CN105650933B - 半导体制冷设备的制冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体制冷设备的制冷方法，针对多个间隔设置的导热内胆分别独立设置对应的半导体制冷模组，在半导体制冷模组工作过程中，根据导热内胆的制冷量需求给半导体制冷模块供电，半导体制冷模组将对与之对应的导热内胆释放冷量，而导热内胆将冷量直接散发到其内部的储物空间，由于导热内胆之间相互隔离，使得不同导热内胆所形成的储物空间能够形成独立的温区范围，从而可以根据需要控制半导体制冷模组的制冷量以实现多温区制冷，满足了不同物品的制冷要求。

Description

半导体制冷设备的制冷方法

技术领域

本发明涉及制冷装置，尤其涉及一种半导体制冷设备的制冷方法。

背景技术

目前，制冷设备（例如冰箱、冷柜、酒柜）是人们日常生活中常用的电器，制冷设备中通常具有制冷系统，一般情况下制冷系统由压缩机、冷凝器和蒸发器构成，能够实现较低温的制冷。然而，随着半导体制冷技术的发展，采用半导体制冷片进行制冷的制冷设备也被广泛使用。现有技术中的半导体制冷设备通过半导体制冷模块的冷端释放冷量对箱体内的储物空间进行制冷。但是，在实际使用过程中，半导体制冷设备的制冷温度单一，不能实现多温区制冷，无法满足不同物品的制冷要求。如何设计一种能够实现多温区制冷以满足不同物品的制冷要求的半导体制冷设备制冷方法是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种半导体制冷设备的制冷方法，实现多温区制冷以满足不同物品的制冷要求。

本发明提供的技术方案是，一种半导体制冷设备的制冷方法，所述半导体制冷设备包括至少两个彼此间隔的导热内胆，每个所述导热内胆具有一半导体制冷模组，所述半导体制冷模组包括半导体制冷模块、冷端散热器和热端散热器，所述冷端散热器连接在所述半导体制冷模块的冷端，所述冷端散热器还与所述导热内胆连接，所述热端散热器连接在所述半导体制冷模块的热端，所述制冷方法为：

制冷量需求供电电压获取步骤：根据每个导热内胆的制冷量需求获取所对应的半导体制冷模块的供电电压；

制冷供电步骤：控制供电电源输出所述供电电压为所述半导体制冷模块供电。

本发明提供的半导体制冷设备制冷发方法，针对多个间隔设置的导热内胆分别独立设置对应的半导体制冷模组，在半导体制冷模组工作过程中，根据导热内胆的制冷量需求给半导体制冷模块供电，半导体制冷模组将对与之对应的导热内胆释放冷量，而导热内胆将冷量直接散发到其内部的储物空间，由于导热内胆之间相互隔离，使得不同导热内胆所形成的储物空间能够形成独立的温区范围，从而可以根据需要控制半导体制冷模组的制冷量以实现多温区制冷，满足了不同物品的制冷要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明半导体制冷设备实施例的结构示意图；

图2为本发明半导体制冷设备实施例的爆炸图；

图3为本发明半导体制冷设备实施例中箱体的结构示意图；

图4为本发明半导体制冷设备实施例中箱体的局部剖视图；

图5为本发明半导体制冷设备实施例中安装板的结构示意图；

图6为本发明半导体制冷设备实施例中冷端散热器的结构示意图；

图7为本发明半导体制冷设备实施例中冷端散热器与导热内胆的组装图；

图8为本发明半导体制冷设备实施例中第一导热体的剖视图；

图9为本发明半导体制冷设备实施例中第一导热体与定位件的组装关系图；

图10为本发明半导体制冷设备实施例中热端散热器的结构示意图一；

图11为本发明半导体制冷设备实施例中热端散热器的结构示意图二；

图12为图11中风在散热片组的流动原理图；

图13为本发明半导体制冷设备实施例中第二导热体的结构示意图；

图14为本发明半导体制冷设备供电电源的原理框图；

图15为本发明半导体制冷模块的供电电压与制冷效率及制冷量关系的示意性曲线图；

图16为本发明一个实施例的电源效率比较示意图；

图17为本发明一个实施例的半导体制冷设备的制冷方法的流程图；

图18为本发明一个实施例以较高制冷效率快速获得最大制冷量且将半导体制冷设备导热内胆的平均温度精确控制到设定的目标温度的示意性曲线图；

图19为本发明一个实施例的散热方法流程图；

图20为本发明一个实施例的供电电压控制方法在半导体制冷模块热端温度较高时对其供电电压进行控制的示意性曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图2所示，本实施例半导体制冷设备，包括至少两个彼此间隔的导热内胆100，每个所述导热内胆100上设置有一半导体制冷模组，所述半导体制冷模组包括半导体制冷模块200、冷端散热器300和热端散热器400，所述冷端散热器300连接在所述半导体制冷模块200的冷端，所述热端散热器400连接在所述半导体制冷模块200的热端，所述冷端散热器300还与所述导热内胆100连接。

具体而言，本实施例半导体制冷设备包括多个导热内胆100而导热内胆100外设置有外壳101，外壳101与导热内胆100之间设置有保温层，导热内胆100形成储物空间用于冷藏或冷冻物品。其中，每个导热内胆100对应有半导体制冷模组，半导体制冷模组将对应的制冷导热内胆100内的储物空间，而半导体制冷模组中半导体制冷模块200的冷端产生的冷量通过冷端散热器300传递到导热内胆100上，由导热内胆100将迅速的将冷量释放到其内形成的储物空间中进行制冷，而半导体制冷模块200的热端产生的热量通过热端散热器400散热。而由于多个导热内胆100间隔设置，同时，每个导热内胆100由对应半导体制冷模块200进行独立的制冷，在实际使用过程中，能够根据不同导热内胆100中所存储的物品制冷要求不同，控制对应的半导体制冷模块200释放适应量的冷量，实现多温区制冷。

其中，相邻两个所述导热内胆100之间设置有隔热连接件102，相邻两个所述导热内胆100通过所述隔热连接件102连接在一起。具体的，如图3-图5所示，隔热连接件102一方面能够起到将相邻的两个导热内胆100连接在一起，另一方面还能够通过隔热连接件102减少或阻断相邻两个导热内胆100之间发生热传导，从而使得各个导热内胆100所形成的温区更加的独立。隔热连接件102可以采用多种方式，例如：所述隔热连接件102设置有背向布置的插槽1021，所述导热内胆100插在所述插槽1021中，在组装两个导热内胆100时，将导热内胆100的边沿插入到插槽1021中，实现两个导热内胆100连接在一起，而导热内胆100插在所述插槽1021中后可以采用涂胶、螺钉固定等方式紧固，优选的，所述导热内胆100卡装在插槽1021中，具体的，所述导热内胆100插在所述插槽1021的端部设置有倒刺结构1001，所述插槽1021的侧壁设置有与所述倒刺结构1001配合的卡块1022，所述倒刺结构1001卡在所述卡块1022上。另外，本实施例中的多个导热内胆100之间可以采用水平排布，优选的，多个所述导热内胆100由上至下堆叠布置，而半导体制冷模块200均位于最上部的所述导热内胆100上。具体的，半导体制冷模块200统一安装在最上部的导热内胆100上，而为了方便安装均半导体制冷模块200，位于最上部的所述导热内胆上100设置有安装板103，所述半导体制冷模块200固定在所述安装板103上。安装板103可以采用隔热材料支撑，以避免导热内胆100通过安装板103与半导体制冷模块200之间发生热传递，而安装板103中还可以设置有加强板1031，通过加强板1031增强安装板103的结构强度。

在实际使用过程中，现有采用半导体制冷的设备通常采用散热片进行强制对流，以将冷量通过散发到储物空间中，而为了使得半导体制冷模块200冷端的热量更有效的对储物空间进行制冷，并确保冷量的分布均匀，如图6-图9所示，本实施例中的所述冷端散热器300包括第一导热体31和多根第一热管32，所述第一导热体31中形成有腔体（未图示），所述第一热管32密封插在所述第一导热体31中并与所述腔体连通；所述第一导热体31贴在所述半导体制冷模块200的冷端，所述第一热管32贴在所述导热内胆100上，第一热管32通过第一导热体31实现与半导体制冷模块200的冷端热连接。具体的，半导体制冷模块200的冷端产生的冷量通过第一导热体31传递给第一热管32，而第一热管32能够快速的将冷量分散到导热内胆100上，导热内胆100能够直接将冷量释放到其内部形成的储物空间进行制冷，有效的提高了制冷效率，避免了半导体制冷模块200的冷端产生的冷量采用散热片进行散冷而出现制冷效率低的现象。其中，第一导热体31上开设有多个插孔311，所述第一热管32密封插在所述插孔311中，相邻两个所述插孔311之间设置有第一贯通孔312，所述第一热管32插在所述插孔311中的端部开设有第二贯通孔（未图示），所述第一贯通孔与所述第二贯通孔相互连通形成通道，所述通道为所述腔体。在冷端散热器300实际组装过程中，第一热管32插入到插孔311中，通过合理设计插孔311的深度以及第一热管32上第二贯通孔的位置，使得第一贯通孔312与第二贯通孔连通形成通道，或者，在实际组装过程中，第一导热体31上先设置有插孔311，在将第一热管32插入到插孔311中后，从第一导热体31的侧壁上开设有贯通第一导热体31和第一热管32的贯通孔，以在第一导热体31中形成腔体，然后，再将用于热管中气液相变制冷剂灌注到第一热管32以及腔体中，使得第一热管32具有热管速热的性能。而为了便于液化后的制冷剂能够快速的进入到第一热管32中进行制冷，所述第一导热体31的下端部开设有所述插孔311。其中，所述第一导热体31上还设置有可开关的加注口313，所述加注口313与所述腔体连通，通过加注口313能够方便的向第一热管32中灌注制冷剂，而在实际使用过程中，为了避免因故障使得半导体制冷模块200不能正常运行而导致第一热管32内的压力过大发生炸管，第一导热体31上还设置有安全压力阀314，所述安全压力阀314与所述腔体连通，当第一热管32中的压力超过设定值后，安全压力阀314将打开释放压力，以确保使用安全。对于灌注的制冷剂，第一热管32中需要灌注制冷剂工质可以为冰箱制冷系统常用制冷剂，如R134a、R600a、CO2等均可，具体制冷剂工质的选取可根据通用性要求、系统压力要求、冷量传递要求、工质物性、环保等因素综合确定。优选的，为了减少第一热管32的数量，同时，满足散冷均匀的要求，冷端散热器300包括两根所述第一热管32，所述第一导热体31上开设有四个所述插孔311，所述第一热管32的两端部均插在对应的所述插孔311中；其中一第一热管32弯曲分布在所述导热内胆100的两侧部，另一所述第一热管32弯曲分布在所述导热内胆100的背部。具体的，第一热管32的两端部均插在插孔311中，使得第一热管32实现两根热管的散冷能力，而其中一第一热管32弯曲分布在导热内胆100的两侧部，另一第一热管32弯曲分布在导热内胆100的背部，在通过第一热管32散冷过程中，弯曲分布的第一热管32与导热内胆100的接触面积更大，从而使得导热内胆100能够更加均匀的获取冷量，同时，导热内胆100的两侧部和背部均分布有第一热管31进行散冷，使得导热内胆100形成环抱式的散冷表面，从而确保内部的储物空间制冷均匀。而为了使得第一热管31能够快速的将冷量从其端部延伸传递，第一热管32从其两端部分别倾斜向下地弯折延伸，具体的，第一热管32中的制冷剂在受冷后液化成液体、而在受热时气化成气体，通过将第一热管32采用倾斜向下地弯折的方式延伸，而在第一热管32散冷过程中，液化的制冷剂能够在重力作用下向下流动，而气化的制冷剂能够沿着倾斜的第一热管32上升到第一导热体31形成的腔体中进行制冷，其中，第一热管32在弯曲延伸后将形成直管段和弯管段，对于第一热管32的直管段的倾斜角度为：第一热管32的以毫米为单位的管路直径（以下简称管径）被配置成大于或等于第一热管32的以度为单位的相对于水平方向的倾角θ的1.2-1.3倍，在实际生产中，每个第一热管32的直管段以相对于水平面呈10°至70°的角度倾斜设置以保证液态制冷剂在其内依靠重力自由流动，以提高第一热管32的散冷效率。另外，对于单根第一热管32，第一热管32的两端部呈对称方式向下倾斜弯曲延伸。

而在需要将半导体制冷模块200安装到导热内胆100的过程中，导热内胆100上的安装板103又形成有卡槽1032，第一导热体31插在插槽1032中，而半导体制冷模块200与第一导热体31之间设置导热硅脂并通过第一导热体31安装到安装板103上。优选的，半导体制冷模块200的周边套有密封圈201，安装板103上还固定设置有辅助安装架202，辅助安装架202上设置有安装口2021，密封圈201位于安装口2021中，通过密封圈201和辅助安装架202能够更加牢固的将半导体制冷模块200进行安装固定，同时，密封圈201又能够将半导体制冷模块200的周边密封，避免冷量从半导体制冷模块200的周边散失。而为了对第一热管32进行定位，避免在对导热内胆100和外壳101之前进行发泡处理时第一热管32受力移位，第一热管32的弯折处设置有定位件104，所述定位件104固定在所述导热内胆100上。第一热管32的弯折处通过定位件104进行定位，定位件104能够保持第一热管32的弯折状态，使得在发泡过程以及日常使用中，第一热管32的弯曲状态保持不变，同时避免出现第一热管32 移位。其中，定位件104包括定位块1041和连接柱1042，所述定位块1041连接在所述连接柱1042上，所述连接柱1042固定在所述导热内胆100上，所述第一热管32绕在所述连接柱1042上并位于所述定位块1041和所述导热内胆100之间，在组装过程中，第一热管32绕在连接柱1042弯折，而第一热管32的弯折处夹在定位块1041和所述导热内胆100之间，对于定位件104与导热内胆100之间的连接，导热内胆100上铆接有铆螺母105，所述定位件104开设有通孔1043，所述铆螺母105位于所述通孔1043中，螺钉106插在所述通孔1043并螺纹连接在所述铆螺母105中。

在实际使用过程中，现有采用半导体制冷的设备通常采用风扇对半导体制冷模块200的热端进行风冷散热，需要消耗大量的电能且风扇一直工作噪音较为严重，如图2和图10所示，本实施例中的热端散热器400包括第二导热体41、多根第二热管42和散热片组43，所述第二热管42连接在所述第二导热体41上，所述散热片组43连接在所述第二热管42上。具体的，第二导热体41贴在半导体制冷模块200的热端，而散热片组43贴在外壳101上，半导体制冷模块200的热端产生的热量通过第二导热体41传递给第二热管42，第二热管42能够快速的将热量传递给散热片组43中，而散热片组43能够根据需要制成较大面积的散热体，散热片组43能够利用自身较大的散热面积对第二热管42传递的热量进行快速散热，从而无需通过风扇直接对半导体制冷模块200的热端进行散热。其中，为了充分的利用各个散热片组43进行散热，第二导热体41上还连接有第三热管44，任一所述热端散热器400中的所述第三热管44还与其余所述热端散热器400中的所述散热片组43连接。在实际使用过程中，当各个半导体制冷模块200工作产生的热量相同时，各个半导体制冷模块200通过各自的散热片组43进行散热，而当某一个半导体制冷模块200的散热量较大时，连接在该半导体制冷模块200热量的第二导热体41通过第三热管44将热量传递到其他半导体制冷模块200对应的散热片组43中，从而可以利用全部散热片组43更加高效的进行散热；在设计过程中，每个第二导热体41可以通过第三热管44与其余的散热片组43进行热连接，供用全部散热片组43的散热能力，从而实现自然冷却。而为了增强散热片组43的通风能力，散热片组43包括多片散热翅片431，所述散热翅片431上设置有通风孔432，位于同一轴线上的多个所述通风孔432形成风道，散热片组43除了利用散热翅片431之间的间隔进行通风外，还利用通风孔432形成风道进行通风，从而可以有效的增强散热片组43的通风能力。而当各个半导体制冷模块200处于较大功率下运行，为了满足大功率散热的要求，风扇45与散热片组43并排设置并位于风道的一侧，风扇45朝向风道延伸的方向出风，风扇45吹出的风进入到风道中以加快风道中风的流动，而由于热空气较轻容易朝上流动，在通风孔432中穿流的风将使得热空气在两个散热翅片431之间涡旋流动，最大程度的利用散热翅片431的面积进行散热。如图10-图12所示，为了更充分的利用散热翅片431进行散热，除了位于外侧的散热翅片431外，其余散热翅片431开设有缺口433，位于同一高度位置上的缺口433形成辅助风道，散热翅片竖向布置431均竖向布置，散热翅片竖向布置431均竖向布置，散热片组43上还设置有罩体46，所述风扇45还位于辅助风道的内侧并固定在罩体46上，罩体46遮盖在散热片组43上，罩体46的下端部形成进风口，而罩体46的上端部形成出风口，风扇45启动后向辅助风道内吹风，加速散热翅片431之间的空气流动，而热空气上升从出风口输出，使得外界的冷空气从底部的进风口进入到散热翅片431之间，使得冷风能够从下至上运动过程中，经过散热翅片431的整个表面，以充分利用散热翅片431的散热能力；而罩体46上用于安装风扇45的位置还开设有通风口461，风扇45通过通风口461将外界的风进一步的引入到散热翅片431中。其中，每个第二导热体41的两侧分别设置有散热片组43，而风扇45同时位于两个散热片组43之间。而为了便于热管与第二导热体41连接，如图13所示，第二导热体41上形成有多个安装孔410，所述第二热管42和所述第三热管44插在对应的所述安装孔410中，热管插在安装孔410中能够增大与第二导热体41之间的接触面积，提高热传导效率；而第二导热体41包括两个表面设置有凹槽的压块411，两个所述压块411固定连接在一起，对应的两个所述凹槽形成所述安装孔410，采用两个压块411组成第二导热体41，能够便于热管与第二导热体41之间的组装连接。

如图14所示，本实施例的供电电源包括额定功率小的第一功率输出模块和额定功率大的第二功率输出模块，其中，第一功率输出模块输出的电压范围为（Umin，Ubest），第二功率输出模块输出的电压范围为（Ubest，Umax）。

若导热内胆所需的供电电压≤Ubest，选择第一功率输出模块为所述半导体制冷模块供电；若多个导热内胆所需的供电电压≤Ubest，确定供电电压中的最大值，控制第一功率输出模块输出供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

若导热内胆所需的供电电压＞Ubest，选择第二功率输出模块为所述半导体制冷模块供电；若多个导热内胆所需的供电电压＞Ubest，确定供电电压中的最大值，控制第二功率输出模块输出供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

其中，Ubest为使得所述半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压。

Umax≥根据半导体制冷设备最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

Umin≤根据半导体制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

图15是根据本发明一个实施例的半导体制冷模块的供电电压与制冷效率及制冷量关系的示意性曲线图。如图15所示，根据供电电压U与制冷效率的关系，可将供电电压U划分为4个区域：第一非经济区401、高效区402、高制冷量区403、第二非经济区404。 第一非经济区401的制冷量非常小，基本上不能满足半导体制冷设备的最低制冷需求；第二非经济区404中虽然半导体的制冷量本身可能满足半导体制冷设备的最低制冷需求，但是由于此区域所需的供电电压U高，功耗要比高效区402和高制冷量区403高很多；因此在本发明的实施例中，不使用第一非经济区401和第二非经济区404的供电电压U为半导体制冷模块供电，而是使半导体制冷模块的供电电压U位于高效区402和高制冷量区403。也就是说，在本发明的实施例中，将根据对半导体制冷设备制冷效率的要求，根据实验确定所用半导体制冷模块供电电压的最大值（即最大供电电压Umax）和最小值（即最小供电电压Umin），使半导体制冷模块的工作电压位于这两个值所限定的高效区402和高制冷量区403内。

如图15所示，最大供电电压Umax可通过实验选取为最大制冷量电压Umax-cold。最小供电电压Umin可通过实验选取为第一经济区401与高效区402划界的供电电压，即最小制冷量电压Umin-cold。在本发明的一些替代性实施例中，最小供电电压Umin也可略低于满足半导体制冷设备最小制冷量电压Umin-cold。

此外，如本领域技术人员根据图15可认识到的，最高效率电压Ubest可经实验得到，其值显然处于最大制冷量电压Umax-cold和最小制冷量电压Umin-cold之间。

图16为第一功率输出模块（小功率电源）输出Umin-Ubest范围的电压、第二功率输出模块输出Ubest-Umax范围的电压与第二功率输出模块（大功率电源）输出Umin-Umax范围的电压时的效率比较示意图。如图16所示，第一功率输出模块的输出电压在Umin-Ubest时的效率最高，第二功率输出模块的输出电压在Ubest-Umax时的效率最高。当单独使用第二功率输出模块时，即只采用大功率电源供电，则其在输出电压小于Ubest时效率下降明显，损耗较大。

因而，本实施例采用第一功率输出模块和第二功率输出模块切换供电的方式，即当输出电压在Ubest以下时，采用小功率电源进行供电，当需要输出电压在Ubest以上时采用大功率电源供电，这样可以保证在需求的整个功率范围内都可以使小功率电源和大功率电源均工作在较高转换效率的工况之下，大大降低了能耗。

图17是根据本发明一个实施例的半导体制冷设备的制冷方法的流程图。制冷方法可包括：

数据获取步骤S101，分别获取温区A的平均温度Tr1与预设的目标温度Ts1的温差△T1，温区B的平均温度Tr2与预设的目标温度Ts2的温差△T2；

制冷量需求供电电压获取步骤S102，根据温差△T1、△T2确定向所述半导体制冷模块供电的供电电压U1、U2。

本实施例根据预设的PID调节规则,按公式Ui=UPID(△Ti)+Ubest确定的供电电压U1、U2向半导体制冷模块A、B供电。其中，Ubest为使得半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压，UPID(△Ti)为根据PID调节规则对温差△Ti进行运算得出的数值，其中，i代表第i个导热内胆。

图18是根据本发明一个实施例的以较高制冷效率快速获得最大制冷量且将半导体制冷设备导热内胆的平均温度精确控制到设定的目标温度的示意性曲线图。如图18所示，本实施例的PID调节规则可以被设置成：当温差△T大于等于预设的温差阈值△Tthd时，使得供电电压U等于最大制冷量电压Umax-cold，这样能对导热内胆进行迅速降温；当温差△T降低到温差阈值△Tthd时，使得供电电压U开始从最大制冷量电压Umax-cold下降，这样不再以较大的供电电压对半导体制冷模块进行供电，能够避免半导体制冷设备内的温度降低到远低于预设定值的温度而造成不良制冷效果。在制冷供电步骤S102中，可以按此规则对半导体制冷模块进行供电。

制冷供电步骤S103：电子开关选择能够输出供电电压的额定功率小的功率输出模块为半导体制冷模块供电，若多个温区所需的供电电压在第一功率输出模块输出电压范围内，则第一功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电；若多个温区所需的供电电压在第二功率输出模块输出电压范围内，则第二功率输出模块输出多个温区所需的供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

当根据温区A的温差△T1、温区B的温差△T2确定向所述半导体制冷模块A供电的供电电压U1，向所述半导体制冷模块B供电的额供电电压U2后：

若半导体制冷模块A所需供电电压U1≤Ubest，半导体制冷模块B所需供电电压U2＞Ubest，通过电子开关103的状态，K1闭合、K2断开、K3闭合、K4断开，控制第一功率输出模块给半导体制冷模块A供电的电路闭合，第一功率输出模块输出供电电压U1为半导体制冷模块A供电，半导体制冷模块A为温区A制冷，当然，半导体制冷模块A可以设置有多个，多个半导体制冷模块A共同为温区A制冷。第二功率输出模块给半导体制冷模块B供电的电路闭合，第二功率输出模块输出供电电压U2为半导体制冷模块B供电，半导体制冷模块B为温区B制冷，当然，半导体制冷模块B可以设置有多个，多个半导体制冷模块B共同为温区B制冷。

若半导体制冷模块A所需供电电压U1＞Ubest，半导体制冷模块B所需供电电压U2≤Ubest，通过电子开关103的状态，K1断开、K2闭合、K3断开、K4闭合，控制第一功率输出模块给半导体制冷模块B供电的电路闭合，第一功率输出模块输出供电电压U2为半导体制冷模块B供电，半导体制冷模块B为温区B制冷，当然，半导体制冷模块B可以设置有多个，多个半导体制冷模块B共同为温区B制冷。第二功率输出模块给半导体制冷模块A供电的电路闭合，第二功率输出模块输出供电电压U1为半导体制冷模块A供电，半导体制冷模块A对温区A制冷，当然，半导体制冷模块A可以设置有多个，多个半导体制冷模块A共同为温区A制冷。

若半导体制冷模块A所需供电电压U1＞Ubest，半导体制冷模块B所需供电电压U2＞Ubest，通过电子开关103的状态，K1断开、K2断开、K3闭合、K4闭合，控制第二功率输出模块给半导体制冷模块A、B供电的电路闭合，第二功率输出模块输出供电电压U1、U2中的最大值为半导体制冷模块A、B供电，半导体制冷模块A对温区A制冷、B对温区B制冷。

若半导体制冷模块A所需供电电压U1≤Ubest，半导体制冷模块B所需供电电压U2≤Ubest，通过电子开关103的状态，K1闭合、K2闭合、K3断开、K4断开，控制第一功率输出模块给半导体制冷模块A、B供电的电路闭合，第一功率输出模块输出供电电压U1、U2中的最大值为半导体制冷模块A、B供电，半导体制冷模块A对温区A制冷、B对温区B制冷。

步骤S103结束后，重复步骤S101。若△T1=0，断开供电电源对半导体制冷模块A的供电，否则，重复步骤S101；若T2=0，断开供电电源对半导体制冷模块B的供电，否则，重复步骤S101。

本实施例在半导体制冷过程中还包括散热步骤：如图19所示，

半导体制冷模块的热端温度采集步骤S201，判断热端温度Thot是否超过设定值Ton，若是，启动风扇散热；

第一热端禁止温度判断步骤S202，判断热端温度Thot是否达到或超出预设的禁止温度；若热端温度Thot达到或超出禁止温度，则执行第一停止供电步骤S203：将向半导体制冷模块的供电电压U设置为零，停止对半导体制冷模块供电；

热端保护温度上限判断步骤S204，在热端温度Thot小于禁止温度时执行，判断热端温度Thot是否达到或超出预设的热端保护温度上限，其中热端保护温度上限小于禁止温度；若热端温度Thot小于热端保护温度上限，则执行制冷供电步骤S102：向所述半导体制冷模块提供所述供电电压。

在本发明的另一个实施例中，若热端温度Thot达到或超出热端保护温度上限，则执行第一降至维持电压步骤S206：降低或保持供电电压U至预设的维持电压Ukeep。所述维持电压Ukeep为在环境温度过高、空气流通性差、湿度过大、温差较大等极端情况下能维持制冷设备导热内胆的平均温度Tr缓慢上升或者下降的电压，其的一个目的在于尽量保证热端的温度不大于预设的热端保护温度下限。

在本发明的另一个实施例中，在第一降至维持电压步骤S206之后，依次执行第二数据获取步骤S207、第二热端禁止温度判断步骤S208。第二数据获取步骤S207为：采集热端温度Thot，在本发明的一些实施例中，第二数据获取步骤S207还可包括获取温差△T。第二热端禁止温度判断步骤S208为：判断热端温度Thot是否达到或超出禁止温度。

上述第二热端禁止温度判断步骤S208执行完毕后，若热端温度Thot达到或超出禁止温度，则执行第二停止供电步骤S209：将向半导体制冷模块的供电电压U设置为零，停止对半导体制冷模块供电；若热端温度Thot小于禁止温度，则执行热端保护温度下限判断步骤S210：判断热端温度Thot是否达到或低于预设的热端保护温度下限，其中热端保护温度下限小于热端温度保护上限。在执行第二停止供电步骤S209后，本发明的供电电压控制方法可以循环回第二数据获取步骤S207继续执行。

上述热端保护温度下限判断步骤S210执行完毕后，若热端温度Thot达到或低于热端保护温度下限，则执行制冷供电步骤S102；若热端温度Thot大于热端保护温度下限，则执行第二降至维持电压步骤S211：降低或保持供电电压U至维持电压Ukeep。这样在热端温度较高，但尚未足以达到停止对半导体制冷模块供电的条件时，以较低的供电电压U满足制冷设备的制冷量，也使得半导体制冷模块的热端温度下降，从而在不停止制冷的情况下保护半导体制冷模块。在执行第二降至维持电压步骤S211后，本发明的供电电压控制方法可循环回第二数据获取步骤S207继续执行。

在此过程中，不断进行热端保护温度上限判断步骤S204。在热端保护温度上限判断步骤S204的判定为达到或超出热端保护温度上限时，如图20所示，执行第一降至维持电压步骤S206，使得供电电压U降低至维持电压Ukeep。由于供电电压U下降了，热端温度Thot也下降，在此过程中，依次执行第二数据获取步骤S207、第二热端禁止温度判断步骤S208。如图20所示，热端温度Thot并没有超过禁止温度，因此第二热端禁止温度判断步骤S208的判定始终为否，根据前述方法，执行热端保护温度下限判断步骤S210。当热端温度Thot达到热端保护温度下限，则执行制冷供电步骤S102。由图18可以看出，若此时温差△T大于温差阈值△Tthd，则根据PID调节规则得到的供电电压U可为最大制冷量电压Umax-cold。重复上述过程，直至制冷设备导热内胆的平均温度△T小于温差阈值△Tthd后开始按PID调节规则降低电压。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种半导体制冷设备的制冷方法，其特征在于，所述半导体制冷设备包括至少两个彼此间隔的导热内胆，每个所述导热内胆具有一半导体制冷模组，所述半导体制冷模组包括半导体制冷模块、冷端散热器和热端散热器，所述冷端散热器连接在所述半导体制冷模块的冷端，所述冷端散热器还与所述导热内胆连接，所述热端散热器连接在所述半导体制冷模块的热端，所述制冷方法为：

制冷量需求供电电压获取步骤：根据每个导热内胆的制冷量需求获取所对应的半导体制冷模块的供电电压；获取每个导热内胆的平均温度Tri与预设的目标温度Tsi的温差△Ti；根据温差△Ti确定每个导热内胆的半导体制冷模块所需的供电电压Ui; 按公式Ui=UPID(△Ti)+Ubest获取向所述半导体制冷模块供电的供电电压Ui，Ubest为使得所述半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压， UPID(△Ti)为根据PID调节规则对所述温差进行运算得出的数值;制冷供电步骤：控制供电电源输出所述供电电压为所述半导体制冷模块供电。

2.根据权利要求1所述的半导体制冷设备的制冷方法，其特征在于：所述供电电源包括额定功率小的第一功率输出模块和额定功率大的第二功率输出模块，第一功率输出模块输出的电压范围为（Umin，Ubest），第二功率输出模块输出的电压范围为（Ubest，Umax）；

其中，Ubest为使得所述半导体制冷模块的制冷效率最高的最高效率电压；

若导热内胆所需的供电电压≤Ubest，选择第一功率输出模块为所述半导体制冷模块供电；

若导热内胆所需的供电电压＞Ubest，选择第二功率输出模块为所述半导体制冷模块供电。

3.根据权利要求2所述的半导体制冷设备的制冷方法，其特征在于，

若多个导热内胆所需的供电电压≤Ubest，确定供电电压中的最大值，控制第一功率输出模块输出供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

4.根据权利要求2所述的半导体制冷设备的制冷方法，其特征在于，

若多个导热内胆所需的供电电压＞Ubest，确定供电电压中的最大值，控制第二功率输出模块输出供电电压的最大值为所述半导体制冷模块供电。

5.根据权利要求2所述的半导体制冷设备的制冷方法，其特征在于，

所述 Umax≥根据导热内胆最大制冷量需求确定的最大制冷量电压；

所述Umin≤根据导热内胆最低制冷需求确定的最小制冷量电压。

6.根据权利要求1所述的半导体制冷设备的制冷方法，其特征在于，

所述PID调节规则被设置成：

当所述温差大于等于预设的温差阈值时，使得所述供电电压等于使所述半导体制冷片产生最大制冷量的最大制冷量电压；

当所述温差降低到所述温差阈值时，使得所述供电电压开始从所述最大制冷量电压下降。

7.根据权利要求1所述的半导体制冷设备的制冷方法，其特征在于，所述热端散热器包括风扇和至少两个散热模块，散热模块包括连接在一起的导热体和热管，热管上还连接有散热片组；其中一散热模块的热管还连接其余一个或多个散热模块的散热片组，风扇位于散热片组之间，散热片组的散热片上开设有通孔，同一散热片组中的各个通孔形成风道，

制冷方法还包括散热步骤：检测所述半导体制冷模块的热端温度，热端温度超过设定值Ton时启动风扇散热。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述散热步骤包括：

第一热端禁止温度判断步骤：判断所述热端温度是否达到或超出预设的第一热端禁止温度；

若所述热端温度达到或超出所述第一热端禁止温度，则执行如下第一停止供电步骤：将向所述半导体制冷模块的供电电压设置为零，停止对所述半导体制冷模块供电。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述散热步骤包括：热端保护温度上限判断步骤：判断所述热端温度是否达到或超出预设的热端保护温度上限，其中所述热端保护温度上限小于所述第一热端禁止温度；

若所述热端温度达到或超出所述热端保护温度上限，则执行如下第一降至维持电压步骤：降低所述供电电压至预设的维持电压；

若所述热端温度小于所述热端保护温度上限，则执行所述制冷供电步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述方法在所述第一降至维持电压步骤之后还包括：

数据获取步骤：采集所述热端温度；

第二热端禁止温度判断步骤：判断所述热端温度是否达到或超出所述第二热端禁止温度；

若所述热端温度达到或超出所述第二热端禁止温度，则执行如下第二停止供电步骤：将向所述半导体制冷模块的供电电压设置为零，停止对所述半导体制冷模块供电；

若所述热端温度小于所述第二热端禁止温度，则执行如下热端保护温度下限判断步骤：判断所述热端温度是否达到或低于预设的热端保护温度下限，其中所述热端保护温度下限小于所述热端温度保护上限；

若所述热端温度达到或低于所述热端保护温度下限，则执行所述制冷供电步骤；

若所述热端温度大于所述热端保护温度下限，则执行如下第二降至维持电压步骤：降低或保持所述供电电压至所述维持电压。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

在执行所述第二停止供电步骤后，所述方法循环回所述数据获取步骤继续执行。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

执行所述第二降至维持电压步骤后，所述方法循环回所述数据获取步骤继续执行。

13.根据权利要求9-12任意一项所述的方法，其特征在于，

所述维持电压为根据制冷设备最低制冷需求确定的最小制冷量电压。