CN203449882U - 一种车用小型制冷制热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型车用小型制冷制热装置，涉及一种制冷制热装置，包括制冷箱、制热箱及半导体制冷芯片、热交换器、温度传感器、微处理器、PID控制器、可调电源模块，制冷箱与制热箱相互连接且它们之间设有半导体制冷芯片，热交换器连接在制热箱的送风口和回风口间，热交换器还分别与汽车发动机水暖系统两端连接，温度传感器分别设置在制热制冷箱内且与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端与PID控制器的输入端连接，PID控制器的输出端与可调电源模块连接，可调电源模块的输出端与半导体制冷芯片连接。制热箱主要采用发动机产生的热量作为热源。制冷箱通过半导体制冷芯片实现制冷，采用微处理器及PID控制器来提高制冷箱的制冷效率，实现高效能源利用率。

Description

一种车用小型制冷制热装置

技术领域

本实用新型涉及一种制冷制热装置，尤其是一种车用小型制冷制热装置。

背景技术

车载制冷和制热装置已经有成熟的应用产品。从实现技术上来分析，车用制冷和制热装置在实现原理上主要分为：基于传统压缩机的车载冰箱、基于半导体制冷和制热原理的车载冰箱以及利用保温材料实现的车载保温箱。其中基于传统压缩机原理的制冷冰箱体积相对较大，其工作原理是利用压缩机实现制冷目的的，其价格昂贵，且仅有制冷功能。基于半导体制冷和制热原理实现的冰箱是目前小型车辆上的制冷和制热的主要方式，同时具备制冷和制热功能；而采用保温材料实现的车载保温箱不具备主动制冷和制热的能力，仅仅是依靠保温材料来降低热量传导的能力，使得保温箱内的热量与外界环境尽可能少的进行交换而达到保温效果。

目前车用小型制冷制热装置一般是采用基于半导体热电制冷制热的原理实现制冷和制热的目的。然而目前传统的车用小型制冷制热装置中利用热电原理实现制热，并没有充分利用汽车在行驶过程中发动机本身产生大量的热量，而这些热量绝大多数被当作废热给释放掉了。若启用车内其他车用制热装置，则无形当中增加了汽车能源的负荷，而且没有充分将汽车自身所具有的热能利用起来。另一方面，从传统的半导体制冷装置中，一旦启动半导体制冷，则系统一直处于工作状态，并不会根据制冷箱当前的温度自动地调节半导体制冷装置的输出功率，从而导致制冷过程中能源的浪费比较明显。

随着能源越来越紧张，车用小型制冷制热装置的工作效率成为人们越来越关注的问题。因此，实用新型一种能尽可能提高能源利用率的制冷制热装置非常必要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能充分利用车内现有能源、提高能源的利用率、自动调节制冷箱温度、有效节约制冷过程能耗的车用小型制冷制热装置。

本实用新型为实现上述目的采用的技术方案是：一种车用小型制冷制热装置，包括制冷箱、制热箱及半导体制冷芯片，制冷箱与制热箱相互连接，半导体制冷芯片设置在制冷箱和制热箱相互连接的侧壁中，该制冷制热装置还包括热交换器、温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、微处理器、PID控制器、可调电源模块，所述制热箱的侧壁上分别设有送风口和回风口，所述热交换器连接在送风口和回风口之间的管道中，热交换器通过管道还分别与汽车发动机水暖系统两端连接，所述温度传感器Ⅰ设置在制热箱内，所述温度传感器Ⅱ设置在制冷箱内，所述温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ分别通过线路与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端与PID控制器的输入端连接，PID控制器的输出端与可调电源模块的控制端连接，可调电源模块的输出端通过线路与半导体制冷芯片连接。 

本实用新型的进一步技术方案是：所述制冷制热装置还包括风扇Ⅰ、风扇Ⅱ，所述风扇Ⅰ设置在制热箱内靠近半导体制冷芯片的位置，所述风扇Ⅱ设置在制冷箱内靠近半导体制冷芯片的位置。

所述可调电源模块的输入端通过车用标准插头与车内12V电源的输出端连接。

所述制冷箱、制热箱分别由四层材料组成，四层材料由内至外分别是金属内胆层、真空隔热层、聚氨酯保温层、金属加固层。

所述半导体制冷芯片的型号为TEC1-12710。

所述制冷箱内设有四个温度传感器Ⅱ，四个温度传感器Ⅱ分别与微处理器的输入端连接，温度传感器Ⅱ的型号为DS18B20。

所述微处理器的型号为AtXmega128A1。

由于采用上述结构，本实用新型之车用小型制冷制热装置具有以下有益效果：

1、本实用新型车用小型制冷制热装置，热交换器吸收汽车发动机水暖系统的热量，热交换器再通过连接在制热箱送风口和回风口之间的管道将热量传递至制热箱内，实现对制热箱中空气温度的改变，将发动机产生的部分废热传递至制热箱中，因此可以采用发动机产生的热量来实现制热箱的制热的目的，不消耗额外的能量，降低了制冷制热装置的能源消耗，在发动机产生的热量不能满足制热箱内制热温度时，可以通过半导体制冷芯片对制热箱继续进行加热而达到制热目的；

2、本实用新型车用小型制冷制热装置，采用温度传感器Ⅱ对制冷箱内温度实施测量，温度传感器Ⅱ将制冷箱内温度传给微处理器，微处理器将设定温度与实测温度进行比较，得到温度误差值，通过PID控制器的比例单元P、积分单元I和微分单元D的运算，得到的运算结果分别进行模糊推理、PID处理之后，由PID控制器对可调电源模块进行控制，使半导体制冷芯片输入电流得到精确调节，实现制冷箱内部温度的稳定调节，从而确保制冷箱内部的制冷量与实际要求尽可能地一致，实现对半导体制冷芯片冷量的精确调节，提高了制冷循环系统的能源利用效率；

3、本实用新型车用小型制冷制热装置，在制热箱和制冷箱内靠近半导体制冷芯片的位置分别设置风扇，可将半导体制冷芯片热端和冷端的热量以空气对流的形式快速地向制热箱或制冷箱中传递。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型车用小型制冷制热装置作进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型车用小型制冷制热装置结构示意图；

图2是本实用新型车用小型制冷制热装置的温度传感器与微处理器连接原理图；

图3是本实用新型车用小型制冷制热装置的PID控制的结构原理图；

附图标号说明：1—制热箱、2—回风口、3—温度传感器Ⅰ、4—送风口、5—风扇Ⅰ、6—制冷箱、7—半导体制冷芯片、8—风扇Ⅱ、9—温度传感器Ⅱ、10—微处理器。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型车用小型制冷制热装置，包括制冷箱6、制热箱1及半导体制冷芯片7，制冷箱6与制热箱1相互连接，其中上半部分为制热箱1，下半部分是制冷箱6。半导体制冷芯片7设置在制冷箱6和制热箱1相互连接的侧壁中。在本实施例中，所述制冷箱6、制热箱1分别由四层材料组成，四层材料由内至外分别是金属内胆层、真空隔热层、聚氨酯保温层、金属加固层，所述半导体制冷芯片7的型号为TEC1-12710。

所述制冷制热装置还包括热交换器、温度传感器Ⅰ3、温度传感器Ⅱ9、微处理器、PID控制器、可调电源模块，所述制热箱1的侧壁上分别设有送风口4和回风口2，送风口4和回风口2通过管道连接形成循环的气流通路，所述热交换器连接在送风口4和回风口2之间的管道中，热交换器通过管道还分别与汽车发动机水暖系统两端连接，其中热交换器的蒸发器两端分别连接在送风口4和回风口2的管道间，热交换器的另外两个接口分别与汽车发动机水暖系统两端连接。汽车发动机水暖系统和热交换器组成对发动机热源的采集循环系统，可将制热箱1中的空气循环流经热交换器，实现对制热箱1中空气温度的改变，将发动机产生的部分废热传递至制热箱1中。所述温度传感器Ⅰ3设置在制热箱1内，所述温度传感器Ⅱ9设置在制冷箱6内，所述温度传感器Ⅰ3、温度传感器Ⅱ9分别通过线路与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端与PID控制器的输入端连接，PID控制器的输出端与可调电源模块的控制端连接，可调电源模块的输出端通过线路与半导体制冷芯片7连接。可调电源模块可以对半导体制冷芯片7输出大小不同的稳定电流，使半导体制冷芯片7以不同的功率工作，实现自动调节半导体制冷芯片7的输出冷量，使得制冷箱6的能源消耗尽可能处于最合理的状态，以提高能源的利用率。

在本实施例中，所述微处理器的型号为AtXmega128A1，所述制冷箱6内设有四个温度传感器Ⅱ9（图中仅示意出一个温度传感器Ⅱ），四个温度传感器Ⅱ9分别与微处理器的输入端连接，温度传感器Ⅰ3、温度传感器Ⅱ9的型号为DS18B20，温度传感器Ⅰ、Ⅱ与微处理器连接原理图请参见图2所示，温度传感器Ⅰ、Ⅱ的VVC端口与微处理器的VVC端口连接，温度传感器Ⅰ、Ⅱ的DATA端口与微处理器的I/O端口连接，温度传感器Ⅰ、Ⅱ的GND端口与微处理器的GND端口连接。所述可调电源模块的输入端通过车用标准插头（图中未示出）与车内12V电源的输出端连接。

在本实施例中，所述制冷制热装置还包括风扇Ⅰ5、风扇Ⅱ8，所述风扇Ⅰ5设置在制热箱1内靠近半导体制冷芯片7的位置，所述风扇Ⅱ8设置在制冷箱6内靠近半导体制冷芯片7的位置，风扇Ⅰ5可通过支撑装置Ⅰ（图中未示出）支撑在制热箱1内靠近半导体制冷芯片7位置侧壁上，风扇Ⅱ8可通过支撑装置Ⅱ（图中未示出）支撑在制冷箱6内靠近半导体制冷芯片7位置侧壁上。在半导体制冷芯片7两端分别安装了风扇，使得半导体制冷芯片7在工作过程中将热端和冷端产生的热量能够通过风扇以空气对流的形式及时地传递至制热箱1或制冷箱6内部。

本实用新型车用小型制冷制热装置启动后，当用户需要进行制热的需求时，制热箱1的送风口4和回风口2分别打开，而发动机工作过程中产生的热量经过汽车发动机水暖系统及热交换器将热量以热风的形式输入至制热箱1中，并在制热箱1内部形成循环，提高制热箱1内部的温度，热交换器与送风口4、回风口2间的箭头即为循环风流动方向。如果用户对当前制热箱1中的温度不够满意，此时可以启动半导体制热系统，即通过对半导体制冷芯片7施加特定方向（反向）的电流使得半导体制冷芯片7往制热箱1内输出热能，以进一步提高制热箱1内的温度。

当用户需要使用制冷功能时，由用户设定制冷箱6的制冷强度，制冷强度可分为高中低三个档，对应不同温度的设定。制热箱1及制冷箱6温度调节范围为5℃～65℃，其中制冷模式设为高表示制冷的目标温度为5℃，制冷模式设为中，表示制冷的目标温度为15℃，制冷模式设为低，表示此时制冷目标温度为25℃；制热最高温度为65℃。通过四个温度传感器Ⅱ9对制冷箱6内部四个测量点的温度进行采样，获取的温度信息送至微处理器中，由微处理器和PID控制器根据制冷箱6中当前的实际温度以及制冷模式设定的设定温度对半导体制冷芯片7的输入电流进行动态调节，实现对半导体制冷芯片7制冷量的精确调节。微处理器发出指令给PID控制器，通过PID控制器对可调电源模块进行控制，调节可调电源模块的输出电流值，使得半导体制冷芯片7以不同的功率工作，实现制冷箱6内部温度的自动调节。PID控制原理如图3所示。在制冷箱6工作过程当中，四个温度传感器Ⅱ9将实时地对制冷箱6内部温度进行测量，得到实测温度电信号送入微处理器中，微处理器将设定温度与实测温度进行比较，得到温度误差值传给PID控制器，通过比例单元P、积分单元I和微分单元D的运算，得到的运算结果分别进行模糊推理、PID处理之后，由PID控制器对可调电源模块进行控制，使半导体制冷芯片7输入电流得到精确调节，实现制冷箱6内部温度的稳定调节，从而确保制冷箱6内部的制冷量与实际要求尽可能地一致，提高了制冷循环系统的能源利用效率。

作为本实用新型的变换形式，半导体制冷芯片、温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、微处理器并不限于上述实施例所列举的型号，也可为具有相同功能的其它型号，制冷箱、制热箱的材料组成也不限于上述实施例所列组成，也可减少或增加一些材料层，只要在本实用新型的范围内所做的变换均属于本实用新型的范畴。

Claims (7)

1.一种车用小型制冷制热装置，包括制冷箱、制热箱及半导体制冷芯片，制冷箱与制热箱相互连接，半导体制冷芯片设置在制冷箱和制热箱相互连接的侧壁中，其特征在于，该制冷制热装置还包括热交换器、温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、微处理器、PID控制器、可调电源模块，所述制热箱的侧壁上分别设有送风口和回风口，所述热交换器连接在送风口和回风口之间的管道中，热交换器通过管道还分别与汽车发动机水暖系统两端连接，所述温度传感器Ⅰ设置在制热箱内，所述温度传感器Ⅱ设置在制冷箱内，所述温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ分别通过线路与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端与PID控制器的输入端连接，PID控制器的输出端与可调电源模块的控制端连接，可调电源模块的输出端通过线路与半导体制冷芯片连接。

2.如权利要求1所述的车用小型制冷制热装置，其特征在于，所述制冷制热装置还包括风扇Ⅰ、风扇Ⅱ，所述风扇Ⅰ设置在制热箱内靠近半导体制冷芯片的位置，所述风扇Ⅱ设置在制冷箱内靠近半导体制冷芯片的位置。

3.如权利要求1所述的车用小型制冷制热装置，其特征在于，所述可调电源模块的输入端通过车用标准插头与车内12V电源的输出端连接。

4.如权利要求1所述的车用小型制冷制热装置，其特征在于，所述制冷箱、制热箱分别由四层材料组成，四层材料由内至外分别是金属内胆层、真空隔热层、聚氨酯保温层、金属加固层。

5.如权利要求1所述的车用小型制冷制热装置，其特征在于，所述半导体制冷芯片的型号为TEC1-12710。

6.如权利要求1所述的车用小型制冷制热装置，其特征在于，所述制冷箱内设有四个温度传感器Ⅱ，四个温度传感器Ⅱ分别与微处理器的输入端连接，温度传感器Ⅱ的型号为DS18B20。

7.如权利要求1所述的车用小型制冷制热装置，其特征在于，所述微处理器的型号为AtXmega128A1。

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