專利名稱：采用變壓、變流技術控制的溫差電致冷器的制作方法
技術領域：
本發明涉及溫差電致冷及控制技術。
溫差電致冷量在珀爾帖效應基礎上，利用兩種導體中的電子和空穴在通電回路中產生的勢能變化和吸熱、放熱現象，形成冷、熱端，進而實現致冷性能的。由于致冷組件運行時有電流通過溫差電偶則產生焦耳熱，同時熱端的溫度也將傳入冷端，故在熱平衡狀態下，冷端的熱平衡方程為Qc＝αpnTcI-0.5T2R-K(Th-Tc)即冷端的致冷量等于冷端產生的珀爾帖冷量減去帶入冷端的1/2焦耳熱，再減去由付里葉熱傳導定律決定的熱端傳入冷端的熱量。由上式可知，要提高致冷性能，除了要改善溫差電致冷組件的傳導散熱方式，減少冷熱端因溫度積累形成的熱交換，降低冷熱端溫差，即減小第三項外，還需選擇適當的工作電流和電功率，以相對減少電流引起的焦耳熱。若電流I取值偏小，會使第一項αpnTcI即珀爾帖冷量減小；I取值大，會造成第二項0.5I2R和第三項K(Th-Tc)增加，有可能導致輸入電功率增加，功耗加大，致冷量Qc不但沒增加，反而減少。因此，當溫差電致冷器傳導散熱結構確定后，選取合適的工作電流即工作狀態，對于提高溫差電致冷器致冷效率，增加致冷量，改善致冷效果，擴大致冷容積，使之在更多的領域廣泛應用，具有極其重要的意義。
目前廣泛應用的溫差電致冷器，散熱大部分采用鋁型材加風扇結構，由于散熱結構不盡合理，致冷量較小，一般致冷器采用恒定電壓(因致冷器電阻值一定，則電流恒定)工作方式，即溫差電致冷器兩端電壓在工作過程中始終保持為一常數，無控制部分，不僅造成致冷系統功耗增加，而且致冷效率降低，致冷量減小，大大限制了溫差電致冷器的應用領域。因此，除積極開發研制高效傳冷散熱裝置外(如我公司研制開發的“采用熱管傳導的溫差電致冷器”專利申請號98202764.8)，尚需挖掘溫差電致冷器的致冷潛力，優化溫差電致冷器工作控制方式，使其達到最佳的致冷效果仍是溫差電致冷技術發展中亟待解決的重要課題。
本發明的目的是設計一種變壓、變流技術控制的溫差電致冷器。它主要由溫度傳感器、工作電壓控制電路及安裝在致冷組件冷、熱端的熱管傳導板和熱管散熱器組成，溫度傳感器將致冷狀態下的溫度、溫差參數傳輸給控制電路，由控制電路根據參數值調整、變化溫差電致冷器供電電壓，使之始終在最佳電流狀態下工作，從而降低功耗，減小致冷器冷熱端溫差，獲取最大致冷量。
本發明所屬的變壓、變流技術控制的溫差電致冷器，其技術方案主要包括(一)由溫差電致冷組件5、冷傳導板4和熱管散熱器6組成的冷熱端傳導、散熱裝置(如圖1)；(二)由安裝在致冷空間內、散熱器上、控制電路上(用于檢測環境溫度)的溫度傳感器1組成的溫度檢測裝置(如圖1)；(三)由電源(AC/DC)8組成的供電裝置(如圖1)；(四)由主控制電路7組成的變壓、變流控制裝置(如圖1)。采用變壓、變流技術控制的溫差電致冷器和控制電路所需的直流低電壓，溫度傳感器將環境溫度、致冷空間溫度和散熱器溫度傳輸給控制電路，由于起始工作，冷熱端溫差較小，控制電路給溫差電致冷器提供一較高值工作電壓，即此時工作電流較大，致冷量大，隨著熱端散熱器溫度的升高和冷端溫度下降，散熱器和環境溫差、冷熱端溫差(Th-Tc)增大，此時適當調整工作電壓(即工作電流)使其減小，則可以降低溫差造成致冷量損失項K(Th-Tc)及焦耳熱0.5I2R，從而保證一定的致冷量值。由于工作電流I減小，散熱器和環境溫差相應減小，當小到設定值時，可調大工作電流，增加珀爾帖致冷量，此時K(Th-Tc)相應值小，則總致冷量較大，整個溫差電致冷器始終在這一可變電流、變壓狀態下工作，以達到耗電小，致冷量大的目的。當致冷空間達到設定的溫度下限值后，控制電路供給溫差電致冷器—低電壓(大約為工作電壓的1/3)以維持珀爾貼效應，進入間歇工作期，但不能給其斷電，否則珀爾貼效應消失，冷熱端會通過溫差電致冷器形成熱短路。當致冷空間溫度超過設定上限值時，控制電路再提供一高電壓，重復最初的工作過程，周而復始工作，完成溫差電致冷器變壓變流控制過程。本發明所述采用變壓、變流技術控制的溫差電致冷器具有致冷量大、耗電小、節能之特點，對于提高溫差電致冷器致冷效率，改善致冷效果，擴大溫差電致冷器應用領域具有重大的意義。
本發明所述的采用變壓、變流技術控制的溫差電致冷器
如下圖1變壓、變流控制的溫差電致冷器結構示意圖；圖2根據致冷空間溫度進行變壓、變流控制的溫差電致冷電氣原理圖；圖3綜合致冷空間溫度、散熱器與環境溫差參數進行變壓、變流控制的溫差電致冷電氣原理圖；圖4應用于溫差電致冷冷藏箱中的由冷藏空間溫度參數進行變壓、變流控制的電路圖。
附圖中1-溫度傳感器；2-保溫層；3-致冷空間；4-冷傳導板；5-溫差電致冷器；6-散熱器；7-主控電路；8-電源；Rn-n號電阻；W-電位器；Rt-熱敏電阻；LED-發光二極管；D-開關二極管；9013-晶體管；A-運算放大器；B-集成電路NE555；BUZ11A-場效應管。
實施例主控電路采用脈沖電壓輸出；脈沖頻率固定，脈寬即占空比受調制信號控制，電路如圖4，此主控電路控制輸出電壓為兩值電壓，即工作電壓值12V，間歇工作電壓值4.7V。
下面結合實施例將本發明所述采用變壓、變流技術控制的溫差電致冷器實現方法詳細說明如下首先確定致冷空間所需的溫度范圍和致冷量(此處值選為2～6℃，47W)；選擇相應的溫差電致冷器及冷、熱端傳導散熱結構(此處選擇12705致冷片，散熱器和傳導板采用熱管絲網和鋁吹脹結構)；由溫差電致冷器所需的最大工作電流和工作電壓確定電源輸出功率(P＝IV＝12×5.5＝66W)；由致冷空間保溫性能確定工作間歇期的低電壓值(此處取4.7V)；在致冷空間內裝入溫度傳感器，將電源直流電壓輸出輸入給控制電路，由控制電路根據溫度傳感器傳輸的溫度信號，控制供給溫差電致冷器兩端的工作電壓。工作期電壓為12V，振蕩器輸出Q占空比為100％即為高電平；間歇期為4.7V，振蕩器輸出Q占空比為20％。如圖4電路，電位器W調整工作、間歇溫度值的下限，A、R1、W、Rt、R2、R3構成橋式比較電路，R5、R4確定溫度上、下限差值；9013、D1控制工作、間歇狀態，LED指示工作狀態，B-完成變壓功能，D2、R10、R9、C1控制振蕩器輸出Q占空比，BUZ11A放大輸出。整個工作控制過程如下首先由于致冷空間溫度T較高，控制電路將高電壓12V加給溫差電致冷器兩端，此時致冷量較大；當溫度T達到設定的溫度下限2℃時，進入間歇期，控制電路將輸入給溫差電致冷器兩端的脈沖電壓調整為4.7V(有效值)，電流相應變小，依靠箱體保溫保證間歇期，當致冷空間溫度T高于上限值6℃時，控制電路又將供給電壓重新調至12V，從而周而復始完成變壓、變流控制致冷。對于圖3的控制電路，可根據冷、熱端傳導散熱結構設定熱端散熱器和環境溫差范圍，得到輸出給溫差電致冷器兩端電壓的控制規律，即脈寬調制曲線，由控制電路按該曲線對脈沖發生器輸出的電壓脈沖信號脈寬進行調制(改變占空比)，從而使溫差電致冷器兩端的電壓按設定的控制規律自動改變，完成變壓、變流控制。
權利要求
1.一種用于溫差電致冷設備與產品的，采用變壓、變流技術控制的溫差電致冷器，其特征在于1)由安裝在致冷空間內、散熱器上，控制電路上(用于檢測環境溫度)的溫度傳感器組成的溫度檢測裝置；由主電路組成的變壓變流控制裝置。2)由溫差電致冷組件、冷傳導板和環流式熱管散熱器組成的冷熱端傳導散熱裝置。
2.按權力要求書1所述的采用變壓、變流技術控制的溫差電致冷器，其特征在于變壓、變流技術控制的溫差電致冷器始終在這一可變電壓、變流狀態下工作，以達到耗電小，致冷量大的目的。
全文摘要
本發明是提供一種由變壓、變流技術控制的環流式熱管傳導散熱溫差電致冷器。它主要由溫度傳感器、工作電壓控制電路及安裝在致冷組件冷、熱端的環流式熱管傳導板和熱管散熱器組成。通過溫度傳感器將致冷狀態下的溫度、溫差參數傳輸給控制電路,由控制電路根據參數值調整,變化溫差電致冷器供電電壓使之始終在最佳電流狀態下工作,從而降低能耗,減少致冷器冷熱端溫差,以獲取最大致冷量。
文檔編號F25B21/00GK1247966SQ99100309
公開日2000年3月22日 申請日期1999年1月20日 優先權日1999年1月20日
發明者郭琛, 高俊嶺, 張愛民 申請人:河北節能投資有限責任公司