专利名称：采用变压、变流技术控制的温差电致冷器的制作方法
技术领域：
本发明涉及温差电致冷及控制技术。
温差电致冷量在珀尔帖效应基础上，利用两种导体中的电子和空穴在通电回路中产生的势能变化和吸热、放热现象，形成冷、热端，进而实现致冷性能的。由于致冷组件运行时有电流通过温差电偶则产生焦耳热，同时热端的温度也将传入冷端，故在热平衡状态下，冷端的热平衡方程为Qc＝αpnTcI-0.5T2R-K(Th-Tc)即冷端的致冷量等于冷端产生的珀尔帖冷量减去带入冷端的1/2焦耳热，再减去由付里叶热传导定律决定的热端传入冷端的热量。由上式可知，要提高致冷性能，除了要改善温差电致冷组件的传导散热方式，减少冷热端因温度积累形成的热交换，降低冷热端温差，即减小第三项外，还需选择适当的工作电流和电功率，以相对减少电流引起的焦耳热。若电流I取值偏小，会使第一项αpnTcI即珀尔帖冷量减小；I取值大，会造成第二项0.5I2R和第三项K(Th-Tc)增加，有可能导致输入电功率增加，功耗加大，致冷量Qc不但没增加，反而减少。因此，当温差电致冷器传导散热结构确定后，选取合适的工作电流即工作状态，对于提高温差电致冷器致冷效率，增加致冷量，改善致冷效果，扩大致冷容积，使之在更多的领域广泛应用，具有极其重要的意义。
目前广泛应用的温差电致冷器，散热大部分采用铝型材加风扇结构，由于散热结构不尽合理，致冷量较小，一般致冷器采用恒定电压(因致冷器电阻值一定，则电流恒定)工作方式，即温差电致冷器两端电压在工作过程中始终保持为一常数，无控制部分，不仅造成致冷系统功耗增加，而且致冷效率降低，致冷量减小，大大限制了温差电致冷器的应用领域。因此，除积极开发研制高效传冷散热装置外(如我公司研制开发的“采用热管传导的温差电致冷器”专利申请号98202764.8)，尚需挖掘温差电致冷器的致冷潜力，优化温差电致冷器工作控制方式，使其达到最佳的致冷效果仍是温差电致冷技术发展中亟待解决的重要课题。
本发明的目的是设计一种变压、变流技术控制的温差电致冷器。它主要由温度传感器、工作电压控制电路及安装在致冷组件冷、热端的热管传导板和热管散热器组成，温度传感器将致冷状态下的温度、温差参数传输给控制电路，由控制电路根据参数值调整、变化温差电致冷器供电电压，使之始终在最佳电流状态下工作，从而降低功耗，减小致冷器冷热端温差，获取最大致冷量。
本发明所属的变压、变流技术控制的温差电致冷器，其技术方案主要包括(一)由温差电致冷组件5、冷传导板4和热管散热器6组成的冷热端传导、散热装置(如图1)；(二)由安装在致冷空间内、散热器上、控制电路上(用于检测环境温度)的温度传感器1组成的温度检测装置(如图1)；(三)由电源(AC/DC)8组成的供电装置(如图1)；(四)由主控制电路7组成的变压、变流控制装置(如图1)。采用变压、变流技术控制的温差电致冷器和控制电路所需的直流低电压，温度传感器将环境温度、致冷空间温度和散热器温度传输给控制电路，由于起始工作，冷热端温差较小，控制电路给温差电致冷器提供一较高值工作电压，即此时工作电流较大，致冷量大，随着热端散热器温度的升高和冷端温度下降，散热器和环境温差、冷热端温差(Th-Tc)增大，此时适当调整工作电压(即工作电流)使其减小，则可以降低温差造成致冷量损失项K(Th-Tc)及焦耳热0.5I2R，从而保证一定的致冷量值。由于工作电流I减小，散热器和环境温差相应减小，当小到设定值时，可调大工作电流，增加珀尔帖致冷量，此时K(Th-Tc)相应值小，则总致冷量较大，整个温差电致冷器始终在这一可变电流、变压状态下工作，以达到耗电小，致冷量大的目的。当致冷空间达到设定的温度下限值后，控制电路供给温差电致冷器—低电压(大约为工作电压的1/3)以维持珀尔贴效应，进入间歇工作期，但不能给其断电，否则珀尔贴效应消失，冷热端会通过温差电致冷器形成热短路。当致冷空间温度超过设定上限值时，控制电路再提供一高电压，重复最初的工作过程，周而复始工作，完成温差电致冷器变压变流控制过程。本发明所述采用变压、变流技术控制的温差电致冷器具有致冷量大、耗电小、节能之特点，对于提高温差电致冷器致冷效率，改善致冷效果，扩大温差电致冷器应用领域具有重大的意义。
本发明所述的采用变压、变流技术控制的温差电致冷器
如下图1变压、变流控制的温差电致冷器结构示意图；图2根据致冷空间温度进行变压、变流控制的温差电致冷电气原理图；图3综合致冷空间温度、散热器与环境温差参数进行变压、变流控制的温差电致冷电气原理图；图4应用于温差电致冷冷藏箱中的由冷藏空间温度参数进行变压、变流控制的电路图。
附图中1-温度传感器；2-保温层；3-致冷空间；4-冷传导板；5-温差电致冷器；6-散热器；7-主控电路；8-电源；Rn-n号电阻；W-电位器；Rt-热敏电阻；LED-发光二极管；D-开关二极管；9013-晶体管；A-运算放大器；B-集成电路NE555；BUZ11A-场效应管。
实施例主控电路采用脉冲电压输出；脉冲频率固定，脉宽即占空比受调制信号控制，电路如图4，此主控电路控制输出电压为两值电压，即工作电压值12V，间歇工作电压值4.7V。
下面结合实施例将本发明所述采用变压、变流技术控制的温差电致冷器实现方法详细说明如下首先确定致冷空间所需的温度范围和致冷量(此处值选为2～6℃，47W)；选择相应的温差电致冷器及冷、热端传导散热结构(此处选择12705致冷片，散热器和传导板采用热管丝网和铝吹胀结构)；由温差电致冷器所需的最大工作电流和工作电压确定电源输出功率(P＝IV＝12×5.5＝66W)；由致冷空间保温性能确定工作间歇期的低电压值(此处取4.7V)；在致冷空间内装入温度传感器，将电源直流电压输出输入给控制电路，由控制电路根据温度传感器传输的温度信号，控制供给温差电致冷器两端的工作电压。工作期电压为12V，振荡器输出Q占空比为100％即为高电平；间歇期为4.7V，振荡器输出Q占空比为20％。如图4电路，电位器W调整工作、间歇温度值的下限，A、R1、W、Rt、R2、R3构成桥式比较电路，R5、R4确定温度上、下限差值；9013、D1控制工作、间歇状态，LED指示工作状态，B-完成变压功能，D2、R10、R9、C1控制振荡器输出Q占空比，BUZ11A放大输出。整个工作控制过程如下首先由于致冷空间温度T较高，控制电路将高电压12V加给温差电致冷器两端，此时致冷量较大；当温度T达到设定的温度下限2℃时，进入间歇期，控制电路将输入给温差电致冷器两端的脉冲电压调整为4.7V(有效值)，电流相应变小，依靠箱体保温保证间歇期，当致冷空间温度T高于上限值6℃时，控制电路又将供给电压重新调至12V，从而周而复始完成变压、变流控制致冷。对于图3的控制电路，可根据冷、热端传导散热结构设定热端散热器和环境温差范围，得到输出给温差电致冷器两端电压的控制规律，即脉宽调制曲线，由控制电路按该曲线对脉冲发生器输出的电压脉冲信号脉宽进行调制(改变占空比)，从而使温差电致冷器两端的电压按设定的控制规律自动改变，完成变压、变流控制。
权利要求
1.一种用于温差电致冷设备与产品的，采用变压、变流技术控制的温差电致冷器，其特征在于1)由安装在致冷空间内、散热器上，控制电路上(用于检测环境温度)的温度传感器组成的温度检测装置；由主电路组成的变压变流控制装置。2)由温差电致冷组件、冷传导板和环流式热管散热器组成的冷热端传导散热装置。
2.按权力要求书1所述的采用变压、变流技术控制的温差电致冷器，其特征在于变压、变流技术控制的温差电致冷器始终在这一可变电压、变流状态下工作，以达到耗电小，致冷量大的目的。
全文摘要
本发明是提供一种由变压、变流技术控制的环流式热管传导散热温差电致冷器。它主要由温度传感器、工作电压控制电路及安装在致冷组件冷、热端的环流式热管传导板和热管散热器组成。通过温度传感器将致冷状态下的温度、温差参数传输给控制电路,由控制电路根据参数值调整,变化温差电致冷器供电电压使之始终在最佳电流状态下工作,从而降低能耗,减少致冷器冷热端温差,以获取最大致冷量。
文档编号F25B21/00GK1247966SQ99100309
公开日2000年3月22日 申请日期1999年1月20日 优先权日1999年1月20日
发明者郭琛, 高俊岭, 张爱民 申请人:河北节能投资有限责任公司