一種環(huán)流式熱管自調(diào)節(jié)冰箱的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種環(huán)流式熱管自調(diào)節(jié)冰箱，包括半導(dǎo)體制冷芯片，交直流轉(zhuǎn)換模塊，微處理器，還包括用于采集半導(dǎo)體制冷芯片冷端溫度、熱端溫度的溫度采集模塊，控制半導(dǎo)體制冷芯片工作的電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊，所述溫度采集模塊、電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊與微處理器連接，所述微處理器接收溫度采集模塊的信號并控制電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊調(diào)整半導(dǎo)體制冷芯片的實時工作電壓。本實用新型的制冷芯片運行電壓可變，使工作電壓始終處于最佳運行狀態(tài)，因而具有明顯的節(jié)能效果。
【專利說明】一種環(huán)流式熱管自調(diào)節(jié)冰箱
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體冰箱【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說是涉及一種環(huán)流式熱管自調(diào)節(jié)冰箱。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體制冷也稱為熱電制冷或溫差電制冷，是一項建立在帕爾貼效應(yīng)基礎(chǔ)上的人工制冷技術(shù)。半導(dǎo)體制冷具有無運動部件、無制冷劑、制冷器體積小、輕便可靠等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)療、國防以及民用等領(lǐng)域。但是，目前半導(dǎo)體冰箱的發(fā)展受到一定制約，其主要原因是半導(dǎo)體冰箱的能效比偏低，半導(dǎo)體制冷的性能特性主要體現(xiàn)在能效比和制冷量兩個方面，影響其性能的一個重要因素就是熱管散熱的半導(dǎo)體冰箱散熱效率較低，熱管散熱只能是自然散熱，無法通過風(fēng)力排出，因而其散熱效率有所限制。另一個重要因素就是半導(dǎo)體制冷芯片的工作電壓，由于半導(dǎo)體制冷芯片的最大制冷量和最佳能效比對應(yīng)的工作電壓不同，如按最佳能效比確定工作參數(shù)，則制冷量較小；如按最大制冷量確定工作參數(shù)，則半導(dǎo)體制冷芯片工作電壓過大、能效比低，半導(dǎo)體冰箱工作的室外溫度和箱內(nèi)溫度是變化的，半導(dǎo)體制冷芯片的冷端和熱端溫差也是變化的，這就要求最佳工作參數(shù)隨半導(dǎo)體冰箱工況變化而變化，而目前的半導(dǎo)體制冷芯片工作電壓是恒定的，因而不能滿足這一要求。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是，提供一種環(huán)流式熱管自調(diào)節(jié)冰箱，提高冰箱整體制冷效率，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是:一種環(huán)流式熱管自調(diào)節(jié)冰箱，包括箱體，半導(dǎo)體制冷芯片，冷端導(dǎo)熱裝置，熱端散熱器，控制系統(tǒng)，所述熱端散熱器包括基板、吸熱腔體、熱管、翅片和工質(zhì)，在所述吸熱腔體上連接有兩套熱管，每套熱管均與吸熱腔體內(nèi)的吸熱腔相通形成封閉回路；所述控制系統(tǒng)包括溫度采集模塊，控制半導(dǎo)體制冷芯片工作的電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊，微處理器，所述溫度采集模塊、電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊與微處理器連接，所述微處理器接收溫度采集模塊的信號并控制電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊調(diào)整半導(dǎo)體制冷芯片的實時工作電壓。
[0005]所述溫度采集模塊用于采集冰箱環(huán)境溫度、箱內(nèi)溫度、半導(dǎo)體制冷芯片的冷端和熱端的溫度。
[0006]所述控制系統(tǒng)還包括計算冰箱環(huán)境溫度與箱內(nèi)溫度之差的比較器、最高效率電壓運算模塊、最高冷量電壓運算模塊，所述微處理器根據(jù)比較器的結(jié)果以擇一方式選擇運行最高效率電壓運算模塊或最高冷量電壓運算模塊。
[0007]所述熱管的回流管段設(shè)有U型彎。
[0008]所述U型彎設(shè)置在熱管回流管段的底部。
[0009]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0010]本實用新型的半導(dǎo)體制冷芯片的熱端采用環(huán)流式雙熱管散熱器，對半導(dǎo)體熱端的熱管面積以及管路流程進行優(yōu)化，提高了熱管的散熱效果。
[0011]環(huán)流式雙熱管散熱器的回流管底部設(shè)U形彎，可調(diào)節(jié)散熱器儲液量，適應(yīng)制冷系統(tǒng)工況的變化，提高熱管效率。
[0012]本實用新型的半導(dǎo)體冰箱采用工作電壓自調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其制冷芯片運行電壓可變，使工作電壓始終處于最佳運行狀態(tài)，因而具有明顯的節(jié)能效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的熱端散熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是圖1的仰視圖。
[0015]圖3是圖1的側(cè)視圖。
[0016]圖4是本實用新型的控制系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例，對本實用新型作進一步詳細說明，應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本實用新型，而非用于對本實用新型的限制:
[0018]參見圖1-3，本實用新型的環(huán)流式熱管自調(diào)節(jié)冰箱包括箱體，半導(dǎo)體制冷芯片，冷端導(dǎo)熱裝置，熱端散熱器，控制系統(tǒng)。其中，熱端散熱器采用環(huán)流式雙熱管散熱器，它由:基板4、吸熱腔體5、熱管1、翅片2和工質(zhì)組成，采用環(huán)流雙熱管結(jié)構(gòu)，熱管I與吸熱腔體5內(nèi)的吸熱腔相通形成封閉回路，工質(zhì)在封閉回路內(nèi)循環(huán)，為減小空間同時加強散熱效果，保證足夠長的換熱管長，熱管I呈S形走向，一熱管從吸熱腔體5的左側(cè)引出，經(jīng)過連續(xù)的多段S形管路后從右側(cè)回到吸熱腔體5內(nèi)，另一熱管則相反。基板4和吸熱腔體5為一體化結(jié)構(gòu)，基板4緊貼在半導(dǎo)體制冷芯片的熱端，與芯片的熱端接觸換熱。在熱管I的回流管段的底部設(shè)有U形彎3，用于儲存更多的液態(tài)工質(zhì)，以適應(yīng)更寬范圍的制冷系統(tǒng)工況變化，從而提高換熱效率。熱管工作時，基板受熱溫度升高，吸熱腔內(nèi)的工質(zhì)開始汽化沿?zé)峁艿恼舭l(fā)管段上升，熱管將工質(zhì)所攜帶的熱量傳導(dǎo)至翅片，由翅片將熱量傳遞至外界。工質(zhì)冷卻液化回流至回流管段底部的U形彎，再回到吸熱腔內(nèi)繼續(xù)循環(huán)。本實用新型采用雙熱管技術(shù)，熱攜帶能力強，冷凝液工質(zhì)回流快，結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活、占用空間小，大大提高了傳熱效率。
[0019]參見圖4，本實用新型的環(huán)流式熱管自調(diào)節(jié)冰箱控制系統(tǒng)包括半導(dǎo)體制冷芯片，交直流轉(zhuǎn)換模塊，微處理器，還包括用于采集半導(dǎo)體制冷芯片冷端溫度、熱端溫度的溫度采集模塊，控制半導(dǎo)體制冷芯片工作的電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊，所述溫度采集模塊、電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊與微處理器連接，所述微處理器接收溫度采集模塊的信號并控制電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊調(diào)整半導(dǎo)體制冷芯片的實時工作電壓。所述溫度采集模塊還用于采集冰箱環(huán)境溫度、箱內(nèi)溫度，系統(tǒng)還包括計算冰箱環(huán)境溫度與箱內(nèi)溫度之差的比較器、最高效率電壓運算模塊、最高冷量電壓運算模塊，所述微處理器根據(jù)比較器的結(jié)果以擇一方式選擇運行最高效率電壓運算模塊或最高冷量電壓運算模塊。
[0020]半導(dǎo)體制冷芯片的制冷量和能效比的最佳工作點電壓隨半導(dǎo)體制冷芯片冷端溫度和熱端溫差而變化。本實用新型根據(jù)冰箱箱內(nèi)溫度與設(shè)定溫度的差值判斷分為冷卻運行狀態(tài)和穩(wěn)定運行狀態(tài)，當冰箱處于冷卻運行狀態(tài)時，根據(jù)試驗得出的半導(dǎo)體制冷芯片最大制冷量工作電壓與半導(dǎo)體制冷芯片熱端、冷端溫度的關(guān)系式，系統(tǒng)運行最高冷量電壓運算模塊，實時對工作電壓進行調(diào)節(jié)。在進行穩(wěn)定運行狀態(tài)時，根據(jù)試驗得出半導(dǎo)體制冷芯片最大能效比工作電壓與半導(dǎo)體制冷芯片熱端、冷端溫度的關(guān)系式，系統(tǒng)運行最高效率電壓運算模塊，冰箱先以最大能效比工作電壓工作，如此時制冷量大于冰箱熱負荷，冰箱將以該電壓繼續(xù)工作，通過開停控制，使制冷量與熱負荷平衡。如此時制冷量小于冰箱熱負荷，則適當加大電壓，增加制冷量。
[0021]最高效率電壓運算模塊的運算公式如下:
[0022]Unmax=Q Δ T [(1+0.5Z Δ Τ)°.5-1]_1
[0023]最高冷量電壓運算模塊的運算公式如下:
[0024]Uanax= (Qp-Qn)Tc
[0025]上式中，αρ——P型電偶臂的溫差電動勢率；αΝ——NP型電偶臂的溫差電動勢率；TC——冷端絕對溫度；Λ T——電偶臂的溫差；α = ( αρ-αΝ) ；Ζ= ( αρ-αΝ)2 (KR) ；K——電偶臂的總熱導(dǎo)；R——電偶臂的總電阻。
[0026]本實用新型通過檢測箱內(nèi)外溫度以及箱內(nèi)溫度與設(shè)定溫度差值，采用PWM脈寬調(diào)節(jié)方式實時調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷芯片工作電壓，對輸出電壓進行檢測，采用模糊PID控制對電壓進行精確控制。具體如下:
[0027]當檢測到箱內(nèi)溫度與設(shè)定溫度的差值大于2度時，計算最高制冷量工作電壓并運行，然后每5分鐘讀取箱內(nèi)溫度的數(shù)據(jù)，當箱內(nèi)溫度與設(shè)定溫度的差值小于2度時，計算最高效率工作電壓并運行，此時，系統(tǒng)計算制冷量并比較熱負荷值，若制冷量大于熱負荷，則繼續(xù)按此
[0028]電壓工作，若否，則由PID調(diào)節(jié)工作電壓，增加制冷量。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)流式熱管自調(diào)節(jié)冰箱，包括箱體，半導(dǎo)體制冷芯片，冷端導(dǎo)熱裝置，熱端散熱器，控制系統(tǒng)，其特征在于:所述熱端散熱器包括基板、吸熱腔體、熱管、翅片和工質(zhì)，在所述吸熱腔體上連接有兩套熱管，每套熱管均與吸熱腔體內(nèi)的吸熱腔相通形成封閉回路；所述控制系統(tǒng)包括溫度采集模塊，控制半導(dǎo)體制冷芯片工作的電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊，微處理器，所述溫度采集模塊、電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊與微處理器連接，所述微處理器接收溫度采集模塊的信號并控制電壓輸出及調(diào)節(jié)模塊調(diào)整半導(dǎo)體制冷芯片的實時工作電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰箱，其特征在于:所述溫度采集模塊用于采集冰箱環(huán)境溫度、箱內(nèi)溫度、半導(dǎo)體制冷芯片的冷端和熱端的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冰箱，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括計算冰箱環(huán)境溫度與箱內(nèi)溫度之差的比較器、最高效率電壓運算模塊、最高冷量電壓運算模塊，所述微處理器根據(jù)比較器的結(jié)果以擇一方式選擇運行最高效率電壓運算模塊或最高冷量電壓運算模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的冰箱，其特征在于:所述熱管的回流管段設(shè)有U型彎。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冰箱，其特征在于:所述U型彎設(shè)置在熱管回流管段的底部。
【文檔編號】F25D11/00GK203629180SQ201320891180
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】梁永詒, 劉三保 申請人:佛山市順德區(qū)奧達信電器有限公司