控制热电致冷中热电堆特性逆变的方法技术

本发明专利技术公开的控制热电致冷中热电堆特性逆变的方法，其特征是在特定的环境范围（用途）达到预设的温度标准停机后，同步为热电堆提供一个略大于零工作点的临界工作电压，使热电堆继续处在微工作状态下，其临界点的工作电压一般应为热电堆额定工作电压的２５～３５％。本发明专利技术针对热电堆的特性，采用“临界点”特定的供电方式，在热电堆停止正常工作后，继续为热电堆提供一定的电能，使其工作处在特定“临界点”状态，保证热电堆的吸、放热端不发生逆变，永远处在正常工作的特定状态下，既阻止了外界热源的迅速渗入，又不间断地为特定环境范围提供部分冷源，节能效果和制冷效果均明显提高。可广泛应用于热电致冷系列化产品中，具有较高的实用和推广价值。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制冷
，特别是。
技术介绍
热电致冷亦称半导体制冷(Semi-Conductor Cooling Device)、温差电制冷器、电子制冷等。1834年法国科学家珀尔帖发现了金属温差电逆效应。即有两种不同金属组成的一对热电偶，当电流通过热电偶时，因直流电通入的方向不同，将在热电偶结点处产生吸热或放热现象，这种物理现象称为珀尔帖效应。半导体制冷器是根据热电效应技术的特点，采用特殊半导体材料热电堆来制冷，能够将电能直接转换为热能，效率高，是一种新型绿色环保高技术产品，无污染、无噪声、冷、热转换快捷，工作迅速而著称于世，一直被人们青睐的制冷、制热的最佳技术之一。近几年来，由于科学技术的不断发展，随着国内外电子工业和半导体工业的不断发展热电致冷技术应用越来越广，使用功率越来越大，除在原来的几个高科技、国防领域使用之外，在家用电器领域中也逐步开始应用和普及，如冷水机、冷藏箱、冷藏柜(酒柜)、冰箱柜和小功率空调等，由于在很多方面优于传统的机械化学制冷，问世以来一直很受人们的青睐。但是，该系列化产品还不是完美无缺的，目前普遍存在的问题有1、耗能较大，电能转换为冷能(热能)效率较低。与传统的机械化学制冷相比，半导体致冷的能效比大大低于机械化学制冷的能效比，半导体致冷的能效比(电能转换为珀尔帖效应)一般为68％，而机械化学制冷的能效比一般为200％以上。2、机械化学制冷达到预设的温度标准停机(待机)后，温度回升较慢，再次开机(启动)时间较长；而半导体致冷达到预设的温度标准停机(待机)后温度回升很快，再次开机(启动)时间很短。造成这一现象的原因固然很多，但有一点恰恰被人们所忽视，那就是热电堆在正常工作时，一端产生吸热现象(冷端)，另一端产生放热现象(热端)(见图1)。而一旦达到人们所预设的温度标准，自动停机后，热电堆的工作状态马上发生相反的变化(逆变)，即原吸热端改变为放热端，原来的放热端改变为吸热端(见图2)，加上设计上放热端(蒸发器)的面积又远远数倍、数十倍大于吸热端面积(冷凝器)，外界热源(热能)能迅速渗入，使特定环境范围(空间)和用途的温度迅速回升，很快又进入开机工作状态，因而大大的增加了能耗，降低了能效比。在这一点上，机械化学致冷方式就不具备这一特性，只要特定范围的密封较好，空气流动量小，可以大于热电致冷5～10倍以上的待机时间。以35升的半导体冷藏箱为例致冷元器件为一片12705，电功率为12V×5A＝60W，在常温(25℃)工作状态下，开机120分钟，使冷藏箱内温度降至5～7℃左右，达到了冷藏的标准后，停机进入待机状态。在待机状态下测量箱内的温度为每分钟2～4℃的回升，大约15～25分钟后，箱内的温度又回到预设的开机温度，该机又进入工作状态。而在同等容积、同样环境下的机械化学制冷的冷藏箱，除在单位工作时间内能耗低于热电致冷外，开机120分钟可使箱内温度降至0℃左右，在待机60分钟的情况下，箱内温度仅回升2～4℃，与热电堆致冷的冷藏箱相比，可在2～3小时后再进入工作状态。实践证明，由于热电堆这一固有的特性，导致机械化学制冷的待机时间要大大高于热电致冷的待机时间，也是机械化学制冷的能效比远远的高于热电致冷能效比的一个很重要因素。众所周知，热电堆是由数十对、数百对不同的半导体材料串联所组成的，在导电性能上介于导体和绝缘体之间，而在导热性能上恰恰相反，半导体材料的热传导速度远远大于一般的很多金属，扣除其本身特性不讲，单单的自身导热能力(待机状态下)也等于在冷藏箱上开了一个大洞。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种针对热电致冷中热电堆的固有特性来，以在特定的环境范围达到预设的温度标准停机(待机)后，使热电堆继续处在微工作状态下，确保其自身的特性不发生逆变，即隔绝外界热源导入特定环境范围之内，还可以不间断地为其提供少量冷源。为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是，其特征是在特定的环境范围达到预设的温度标准停机后，同步为热电堆提供一个略大于零工作点的临界工作电压，使热电堆继续处在微工作状态下，其临界点的工作电压一般应为热电堆额定工作电压的25～35％。本专利技术与现有技术相比，具有以下特点1、热电堆在热电致冷中由满负荷间断工作，改为不间断地进行(满负荷或临界点)工作。2、热电堆在热电致冷中的满负荷工作时间大大地减少，约为现有技术的1/5～1/10的时间。3、耗能降低，能效比增加，在完全同等的条件下，可节能30～45％，能效比可提高20～40％。4、特定的环境范围(用途)的恒定温度相对稳定，相对而言，预设的温度的时间(待机时间)相应延长。附图说明图1为热电致冷时在额定工作电压、电流工作状态下，正常工作时的热源流动方式、方向示意图；图2为热电致冷在停机(待机)时供电工作状态下，热源流动方式、方向示意图；图3是热电致冷在临界点时供电工作状态下，热源流动方式、方向示意图；图4是本专利技术实施方式的电路原理图。具体实施例方式图中，1为热源方向，2为冷凝器，3为热电堆，4为蒸发器，5为电源，6为开关。本实施方式采用的，是在特定的环境范围达到预设的温度标准停机后，同步为热电堆提供一个略大于零工作点的临界工作电压，使热电堆继续处在微工作状态下，其临界点的工作电压一般应为热电堆额定工作电压的25～35％。而采用为热电堆临界点提供一个略大于零工作点的临界工作电压有很多种，如开关电源调整开关管的工作频率，改变占空比；可控硅控制改变导通角调整电压、电流；控制变压器改变副边抽头、调整电压等等。在此不一一描述。本实施方式采用的是如图4所示的基本电路来实现为热电堆临界点提供一个略大于零工作点的临界工作电压的，其中直流电源DCV1为热电堆RX提供正常工作电压，DCV2为热电堆RX提供临界点工作电压，DCV3为继电器K1、K2提供工作电压。将温控开关K3调整到预设的温度后，温控开关K3自动接通直流电源DCV3，继电器K1、K2同步动作，由于继电器K1为常闭，继电器K2为常开，所以继电器K1将直流电源DCV1接通，继电器K2将直流电源DCV2断开，直流电源DCV1经二极管D1、压敏电阻R1后送至由电容C1、C2、C3和电感L1所组成的共模网络后供热电堆RX，使热电堆RX正常工作。当温度达到预设的温度后，温控开关K3自动切断直流电源DCV3，继电器K1、K2同步动作，继电器K1将直流电源DCV1切断，继电器K2将直流电源DCV2接通，直流电源DCV2经二极管D2、压敏电阻R1后送至由电容C1、C2、C3和电感L1所组成的共模网络后供热电堆RX，由于直流电源DCV2所提供电压(电流)仅为热电堆RX额定工作电压(电流)的25～35％，热电堆RX仅能进行临界点工作。当温度回升后，温控开关K3自动接通直流电源DCV3，继电器K1、K2同步动作，继电器K1将直流电源DCV1接通，继电器K2将直流电源DCV2断开，直流电源DCV1经二极管D1、压敏电阻R1后送至由电容C1、C2、C3和电感L1所组成的共模网络后供热电堆RX，使热电堆RX又正常工作。当温度达到预设的温度后(是一个循环工作状态)，同上述一样，进入下一个循环工作。以一个50升半导体冷藏箱为例，使用的功率元件热电堆RX为12704×2片，该冷藏箱的正常输入电功率100W左右，本文档来自技高网...

【技术保护点】
控制热电致冷中热电堆特性逆变的方法，其特征是在特定的环境范围达到预设的温度标准停机后，同步为热电堆提供一个略大于零工作点的临界工作电压，使热电堆继续处在微工作状态下，其临界点的工作电压一般应为热电堆额定工作电压的２５～３５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李烨，张元，张琳，
申请(专利权)人：李烨，张元，张琳，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]