一种分布式半导体制冷冰箱及其控制方法技术

本发明专利技术属于冰箱技术领域，公开了一种分布式半导体制冷冰箱及其控制方法，冰箱箱体的箱壁里侧分布安装有若干低功率小型半导体制冷片，半导体制冷片的冷端通过导热装置连接有冷端换热装置，冷端换热装置安装在冰箱箱体里侧；半导体制冷片的热端连接有热端换热装置，热端换热装置安装在冰箱箱体外侧，所述冰箱箱体、冷端换热装置和热端换热装置通过卡具固定连接。本发明专利技术采用自然对流散热方式，没有引入风扇等强制散热部件，解决了常规半导体制冷冰箱噪音和振动的问题；采用的是多个低功率小型半导体制冷片分布布置方案，多点制冷增强了冰箱内部空气的对流，提高了冷端换热效率，显著增加了冰箱的能效以及内部温度分布的均匀性。增加了冰箱的能效以及内部温度分布的均匀性。增加了冰箱的能效以及内部温度分布的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式半导体制冷冰箱及其控制方法


[0001]本专利技术属于冰箱
，尤其涉及一种分布式半导体制冷冰箱及其控制方法。

技术介绍

[0002]半导体制冷冰箱，也称为热电制冷冰箱，其利用半导体制冷片通过帕尔贴效应将电能转换成热能，与压缩式制冷冰箱相比，拥有体积小、重量轻、无噪音、无需制冷工质等等优点。
[0003]半导体制冷片在运行过程中，其冷端产生冷能的同时，热端也会放出大量热量，为了保证半导体制冷片的正常工作，需要采用不同的散热手段进行散热。市场上的半导体制冷冰箱大多使用的是常规尺寸的半导体制冷片，功率较大，其热端产生的热量一般只能使用例如风扇这样的强制散热手段才能散掉。如在2016年公告的专利技术专利“半导体制冷冰箱”，专利申请号为201510055838.5，其采用热管、翅片散热器以及风机的散热方式降低半导体制冷片热端的温度，以提高冰箱的能效。但不足之处在于热管、翅片散热器和风机组合的方式增加了结构的复杂度，也显著增加了产品的失效风险以及成本，同时风机的引入还带来了噪音和振动的劣势，并且连续的振动还会降低半导体制冷片的使用寿命。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的半导体制冷冰箱的散热结构复杂度高，增加了产品的失效风险以及成本，同时风机的引入还带来了噪音和振动的劣势，并且连续的振动还会降低半导体制冷片的使用寿命。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种分布式半导体制冷冰箱及其控制方法。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种分布式半导体制冷冰箱包括：
[0007]半导体制冷片，包括若干低功率小型半导体制冷片，分布安装在冰箱箱体的箱壁中，冷端朝向冰箱箱体内部，热端朝向冰箱箱体外侧；
[0008]导热装置，安装在冰箱箱体箱壁之中，内端和外端分别与冷端换热装置和半导体制冷片的冷端连接，用于将半导体制冷片的冷端的冷能传递到冷端换热装置；
[0009]热端换热装置，安装在半导体制冷片热端，用于将半导体制冷片热端产生的热量导出；
[0010]冷端换热装置，安装在导热装置的内端，用于将半导体制冷片冷端产生的冷能导入冰箱箱体内部。
[0011]进一步，所述冰箱箱体、紧固热端换热装置和冷端换热装置之间通过卡具连接，所述卡具包括：外部螺母、螺柱和内部螺母，外部螺母和内部螺母分别与螺柱两端连接。
[0012]进一步，所述卡具为塑料卡具。
[0013]进一步，所述冰箱箱体的开口处连接有冰箱盖，所述冰箱箱体的开口处与冰箱盖对应位置分别安装有多个磁吸装置。
[0014]进一步，若干半导体制冷片之间通过串联结合的方式电性连接。
[0015]进一步，低功率小型半导体制冷片是通过将单个常规尺寸的半导体制冷片中的半导体材料元件分成若干份，并分别封装成单个独立的小型半导体制冷片。
[0016]进一步，所述热端换热装置为一体化结构，既用于半导体制冷片的热端散热，也用于作为冰箱的外壳。
[0017]进一步，所述冷端换热装置为一体化结构，既用于将半导体制冷片冷端产生的冷能导入冰箱内部，也用于作为冰箱内部的储物间。
[0018]本专利技术的另一目的在于提供一种所述分布式半导体制冷冰箱的控制方法，所述控制方法包括：热端换热装置连接在半导体制冷片的热端，将热端产生的热量通过自然散热的方式散出，半导体制冷片的冷端连接导热装置的外端，冷端换热装置连接于导热装置的内端，冰箱运行过程中，半导体制冷片冷端产生的冷能经过导热装置，最后由冷端换热装置导入冰箱箱体。
[0019]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0020]第一，针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本专利技术技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
[0021]本专利技术采用的是自然对流散热方式，没有引入风扇等强制散热部件，解决了常规半导体制冷冰箱噪音和振动的问题。
[0022]本专利技术采用的是多个低功率小型半导体制冷片分布布置方案，多点制冷增强了冰箱内部空气的对流，提高了冷端换热效率，显著增加了冰箱的能效以及内部温度分布的均匀性。
[0023]本专利技术中的冷端换热装置既可用于导入半导体制冷片冷端产生的冷能，又可充当储物间；同样的，热端换热装置既可用于散出半导体制冷片热端产生的热能，又可充当冰箱外壳，整体结构复杂度较低，提高了半导体制冷冰箱的使用体验并且降低了成本。
[0024]本专利技术采用低功率小型半导体制冷片，其热端产生的热量较少，不需要配备风机等强制散热方式，仅通过所述热端换热装置即可在自然对流的条件下散掉热量。同时为了解决低功率小型的半导体制冷片制冷功率较小的缺陷，使用了若干个半导体制冷片分布安装在冰箱箱壁中，保证了总体产生的冷能足够将冰箱内部降低到目标的冷藏温度。
[0025]卡具为塑料卡具，热导率较低，其不仅能紧固整体结构，还能减少冰箱内部冷能的泄露。
[0026]为了对本专利技术进行结构以及性能优化，建立起了热仿真模型，并且得到了本专利技术的截面温度场云图和截面速度场云图。温度云图显示本专利技术在环境温度29℃，输入电流3A的条件下，储物间底部温度最低为5.2℃左右，中部空气温度为13.7℃。速度云图显示本专利技术内部空气的总体速度相对均匀，空气在冷端换热装置和内部空间之间循环流动，多个低功率半导体制冷片同时运行增加了储物间内部空气对流，增强了冷端换热装置与内部空气的换热效率。并且为了验证仿真结果的正确性，本专利技术的原型产品也在相同温度条件和电流条件下进行了实验测试，结果表明，本专利技术的模拟数据和实验数据的最大误差为6.3％，充分证明了本专利技术的可行性。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例提供的分布式半导体制冷冰箱的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例提供的分布式半导体制冷冰箱的爆炸图；
[0029]图3是本专利技术实施例提供的分布式半导体制冷冰箱的剖视图；
[0030]图4是本专利技术实施例提供的图3中A处的局部放大示意图；
[0031]图5是本专利技术实施例提供的的截面热仿真温度场云图；
[0032]图6a和图6b是本专利技术实施例提供的的截面热仿真速度场云图；
[0033]图7是本专利技术实施例提供的的五个温度监测点位置示意图；
[0034]图8是本专利技术实施例提供的的热仿真和实验的数据对比图；
[0035]图中：10
‑
热端换热装置；20
‑
冰箱箱体；30
‑
卡具；31
‑
外部螺母；32
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螺柱；33
‑
内部螺母；40
‑
半导体制冷片；50
‑
冷端换热装置；60
‑
冰箱盖；70
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，所述分布式半导体制冷冰箱包括：半导体制冷片，包括若干低功率小型半导体制冷片，分布安装在冰箱箱体的箱壁中，冷端朝向冰箱箱体内部，热端朝向冰箱箱体外侧；导热装置，安装在冰箱箱体箱壁之中，内端和外端分别与冷端换热装置和半导体制冷片的冷端连接，用于将半导体制冷片的冷端的冷能传递到冷端换热装置；热端换热装置，安装在半导体制冷片热端，用于将半导体制冷片热端产生的热量导出；冷端换热装置，安装在导热装置的内端，用于将半导体制冷片冷端产生的冷能导入冰箱箱体内部。2.如权利要求1所述的分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，所述冰箱箱体、紧固热端换热装置和冷端换热装置之间通过卡具连接，所述卡具包括：外部螺母、螺柱和内部螺母，外部螺母和内部螺母分别与螺柱两端连接。3.如权利要求2所述的分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，所述卡具为塑料卡具。4.如权利要求1所述的分布式半导体制冷冰箱，其特征在于，所述冰箱箱体的开口处连接有冰箱盖，所述冰箱箱体的开口处与冰箱盖对应位置分别安装有多个磁吸装置。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊希安，陈卓，胡晓明，廖明建，罗自贵，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：