CN114643829A - 一种车载半导体空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车载半导体空调系统，涉及半导体空调的技术领域。本发明中空调‑冰箱集成装置包括空调区和冰箱区；冰箱区包括第一半导体换热模块和金属板，空调区包括进风口道和出风口道，进风口道与出风口道之间通过所述冰箱区间隔，并且进风口道和出风口道之间通过具有散热鳍片的空气通道连通，所述空调‑冰箱集成装置通过百叶隔热板的开启与闭合，实现空调区和冰箱区的协同和独立。本发明还包括上述空调‑冰箱集成装置的车载半导体空调系统。本发明的空调‑冰箱集成装置节省了空间和零部件数量，且可在不同使用场景下协同工作，也可独立工作，缩短了冰箱制冷时间，其可与汽车冷却系统并联。
Description
技术领域
本发明涉及半导体空调的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种车载半导体空调系统。
背景技术
近年来，新能源汽车上普遍搭载的空调采用压缩式制冷和PTC加热的方式调节车内的温度，同时更多用户选择在车内加装车载冰箱来提高舒适性和日常乘车方便性。
然而，现有技术中的汽车空调压缩机和PTC所需的零部件复杂且数量多、成本高，且工作时噪声大、震动强，制冷中的冷媒是一种含氟的材料。现有的车载冰箱使用压缩机和冷媒制冷则同样存在震动、噪音、不环保的问题。
为了解决上述问题，现有技术中提供了热电制冷的半导体材料应用于汽车内制冷制热系统的设计思路。CN109532401A公开了一种车内空气制冷制热系统，其中采用了半导体芯片替代传统的压缩蒸气空调制冷系统，不仅需要配合相变材料，而且不能利用汽车现有的冷却系统，导致改造成本过高。CN107020920A公开了一种车载空调制热装置，其中将多个半导体制冷片的热端分别设置在多个座位下方，不仅占用空间大，而且对现有的汽车布局改动大，而且难以利用原有的循环冷却系统。此外，在现有车载半导体空调系统中，空调和冰箱是分别设置的，不仅占用空间大，而且半导体冰箱的制冷时间长，缺点明显。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种车载半导体空调系统。
本发明的第一方面还涉及一种空调-冰箱集成装置，包括空调区和冰箱区；所述冰箱区包括位于底部的第一半导体换热模块，和位于所述第一半导体换热模块四周上部的金属板，所述第一半导体换热模块和所述金属板围成所述冰箱的容纳空间，所述第一半导体换热模块的下表面上设置有金属换热模块；所述第一半导体换热模块前侧和后侧的金属板内表面设置有百叶隔热板；所述空调区包括进风口道和出风口道，所述进风口道与所述出风口道之间通过所述冰箱区间隔，并且所述进风口道和出风口道之间通过具有散热鳍片的空气通道连通，所述散热鳍片设置在第一半导体换热模块前侧和后侧的金属板外表面上，所述散热鳍片的外表面上设置有第二半导体换热模块，而所述第二半导体换热模块的外表面上设置有金属换热模块；所述空调-冰箱集成装置通过百叶隔热板的开启与闭合，实现空调区和冰箱区的协同和独立。
其中，所述第一半导体换热模块左侧和右侧的金属板外表面设置有隔热板。所述第一半导体换热模块左侧的金属板外表面的隔热板位于所述进风口道内，所述第一半导体换热模块右侧的金属板外表面的隔热板位于所述出风口道内。
其中，所述百叶隔热板由层叠的隔热片构成，并且所述隔热片由微电机控制开合。
其中，所述进风口道内设置有风扇。
其中，所述散热鳍片由交叉垂直的金属片状结构构成。
其中，所述金属换热模块内设置有冷却液管路，并且所述冷却液管路在所述金属换热模块内蜿蜒设置。
其中，所述空调-冰箱集成装置还包括用于向所述第一半导体换热模块、第二半导体换热模块、风扇以及百叶隔热板的微电机供电的电源，以及控制所述电源的电源控制器。
其中，所述第一半导体换热模块、第二半导体换热模块均包括两个绝缘导热面板，所述两个绝缘导热面板之间设置有多个由P型半导体元件和N型半导体元件连成的热电偶对；并且所述绝缘导热面板优选为导热陶瓷面板。
本发明还包括上述空调-冰箱集成装置的车载半导体空调系统，其中：所述空调-冰箱集成装置中金属换热模块内的冷却液管路与汽车冷却系统循环回路并联。
其中，所述汽车冷却系统循环回路包括冷凝器以及与所述冷凝器连接的汽车冷却回路，而所述冷凝器与所述汽车冷却回路之间设置有膨胀水箱；所述空调-冰箱集成装置中金属换热模块内的冷却液管路出口与所述膨胀水箱的进液口连通，而所述膨胀水箱和冷凝器的出液口与所述空调-冰箱集成装置中金属换热模块内的冷却液管路入口连接。
与现有技术相比，本发明的车载半导体空调系统具有以下有益效果：
本发明的车载半导体空调系统中，半导体空调中集成了冰箱区域，节省了空间和零部件数量；半导体空调区域和冰箱区域在不同使用场景下可以协同工作，也可以独立工作，缩短了冰箱制冷时间，提高了工作效率；半导体换热模块的冷却系统和汽车冷却系统并联，大量使用车身已有的散热系统，减少了零部件数量，节省了成本。
附图说明
图1为实施例1的空调-冰箱集成装置的结构示意图。
图2为实施例1的空调-冰箱集成装置的俯视图。
图3为实施例1的空调-冰箱集成装置中百叶隔热板开启(a)与闭合(b)示意图。
图4为实施例1的空调-冰箱集成装置中的半导体换热模块的结构示意图。
图5为实施例1的空调-冰箱集成装置中的金属换热模块的内部结构图。
图6为实施例1的半导体空调系统的结构框图。
图7为实施例1的半导体空调系统的冷却循环回路1的示意图。
图8为实施例1的半导体空调系统的冷却循环回路2的示意图。
图9为实施例1的半导体空调系统的冷却循环回路3的示意图。
图10为实施例1半导体空调系统的工作流程示意图。
图中：100空调-冰箱集成装置；11风扇，12进风口道，13出风口道；21隔热板，22百叶隔热板；31金属板，32散热鳍片；41第一半导体换热模块，42第二半导体换热模块；51金属换热模块，52水管，53二位三通换向阀，54水泵，55二位二通换向阀A，56二位二通换向阀B；61膨胀水箱，62冷凝器。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明的车载半导体空调系统做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1
如图1-5所示，本实施例涉及一种空调-冰箱集成装置100包括空调区和冰箱区；所述冰箱区包括位于底部的第一半导体换热模块41，和位于所述第一半导体换热模块41四周上部的金属板31，所述第一半导体换热模块41和所述金属板31围成所述冰箱的容纳空间，所述第一半导体换热模块41的下表面上设置有金属换热模块；所述第一半导体换热模块41前侧和后侧的金属板31内表面设置有百叶隔热板22，所述第一半导体换热模块41左侧和右侧的金属板31外表面设置有隔热板21。对于百叶隔热板22，如图3所示，所述百叶隔热板22由层叠的隔热片构成，并且所述隔热片由微电机控制开合，图3中(a)所示为开启状态，(b)所示为关闭状态。所述空调区包括进风口道12、出风口道13，所述进风口道12内设置有风扇11。所述进风口道12与所述出风口道13之间间隔所述冰箱区，并且所述进风口道12和出风口道13之间通过具有散热鳍片32的空气通道连通，所述散热鳍片32设置在第一半导体换热模块41前侧和后侧的金属板31外表面上，所述散热鳍片32的外表面上设置有第二半导体换热模块42，而所述第二半导体换热模块42的外表面上设置有金属换热模块51。如图5所示，所述金属换热模块51内设置有冷却液管路，所述冷却液管路在所述金属换热模块51内蜿蜒设置。在本实施例中，所述空调-冰箱集成装置100还包括用于向所述第一半导体换热模块41、第二半导体换热模块42、风扇11以及百叶隔热板22的微电机供电的电源、电源控制器，同时还设置有温度传感器。如图4所示，在本实施例中，所述第一半导体换热模块41和第二半导体换热模块42是一种基于“热电制冷”原理的装置。半导体换热模块的基本元件是热电偶对，即把一个P型半导体元件和一个N型半导体元件连成的热电偶。当直流电源接通，上面接头的电流方向是N-P，温度降低，并且吸热，形成冷端；下面接头的电流方向是p-n，温度上升，并且放热，形成热端。把若干对热电偶连接起来就构成了常用的热电堆，借助各种传热器件，使热电堆的热端不断散热，并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热，产生低温，这就是半导体制冷的工作原理。通过改变半导体电流方向，可以实现制冷面和制热面的切换。所述半导体换热模块包括两个绝缘导热面板，所述两个绝缘导热面板之间设置有多个由P型半导体元件和N型半导体元件连成的热电偶对，所述绝缘导热面板为导热陶瓷面板。
在本实施例的空调-冰箱集成装置100中，通过百叶隔热板22的开启与闭合，实现空调区和冰箱区工作区的协同和独立。
具体来说，如图2所示，由金属板31和第二半导体换热模块42的中间的散热鳍片32形成风道，空气从进风口12的风扇11进入，通过第二半导体换热模块42冷端的散热鳍片32进行热量交换，再通过出风口13排出，第二半导体换热模块42热端的热量通过金属换热模块51传递到水管的冷却液中。当冰箱区域工作时，底部的第一半导体换热模块41开始工作，冷端降低冰箱区域空腔内的温度，热端的热量由金属换热模块51中的冷却液带走，同时两侧隔热百叶板22在微电机的带动下开启，两侧第二半导体换热模块42开始工作，制冷量由散热鳍片32传导至金属板31，再由金属板31传导至冰箱空腔，实现空调区对冰箱区的协同工作，给冰箱区提供较强的制冷效果，而当冰箱区达到目标温度后，百叶隔热板22在微电机带动下闭合，实现空调区和冰箱区被隔热材料分割为两个独立的区域。由于半导体换热模块的冷端和热端可以通过改变电流的方向调节，当制冷端切换为制热端时，工作原理与制冷时一致。
如图6所示，本实施例还提供了一种包括上述空调-冰箱集成装置100的车载半导体空调系统，所述空调-冰箱集成装置100中金属换热模块51内的冷却液管路与汽车冷却系统循环回路并联，提高半导体元件散热端的散热效率，进而提高整个空调系统的工作效率。具体来说，所述汽车冷却系统循环回路包括冷凝器62以及与所述冷凝器62连接的汽车冷却回路，而所述冷凝器62与所述汽车冷却回路之间设置有膨胀水箱61。所述空调-冰箱集成装置100中金属换热模块51内的冷却液管路出口与所述膨胀水箱61的进液口连通，而所述膨胀水箱61和冷凝器62的出液口与所述空调-冰箱集成装置100中金属换热模块51内的冷却液管路入口连接。具体来说，所述膨胀水箱61和冷凝器62的出液口通过管路与二位三通换向阀53的进口自连接，而所述二位三通换向阀53的出口与二位二通换向阀A 55和二位二通换向阀B 56连通，而二位二通换向阀A 55的出口与第二半导体换热模块42的外表面设置的金属换热模块51内的冷却液管路入口连通，二位二通换向阀B 56的出口与第一半导体换热模块41的下表面设置的金属换热模块内的冷却液管路入口连通；而且在所述二位三通换向阀53与所述二位二通换向阀A 55和二位二通换向阀B 56之间设置有水泵54。
图10为本实施例的半导体空调系统的工作流程示意图。设定膨胀水箱61内冷却液温度的常温阈值H1，冷凝器62出水口温度的高温阈值H2。汽车的冷却系统循环回路可看做图9冷却循环回路3所示：膨胀水箱61→冷凝器62→汽车冷却回路→膨胀水箱61。当收到制冷信号后，若膨胀水箱61内冷却液温度小于常温阈值H1时，此时膨胀水箱61内冷却液温度在常温阈值H1内可吸收半导体空调系统的散热，图9冷却循环回路3不工作，图7冷却循环回路1工作：膨胀水箱61→二位三通换向阀水泵53→水泵54→二位二通换向阀A&B→金属换热模块51→膨胀水箱61。当膨胀水箱61内冷却液温度大于常温阈值H1，冷凝器62出水口温度小于高温阈值H2时，此时单靠膨胀水箱61内的冷却液散热达到饱和，但是冷凝器62的散热还有余量，汽车的散热量大于汽车的发热量，图9冷却循环回路3和图8冷却循环回路2并行工作。半导体空调系统的冷却循环回路为图8冷却循环回路2所示：膨胀水箱61→冷凝器62→二位三通换向阀水泵53→水泵54→二位二通换向阀A&B→金属换热模块51→膨胀水箱61。当冷凝器出水口温度高于高温阈值H2时，此时汽车的散热量小于发热量，冷却液经过冷凝器62散热后温度不能降低到高温阈值H2以下，为了优先保证汽车动力系统的散热，此时只有图9冷却循环回路3工作，半导体空调系统的冷却循环回路2和冷却循环回路3不工作，半导体空调系统的制冷信号被取消，半导体空调系统发出水温过高警示。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思及技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空调-冰箱集成装置，其特征在于：包括空调区和冰箱区；所述冰箱区包括位于底部的第一半导体换热模块，和位于所述第一半导体换热模块四周上部的金属板，所述第一半导体换热模块和所述金属板围成所述冰箱的容纳空间，所述第一半导体换热模块的下表面上设置有金属换热模块；所述第一半导体换热模块前侧和后侧的金属板内表面设置有百叶隔热板；所述空调区包括进风口道和出风口道，所述进风口道与所述出风口道之间通过所述冰箱区间隔，并且所述进风口道和出风口道之间通过具有散热鳍片的空气通道连通，所述散热鳍片设置在第一半导体换热模块前侧和后侧的金属板外表面上，所述散热鳍片的外表面上设置有第二半导体换热模块，而所述第二半导体换热模块的外表面上设置有金属换热模块；所述空调-冰箱集成装置通过百叶隔热板的开启与闭合，实现空调区和冰箱区的协同和独立。
2.根据权利要求1所述的空调-冰箱集成装置，其特征在于：所述第一半导体换热模块左侧和右侧的金属板外表面设置有隔热板。
3.根据权利要求2所述的空调-冰箱集成装置，其特征在于：所述第一半导体换热模块左侧的金属板外表面的隔热板位于所述进风口道内，所述第一半导体换热模块右侧的金属板外表面的隔热板位于所述出风口道内。
4.根据权利要求1所述的空调-冰箱集成装置，其特征在于：所述百叶隔热板由层叠的隔热片构成，并且所述隔热片由微电机控制开合。
5.根据权利要求1所述的空调-冰箱集成装置，其特征在于：所述散热鳍片由交叉垂直的金属片状结构构成。
6.根据权利要求1所述的空调-冰箱集成装置，其特征在于：所述金属换热模块内设置有冷却液管路，并且所述冷却液管路在所述金属换热模块内蜿蜒设置。
7.根据权利要求1所述的空调-冰箱集成装置，其特征在于：所述空调-冰箱集成装置还包括用于向所述第一半导体换热模块、第二半导体换热模块、风扇以及百叶隔热板的微电机供电的电源，以及控制所述电源的电源控制器。
8.根据权利要求1所述的空调-冰箱集成装置，其特征在于：所述第一半导体换热模块、第二半导体换热模块均包括两个绝缘导热面板，所述两个绝缘导热面板之间设置有多个由P型半导体元件和N型半导体元件连成的热电偶对。
9.一种车载半导体空调系统，其特征在于：包括上述权利要求1-8任一项所述的空调-冰箱集成装置，并且所述空调-冰箱集成装置中金属换热模块内的冷却液管路与汽车冷却系统循环回路并联。
10.根据权利要求9所述的车载半导体空调系统，其特征在于：所述汽车冷却系统循环回路包括冷凝器以及与所述冷凝器连接的汽车冷却回路，而所述冷凝器与所述汽车冷却回路之间设置有膨胀水箱；所述空调-冰箱集成装置中金属换热模块内的冷却液管路出口与所述膨胀水箱的进液口连通，而所述膨胀水箱和冷凝器的出液口与所述空调-冰箱集成装置中金属换热模块内的冷却液管路入口连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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