CN106662379B - 用于减轻热电模块的排热限制的系统和方法 - Google Patents

用于减轻热电模块的排热限制的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开用于减轻热电模块的排热限制的系统和方法。在一些实施方案中，操作热电模块的方法包括：向所述热电模块提供第一功率量并且确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值。所述方法还包括，响应于确定所述热端的所述温度高于所述第一阈值，向所述热电模块提供小于所述第一功率量的第二功率量。所述方法还包括确定所述热电模块的所述热端的所述温度低于第二阈值并且向所述热电模块提供第三功率量。在一些实施方案中，这减轻了所述热电模块的排热限制，尤其是在所述热电模块的所述热端被动冷却时。

Description

用于减轻热电模块的排热限制的系统和方法
相关申请
本申请要求2014年7月21日提交的临时专利申请序列号62/027,080(其公开内容由此以引用方式整体并入本文)以及2014年7月21日提交的临时专利申请序列号62/027,083(其公开内容由此以引用方式整体并入本文)的权益。
技术领域
本公开涉及热电模块的操作。
背景技术
如今，许多制冷系统是基于蒸汽压缩的，并且利用恒温调节的工作循环控制。然而，典型的基于蒸汽压缩的制冷系统不足够动态以满足诸如降温或恢复期间的稳态和瞬时需求。因此，基于蒸汽压缩的制冷系统趋于具有远远超过稳态操作期间所需要的热提取需求的过量冷却能力。虽然过量冷却能力提供的额外能力允许提高的降温性能，但启动期间盛行的大电流浪涌需要更高的能力并因此更昂贵的部件以处理负载。此外，由工作循环控制招致的大电流浪涌和负载过渡磨损部件，从而潜在导致过早损坏。此外，通过基于蒸汽压缩的制冷系统的控制的本质、热力学限制以及产品性能需求；基于蒸汽压缩的制冷系统的效率低于最佳效率。
基于蒸汽压缩的制冷系统的次佳效率缺点涉及精确控制冷却室内的温度。通常，当冷却室内的温度超过特定值时，基于蒸汽压缩的制冷系统激活并且继续运行直到冷却室中的温度低于特定值。一旦冷却室达到低于特定值的温度，基于蒸汽压缩的制冷系统就关闭。尽管如此，除如以上所指出的过量磨损之外，此类型的控制方案将通常具有相对大的控制带和相对大的内部温度分层，以试图最小化能量消耗并且允许在变化的周围条件下操作。此方案是最常利用的，因为很难在蒸汽压缩循环中实现节流或容量变化并且实现起来是昂贵的，并且随着容积效率下降而提供有限的功效。
因此，需要精确控制冷却室内的温度的系统和方法，其中用于从冷却室提取热量的部件的效率最大化。而且，需要减轻用于从冷却室提取热量的部件的排热限制的系统和方法。
发明内容
本发明公开用于减轻热电模块的排热限制的系统和方法。在一些实施方案中，操作热电模块的方法包括：向所述热电模块提供第一功率量并且确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值。所述方法还包括，响应于确定所述热端的所述温度高于所述第一阈值，向所述热电模块提供小于所述第一功率量的第二功率量。所述方法还包括确定所述热电模块的所述热端的所述温度低于第二阈值并且向所述热电模块提供第三功率量。在一些实施方案中，这减轻了所述热电模块的排热限制，尤其是在所述热电模块的所述热端被动冷却时。
在一些实施方案中，第三功率量等于第一功率量。在一些实施方案中，第三功率量不等于第一功率量。
在一些实施方案中，提供给热电模块的第一功率量为或接近热电模块的最大功率量。在一些实施方案中，提供给热电模块的第一功率量为或接近热电模块的性能系数最大化的点。
在一些实施方案中，第一阈值指示热电模块的热端饱和。在一些实施方案中，第一阈值指示热电模块的热端可能通过在高于第一阈值的温度下操作受到损害。
在一些实施方案中，热电模块可操作来冷却冷却室，并且提供给热电模块的第二功率量为至少一功率量，使得冷却室的温度不增加。
在一些实施方案中，向热电模块提供第一功率量包括向热电模块提供第一电流量，并且向热电模块提供第二功率量包括向热电模块提供第二电流量。在一些实施方案中，向热电模块提供第一功率量包括向热电模块提供第一电压量，并且向热电模块提供第二功率量包括向热电模块提供第二电压量。
在一些实施方案中，热电模块的热端被动冷却。
在一些实施方案中，热电模块可操作来冷却冷却室，并且基于冷却室的温度、热电模块的热端的温度、冷却室外部的环境的温度和/或热电模块的电特性诸如品质因数确定第一功率量和/或第二功率量。
在一些实施方案中，向热电模块提供第一功率量还包括向热电模块的多于一个子集提供第一功率量，并且向热电模块提供第二功率量还包括向热电模块的至少一个子集提供小于第一功率量的第二功率量并且继续向热电模块的至少另一个子集提供第一功率量。
在一些实施方案中，热电制冷系统包括冷却室、热交换器以及控制器。热交换器包括冷端散热片、热端散热片以及设置在冷端散热片与热端散热片之间的热电模块。控制器被配置来：向热电模块提供第一功率量；确定热电模块的热端的温度高于第一阈值；向热电模块提供小于第一功率量的第二功率量；确定热电模块的热端的温度低于第二阈值；并且向热电模块提供第三功率量。
在一些实施方案中，用于操作热电模块的控制器适于：向热电模块提供第一功率量；确定热电模块的热端的温度高于第一阈值；向热电模块提供小于第一功率量的第二功率量；确定热电模块的热端的温度低于第二阈值；并且向热电模块提供第三功率量。
在一些实施方案中，计算机程序包括指令，所述指令当在至少一个处理器上执行时致使至少一个处理器执行本文公开的方法中的一种。在一些实施方案中，载体包含计算机程序，其中载体为电子信号、光信号、无线电信号或计算机可读存储介质中的一种。
在一些实施方案中，用于操作热电模块的控制器包括功率提供模块和温度确定模块。功率提供模块可操作来向热电模块提供第一功率量，向热电模块提供小于第一功率量的第二功率量，并且向热电模块提供第三功率量。温度确定模块可操作来确定热电模块的热端的温度高于第一阈值并且确定热电模块的热端的温度低于第二阈值。
本领域的技术人员在结合附图阅读以下对优选实施方案的详细描述之后，将了解本公开的范围并且意识到本公开的另外方面。
附图说明
并入且形成本说明书一部分的附图示出本公开的若干方面，并且连同描述内容一起用来解释本公开的原理。
图1示出根据本公开的一些实施方案的热电制冷系统，其具有冷却室、包括设置在冷端散热片与热端散热片之间的至少一个热电模块(TEM)的热交换器以及控制TEM的控制器；
图2示出根据本公开的一些实施方案的各种环境温度下的TEM的性能系数与提供给TEM的功率量之间的关系；
图3示出根据本公开的一些实施方案的操作TEM以提高TEM的效率的方法；
图4示出根据本公开的一些实施方案的用于在通电时或者在降温操作期间操作热电制冷系统的方法；
图5示出根据本公开的一些实施方案的用于接近稳态操作来操作热电制冷系统的方法；
图6示出根据本公开的一些实施方案的用于操作TEM以降低TEM的热端的温度的方法；
图7示出根据本公开的一些实施方案的图6的方法的一个可能实现；
图8是根据本公开的一些实施方案的用于操作包括模块的TEM的控制器的图；并且
图9是根据本公开的一些实施方案的用于操作包括模块的TEM的控制器的另一个图。
具体实施方式
下文陈述的实施方案代表使得本领域技术人员能够实践所述实施方案的必要信息，并且示出实践所述实施方案的最佳模式。在根据附图来阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本公开的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应了解，这些概念和应用落在本公开和随附权利要求书的范围内。
应了解，虽然在本文中可能使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，在不背离本公开的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任何和所有组合。
如“在…下方”或“在…上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述如图中所示出的一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系。将理解，这些术语和上文所讨论的那些术语意图涵盖装置的除图中所述的取向之外的不同取向。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而且并不意在限制本公开。除非上下文明确地指出，否则本文所用的单数形式“一”、“一个”和“所述”意欲同样包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应理解，本文所使用的术语应解释为具有与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致的含义，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样定义。
图1示出根据本公开的一些实施方案的热电制冷系统10，其具有冷却室12、包括设置在冷端散热片20与热端散热片18之间的至少一个热电模块(TEM)22(本文单数地称为TEM22或复数为TEM 22)的热交换器14以及控制TEM 22的控制器16。当TEM 22用于提供冷却时，它有时可被称为热电冷却器(TEC)22。
TEM 22优选地是薄膜装置。当控制器16激活TEM 22中的一个或多个时，激活的TEM22操作来加热热端散热片18并且冷却冷端散热片20，从而促进热传递来从冷却室12提取热量。更具体地，根据本公开的一些实施方案，当激活TEM 22中的一个或多个时，加热热端散热片18，从而产生蒸发器，并且冷却冷端散热片20，从而产生冷凝器。
作为冷凝器，冷端散热片20促进通过与冷端散热片20联接的接受环路24从冷却室12提取热量。接受环路24热联接到热电制冷系统10的内壁26。内壁26限定冷却室12。在一个实施方案中，接受环路24整合到内壁26中或直接整合在内壁26的表面上。接受环路24由允许冷却介质(例如，两相冷却剂)流动或穿过接受环路24的任何类型的管路形成。由于接受环路24和内壁26的热联接，冷却介质随着冷却介质流过接受环路24而从冷却室12提取热量。接受环路24例如可由铜管、塑料管、不锈钢管、铝管等形成。
作为蒸发器，热端散热片18促进通过联接到热端散热片18的排放环路28将热量排放到冷却室12外部的环境。排出环路28热联接到热电制冷系统10的外壁30或外皮。
并未进一步讨论用于将热量从冷却室12移除的热过程和机械过程。而且，应注意，图1中示出的热电制冷系统10仅仅是TEM 22的使用和控制的特定实施方案。本文讨论的所有实施方案应理解为应用到热电制冷系统10以及TEM 22的任何其他用途。
继续图1中示出的示例性实施方案，控制器16操作来控制TEM 22以便维持冷却室12内的期望设置点温度。总的来说，控制器16操作来选择性地激活/停用TEM 22、选择性地控制提供给TEM 22的功率量、和/或选择性地控制TEM 22的工作循环来维持期望的设置点温度。此外，在优选实施方案中，控制器16被启动来单独地、或独立地控制TEM 22的一个或多个(并且在一些实施方案中，两个或更多个)子集，其中每个子集包括一个或多个不同的TEM 22。因此，作为实例，如果有四个TEM 22，则控制器16可被启动来单独地控制第一独立TEM 22、第二独立TEM 22以及一组两个TEM 22。通过此方法，控制器16例如可在最大效率下随着需求的规定来独立地选择性地激活一个、两个、三个、或四个TEM 22。
应注意，热电制冷系统10仅仅是示例性实现并且本文公开的系统和方法同样适用于其他系统。而且，虽然本文具体参考控制器16，但应理解，可通过任何其他控制器或机构实现归因于控制器16的任一功能。
在前进之前，对冷却能力对比提供给TEM 22的功率量以及效率对比提供给TEM 22的功率量的简要讨论是有益的。在此方面，图2是示出TEC的冷却能力(Q)和冷却效率对比TEC的输入电流的曲线图。冷却效率更具体地由性能系数(COP)表示。图2示出根据本公开的一些实施方案的各种环境温度下的TEM 22的性能系数(COP)与提供给TEM 22的功率量之间的关系。提供给TEM 22的功率量可表达为提供给TEM 22的电流量和/或提供给TEM 22的电压量。随着提供给TEM 22的功率量增加，TEM 22的冷却能力也提高。为或接近TEM 22的最大功率量的功率量表示为Qmax。因此，当TEM 22在Qmax下操作时，TEM 22可能移除最大量的热量。图2示出作为提供给TEM 22的功率量的函数的TEM 22的COP。对于冷却应用，TEM 22的COP是所移除的热量与输入至TEM 22的用于移除热量的工作量的比率。TEM 22的COP被最大化时的热量或能力(Q)表示为QCOPmax。因此，当提供给TEM 22的功率量为或接近TEM 22的COP被最大化的点时，TEM 22的效率或COP被最大化。
TEM 22的COP曲线的形状取决于变量，诸如：操作环境温度(还被称为冷却室12外部的环境的温度或者TEM 22在其中操作的环境的温度)；排放的热的量；TEM 22的冷端的温度(当TEM 22可操作来冷却冷却室12时有时还被称为冷却室12的温度)；TEM 22的热端的温度；TEM 22的电特性(诸如品质因数)；以及提供给TEM 22的功率量。当这些系统参数中的一个改变时，TEM 22的COP曲线可改变，并因此将基于系统参数中的一个或多个最大化TEM 22的COP的功率量也可改变。图2示出此一个实例。示出等于18摄氏度(℃)和25℃的环境温度下的TEM 22的两个COP曲线。为了简单起见，仅环境温度改变，而其他系统参数固定。在此实例中，当环境温度从18℃变为25℃时，TEM 22的总体COP降低。值得注意的是，最大化TEM 22的COP的功率量也增加。示出给出环境温度与最大化TEM 22的COP的功率量之间的关系的线性近似的趋势线。此趋势线仅仅是一个实例并且可使用对关系建模或内插(或外推)关系的其他手段。
由于最大化TEM 22的COP的精确功率量基于可改变的许多因素，故确定以最大化TEM 22的COP的功率量为中心的可接受功率量的范围。此范围被称为带，并且所述带内的任何功率量通常被认为是最大化TEM 22的COP的功率量。在一些实施方案中，带是最大化TEM22的COP的功率量加或减10％，但这是具体于实现的，并且可取决于确定最大化TEM 22的COP的功率量和/或COP曲线的形状的精度。
由于操作TEM 22的最有效方式是提供最大化TEM 22的COP的功率量，故控制器16或控制TEM 22的一些其他手段应设法基于一个或多个系统参数确定最大化TEM 22的COP的功率量。这样，图3示出根据本公开的一些实施方案的操作TEM 22以提高TEM 22的效率的方法。控制器16基于一个或多个系统参数确定将最大化TEM 22的COP的第一功率量(步骤100)。如上文讨论的，此确定可基于许多不同参数。在一些实施方案中，所述确定基于仅一个参数，诸如环境温度，假设其他参数恒定或可忽略不计。在一些实施方案中，可通过查询查找表确定功率量。控制器16随后将第一功率量提供给TEM 22(步骤102)。以此方式，TEM22针对系统参数的当前值以最有效方式操作。
控制器16接着确定系统参数中的至少一个是否已改变(步骤104)。在一些实施方案中，随后可周期性地执行检查，而在其他实施方案中，改变的确定可几乎为即时的。而且，如果控制器16使用少于全部系统参数确定功率量，则控制器16将不需要确定未使用的系统参数中的任一个何时已改变。响应于确定系统参数中的至少一个已改变，控制器16基于一个或多个系统参数确定将最大化TEM 22的COP的第二功率量(步骤106)。控制器16随后将第二功率量提供给TEM 22(步骤108)。以此方式，控制器16可更新提供给TEM 22的功率量以便提高TEM 22的操作效率。在一些实施方案中，过程任选地返回到步骤104并且如果系统参数中的一个或多个已改变，则控制器16再次确定将最大化TEM 22的COP的功率量。
需注意，在一些实施方案中，可周期性地或者否则在没有明确确定系统参数中的一个或多个已改变的情况下计算更新的功率量。而且，取决于系统参数的改变，第二功率量可与第一功率量相同或几乎相同。
虽然图3示出操作TEM 22以提高TEM 22的效率的方法，但图4和图5示出用于操作热电制冷系统10的方法，所述热电制冷系统可包括如上文关于图1中示出的实例讨论的一个或多个TEM 22。具体地，图4示出根据本公开的一些实施方案的用于在通电时或者在降温操作期间操作热电制冷系统10的方法。
如本文所用，降温操作是指冷却室12中的温度高于可接受的并且控制器16操作以便将温度降低到可接受范围的情况。冷却室12的期望温度被称为设置点温度。稳态操作是指冷却室12内的温度在包括设置点温度的范围内的情况。此范围提供滞后形式以避免操作状态之间的快速振荡。在一些实施方案中，设置点温度可以是4℃，并且稳态范围可以是3℃至5℃。如果期望以更大精度维持设置点温度，则稳态范围可较小。如果期望减小操作状态之间的振荡率，则稳态范围可较小。
根据一些实施方案，图4以热电制冷系统10的通电或重置开始(步骤200)。因为温度可能高于稳态范围并且由于断电，热电制冷系统10在降温操作期间以此通电或重置状态开始。控制器16或许从热电制冷系统10前面的用户界面或者从装置图形用户界面(GUI)读取设置点寄存器以确定设置点温度(步骤202)。控制器16随后测量至少一个TEM 22的温度控制和ΔT(步骤204)。TEM 22的ΔT是指TEM 22的热端的温度与TEM 22的冷端的温度之间的差。控制器16还测量环境温度(步骤206)。取决于实现，控制器16还可确定必要的任何其他系统参数。
根据一些实施方案，控制器16随后执行一些安全检查。控制器16检查环境温度是否大于或等于4℃(步骤208)。如果环境温度小于4℃，则过程返回到步骤204以便再次测量各种系统参数。如果环境温度为至少4℃，则控制器16随后确定热交换器的温度是否大于或等于最大限值(步骤210)。
在一些实施方案中，此温度与TEM 22的热端的温度相同。而且，在一些实施方案中，代替具有单个最大值，相反存在温度是否高于第一阈值的测试，并且随后当TEM 22的热端冷却时，存在温度是否低于第二阈值的测试。以此方式，滞后可任选地内置到过热状况中。
在一些实施方案中，第一阈值指示TEM 22的热端饱和并且不能接受任何另外热量。而且，第一阈值可能指示TEM 22可能通过在高于第一阈值的温度下操作受到损害。此类高温可能在大量热量从冷却室12移除时或者在TEM 22不太有效地操作的情况下发生。当热交换器的排放端不足以以比热量生成的速率快的速率移除热量时，也可发生TEM 22的热端上的热量累积。此饱和可能在TEM 22的热端被动冷却时发生。
当检测到过热状况时，控制器16设置报警(步骤212)。取决于实施方案，此报警可采取许多形式。在一些情况下，报警只是内部状态；而在其他情况下，信息可在显示器上呈现，或者用户可以其他方式得到报警的通知。控制器16随后确定是否启动到TEM 22的输出(步骤214)。如果未启动输出，则由于TEM 22的操作未添加热量，控制器16可能不具有降低TEM 22的热端的温度的任何方式。在这种情况下，过程返回到步骤204以便再次测量各种系统参数。在其他实施方案中，控制器16可具有降低TEM 22的热端的温度的另外选项，诸如通过使用诸如风扇的有源装置。
如果启动输出，则控制器16确定提供给TEM 22的功率量是否为最小功率水平(步骤216)。如果它不是最小功率水平，则控制器16通过递减输出减少提供给TEM 22的功率量(步骤218)。如果提供的当前功率量为最小功率水平，则控制器16关闭输出并且发出重置(步骤220)。无论哪种方式，过程都返回到步骤204以便再次测量各种系统参数。
如果TEM 22的热端未过热，则控制器16清除可能设置的任何报警(步骤222)。例如，如果先前已因为过热情况而设置报警，现在已解决所述过热情况，则现在将清除所述报警。控制器16现在确定冷却室12的温度是否大于上稳态限值(步骤224)。如果温度高于上稳态限值，则热电制冷系统10被认为是处于降温操作模式。
如果确定冷却室12的温度大于或等于上控制限值(步骤226)，则控制器16将输出设置为100％，向TEM 22提供为或接近TEM 22的最大功率量的功率量(步骤228)。根据一些实施方案，以这种方式，热电制冷系统10可以最快速率降低冷却室12的温度。如果确定冷却室12的温度小于上控制限值，则控制器16将输出设置为比例模式(步骤230)。在比例模式中，可以较慢、更有效方式降低冷却室12的温度。无论哪种方式，过程都返回到步骤204以便再次测量各种系统参数。
如果控制器16确定冷却室12的温度小于上稳态限值，则控制器16确定是否启动输出(步骤232)。如果未启动输出，则过程返回到步骤204以便再次测量各种系统参数。如果启动输出，则热电制冷系统10被认为是以稳态模式操作并且过程继续图5，图5示出根据本公开的一些实施方案用于接近稳态操作来操作热电制冷系统10的方法。
如图5所示，控制器16测量至少一个TEM 22的温度控制和ΔT(步骤300)。取决于实现，控制器16还确定必要的任何其他系统参数，诸如环境温度。再次，控制器16确定热交换器的温度是否大于或等于最大限值(步骤302)。如果提供给TEM 22的功率量不是最小功率水平(步骤304)，则控制器16通过递减输出减少提供给TEM 22的功率量(步骤306)。如果提供的当前功率量为最小功率水平，则控制器16关闭输出并且发出重置(步骤308)。无论哪种方式，过程都返回到步骤300以便再次测量各种系统参数。
如果TEM 22的热端未过热，则控制器16检查冷却室12的温度是否大于设置点温度(步骤310)。如果冷却室12的温度小于设置点温度，则控制器16现在确定冷却室12的温度是否小于或等于稳态限值、输出是否打开以及ΔT是否在当前带中(步骤312)。如果所有这些都是真的，则控制器16关闭TEM 22并且将输出减小为0.x伏特，将这个值存储在新稳态输出值中，并且将先前值存储在旧稳态输出值中(步骤314)。如果并非所有这些条件是真的，则过程返回到步骤304并且尝试减少提供给TEM 22的功率量。
如果冷却室12的温度大于设置点温度，则控制器16确定冷却室12的温度是否还大于或等于稳态限值(步骤316)。如果室的温度小于稳态限值，则控制器确定是否已设置定时器int(步骤318)。如果它已被设置，则控制器16将输出设置为旧稳态输出(步骤320)。在这之后，或者如果它未被设置，则过程返回到步骤300以便再次测量各种系统参数。
如果冷却室12的温度大于或等于稳态限值，则控制器16确定室的温度是否大于或等于上控制限值(步骤322)。如果室大于或等于上控制限值，则控制器16将输出设置为100％，向TEM 22提供为或接近TEM 22的最大功率量的功率量(步骤324)。这指示热电制冷系统10被认为是处于降温操作模式，并且过程返回到图4的步骤204以便再次测量各种系统参数。
如果室小于上控制限值，则控制器16将确定冷却室12的温度是否大于或等于滞后值(步骤326)。如果不是，则控制器16将输出增加到新稳态输出值(步骤328)，并且过程返回到步骤300以便再次测量各种系统参数。根据一些实施方案，这个新稳态输出值可以是将基于一个或多个系统参数最大化TEM 22的COP的功率量。如果冷却室12的温度大于或等于滞后值，则这再次指示热电制冷系统10被认为是处于降温操作模式，并且过程返回到图4的步骤204以便再次测量各种系统参数。
如上文讨论的，TEM 22或热交换器的过热可能导致不期望的操作或者对TEM 22是危险的。这样，图4的步骤210和图5的步骤302都检查这种过热状况。虽然图4和图5尝试通过减少功率和关闭TEM 22来降低TEM 22的温度，但在一些情况下这可能是不期望的或无效的。这样，图6示出根据本公开的一些实施方案的用于操作TEM 22以降低TEM 22的热端的温度的方法。
控制器16首先向TEM 22提供第一功率量(步骤400)。控制器16随后确定TEM 22的热端的温度是否高于第一阈值(步骤402)。如先前讨论的，在一些实施方案中，第一阈值指示TEM 22的热端饱和并且不能接受任何另外热量。而且，第一阈值可能指示TEM 22可能通过在高于第一阈值的温度下操作受到损害。如果温度不高于第一阈值，则控制器16继续提供第一功率量或者根据不包括过热的任何其他控制方案操作。如果TEM 22的热端的温度高于第一阈值，则控制器16向TEM 22提供小于第一功率量的第二功率量(步骤404)。在一些实施方案中，此减少的功率允许在仍然操作TEM 22的同时TEM 22的热端的温度降低。
在一些实施方案中，控制器16随后确定TEM 22的热端的温度是否低于第二阈值(步骤406)。这指示TEM 22已足够冷却并且不再饱和。在一些实施方案中，控制器16将随后向TEM22提供可等于第一功率量但不必要相等的第三功率量。图6示出其中过程返回到步骤400并且再次提供第一功率量的实施方案。通过增加提供给TEM 22的功率，另外热量能够被传递。
在一些实施方案中，提供给TEM 22的第一功率量为或接近TEM 22的最大功率量。在降温操作模式中，当热电制冷系统10试图尽快移除热量以便达到设置点温度时，情况可能是这样。在一些实施方案中，提供给TEM 22的第一功率量为或接近TEM 22的COP最大化的点。在稳态操作模式中，当热电制冷系统10试图最有效地移除热量时，情况可能是这样。
在一些实施方案中，提供给TEM 22的第二功率量为或接近TEM 22的COP最大化的点。在一些实施方案中，提供给TEM 22的第二功率量为至少一功率量，使得冷却室12的温度不升高。如先前讨论的，在一些实施方案中，这减轻了TEM 22的排热限制，尤其是在TEM 22的热端被动冷却时。
图7示出根据本公开的一些实施方案的图6的方法的一个可能实现。图7包括三条线。顶部标绘TEM 22的排放端(热端)的温度。底线标绘TEM 22的冷端的温度。中间线标绘提供给TEM 22的功率作为施加到TEM 22的电压。在曲线图的开始，TEM 22的热端和冷端的温度类似。这可指示热电制冷系统10刚刚通电或者其因为诸如保持打开足够长时间的某一其他原因而处于降温模式。
在开始处，控制器16向TEM 22提供第一电压。在此实例中，TEM 22的热端的温度升高而TEM 22的冷端的温度降低。在此实例中，TEM 22的热端的温度的第一阈值为50℃。当控制器16确定TEM 22的热端的温度已达到50℃时，控制器16减少功率并且向TEM 22提供小于第一量的第二功率量。因为这个，向TEM 22的热端泵送较少热量并且其开始冷却。而且，TEM22的冷端的温度已减缓其降低或者可能甚至轻微提高。向TEM 22提供此功率量，直到控制器16已确定TEM 22的热端已足够冷却。
当控制器16确定TEM 22的热端的温度低于第二阈值时，控制器16再次向TEM 22提供第一功率量。这再次致使TEM 22的热端变得过热，但TEM 22的冷端现在比TEM 22的热端上次饱和时其温度低。控制器16可在两个功率量之间继续此行动以便提供冷却室12的快速降温同时减轻TEM 22的排热限制。这在TEM 22的热端被动冷却时可尤其有用。虽然此实例仅示出两个不同功率量，但所述方法并不限于此。在一些实施方案中，更大功率量或更小功率量可为或接近TEM 22的COP最大化的点，并且每次可基于系统参数重新计算这个值。
换句话说，如果这是基于热虹吸的系统，则冷端温度绑定到绝缘室(例如，冷却室12)。在热端上的热耗散已饱和并且冷端温度的进一步降低停滞的点处，给TEM 22的功率折回到将减轻冷端温度的任何提高但允许热端温度降低的水平。这利用冷端的绝缘性以及其相对于热端的改善的热稳定性。功率保持减少直到热端温度已下降到可允许更多排热的点。当达到这个点时，增加TEM 22功率，并且热端或热耗散再一次朝向饱和增加。然而，在这段时间期间，由于热端温度以较低点开始，冷端温度将降低。此功率和温度循环可重复许多次以便产生非常轻微的泵浦效应以增强围绕热端的自然对流，允许更多总体热量耗散并且允许冷端降低到其设置点温度。
图8是根据本公开的一些实施方案的用于操作TEM 22的控制器16的图，所述控制器包括功率确定模块32、功率提供模块34以及系统参数确定模块36。功率确定模块32、功率提供模块34以及系统参数确定模块36每个在软件中实现，所述软件在由控制器16的处理器执行时致使控制器16根据本文描述的一个实施方案操作。
图9是根据本公开的一些实施方案的用于操作TEM 22的控制器16的另一图，所述控制器包括功率提供模块38和温度确定模块40。功率提供模块38和温度确定模块40每个在软件中实现，所述软件在由控制器16的处理器执行时致使控制器16根据本文描述的一个实施方案操作。
本领域技术人员将认识到本公开的优选实施方案的改进和修改。所有此类改进和修改都视为处于本文所公开的概念和随附权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种操作热电模块以冷却冷却室的方法，其包括：
向所述热电模块提供第一功率量；
确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值；以及
向所述热电模块提供小于所述第一功率量的第二功率量，其中所述第二功率量为至少一功率量，使得在确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值后，所述冷却室的温度不升高；
确定所述热电模块的所述热端的所述温度低于第二阈值，其中第二阈值低于第一阀值；以及
向所述热电模块提供大于所述第二功率量的第三功率量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三功率量等于所述第一功率量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三功率量不等于所述第一功率量。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，提供给所述热电模块的所述第一功率量为或接近所述热电模块的最大功率量。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，提供给所述热电模块的所述第一功率量为或接近所述热电模块的性能系数最大化的点。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一阈值指示所述热电模块的所述热端饱和。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一阈值指示所述热电模块可能通过在高于所述第一阈值的温度下操作受到损害。
8.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，向所述热电模块提供所述第一功率量包括向所述热电模块提供第一电流量，并且向所述热电模块提供所述第二功率量包括向所述热电模块提供第二电流量。
9.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，向所述热电模块提供所述第一功率量包括向所述热电模块提供第一电压量，并且向所述热电模块提供所述第二功率量包括向所述热电模块提供第二电压量。
10.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述热电模块的所述热端被动冷却。
11.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：
所述热电模块可操作来降低冷却室的温度；以及
基于由以下各项组成的组中的至少一个确定由所述第一功率量和所述第二功率量组成的组中的至少一个：
所述冷却室的所述温度；
所述热电模块的所述热端的所述温度；
所述冷却室外部的环境的温度；以及
所述热电模块的电特性。
12.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，向所述热电模块提供所述第一功率量还包括向热电模块的多于一个子集提供所述第一功率量，并且向所述热电模块提供所述第二功率量还包括向所述热电模块的至少一个子集提供小于所述第一功率量的所述第二功率量并且继续向所述热电模块的至少另一个子集提供所述第一功率量。
13.一种热电制冷系统，其包括：
冷却室；
热交换器，其包括：
冷端散热片；
热端散热片；以及
热电模块，其设置在所述冷端散热片与所述热端散热片之间；以及
控制器，其被配置来：
向所述热电模块提供第一功率量；
确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值；
向所述热电模块提供小于所述第一功率量的第二功率量，其中所述第二功率量为至少一功率量，使得在确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值后，所述冷却室的温度不增加；
确定所述热电模块的所述热端的所述温度低于第二阈值，其中第二阈值低于第一阀值；以及
向所述热电模块提供大于所述第二功率量的第三功率量。
14.一种用于操作热电模块以冷却冷却室的控制器，其适于：
向所述热电模块提供第一功率量；
确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值；
向所述热电模块提供小于所述第一功率量的第二功率量，其中所述第二功率量为至少一功率量，使得在确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值后，所述冷却室的温度不增加；
确定所述热电模块的所述热端的所述温度低于第二阈值，其中第二阈值低于第一阀值；以及
向所述热电模块提供大于所述第二功率量的第三功率量。
15.如权利要求14所述的控制器，其适于执行如权利要求1至12中任一项所述的方法。
16.一种包括指令的计算机程序，所述指令当在至少一个处理器上执行时致使所述至少一个处理器执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
17.一种包含如权利要求16所述的计算机程序的载体，其中所述载体为电子信号、光信号、无线电信号或计算机可读存储介质中的一种。
18.一种用于操作热电模块以冷却冷却室的控制器，其包括：
功率提供模块，其可操作来向所述热电模块提供第一功率量，向所述热电模块提供小于所述第一功率量的第二功率量，并且向所述热电模块提供大于所述第二功率量的第三功率量；以及
温度确定模块，其可操作来确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值并且确定所述热电模块的所述热端的所述温度低于第二阈值，其中第二阈值低于第一阀值；
其中所述第二功率量为至少一功率量，使得在确定所述热电模块的热端的温度高于第一阈值后，所述冷却室的温度不增加。
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