CN203629180U - 一种环流式热管自调节冰箱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种环流式热管自调节冰箱，包括半导体制冷芯片，交直流转换模块，微处理器，还包括用于采集半导体制冷芯片冷端温度、热端温度的温度采集模块，控制半导体制冷芯片工作的电压输出及调节模块，所述温度采集模块、电压输出及调节模块与微处理器连接，所述微处理器接收温度采集模块的信号并控制电压输出及调节模块调整半导体制冷芯片的实时工作电压。本实用新型的制冷芯片运行电压可变，使工作电压始终处于最佳运行状态，因而具有明显的节能效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体冰箱技术领域，更具体地说是涉及一种环流式热管自调节冰箱。
背景技术
半导体制冷也称为热电制冷或温差电制冷，是一项建立在帕尔贴效应基础上的人工制冷技术。半导体制冷具有无运动部件、无制冷剂、制冷器体积小、轻便可靠等优点，因而广泛应用于电子、医疗、国防以及民用等领域。但是，目前半导体冰箱的发展受到一定制约，其主要原因是半导体冰箱的能效比偏低，半导体制冷的性能特性主要体现在能效比和制冷量两个方面，影响其性能的一个重要因素就是热管散热的半导体冰箱散热效率较低，热管散热只能是自然散热，无法通过风力排出，因而其散热效率有所限制。另一个重要因素就是半导体制冷芯片的工作电压，由于半导体制冷芯片的最大制冷量和最佳能效比对应的工作电压不同，如按最佳能效比确定工作参数，则制冷量较小；如按最大制冷量确定工作参数，则半导体制冷芯片工作电压过大、能效比低，半导体冰箱工作的室外温度和箱内温度是变化的，半导体制冷芯片的冷端和热端温差也是变化的，这就要求最佳工作参数随半导体冰箱工况变化而变化，而目前的半导体制冷芯片工作电压是恒定的，因而不能满足这一要求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种环流式热管自调节冰箱，提高冰箱整体制冷效率，以克服现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种环流式热管自调节冰箱，包括箱体，半导体制冷芯片，冷端导热装置，热端散热器，控制系统，所述热端散热器包括基板、吸热腔体、热管、翅片和工质，在所述吸热腔体上连接有两套热管，每套热管均与吸热腔体内的吸热腔相通形成封闭回路；所述控制系统包括温度采集模块，控制半导体制冷芯片工作的电压输出及调节模块，微处理器，所述温度采集模块、电压输出及调节模块与微处理器连接，所述微处理器接收温度采集模块的信号并控制电压输出及调节模块调整半导体制冷芯片的实时工作电压。
所述温度采集模块用于采集冰箱环境温度、箱内温度、半导体制冷芯片的冷端和热端的温度。
所述控制系统还包括计算冰箱环境温度与箱内温度之差的比较器、最高效率电压运算模块、最高冷量电压运算模块，所述微处理器根据比较器的结果以择一方式选择运行最高效率电压运算模块或最高冷量电压运算模块。
所述热管的回流管段设有U型弯。
所述U型弯设置在热管回流管段的底部。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：
本实用新型的半导体制冷芯片的热端采用环流式双热管散热器，对半导体热端的热管面积以及管路流程进行优化，提高了热管的散热效果。
环流式双热管散热器的回流管底部设U形弯，可调节散热器储液量，适应制冷系统工况的变化，提高热管效率。
本实用新型的半导体冰箱采用工作电压自调节系统，其制冷芯片运行电压可变，使工作电压始终处于最佳运行状态，因而具有明显的节能效果。
附图说明
图1是本实用新型的热端散热器结构示意图。
图2是图1的仰视图。
图3是图1的侧视图。
图4是本实用新型的控制系统框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本实用新型作进一步详细说明，应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型，而非用于对本实用新型的限制：
参见图1-3，本实用新型的环流式热管自调节冰箱包括箱体，半导体制冷芯片，冷端导热装置，热端散热器，控制系统。其中，热端散热器采用环流式双热管散热器，它由：基板4、吸热腔体5、热管1、翅片2和工质组成，采用环流双热管结构，热管1与吸热腔体5内的吸热腔相通形成封闭回路，工质在封闭回路内循环，为减小空间同时加强散热效果，保证足够长的换热管长，热管1呈S形走向，一热管从吸热腔体5的左侧引出，经过连续的多段S形管路后从右侧回到吸热腔体5内，另一热管则相反。基板4和吸热腔体5为一体化结构，基板4紧贴在半导体制冷芯片的热端，与芯片的热端接触换热。在热管1的回流管段的底部设有U形弯3，用于储存更多的液态工质，以适应更宽范围的制冷系统工况变化，从而提高换热效率。热管工作时，基板受热温度升高，吸热腔内的工质开始汽化沿热管的蒸发管段上升，热管将工质所携带的热量传导至翅片，由翅片将热量传递至外界。工质冷却液化回流至回流管段底部的U形弯，再回到吸热腔内继续循环。本实用新型采用双热管技术，热携带能力强，冷凝液工质回流快，结构设计灵活、占用空间小，大大提高了传热效率。
参见图4，本实用新型的环流式热管自调节冰箱控制系统包括半导体制冷芯片，交直流转换模块，微处理器，还包括用于采集半导体制冷芯片冷端温度、热端温度的温度采集模块，控制半导体制冷芯片工作的电压输出及调节模块，所述温度采集模块、电压输出及调节模块与微处理器连接，所述微处理器接收温度采集模块的信号并控制电压输出及调节模块调整半导体制冷芯片的实时工作电压。所述温度采集模块还用于采集冰箱环境温度、箱内温度，系统还包括计算冰箱环境温度与箱内温度之差的比较器、最高效率电压运算模块、最高冷量电压运算模块，所述微处理器根据比较器的结果以择一方式选择运行最高效率电压运算模块或最高冷量电压运算模块。
半导体制冷芯片的制冷量和能效比的最佳工作点电压随半导体制冷芯片冷端温度和热端温差而变化。本实用新型根据冰箱箱内温度与设定温度的差值判断分为冷却运行状态和稳定运行状态，当冰箱处于冷却运行状态时，根据试验得出的半导体制冷芯片最大制冷量工作电压与半导体制冷芯片热端、冷端温度的关系式，系统运行最高冷量电压运算模块，实时对工作电压进行调节。在进行稳定运行状态时，根据试验得出半导体制冷芯片最大能效比工作电压与半导体制冷芯片热端、冷端温度的关系式，系统运行最高效率电压运算模块，冰箱先以最大能效比工作电压工作，如此时制冷量大于冰箱热负荷，冰箱将以该电压继续工作，通过开停控制，使制冷量与热负荷平衡。如此时制冷量小于冰箱热负荷，则适当加大电压，增加制冷量。
最高效率电压运算模块的运算公式如下：
Uηmax=α△T[(1+0.5Z△T)0.5-1]-1
最高冷量电压运算模块的运算公式如下：
UQmax=(αP-αN)TC
上式中，αP——P型电偶臂的温差电动势率；αN——NP型电偶臂的温差电动势率；TC——冷端绝对温度；△T——电偶臂的温差；α=（αP-αN）；Z=（αP-αN）2（KR）-1；K——电偶臂的总热导；R——电偶臂的总电阻。
本实用新型通过检测箱内外温度以及箱内温度与设定温度差值，采用PWM脉宽调节方式实时调节半导体制冷芯片工作电压，对输出电压进行检测，采用模糊PID控制对电压进行精确控制。具体如下：
当检测到箱内温度与设定温度的差值大于2度时，计算最高制冷量工作电压并运行，然后每5分钟读取箱内温度的数据，当箱内温度与设定温度的差值小于2度时，计算最高效率工作电压并运行，此时，系统计算制冷量并比较热负荷值，若制冷量大于热负荷，则继续按此
电压工作，若否，则由PID调节工作电压，增加制冷量。
Claims (5)
1.一种环流式热管自调节冰箱，包括箱体，半导体制冷芯片，冷端导热装置，热端散热器，控制系统，其特征在于：所述热端散热器包括基板、吸热腔体、热管、翅片和工质，在所述吸热腔体上连接有两套热管，每套热管均与吸热腔体内的吸热腔相通形成封闭回路；所述控制系统包括温度采集模块，控制半导体制冷芯片工作的电压输出及调节模块，微处理器，所述温度采集模块、电压输出及调节模块与微处理器连接，所述微处理器接收温度采集模块的信号并控制电压输出及调节模块调整半导体制冷芯片的实时工作电压。
2.根据权利要求1所述的冰箱，其特征在于：所述温度采集模块用于采集冰箱环境温度、箱内温度、半导体制冷芯片的冷端和热端的温度。
3.根据权利要求2所述的冰箱，其特征在于：所述控制系统还包括计算冰箱环境温度与箱内温度之差的比较器、最高效率电压运算模块、最高冷量电压运算模块，所述微处理器根据比较器的结果以择一方式选择运行最高效率电压运算模块或最高冷量电压运算模块。
4.根据权利要求1或2或3所述的冰箱，其特征在于：所述热管的回流管段设有U型弯。
5.根据权利要求4所述的冰箱，其特征在于：所述U型弯设置在热管回流管段的底部。
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