can replace conventional cooking heating equipment such as civil gas stove, electric rice cooker, electromagnetic stove, microwave oven, etc. It has the characteristics of cleanliness, sanitation and environmental protection, and is suitable for popularization and application. The semiconductor cold and hot stove of the invention not only has the multi-purpose of refrigeration and heating, but also has remarkable energy-saving effect. Its heat loss is extremely small, heating speed is very fast, and energy saving is more than 50% compared with the electromagnetic stove and 55% compared with the electric rice cooker.

【技术实现步骤摘要】
半导体冷热灶
本专利技术涉及一种民用灶具，具体地说是一种半导体冷热灶。
技术介绍
半导体制冷技术已逐步成熟，其主要是利用了半导体制冷片（碲化铋）的帕尔贴制冷原理，就是在通电后发生热的转移，可同时实现制冷和制热。如果在半导体制冷片的两端面提供冷源和热源，当两端面达到一定的温差时，就可以发电（称为“温差发电”），因此，这种半导体材料一般多在海洋区域用作温差发电。目前，半导体制冷片已广泛应用在冰箱、空调、饮水机及恒温控制等领域，并以其体积小、重量轻、无噪音等优点而备受业界的青睐，在军事及航天领域也有应用。其不足之处，一是由于冷却方式的局限性，使得制冷温度难以突破到0℃以下，即便采用最好的水循环冷却方式，也会因为水温的逐步升高而难以产生0℃以下的温度。二是由于存在温差限制，使得制热方面的应用难以做到持续高效的升温。究其原因，主要是当半导体的冷端温度超过环境温度时，就没有足够的热量被半导体制冷片吸收和转移，从而使得制热效率明显下降，升温逐步变得艰难，最终导致难以生成超过100℃的实用温度。将半导体制冷片应用在饮水机中作为加热源时，其对水的加热温度一般只能到达70℃左右。半导体制冷片的制冷效率是60%，而其制热效率则大于100%。其原理是，制热的同时也同时在制冷，而制冷的本质就是将冷端的热量转移到热端，并与热端热量相叠加，如果冷端温度低于外部环境温度，就相当于原始的99%的制热效率再叠加60%的制冷效率，其制热效率就高达159%。但是，这个制热高效率会因为温差的限制而在实际应用中有大幅降低，从而限制了超过100℃以上的较高温度的产生。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种半导体冷热灶，以突破半导体制冷片在制冷、制热方面的温度局限，实现制冷制热的实际应用。本专利技术是这样实现的：一种半导体冷热灶，包括：锅体，为平底锅，锅体外壁的下段为棱台形的棱台段；半导体制冷片，分别附着在锅体的底面以及锅体外壁棱台段的各平面上；灶架，包覆在锅体的底部、锅体外壁棱台段和棱台段上的半导体制冷片的外部，用于支撑锅体，并兼做半导体制冷片的外散热器；散热片，附着在半导体制冷片的外侧表面，并与灶架的内壁相贴合，作为半导体制冷片的内散热器；隔热填充层，填充在锅体与灶架之间的缝隙中，用于降低内外散热器之间的互传损耗；隔热外套，包覆在灶架的外部，用以减少能量散失；内层散热水管，分布在隔热填充层中，用以通过水循环对锅体进行散热；外层散热水管，分布在隔热外套中，用以通过水循环对灶架进行散热；电源控制器，通过接线端子与半导体制冷片电连接，用于控制半导体制冷片的制冷、制热，以实现半导体冷热灶的烹饪、制冷饮或制冰操作；第一温度传感器，贴附在锅体上，用以向电源控制器传递检测锅体的温度；以及第二温度传感器，贴附在灶架上，用以向电源控制器传递检测灶架的温度。在所述电源控制器的面板上设置有烹饪按钮、冷饮按钮和制冰按钮，用以选择和调用相应的控制程序，实现半导体冷热灶的烹饪、制冷饮或制冰操作。所述电源控制器包括：温度检测电路，分别与程序选择与控制电路、锅体温度信号比较器、灶架温度信号比较器、第一温度传感器和第二温度传感器相接，用于检测制热时的锅体温度和制冷时的灶架温度；程序选择与控制电路，分别与温度检测电路和双向触发电路相接，用于烹饪、制冷饮和制冰三种操作的选择和运行，并自动调整工作电流的脉冲占空比，以提高制冷片两端温差；锅体温度信号比较器，分别与温度检测电路和双向触发电路相接，用于检测制热时的锅体温度；灶架温度信号比较器，分别与温度检测电路和双向触发电路相接，用于检测制冷时的灶架温度；双向触发电路，分别与锅体温度信号比较器、灶架温度信号比较器、程序选择与控制电路和全桥式电子开关电路相接，用于提供制冷制热转换时半导体制冷片工作电流极性转换的触发信号；全桥式电子开关电路，分别与双向触发电路和半导体制冷片相接，用于切换半导体制冷片的电压极性，以满足制冷、制热的供电需求。半导体制冷片的放热功率（制热）及吸热功率（制冷）是由通过半导体制冷片的电流的大小来决定的，但实际上，由于连续加热时半导体器件自身的温度限制，使得通电工作时的温差一般为40~60℃。本专利技术半导体冷热灶采用自适应可调占空比脉冲供电的方式进行电流控制，即脉冲的峰值电流增大一倍以上、而平均值保持不变，这样，既不用增大电能消耗，又可以使温差提高到90~100℃以上。其理由有二：一是半导体材料具有很高的耐电流冲击特性，对器件无损伤；二是半导体制冷片的升温极快、而降温则较为缓慢，这就可以用高峰值电流拉大温差，从而可有效提高半导体制冷片冷-热端的温差。而提高温差的好处，一是可以使加热温度提高到150~250℃；二是可以使加热过程（如：煮粥、烧水等操作）始终保持150%以上的高效率；三是可以配合不同的散热方式，实现制冷温度突破0℃以下，直至结冰。本专利技术半导体冷热灶在制冷工作时，采用冷热端双重水循环的工作方式和结构，冷端循环水可储存到一个保温桶里，先启动制热模式，使冷端水温达到10~20℃（保温水可采用纯净水，一次性灌注）；热端循环水可储存到容器里备用，经温度缓冲后，再将工作模式转换为制冷模式（即切换半导体制冷片正负电源极性），这样，就可以在50℃左右的温差条件下，使半导体冷热灶获得－5℃到－10℃的制冷效果。本专利技术采用耐高温（最高可达360℃）的半导体制冷片，所制成的半导体冷热灶基本可满足烹、炒、炖、煮等一般炊事用途，并可以制作冷饮，甚至还可用作制冰。本专利技术半导体冷热灶不仅具有制冷、制热的多用途，而且还具有显著的节能效果，其热损耗极小，加热速度很快，比电磁灶可节约电能50%以上（因为电磁灶的热转换效率是80%，而本灶具可接近160%），比电饭锅节能55%；另外，本专利技术半导体冷热灶还带有保温功能，可明显降低热量损耗（电饭锅的热转换效率可达95%，但是它的热传导结构又会导致热传输效率降低，故电饭锅的总效率只有70%，且保温能力较差）。本专利技术半导体冷热灶由于上述的这些节能优势明显，因此更适合应用在太阳能供电的场合。本专利技术将半导体制冷片的制热高效率的特点应用于制作高效烹饪锅中，可替代常规的民用燃气灶、电饭锅、电磁灶、微波炉等炊事加热设备，具有清洁卫生、有利环保的特点，适于推广应用。附图说明图1是本专利技术半导体冷热灶的结构示意图。图2是图1所示半导体冷热灶的底面结构示意图。图3是半导体冷热灶的电源控制器的电路框图。图4是半导体冷热灶的电源控制器中控制部分的电路原理图。图5是半导体冷热灶的电源控制器中主电路的电路原理图。图中：1、锅体，2、隔热套管，3、散热片，4、外层散热水管，5、紧固螺钉，6、半导体制冷片，7、灶架，8、第二温度传感器，9、隔热外套，10、隔热填充层，11、第一温度传感器，12、内层散热水管。具体实施方式如图1、图2所示，锅体1为平底锅，其内壁为球面形，外壁的下段为棱台平底造型，可用铝合金（航空铝）铸造成型。在锅体1的底部平面上通过优质导热硅脂贴附一块矩形的半导体制冷片6，在对应锅体1下部棱台段的各个梯形平面上分别贴附一个矩形半导体制冷片6，每片半导体制冷片与锅体1之间均涂覆有优质导热硅脂，以保证冷、热能量的无损耗传导。如果锅体1选定是六棱台造型，则在锅体1上共设置有七片半导体制冷片，并且该七片半导体制冷片为并联连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体冷热灶，其特征是，包括：锅体，为平底锅，锅体外壁的下段为棱台段；半导体制冷片，分别附着在锅体的底面以及锅体外壁棱台段的各平面上；灶架，包覆在锅体的底部、锅体外壁棱台段和棱台段上的半导体制冷片的外部，用于支撑锅体；散热片，附着在半导体制冷片的外侧表面，并与灶架的内壁相贴合；隔热填充层，填充在锅体与灶架之间的缝隙中；隔热外套，包覆在灶架的外部，用以减少能量散失；内层散热水管，分布在隔热填充层中，用以通过水循环对锅体进行散热；外层散热水管，分布在隔热外套中，用以通过水循环对灶架进行散热；电源控制器，通过接线端子与半导体制冷片电连接，用于控制半导体制冷片的制冷、制热，以实现半导体冷热灶的烹饪、制冷饮或制冰操作；第一温度传感器，贴附在锅体上，用以向电源控制器传递检测锅体的温度；以及第二温度传感器，贴附在灶架上，用以向电源控制器传递检测灶架的温度。

【技术特征摘要】
1.一种半导体冷热灶，其特征是，包括：锅体，为平底锅，锅体外壁的下段为棱台段；半导体制冷片，分别附着在锅体的底面以及锅体外壁棱台段的各平面上；灶架，包覆在锅体的底部、锅体外壁棱台段和棱台段上的半导体制冷片的外部，用于支撑锅体；散热片，附着在半导体制冷片的外侧表面，并与灶架的内壁相贴合；隔热填充层，填充在锅体与灶架之间的缝隙中；隔热外套，包覆在灶架的外部，用以减少能量散失；内层散热水管，分布在隔热填充层中，用以通过水循环对锅体进行散热；外层散热水管，分布在隔热外套中，用以通过水循环对灶架进行散热；电源控制器，通过接线端子与半导体制冷片电连接，用于控制半导体制冷片的制冷、制热，以实现半导体冷热灶的烹饪、制冷饮或制冰操作；第一温度传感器，贴附在锅体上，用以向电源控制器传递检测锅体的温度；以及第二温度传感器，贴附在灶架上，用以向电源控制器传递检测灶架的温度。2.根据权利要求1所述的半导体冷热灶，其特征是，在所述电源控制器的面板上设置有烹饪按钮、冷饮按钮和制冰按钮，用以选择和调用相应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建民，陈继建，张银楠，
申请(专利权)人：丁建民，陈继建，张银楠，
类型：发明
国别省市：河北,13