CN115164303A - 一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，包括以下步骤：S1、将热电制冷器件添加在空调核心功率半导体器件和散热翅片之间，强制将热量由功率器件传导至散热翅片；S2、可根据实际通过控制热电制冷器件的功率，进而控制热电制冷器件的制冷量。本发明相比于功率器件与散热翅片间自然传热，使用温差电制冷技术强制换热能使功率器件保持在更低的温度，避免由于其温度过高而降频；能够提高散热翅片的温度，降低风冷所需功耗，实现节能。
Description
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，具体为一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法。
背景技术
随着人民生活水平的不断提高，空调已成为人们日常生活中不可缺少的一部分。而在炎炎夏日，室外温度可达40℃，由于散热困难致使空调内部功率半导体器件温度过高而导致的空调降频，会使空调发挥不出应有的最大制冷效果，大大影响人们的使用体验。因此，对于空调内部功率半导体器件在高温场景下的温控办法引起了工业界和学术界的广泛关注。
传统的空调内部功率半导体器件温控办法是通过对功率器件添加散热翅片增大其换热面积，同时使用风扇鼓风的形式带走散热翅片上的热量。但是，这种传统的温控办法首先降温效果差，在环境温度超过35℃时很难使空调内部功率器件的温度保持在95℃以下，影响空调的性能发挥；其次仅依靠风扇降温的功耗很大，不利于节能环保的问题，为此，我们提出一种实用性更高的基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，解决了现有的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，包括以下步骤：
S1、将热电制冷器件添加在空调核心功率半导体器件和散热翅片之间，强制将热量由功率器件传导至散热翅片；
S2、可根据实际通过控制热电制冷器件的功率，进而控制热电制冷器件的制冷量。
优选的，所述空调核心功率半导体器件为IPM或IGBT。
优选的，所述热电制冷器件的添加方式为正反面通过0.1mm厚的高导热胶与功率器件和散热翅片连接。
优选的，所述热电制冷器件采用的材料为Bi2Te3基化合物、Ag2Q(Q=S，Se，Te)基化合物、SnSe基化合物、Mg2Si基化合物、MgAgSb基化合物、MgSiSn基化合物及Mg3Sb2基化合物。
优选的，所述热电制冷器件可以在-50℃~150℃的环境下工作，满足空调内部常年的使用场景。
一种采用基于温差电制冷技术对空调功率半导体器件降温的热电制冷器件。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明相比于功率器件与散热翅片间自然传热，使用温差电制冷技术强制换热能使功率器件保持在更低的温度，避免由于其温度过高而降频；能够提高散热翅片的温度，降低风冷所需功耗，实现节能。
2、本发明通过添加热电制冷器件对功率器件进行快速降温和精准控温成为了一个最佳选择，并且，热电制冷器件有如下优点：结构简单、部件少、维修方便；无机械传动部件，无使用噪音，寿命长；效率高，耗电量低；环保；通过添加热电制冷器件，可以使功率器件即使在高温环境下也能处于最佳工作温度范围，实现最大制冷效果的同时做到节能环保。
3、本发明的主要目的在于，为了解决目前传统的功率器件的降温方式效果差、功耗大的问题，提出了一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法；本发明可以实现功率半导体器件的高效降温及精准控温，防止因为功率器件温度过高而导致的空调降频，使空调得以发挥出应有的最大制冷效果。
4、现有的空调功率器件温控办法一般为散热翅片结合风冷，其散热效果差，功耗大，在高温环境下难以实现温控目标，空调会降频无法发挥出应有的最大制冷效果。
5、本发明首次公开了一种用温差电技术降频空调能耗且避免降频的方法，通过在功率半导体器件与散热翅片间添加热电制冷器件，通过其强制换热将功率器件温度控制在合适范围内，让空调避免降频，得以发挥出最大制冷效果，同时提高散热翅片的表面温度，降低了风冷所需的功耗，实现节能环保。
6、本发明中添加热电制冷器件后散热翅片结合风冷的单位体积换热量将大大提高，这意味着缩小散热翅片的体积或风扇翅片的体积后同样能提供满足要求的换热量，有利于空调的小型化。
附图说明
图1为实施例1中单个热电制冷器件嵌入散热翅片和功率器件图。
图2为实施例1中的完整器件侧面图。
图3为实施例1中空调工作时温度分布图。
图4为实施例1中热电制冷器件降温效果随通入电流变化示意图。
图5为实施例1中散热片的温度在嵌入热电制冷器件后温度分布随通入电流变化示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，具体包括如下：
1）利用Bi2Te3基热电材料制成热电制冷器件1个嵌于散热翅片和功率器件之间，其结构如图1所示，热电制冷器件内部如图2所示，其中热电粒子是p型Bi0.5Sb1.5Te3和n型Bi2Te2.7Se0.3，电极为Cu，焊料为金锡焊料，阻挡层材料为Ni，基板材料为Al2O3；
2）热电制冷器件利用电能产生温差，冷端连接空调中的功率器件，使其进行强制换热，达到降温的目的，空调工作时温度分布如图3所示；
3）通过改变通过热电制冷器件的电流，可以达到不同的降温效果，其结果如图4所示，散热片的温度变化如图5所示。
实施例2
一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，具体包括如下：
1）利用Bi2Te3基热电材料和Ag2Q（Q=S，Se，Te）基热电材料制成热电制冷器件1个嵌于散热翅片和功率器件之间，其中热电粒子是p型Bi0.5Sb1.5Te3和n型Ag2Se，电极为Ag，焊料为金锡焊料，基板材料为Al2O3；
2）热电制冷器件利用电能产生温差，冷端连接空调中的功率器件，使其进行强制换热，达到降温的目的；
3）通过改变电流大小，可以控制温度变化范围，同时可通过针对指定功率对TEC进行结构设计优化进一步提升其COP增强强制换热效果，降低器件内阻减小功耗。
实施例3
一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，具体包括如下：
1）利用SnSe基热电材料和Bi2Te3基热电材料制成热电制冷器件1个嵌于散热翅片和功率器件之间，其中热电粒子是p型SnSe和n型Bi2Te2.7Se0.3，电极为Cu，焊料为金锡焊料，基板材料为Al2O3；
2）热电制冷器件利用电能产生温差，冷端连接空调中的功率器件，使其进行强制换热，达到降温的目的；
3）通过改变电流大小，可以控制温度变化范围，同时可通过针对指定功率对TEC进行结构设计优化进一步提升其COP增强强制换热效果，降低器件内阻减小功耗。
实施例4
一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，具体包括如下：
1）利用MgAgSb基热电材料和Mg3Sb2基热电材料制成热电制冷器件，其中热电粒子是p型α-MgAg0.97Sb0.99和n型Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01，电极为304不锈钢合金，焊料为金锡焊料，阻挡层材料为Fe，基板材料为AlN；
2）热电制冷器件利用电能产生温差，冷端连接空调中的功率器件，使其进行强制换热，达到降温的目的；
3）通过改变电流大小，可以控制温度变化范围，同时可通过针对指定功率对TEC进行结构设计优化进一步提升其COP增强强制换热效果，降低器件内阻减小功耗。
实施例5
一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，具体包括如下：
1）利用MgAgSb基热电材料和Bi2Te3基热电材料制成热电制冷器件，其中热电粒子是p型α-MgAg0.97Sb0.99和n型Ag2Se，电极为Ag，焊料为金锡焊料，阻挡层材料为Ni，基板材料为AlN；
2）热电制冷器件利用电能产生温差，冷端连接空调中的功率器件，使其进行强制换热，达到降温的目的；
3）通过改变电流大小，可以控制温度变化范围，同时可通过针对指定功率对TEC进行结构设计优化进一步提升其COP增强强制换热效果，降低器件内阻减小功耗。
实施例6
一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，具体包括如下：
1）利用MgAgSb基热电材料和Bi2Te3基热电材料制成热电制冷器件，其中热电粒子是p型α-MgAg0.97Sb0.99和n型Bi2Te2.7Se0.3，电极为Cu，焊料为金锡焊料，基板材料为AlN；
2）热电制冷器件利用电能产生温差，冷端连接空调中的功率器件，使其进行强制换热，达到降温的目的；
3）通过改变电流大小，可以控制温度变化范围，同时可通过针对指定功率对TEC进行结构设计优化进一步提升其COP增强强制换热效果，降低器件内阻减小功耗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将热电制冷器件添加在空调核心功率半导体器件和散热翅片之间，强制将热量由功率器件传导至散热翅片；
S2、可根据实际通过控制热电制冷器件的功率，进而控制热电制冷器件的制冷量。
2.根据权利要求1所述的一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，其特征在于，所述空调核心功率半导体器件为IPM或IGBT。
3.根据权利要求1所述的一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，其特征在于，所述热电制冷器件的添加方式为正反面通过0.1mm厚的高导热胶与功率器件和散热翅片连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，其特征在于，所述热电制冷器件采用的材料为Bi2Te3基化合物、Ag2Q(Q=S，Se，Te)基化合物、SnSe基化合物、Mg2Si基化合物、MgAgSb基化合物、MgSiSn基化合物及Mg3Sb2基化合物。
5.根据权利要求1所述的一种基于温差电制冷技术降低空调能耗的方法，其特征在于，所述热电制冷器件可以在-50℃~150℃的环境下工作，满足空调内部常年的使用场景。
6.根据权利要求1-5所述的一种采用基于温差电制冷技术对空调功率半导体器件降温的热电制冷器件。
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