涉及热电热交换系统的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了涉及热电热交换系统的系统和方法。本公开的实施方案涉及控制多个热电冷却器（TEC）以维持腔室的设置点温度。在一个实施方案中，控制器接收对应于所述腔室的温度的温度数据。基于所述温度数据，所述控制器选择性地控制两个或更多个子组的TEC以将所述腔室的温度维持在所需设置点温度。以此方式，所述控制器被启用来控制所述TEC使得所述TEC操作来有效地将所述腔室的温度维持在所述设置点温度。在另一实施方案中，所述控制器基于温度数据和所需性能分布选择由所述控制器启用的一个或多个控制方案。所述控制器然后根据选定控制方案独立地控制一个或多个子组的TEC。

Systems and methods involving thermoelectric heat exchange systems

The invention discloses a system and method for a thermoelectric heat exchange system. The present disclosure scheme involves controlling a plurality of thermoelectric cooler (TEC) to maintain the setting point temperature of the chamber. In an implementation scheme, the controller receives temperature data corresponding to the temperature of the chamber. Based on the temperature data, the controller selectively controls two or more subgroups of TEC to maintain the temperature of the chamber at the required set point temperature. In this manner, the controller is enabled to control the TEC to enable the TEC operation to effectively maintain the temperature of the chamber at the set point temperature. In another implementation, the controller selects one or more control schemes that are enabled by the controller, based on the temperature data and the required performance distribution. The controller then independently controls the TEC of one or more subgroups according to the selected control scheme.

【技术实现步骤摘要】
涉及热电热交换系统的系统和方法本专利技术为分案申请，其母案的申请号为201380036256.1，申请日为2013年5月7日且专利技术名称为“涉及热电热交换系统的系统和方法”。相关申请案此申请要求以下临时申请的权益：●2012年5月7日提交的第61/643,622号临时申请；●2012年5月7日提交的第61/643,625号临时申请；●2012年5月7日提交的第61/643,628号临时申请；●2012年5月7日提交的第61/643,631号临时申请；●2012年5月7日提交的第61/643,635号临时申请；●2012年5月7日提交的第61/643,640号临时申请；●2012年5月7日提交的第61/643,644号临时申请；●2012年5月7日提交的第61/643,646号临时申请；●2012年5月7日提交的第61/643,649号临时申请；●2012年10月22日提交的第61/716,882号临时申请；●2012年10月22日提交的第61/716,885号临时申请；●2012年12月19日提交的第61/739,239号临时申请；●2013年3月15日提交的第13/836,525号非临时申请；●2013年4月22日提交的第13/867,519号非临时申请；●2013年4月22日提交的第13/867,567号非临时申请；和●2013年4月22日提交的第13/867,589号非临时申请；所述申请的公开内容以引用的方式全部并入本文中。
本公开内容涉及热电系统中的二相热电热交换器的安装。
技术介绍
如今，许多制冷系统是基于蒸汽压缩且使用恒温调节的占空比控制。然而，典型的基于蒸汽压缩的制冷系统的动力不足以满足稳定状态和瞬间需求两者，诸如在下拉或恢复期间。因此，基于蒸气压缩的制冷系统趋向于具有远超过稳定状态操作期间需要的热量提取需求的过量冷却能力。虽然由过量冷却能力提供的额外能力允许改善下拉性能，但是启动期间普遍存在的大的电流浪涌需要较高的容量且因此需要更昂贵的组件来处理负荷。此外，由占空比控制引发的大的电流浪涌和负荷过度地损耗组件，因而潜在地导致过早故障。此外，由于其控制、热动力限制和产品性能需求的本性，基于蒸气压缩的制冷系统的效率并未达到最佳。基于蒸气压缩的制冷系统的次佳效率缺点涉及精确地控制冷却腔室内的温度。通常，当冷却腔室内的温度超过某个值时，基于蒸气压缩的制冷系统激活且继续运行直到冷却腔室内的温度低于所述某个值为止。一旦冷却腔室达到低于所述某个值的温度，基于蒸气压缩的制冷系统便立即切断。尽管如此，除了如上文提及的过度损耗以外，这种类型的控制方案通常将具有相对较大的控制带和相对较大的内部温度分层以尝试最小化能量消耗且允许在周围状况不断变化的情况下正常运行。这种制度最通常使用，因为节流或容量变化难以进行且实施到蒸汽压缩循环中较为昂贵且随着体积效率下降而提供有限的效率。因此，需要一种用于精确地控制冷却腔室内的温度的系统和方法，在冷却腔室中，最大化用以从冷却腔室提取热量的组件的效率。此外，需要一种允许基于冷却腔室的冷却需求个别地选择制冷系统内的组件且因而个别地选择容量的系统和方法。
技术实现思路
本公开内容涉及热电系统内的二相热交换器的安装。一般来说，二相热交换器是以与垂面偏离某个角度而安装。在一个实施方案中，角度是在与垂面成2度及88度且包括2度及88度的范围中。在另一实施方案中，角度是在与垂面成6度及84度且包括6度及84度的范围中。在另一实施方案中，角度是在与垂面成12度及78度且包括12度及78度的范围中。在一个优选实施方案中，选择所述角度使得工作流体被推动来直接碰撞在二相热交换器内的最高热通量区域上。以此方式，改善二相热交换器的效率。本领域一般技术人员将明白本公开内容的范围且在结合附图阅读优选实施方案的以下详述之后意识到本公开内容的额外方面。附图说明并入本说明书中且形成本说明书的部分的附图展示了本公开内容的多个方面，且连同所述描述一起来解释本公开内容的原理。图1展示了根据本公开内容的一个实施方案的热电制冷系统，其具有冷却腔室；包括匣子的热交换器，所述匣子包括布置在冷侧散热器与热侧散热器之间的多个热电冷却器（TEC）；和控制器，其控制TEC以维持冷却腔室内的设置点温度；图2是展示了TEC的冷却能力和冷却效率对TEC的输入电流的图表；图3是根据本公开内容的一个实施方案的图1的匣子的更详细展示，其中匣子包括布置在实现TEC阵列中的多个不同子组的TEC的选择性控制的互连板上的TEC；图4是根据本公开内容的另一实施方案的图1的匣子的更详细展示，其中匣子包括布置在实现TEC阵列中的多个不同子组的TEC的选择性控制的互连板上的TEC；图5是根据本公开内容的另一实施方案的图1的匣子的更详细展示，其中匣子包括布置在实现多个不同子组的TEC的选择性控制的互连板上的TEC；图6是根据本公开内容的另一实施方案的图1的匣子的更详细展示，匣子包括布置在互连板上的单一TEC；图7是根据本公开内容的另一实施方案的图1的匣子的更详细展示，匣子包括布置在互连板上的四个TEC；图8是根据本公开内容的另一实施方案的图1的匣子的更详细展示，匣子包括布置在互连板上的六个TEC；图9展示根据本公开内容的一个实施方案的图3的不具有TEC的互连板；图10展示根据本公开内容的另一实施方案的图4的不具有TEC的互连板；图11展示根据本公开内容的另一实施方案的图5的不具有TEC的互连板；图12展示根据本公开内容的另一实施方案的图6的不具有TEC的互连板；图13展示根据本公开内容的另一实施方案的图7的不具有TEC的互连板；图14展示根据本公开内容的另一实施方案的图8的不具有TEC的互连板；图15展示根据本公开内容的一个实施方案的详述图1的控制器的各种操作状态、输入和输出的一个系统组件布局的实例；图16是根据本公开内容的一个实施方案的图1的控制器在图15的各种操作状态中操作时所述控制器的操作的更详细展示；图17展示根据本公开内容的一个实施方案的操作图1的控制器以将冷却腔室的温度维持在设置点温度的方法；图18展示根据本公开内容的另一实施方案的操作图1的控制器以将冷却腔室的温度维持在设置点温度的方法；图19展示根据本公开内容的一个实施方案的操作图1的控制器以监控图1的热交换器的一个或多个组件的温度以检测超温状况且作为响应采取动作以降低热交换器的一个或多个组件的温度的方法；图20A至图20C展示根据本公开内容的另一实施方案的具有多个并联热交换器的热电制冷系统；图21展示根据本公开内容的另一实施方案的包括每个具有单独的热连接散热器的两个冷却腔室的热电制冷系统；图22是根据本公开内容的一个实施方案的图1的热交换器的更详细展示；图23和图24以图表展示根据本公开内容的一个实施方案的连接到图22的热交换器的接受回路和排放回路的热二极管效应；图25展示根据本公开内容的一个实施方案的混合热交换器的热二极管效应；图26至图29是展示根据本公开内容的一个实施方案的图1和图21的热交换器的冷侧散热器的配置的示意图；图30展示根据本公开内容的一个实施方案的具有经由热导管热连接的物理地分离的热侧散热器和冷侧散热器的热交换器；图31是展示根据本公开内容的一个实施方案的图30的热交换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电制冷系统，其包括：热交换器，其包括冷侧散热器和热侧散热器；热交换回路，其连接到所述冷侧散热器和所述热侧散热器中的一个，所述热交换回路根据热对流原理操作以提供工作流体通过所述热交换回路的被动二相传输；和热绝缘，其使所述热交换器与由所述热电制冷系统的冷却腔室和所述热电制冷系统外部的环境所组成的群组中的至少一个热绝缘。

【技术特征摘要】
2012.05.07 US 61/643622;2012.05.07 US 61/643625;201.一种热电制冷系统，其包括：热交换器，其包括冷侧散热器和热侧散热器；热交换回路，其连接到所述冷侧散热器和所述热侧散热器中的一个，所述热交换回路根据热对流原理操作以提供工作流体通过所述热交换回路的被动二相传输；和热绝缘，其使所述热交换器与由所述热电制冷系统的冷却腔室和所述热电制冷系统外部的环境所组成的群组中的至少一个热绝缘。2.根据权利要求1所述的热电制冷系统，其中所述热交换回路在所述热交换器停用时用作热敏二极管使得与所述热绝缘结合的所述热敏二极管防止当所述热交换器停用时热量泄漏返回到所述冷却腔室中。3.根据权利要求1所述的热电制冷系统，其中所述热交换器包括布置在所述冷侧散热器与所述热侧散热器之间的一个或多个热电冷却器。4.根据权利要求3所述的热电制冷系统，其中所述热交换回路在所述一个或多个热电冷却器停用时用作热敏二极管使得与所述热绝缘结合的所述热敏二极管防止当所述一个或多个热电冷却器停用时热量泄漏返回到所述冷却腔室中。5.根据权利要求3所述的热电制冷系统，其还包括：控制器，其被配置来提供所述一个或多个热电冷却器的占空比控制；其中所述热交换回路在所述一个或多个热电冷却器在所述占空比控制的断开周期期间停用时用作热敏二极管，使得与所述热绝缘结合的所述热敏二极管防止当所述一个或多个热电冷却器在所述占空比控制的所述断开周期期间停用时热量泄漏返回到所述冷却腔室中。6.根据权利要求1所述的热电制冷系统，其中所述热交换回路是接受回路，其连接到所述热交换器的所述冷侧散热器且操作来从所述冷却腔室提取热量。7.根据权利要求1所述的热电制冷系统，其中所述热交换回路是排放回路，其连接到所述热交换器的所述热侧散热器且操作来将热量排放到所述热电制冷系统外部的所述环境。8.根据权利要求1所述的热电制冷系统，其中所述热交换回路是接受回路，其连接到所述热交换器的所述冷侧散热器且操作来从所述冷却腔室提取热量，且所述热电制冷系统还包括：排放回路，其连接到所述热交换器的所述热侧散热器，所述排放回路根据热对流原理操作以提供工作流体通过所述排放回路的被动二相传输以从而将热量从所述热侧散热器排放到所述热电制冷系统外部的所述环境。9.根据权利要求8所述的热电制冷系统，其中所述热绝缘使所述热交换器与所述冷却腔室和所述热电制冷系统外部的所述环境热隔离。10.根据权利要求9所述的热电制冷系统，其中所述热交换器的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：JW爱德华兹，RJ瑟里恩，MS朱恩，A亚达夫，JB萨默斯三世，
申请(专利权)人：弗诺尼克设备公司，
类型：发明
国别省市：美国,US