一种半导体风扇及其控制方法

技术领域

本发明涉及风扇技术领域，具体涉及一种半导体风扇及其控制方法。

背景技术

冷风扇是一种兼具送风、制冷、净化空气和加湿等功能的风扇，应用于一些不便安装和使用空调的场所。市面上常见的蒸发式冷风扇的工作原理是，在蒸发式冷风扇的进风口处加装湿帘，湿帘上方设置分水结构，分水结构底部具有出水孔，由出水孔向湿帘上输送水，湿帘能够吸水，增大水与空气的接触面积，提高湿帘上的水的蒸发量，从而降低从进风口进入的风的温度，以达到向周围环境输送温度相对较低的冷风的目的。但湿帘工作时会产生噪音，长时间使用需要频繁加水，操作颇为不便；而且水帘上吹出的水汽还会加重空气湿度，水箱不及时清理还会大量滋生细菌，威胁使用者的身体健康。可见，蒸发式冷风扇自身不具有制冷功能，需要不断注入冰水或者加入冰块等低温物体才能提供冷风，无法连续制冷工作，而且无法精确调节温度。

半导体冷风扇是一种全新概念的风扇，它能够通过半导体材料的热电效应来实现制冷，从而达到降温的目的。相比传统的机械式风扇，半导体制冷风扇无噪音、无震动、无污染。半导体材料的热电效应是指，当两个不同金属或半导体之间形成温差时，会产生一定大小和方向的电动势。通过采用半导体制冷片制冷可连续制冷工作，但半导体制冷片也无法精确调节温度，控温效果不佳。

目前没有有效的方案可以实现精确调温。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种半导体风扇及其控制方法，以解决现有冷风扇无法精确调温的问题。

第一方面，本发明提供了一种半导体风扇，包括：

电机；

水泵；

半导体制冷片，具有制冷面和散热面；

制冷水箱，连通有制冷循环回路，所述制冷循环回路具有吸冷管段和制冷管段，所述吸冷管段贴合于所述半导体制冷片的制冷面，所述制冷管段包括多根并连的第一毛细管；

散热水箱，连通有散热循环回路，所述散热循环回路具有吸热管段和制热管段，所述吸热管段贴合于所述半导体制冷片的散热面，所述制热管段包括多根并连的第二毛细管；

其中，所有所述第一毛细管和所有所述第二毛细管构成了毛细管组件，且所述毛细管组件设置于所述半导体风扇的进风流道中。

有益效果：本发明采用毛细管换热的方式配合半导体制冷片对风扇的进风温度进行调节，与采用湿帘换热或单纯半导体制冷片换热的方式相比，通过控制毛细管的开通数量或循环回路中的水流量，能更精确地调节风扇出风温度，控温效果较好；而且作为换热介质的水在封闭管路中流动，不会增加空气湿度。

在制冷时，所述制冷水箱内的水通过管路流经所述半导体制冷片的制冷面降温，然后通过设置于进风流道内的第一毛细管对进风进行降温，实现吹冷风的目的，然后水再回流到所述制冷水箱中，完成制冷循环；制热时，所述散热水箱内的水通过管路流经所述半导体制冷片的散热面升温，然后通过设置于进风流道内的第二毛细管对进风进行升温，实现吹热风的目的，然后水再回流到所述散热水箱中，完成制热。

在一种可选的实施方式中，所述毛细管组件铺设于所述半导体风扇的进风口处。

有益效果：多根毛细管铺设在半导体风扇的进风口处，平铺的方式换热面积大，提高换热效率。

在一种可选的实施方式中，每根所述第一毛细管和每根所述第二毛细管上均设置有开关阀。

有益效果：每根毛细管上均设置开关阀，可对毛细管单独控制，便捷控制开通的毛细管的数量，提高调节精度。

在一种可选的实施方式中，所述开关阀为电磁阀，所述制冷水箱和所述散热水箱上分别设置有冷水电磁阀和热水电磁阀。

有益效果：通过电磁阀控制水路的切换，反应快，能够根据设定出风温度即时进行调控。

在一种可选的实施方式中，所述半导体风扇包括控制器和分别与之连接的进风温度传感器、出风温度传感器和计时器。

有益效果：控制器根据进风温度传感器和出风温度传感器的反馈，判断需要调节的流量和电机转速等参数，进而有效控制循环水路中的电磁阀，实现半导体风扇出风温度的精确调节；可提前设定好出风时间，达到设定出风温度后根据计时器的反馈控制运行时间，节约能耗。

在一种可选的实施方式中，所述散热水箱独立于所述半导体风扇的其他部分。

有益效果：散热水箱独立于半导体风扇的其他部分，可远离主体，更有利于热量的散发，为下次循环作好准备，保证换热效率。

在一种可选的实施方式中，所述第一毛细管和所述第二毛细管蛇形弯折布置。

有益效果：毛细管采用蛇形弯折的方式布置，在有限的换热空间中提高毛细管的总长度，增加换热面积，对进风进行快速降温或升温。

第二方面，本发明还提供了一种控制方法，应用于本发明的半导体风扇，包括以下步骤：

预设半导体冷风扇的出风预设温度Ts；

接收出风温度Tc信号；

判断Tc是否等于Ts；

若否，控制半导体制冷片温度；

和/或，控制冷水电磁阀和热水电磁阀，直到所述出风温度Tc等于所述出风预设温度Ts；

和/或，控制电机转速，直到所述出风温度Tc等于所述出风预设温度Ts；

和/或，控制开关阀，直到所述出风温度Tc等于所述出风预设温度Ts；

和/或，控制水泵转速，直到所述出风温度Tc等于所述出风预设温度Ts；

若是，则进入计时控制步骤。

有益效果：根据传感器反馈信号判断出风温度是否满足要求，如果不满足，则启动相应的换热循环回路，通过控制电机转速调节换热效率，和/或通过控制参与换热的毛细管的数量，和/或通过控制水泵转速控制换热水流量，从而达到调节出风温度的目的；如果出风温度满足要求，则正常运行并开始计时。

在一种可选的实施方式中，控制方法包括：

制冷模式下，开启冷水电磁阀，使制冷水箱内的水通过半导体制冷片的制冷面降低温度，通过第一毛细管将降温后的水送到风扇进风口处，进入风扇的空气与第一毛细管接触后温度降低吹出冷风；开启热水电磁阀，散热水箱内的水通过半导体制冷片的散热面吸收热量，通过第一毛细管将升温后的水送到散热风扇处。

有益效果：制冷模式下，启动冷水电磁阀，水泵将制冷水箱中的水输送到半导体制冷片的制冷面被降温，而后输送到进风流道中通过多根毛细管与进风进行换热，进而降低风扇出风温度，制冷完成后再回流到制冷水箱中，然后再开启热水电磁阀，把半导体制冷片散热面的热量带走，输送至散热风扇处降温处理。过程中可通过参与换热的毛细管数量的调控，精确地控制换热量，进而实现对出风温度更精准的控制；与湿帘降温的方式相比，没有噪声，不会增加空气湿度，且控制方便。

在一种可选的实施方式中，控制方法包括：

制热模式下，开启热水电磁阀，使散热水箱内的水通过半导体制冷片的散热面吸收热量，通过第二毛细管将升温后的水送到风扇进风口处，进入风扇的空气与第二毛细管接触后温度升高吹出热风；开启冷水电磁阀，制冷水箱内的水通过半导体制冷片的制冷面吸收热量，通过第二毛细管将降温后的水送回制冷水箱。

有益效果：制热模式下，开启热水电磁阀，水泵将散热水箱中的水输送到半导体制冷片的散热面被加热，而后输送到进风流道中的多根毛细管中，通过多根毛细管与进风进行换热，进而提高风扇的出风温度，制热完成后再回流到散热水箱中，然后再开启冷水电磁阀，制冷水箱内的水通过半导体制冷片的制冷面吸收热量，通过毛细管将低温水送回制冷水箱。

在一种可选的实施方式中，所述计时控制步骤包括：

接收计时信息值；

与预设值比对；

若计时信息值小于预设值，则重新接收出风温度Tc信号；

若计时信息值等于预设值，则关机。

有益效果：当出风温度满足要求，制冷风扇工作一定时间后即可停止工作，以达到节能的目的，当运行时间小于预设值，风扇持续工作，过程中同时进行出风温度的反馈和判断，如出风温度不满足要求，则进行相应循环回路的控制和操作，如满足则断续吹风，直到满足运行时间，则关机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种半导体风扇的系统连接示意图；

图2为本发明实施例的半导体风扇的一种控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的半导体风扇的另一种控制方法的流程示意图；

图4为本发明实施例的另一种毛细管的布局示意图；

图5为本发明的毛细管中水的流动方向示意图。

附图标记说明：

1、毛细管；11、第一毛细管；12、第二毛细管；

2、半导体制冷片；21、制冷面；22、散热面；

3、制冷水箱；

4、散热水箱；

5、电磁阀；

6、水泵；

7、电机；

8、温度传感器；

9、控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

半导体冷风扇是一种全新概念的风扇，它能够通过半导体材料的热电效应来实现制冷，从而达到降温的目的。相比传统的机械式风扇，半导体制冷风扇无噪音、无震动、无污染。半导体材料的热电效应是指，当两个不同金属或半导体之间形成温差时，会产生一定大小和方向的电动势。

其原理如下： 当两个不同金属或半导体A、B之间形成温差时，由于两者具有不同的载流子浓度和迁移率，在A、B接触处就会出现一个内建电场Ei。如果在A、B接触处引入一个外加负载R，则由于内建电场Ei和外加负载R之间存在一定的阻抗，因此就会产生一个I流过负载R，并且在A、B接触处产生一个U=IR的热电势差。

采用半导体制冷片制冷可连续制冷工作，但设计好后半导体制冷片的参数已确定，换热后出风温度的误差仍比较大，可见，半导体制冷片也无法精确调节温度，控温效果不佳。因此提出了本发明。

下面结合图1至图5，描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，一方面，如图1所示，提供了一种半导体风扇，包括：

电机7；

水泵6；

半导体制冷片2，具有制冷面21和散热面22；

制冷水箱3，连通有制冷循环回路，制冷循环回路具有吸冷管段和制冷管段，吸冷管段贴合于半导体制冷片2的制冷面21，制冷管段包括多根并连的第一毛细管11；

散热水箱4，连通有散热循环回路，散热循环回路具有吸热管段和制热管段，吸热管段贴合于半导体制冷片2的散热面22，制热管段包括多根并连的第二毛细管12；

其中，所有第一毛细管11和所有第二毛细管12构成了毛细管组件，且毛细管组件设置于半导体风扇的进风流道中。

本发明采用毛细管1换热的方式配合半导体制冷片2对风扇的进风温度进行调节，与采用湿帘换热或单纯半导体制冷片2换热的方式相比，通过控制毛细管1的开通数量或循环回路中的水流量，能更精确地调节风扇出风温度，控温效果较好；而且作为换热介质的水在封闭管路中流动，不会增加空气湿度。

在制冷时，制冷水箱3内的水通过管路流经半导体制冷片2的制冷面21降温，然后通过设置于进风流道内的第一毛细管11对进风进行降温，实现吹冷风的目的，然后水再回流到制冷水箱3中，完成制冷循环；制热时，散热水箱4内的水通过管路流经半导体制冷片2的散热面22升温，然后通过设置于进风流道内的第二毛细管12对进风进行升温，实现吹热风的目的，然后水再回流到散热水箱4中，完成制热。

在一种可选的实施方式中，多根毛细管1铺设于半导体风扇的进风口处，毛细管1内的水通过毛细管1的管壁与流经毛细管1的风进行热交换。

多根毛细管1铺设在半导体风扇的进风口处，平铺的方式换热面积大，提高换热效率。

毛细管1的铺设布置方式可根据实际进行调整和设计，在进风流道的有限空间里尽量做到散热面积最大化即可，形式不限。

在一种可选的实施方式中，每根第一毛细管11和每根第二毛细管12上均设置有开关阀。

在每根毛细管1上均设置开关阀，可对每根毛细管1进行单独控制，控制开通的毛细管1的数量，提高调节精度。

在一种可选的实施方式中，为了便于控制，开关阀选用电磁阀，制冷水箱3和散热水箱4上分别设置有冷水电磁阀和热水电磁阀。

通过电磁阀5控制水路的切换，反应快，能够根据设定出风温度即时便捷地进行调控。

在一种可选的实施方式中，半导体风扇包括控制器9和分别与之连接的进风温度传感器、出风温度传感器和计时器。

控制器9根据进风温度传感器和出风温度传感器的反馈，判断需要调节的流量和电机7转速等参数，进而有效控制循环水路中的电磁阀5，实现半导体风扇出风温度的精确调节；可提前设定好出风时间，达到设定出风温度后根据计时器的反馈控制运行时间，节约能耗。

具体地，温度传感器8可设置为感温包。

在一种可选的实施方式中，散热水箱4独立于半导体风扇的其他部分。

散热水箱4独立于半导体风扇的其他部分，可远离主体，更有利于热量的散发，为下次循环作好准备，保证换热效率。

在一种可选的实施方式中，毛细管1蛇形弯折布置。

如图4和图5所示，毛细管1采用蛇形弯折的方式布置，在有限的换热空间中提高毛细管1的总长度，增加换热面积，对进风进行快速降温或升温。

第二方面，根据本发明的实施例，如图2所示，还提供了一种半导体风扇的控制方法，包括以下步骤：

预设半导体冷风扇的出风预设温度Ts；

接收出风温度Tc信号；

判断Tc是否等于Ts；

若否，控制半导体制冷片2温度；

和/或，控制冷水电磁阀和热水电磁阀，直到出风温度Tc等于出风预设温度Ts；

和/或，控制电机7转速，直到出风温度Tc等于出风预设温度Ts；

和/或，控制开关阀，直到出风温度Tc等于出风预设温度Ts；

和/或，控制水泵6转速，直到出风温度Tc等于出风预设温度Ts；

若是，则进入计时控制步骤。

根据传感器反馈信号判断出风温度是否满足要求，如果不满足，则启动相应的换热循环回路，通过控制电机7转速调节换热效率，和/或通过控制参与换热的毛细管1的数量，和/或通过控制水泵6转速控制换热水流量，从而达到调节出风温度的目的；如果出风温度满足要求，则正常运行并开始计时。

需要说明的是：

制冷模式下，开启冷水电磁阀，使制冷水箱3内的水通过半导体制冷片2的制冷面21降低温度，通过第一毛细管11将低温水送到风扇进风口处，进入风扇的空气与低温第一毛细管11接触后温度降低吹出冷风；开启热水电磁阀，散热水箱4内的水通过半导体制冷片2的散热面22吸收热量，通过第一毛细管11将高温水送到散热风扇处。

制冷模式下，启动冷水电磁阀，水泵6将制冷水箱3中的水输送到半导体制冷片2的制冷面21被降温，而后输送到进风流道中通过多根第一毛细管11与进风进行换热，进而降低风扇出风温度，制冷完成后再回流到制冷水箱3中，然后再开启热水电磁阀，把半导体制冷片2的散热面22的热量带走，输送至散热风扇处降温处理。过程中可通过参与换热的第一毛细管11数量的调控，精确地控制换热量，进而实现对出风温度更精准的控制；与湿帘降温的方式相比，没有噪声，不会增加空气湿度，且控制方便。

制热模式下，开启热水电磁阀，使散热水箱4内的水通过半导体制冷片2的散热面22吸收热量，通过第二毛细管12将高温水送到风扇进风口处，进入风扇的空气与高温第二毛细管12接触后温度升高吹出热风；开启冷水电磁阀，制冷水箱3内的水通过半导体制冷片2的制冷面21吸收热量，通过第二毛细管12将低温水送回制冷水箱3。

制热模式下，开启热水电磁阀，水泵6将散热水箱4中的水输送到半导体制冷片2的散热面22被加热，而后输送到进风流道中的多根第二毛细管12中，通过多根第二毛细管12与进风进行换热，进而提高风扇的出风温度，制热完成后再回流到散热水箱4中，然后再开启冷水电磁阀，制冷水箱3内的水通过半导体制冷片2的制冷面21吸收热量，通过第二毛细管12将低温水送回制冷水箱3。

具体地，计时控制步骤包括：

接收计时信息值；

与预设值比对；

若计时信息值小于预设值，则重新接收出风温度Tc信号；

若计时信息值等于预设值，则关机。

当出风温度满足要求，制冷风扇工作一定时间后即可停止工作，以达到节能的目的，当运行时间小于预设值，风扇持续工作，过程中同时进行出风温度的反馈和判断，如出风温度不满足要求，则进行相应循环回路的控制和操作，如满足则断续吹风，直到满足运行时间，则关机。

在一个具体的实施例中，半导体风扇包括控制器9、半导体制冷片2、电磁阀5、水泵6、温度检测传感器、计时器、电机7、制冷水箱3、散热水箱4、毛细管1和显示模块，各部分的具体功能如下：

控制器9：负责整机逻辑的运算，所有功能逻辑、执行命令都由控制器9完成，该模块对半导体制冷片2的温度、电磁阀5的开关、水泵6的转速、进行控制。

半导体制冷片2：半导体制冷是利用P型半导体和N型半导体两种材料在直流电场下形成的热电效应，实现对物体的制冷效果，当两种材料接触形成PN结时，在外电场或热差梯度作用下，电子会从N型区域移动到P型区域，同时伴随着热量的传递，使得N型区域温度降低，P型区域温度升高，最终实现对物体的制冷。

电磁阀5：电磁阀5里有磁铁线圈，通电后阀体就会被吸引，在不同位置开有通孔，每个通孔分别连通至不同的水管，通过控制阀芯的移动来控制水流中走向不同的水管和流量的大小。本申请中制冷水箱3、散热水箱4和毛细管1水路中都设置有电磁阀5，分别为冷水电磁阀、热水电磁阀和开关阀。

水泵6：通过控制水泵6叶轮的转速大小可控制水流大小，同等温差下，水流流速越大则带走的热量越多。

温度检测传感器：电阻随着温度变化，其电阻值也发生变化；温度每变化一度，电阻值变化是不同的，而电阻值又可以直接作为输出信号，内置对应关系，不同温度对应不同阻值，控制器9将阻值转换为AD值，控制器9根据不同的阻值可得出对应的温度。

电机7：不同的风扇档位对应不同的电机7转速，通过控制电机7转速就可控制风扇的档位。

制冷水箱3：存放流过半导体制冷片2制冷面21的低温水。

散热水箱4：存放流过半导体制冷片2散热面22的高温水，可单独分离，将散热水箱4与整机进行分离，并通过水管连接，方便散热。

如图2所示，控制流程如下：

在整机开启后，设置所需温度Ts，控制器9通过出风温度传感器对当前出风温度进行检测得到温度Tc，若检测温度Tc与预设温度Ts一致，则进入时间计时判断；若检测温度与设置温度不一致，根据控制器9算法控制半导体制冷片2使其温度达到Tb，控制相应的电磁阀5（Px）开启，控制电机7转速为Vd。

控制电磁阀Px开启后，根据控制器9算法开启水泵6，控制其转速为Vs。

在开启制冷时，制冷水箱3的冷水电磁阀开启，使制冷水箱3内的水通过半导体制冷片2的制冷面21降低温度，通过毛细管1将低温水送到风扇进风口处，进入风扇的空气与低温毛细管1接触后温度降低吹出冷风；散热水箱4的热水电磁阀开启，散热水箱4内的水通过半导体制冷片2的散热面22吸收热量，通过毛细管1将高温水送到散热风扇处，可将散热水箱4单独分离，提高散热效率。

在开启制热时，散热水箱4的热水电磁阀开启，是散热水箱4内的水通过半导体制冷片2的散热面22吸收热量，通过毛细管1将高温水送到风扇进风口处，进入风扇的空气与高温毛细管1接触后温度升高吹出热风；制冷水箱3的冷水电磁阀开启，制冷水箱3内的水通过半导体制冷片2的制冷面21吸收热量，通过毛细管1将低温水送回制冷水箱3，减少温度散失，提高制热效率。

进入计时累计，进行时间计时判断，若时间计时达到计时时间，则整机关机；若时间计时未达到计时时间，则重新进行温度检测。

根据此温度检测控制逻辑，改变Tb、Px、Vd、Vs的数值可设置不同的模式。如静音模式下，Vd、Vs减小，通过降低水泵6和电机7的转速来实现静音，通过控制Tb、Px大小，实现对温度的控制。

本方案通过温度检测传感器实时检测风的温度，通过控制器9内部算法实时调节半导体制冷片2温度、毛细管1开通数量、风机转速来实现精确调温。制冷片温度低，水的温度低；水管开通数量多吸收的热量就多，相应的风扇吹出的风温度就低；水管开通数量少吸收的热量就少，相应的风扇吹出的风温度就高；风机转速越大，流量越大，用户感觉到越凉快；开启制冷时，制冷水箱3和散热水箱4的电磁阀分别开启，制冷水箱3通过制冷片的制冷面21降低温度，低温水通过毛细管1流到风机进风口处，空气经过毛细管1温度降低，吹出冷风；此时散热水箱4通过制冷片散热面22将温度带走，高温水通过毛细管1流到散热风扇处，将温度传递到空气中。

本发明采用毛细管1替代水帘，避免了水帘工作噪声大、频繁加水以及吹出的水汽加重空气湿度的问题。通过控制电磁阀5的开关，控制水循环的路径，提高制冷片的散热效率。通过控制电磁阀5开启关闭来控制毛细管1的开通数量，毛细管1的开通数量多则与通过的空气接触面积大，水流大则与通过的空气平均温差高，提高降温效率；通过控制水泵6的频率可控制水流大小。从而提高用户体验的舒适度和使用的安全性。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。