一種便攜式調溫墊的設計

摘要：市場上已有的調溫墊不方便攜帶，且對溫度的調節沒有較多的選擇，現提出一種通過調節電流的大小來實現無級調溫，通過對水流的選擇來控制是制冷或者制熱的調溫墊。調溫系統與墊子分離，便于攜帶，墊子與調溫部件均采用標準件，能夠實現互換，便于維修。

關鍵詞：調溫墊；換擋無級調溫；制冷制熱

中圖分類號：TM924 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）16-0030-02

本調溫墊利用半導體在現有調溫墊單一工作狀態的基礎上實現了既能夠制熱，又能夠制冷的兩態選擇，可以折疊，占用空間小，便于攜帶，能根據個人需要方便快捷調制溫度，操作簡單，既能夠在室內使用，也是出行的好幫手。

1 工作原理

半導體片通電后具有一端面制冷另一端面制熱的特性。一閥門與墊子的進水口相連接，另一閥門與墊子的出水口相連接。電源通過導線連接微型水泵和半導體片，箱體內部注入水。開關有3個檔位，當選擇關時，微型水泵與半導體片不工作。箱體具有對稱性，可以假定微型水泵與半導體片的熱端同側，另一微型水泵與半導體片的冷端同側。當開關選擇制冷檔位時，微型水泵開始工作，閥門開通，另一閥門閉合。在微型水泵的作用下，半導體片冷端一側的水流入墊子中的細軟管子中并循環，熱端一側的水流到箱體外側管子中并循環。同理，當開關選擇制熱檔位時，半導體片熱端一側的水流到墊子中的細軟管子中并循環，冷端一側的水流到箱體外側管子中并循環。可通過調節滑動變阻器，調節電流的大小，進而調節微型水泵的轉速和半導體片冷熱端的溫度，從而調節制冷制熱效果。

2 結構組成

便攜式調溫墊主要由箱體和墊子組成。

2.1 箱體

箱體蓋上安裝有電機，為裝置提供動力，箱體主體中有水泵，能夠使水流流動，箱體兩側為排管散熱裝置，能夠與外界進行熱量的交換，從而達到熱量的轉移。箱體內的中間隔板中有半導體片，箱體被分為兩部分，一部分用于制熱，另一部分用于制冷。箱體有兩個出水口，分別與墊子相連。

2.2 水泵

水泵是一種通過增加壓力把原動的機械能轉換成液體能量的裝置，葉輪在泵體內做高速旋轉運動，泵體內的液體隨著葉輪一塊轉動，在離心力的作用下液體在出口處被葉輪甩出，甩出的液體在泵體擴散室內速度逐漸變慢，液體被甩出后，葉輪中心處形成真空低壓區，液池中的液體在外界大氣壓的作用下，經吸入管流入水泵內。泵體擴散室的容積是一定的，隨著被甩出液體的增加，壓力也逐漸增加，最后從水泵的出口被排出。液體就這樣連續不斷地從液池中被吸上來然后又連續不斷地從水泵出口排到管道中去。

2.3 半導體片

半導體片是應用溫差電效應的結果。半導體制熱片或者制冷片都是由兩種不同的半導體兩端連接而成。當有電流通過半導體制熱片時，就會在一端發熱、另一端降溫，產生溫差，即一端制熱、另一端制冷。在通過半導體片的電流等條件一定時，在一端發熱、另一端降溫所造成的溫度差是一定的，因此可以通過調節電阻的大小來調節電流，進而調節溫度。

2.3.1 制冷半導體片。制冷半導體片是一種利用珀爾帖效應，在冷端吸收熱量，產生制冷效果，同時在熱端排除大量熱量的高熱流密度器件，此時，電流方向為熱流方向，由于其珀爾貼效應比普通金屬電偶強很多，因此能在冷結點處表現出明顯的制冷作用。在夏季，以外界為熱端，調溫墊水管為冷端，就能夠使調溫墊降到適宜的溫度。

2.3.2 制熱半導體片。制熱半導體的工作方向與制冷半導體相反，在熱端產生熱量，電流方向與熱流方向相反，在節點處能夠表現出明顯的制熱作用。冬季時，以外界為冷端、水管為熱端，能夠使調溫墊升溫到適宜的溫度，便于出行。

2.4 調溫墊

墊子內部有盤繞而成的細水管，制冷時，水通過管道帶走熱量，制熱時，水通過管道為墊子提供熱量，水流在細水管中形成了循環系統，水管的出口和入口分別與箱體的出水口和入水口相連，和箱體一起構成了封閉的水循環。在接通電源的條件下，就能夠實現制冷和制熱，并進行調溫，水泵和半導體片的電能由蓄電池提供。

3 功率計算

3.1 半導體功率計算

3.2 水泵功率計算

3.3 總功率校驗

4 應用前景

本調溫墊不僅具有制冷和制熱的雙重功效，還能夠實現無級調溫，以便將管中水調節到最適宜的溫度，可以折疊，便于攜帶。充電時間較短，即使在野外使用也非常

方便。

5 結語

本文從工作原理、結構組成方面介紹了一種便攜式調溫墊，并通過功率計算論證了此調溫墊的可行性，能夠實現雙態多檔調溫的功能，而且箱體與墊子是分開的，便于攜帶。

參考文獻

[1] 陳光明，陳國邦.制冷與低溫原理[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2] 彭金莉，鄭卿元.太陽能半導體制冷控制器的設計

[J].科技致富向導，2012.

[3] 朱倩，劉玉超，張強，蔡存金.半導體制冷技術及其應用[J].學園，2011，（2）.

[4] 齊鄂榮，曾玉紅.流體力學[M].武漢：武漢大學出版社，2005.

[5] 桂長清.混合電力推進系統及蓄電池選型[J].電池工業，2005.

作者簡介：李景（1991—），男，浙江人，武漢大學學生，研究方向：機械設計制造及其自動化。