CN104315779A - 相变蓄冷式半导体电子冷藏箱及其提高制冷效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了相变蓄冷式半导体电子冷藏箱及其提高制冷效率的方法，包括具有保温、相变蓄冷功能的箱体，箱体由外向内依次由防护外壳、保温层、相变层组成，电子冷藏箱的箱体填充材料采用相变材料和保温材料。当冷藏物品放入到达设定储藏温度的电子冷藏箱中，相变层发生相变释放冷量，半导体制冷芯片按照最大能效比对应的电流Io正常工作；直到冷藏物品温度达到设定储藏温度，半导体制冷芯片仍然按照最大能效比对应的电流Io持续工作，多余的冷量将蓄存于相变材料中。本发明可使电子冷藏箱一直恒定在最大能效比对应电流Io工作，且没有因启停控制时通过冷凝器等传热而造成的无效冷损失。

Description

相变蓄冷式半导体电子冷藏箱及其提高制冷效率的方法
技术领域
本发明涉及一种冷藏装置，尤其是一种相变蓄冷式半导体电子冷藏箱及其提高制冷效率的方法。
背景技术
半导体制冷也叫做热电制冷或温差电制冷，是一项建立在珀尔贴效应基础上的制冷技术。
评价半导体电子冷藏箱的两个关键指标为冷却速度和耗电量，冷却速度取决于半导体制冷芯片的制冷量，耗电量取决于半导体制冷芯片的制冷效率。由于半导体制冷芯片的的最大制冷量和最大能效比对应的最佳工作电流不同(参阅图1，最大制冷量对应的电流为Im，最大能效比对应的电流为Io)，且最佳电流随着半导体电子冷藏箱内的温度变化而变化。如按照最大制冷量确定工作电流，则半导体制冷芯片工作电流过大，制冷效率低；如按照最大能效比确定工作电流，则制冷量较小，需要配置的半导体芯片大。
目前大部分半导体电子冷藏箱为平衡两个指标，采用折中的办法，确定一个恒定的电流(如图1中的电流IE)，根据冷藏箱内温度控制启停，同时满足制冷量和制冷效率在一个较为理想的状态，因此工作电流偏离最佳工作电流，使得半导体芯片制冷效率低下，耗电量大。
此外半导体电子冷藏箱制冷芯片一端与蒸发器联结，一端与冷凝器联结，半导体制冷芯片同时也是一个好的导热体，由于采用启停控制，一旦半导体电子冷藏箱内温度达到设定温度而停机，外部热量很快就通过冷凝器传递给制冷芯片，然后传递给蒸发器，使冷藏箱内部温度快速升高，停机时间缩短，耗电量增大。
目前也有新型电子冷藏箱采用自调节电流半导体电子制冷，根据实际运行工况实时调节半导体电子制冷芯片的工作电流，在刚放入冷藏物品时以最大制冷量电流Im工作，保证冷却速度；在稳定工况时，以最大能效比对应的小电流Io工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，改善半导体电子冷藏箱恒定电流IE下工作效率低、制冷量小、停机逆向传热导致冷损失增加等缺陷，及自调节电流半导体电子制冷只有部分时间处于电流Io下工作导致耗电量大的问题，提供一种相变蓄冷式半导体电子冷藏箱及其提高制冷效率的方法，该冷藏箱及方法主要采用相变材料让电子冷藏箱具有蓄冷、释冷功能，冷藏箱内温度稳定在相变温度，从而让半导体电子冷藏箱一直以最大能效比对应的电流稳定工作，并能有效阻止停机时通过制冷芯片传入冷藏箱内的热量。
为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：相变蓄冷式半导体电子冷藏箱是在常规电子冷藏箱的基础上增加相变蓄冷层，具体结构包括具有隔热蓄冷性能的箱体、位于箱体内后部的冷端散热板、固定在冷端散热板上的导冷块、固定在导冷块上的半导体制冷芯片，半导体制冷芯片一端联结有热管蒸发组件，另一端联结有位于箱体外部的热管冷凝组件，所述箱体由外向内依次由防护外壳、具有绝热性能的保温层、具有蓄冷性能的相变层组成，所述半导体制冷芯片稳定在最大能效比对应的电流Io下持续工作。
保温层的设置可减少箱体内的传热量，降低耗电量；相变层的设置，可根据冷藏箱容量确定相变层的厚度，根据物品的冷藏温度要求来确定相变材料的相变温度。
所述相变蓄冷式半导体电子冷藏箱实现提高制冷效率的方法，包括如下两个过程：
过程一：当冷藏物品放入到达设定储藏温度的电子冷藏箱中，由于冷藏物品的温度高于设定温度，相变层发生相变释放冷量，半导体制冷芯片按照最大能效比对应的电流Io正常工作；
过程二：相变层的相变材料持续释放冷量，直到冷藏物品温度达到设定储藏温度，半导体制冷芯片仍然按照最大能效比对应的电流Io持续工作，半导体制冷芯片制备的多余冷量将再次蓄存于相变材料中，并进入到下次释放冷量的循环。
当刚放入冷藏物品时，相变蓄冷材料放冷，冷却冷藏物品，半导体制冷芯片按照最大能效比对应的电流Io工作；当冷藏箱内冷藏物品达到储藏温度，半导体制冷芯片按照最大能效比对应的电流Io持续工作，制冷量大于传热量的部分，蓄存在相变层的蓄冷材料中；因此，相变蓄冷式半导体电子冷藏箱可以一直恒定在最大能效比对应电流Io工作，大幅降低耗电量。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：本设备可使半导体电子冷藏箱一直恒定在最大能效比对应电流Io下工作，且没有因启停控制时通过冷凝器、半导体制冷芯片、蒸发器传热而造成的无效冷损失；此外采用相变蓄冷材料，蓄存冷量在相变层中，可以短时间释冷，提高冷却速度，同时解决了常规设备最大制冷量与最大能效比工作电流不匹配的问题。
附图说明
图1为常规半导体制冷芯片性能曲线图；
图2为本发明实施例的结构示意图；
图3为本发明实施例的箱体剖面示意图。
图中附图标记含义：1、箱体，2、冷端散热板，3、导冷块，4、半导体制冷芯片，5、热管蒸发组件，6、热管冷凝组件，7、防护外壳，8、保温层，9、相变层，10、托架，Im、半导体制冷芯片最大制冷量对应的电流值，Io、半导体制冷芯片最大能效比对应的电流值，IE、现有冷藏箱半导体制冷芯片设定的工作电流，图1坐标系中横坐标为冷藏箱的半导体制冷芯片的电流量，左边的纵坐标为半导体制冷芯片能效比(单位时间内制冷量与输入电量的比值)，右边的纵坐标为半导体制冷芯片的制冷功率(单位时间内的制冷量)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例
参阅图2至图3，为一种相变蓄冷电子冷藏箱，其包括具有隔热蓄冷性能的箱体1、位于箱体1内后部的冷端散热板2、固定在冷端散热板2上的导冷块3、固定在导冷块3上的半导体制冷芯片4，半导体制冷芯片4一端联结有热管蒸发组件5，另一端联结有位于箱体1外部的热管冷凝组件6，箱体1由外向内依次由防护外壳7、具有绝热性能的保温层8、具有蓄冷性能的相变层9组成，半导体制冷芯片4稳定在最大能效比对应的电流Io下持续工作。本实施例中保温层8为由聚氨酯保温材料制成的保温层8，相变层9为由脂肪酸类相变材料制成的相变层9。箱体内还可设有用于储藏物品的托架10，托架10便于合理放置物品，提高冷藏箱利用空间。
保温层8的设置可减少箱体1内的传热量，降低耗电量；相变层9的设置，可根据冷藏箱容量确定相变层9的厚度，根据物品的冷藏温度要求来确定相变材料的相变温度。
相变蓄冷式半导体电子冷藏箱实现提高制冷效率的方法，包括如下两个过程：
过程一：当冷藏物品放入到达设定储藏温度的电子冷藏箱中，由于冷藏物品的温度高于设定温度，相变层9发生相变释放冷量，半导体制冷芯片4按照最大能效比对应的电流Io正常工作；
过程二：相变层9的相变材料持续释放冷量，直到冷藏物品温度达到设定储藏温度，半导体制冷芯片4仍然按照最大能效比对应的电流Io持续工作，半导体制冷芯片4制备的多余冷量将再次蓄存于相变材料中。
当刚放入冷藏物品时，相变蓄冷材料放冷，冷却冷藏物品，半导体制冷芯片4按照最大能效比对应的电流Io工作；当冷藏箱内冷藏物品达到储藏温度，半导体制冷芯片4按照最大能效比对应的电流Io持续工作，制冷量大于传热量的部分，蓄存在相变层9的蓄冷材料中；因此，相变蓄冷式半导体电子冷藏箱可以一直恒定在最大能效比对应电流Io工作，大幅降低耗电量。
本实施例以红酒冷藏为例，加以说明。红酒的储藏温度一般为16℃左右，在相变层9内胆填充相变温度为15-17℃的脂肪酸类混合相变材料制成的定形相变蓄冷材料，保温层8采用发泡聚氨酯保温材料。
放入红酒时，红酒的温度为外部环境温度，高于箱体内的环境温度，相变层9的蓄冷材料放冷，直到红酒的温度达到蓄冷材料的相变温度16℃。与此同时冷藏箱的半导体制冷芯片4以最大能效比对应的电流Io工作，持续补充冷量。
在冷却过程完成后，相变层9的蓄冷材料放冷结束，达到传热平衡，电子红酒柜半导体制冷芯片4仍以最大能效比对应的电流Io持续工作，制冷量大于传热量，多余的冷量蓄存在相变材料中，直至下一个释冷周期。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.相变蓄冷式半导体电子冷藏箱，其包括具有隔热蓄冷性能的箱体、位于箱体内后部的冷端散热板、固定在冷端散热板上的导冷块、固定在导冷块上的半导体制冷芯片，半导体制冷芯片一端联结有热管蒸发组件，另一端联结有位于箱体外部的热管冷凝组件，其特征在于：所述箱体由外向内依次由防护外壳、具有绝热性能的保温层、具有蓄冷性能的相变层组成，所述半导体制冷芯片稳定在最大能效比对应的电流Io下持续工作。
2.根据权利要求1所述相变蓄冷式半导体电子冷藏箱实现提高制冷效率的方法，其特征在于，包括如下两个过程：
过程一：当冷藏物品放入到达设定储藏温度的电子冷藏箱中，由于冷藏物品的温度高于设定温度，相变层发生相变释放冷量，半导体制冷芯片按照最大能效比对应的电流Io正常工作；
过程二：相变层的相变材料持续释放冷量，直到冷藏物品温度达到设定储藏温度，半导体制冷芯片仍然按照最大能效比对应的电流Io持续工作，半导体制冷芯片制备的多余冷量将再次蓄存于相变材料中，并进入到下次释放冷量的循环。
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