一种精确控制低温环境的多策略联合制冷系统

1.本发明涉及冰箱技术领域，具体是一种精确控制低温环境的多策略联合制冷系统。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高，对于食物的保存要求越来越高。现有的传统的冰箱，冷却系统依靠蒸汽压缩制冷系统，虽然具有良好的能效比，然而由于压缩机的启停造成温度波动高于8℃，这对一些食物，特别是鱼类、肉类和水果等的保存非常不利，目前为了减小蒸汽压缩制冷的温度波动主要利用电子膨胀阀等，导致装置过于昂贵和复杂，对用户造成了困扰。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种精确控制低温环境的多策略联合制冷系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种精确控制低温环境的多策略联合制冷系统，包括：
6.箱体；
7.蒸汽压缩制冷件，安装在所述箱体内，用于制冷；
8.半导体制冷件，安装在所述箱体内，用于制冷；
9.控制器，安装在所述箱体内，用于获取温度信号并对环境温度和设定温度进行对比，当环境温度大于预设温度时，控制器先控制蒸汽压缩制冷件工作使温差降至设定温差，然后控制蒸汽压缩制冷件停止工作，再控制半导体制冷件工作将温差控制在设定温差内。
10.作为本发明的进一步技术方案，所述蒸汽压缩制冷件包括：
11.压缩机，固定安装在所述箱体上，用于压缩气体制冷剂；
12.冷凝器，用于将在压缩机中压缩的制冷剂冷凝至液态；
13.膨胀阀，一端与所述压缩机相连，另一端与所述冷凝器相连，用于将在冷凝器中的制冷剂膨胀成细化的薄雾状态；
14.蒸发器，一端与所述冷凝器相连，另一端与所述压缩机相连，用于将流经蒸发器的制冷剂与箱体内的空气进行换热。
15.作为本发明的更进一步技术方案，所述蒸发器上设有供制冷剂通过的内部通道。
16.作为本发明的再进一步技术方案，所述半导体制冷件包括：
17.半导体制冷片，固定安装在所述蒸发器上，用于利用波尔贴效应，通过电流来精确控制温度；
18.冷热端肋片，固定安装在所述半导体制冷片上；
19.风扇，固定安装在所述箱体上，用于向冷热端肋片吹风，使半导体制冷件冷却的空气与环境中的空气接触。
20.作为本发明的再进一步技术方案，所述半导体制冷件满足如下方程：
21.qc＝αit
c-0.5i2r-k(t
h-tc)
22.qh＝αith+0.5i2r-k(t
h-tc)
[0023][0024]
其中，
[0025]
α代表半导体材料的塞贝克系数；
[0026]
i代表流经半导体的电流；
[0027]
r代表电阻；
[0028]
tc代表冷端温度；
[0029]
th代表半导体热端温度；
[0030]
zt代表半导体材料的无量纲优质系数；
[0031]
qc代表冷端的制冷量；
[0032]
qh代表热端的产热量；
[0033]
cop代表能效比。
[0034]
作为本发明的再进一步技术方案，所述设定温差为0.2℃。
[0035]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设定预设阈值和温度传感器获得冰箱中的温度信号，进行控制蒸汽压缩制冷件与半导体制冷件的周期交替运转，其中蒸汽压缩制冷件具有制冷迅速，能效比高的优点，半导体制冷件具有温度控制精准，热惯性小的优点；利用蒸汽压缩制冷件的优点使制冷环境温度快速降低至预设阈值，并利用半导体制冷件实现温度的精确控制，利用控制系统，使温度波动维持在0℃左右，相比于现有的电子膨胀阀恒温冰箱，具有结构简单，温度控制精准等优点，进一步提高用户体验。
附图说明
[0036]
图1为精确控制低温环境的多策略联合制冷系统的原理框图；
[0037]
图2为精确控制低温环境的多策略联合制冷系统的局部结构示意图；
[0038]
图3为精确控制低温环境的多策略联合制冷系统的另一种局部结构示意图；
[0039]
图4为精确控制低温环境的多策略联合制冷系统中蒸发器的结构示意图；
[0040]
图5为精确控制低温环境的多策略联合制冷系统的工作流程图。
[0041]
图中：1-箱体、2-蒸汽压缩制冷件、20-蒸发器、21-冷凝器、22-膨胀阀、23-压缩机、3-半导体制冷件、31-半导体制冷片、32-冷热端肋片、33-风扇、4-控制器。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0043]
本发明实施例是这样实现的，如图1所示的精确控制低温环境的多策略联合制冷系统，包括:
[0044]
箱体1；
[0045]
蒸汽压缩制冷件2，安装在所述箱体1内，用于制冷；
[0046]
半导体制冷件3，安装在所述箱体1内，用于制冷；
[0047]
控制器4，安装在所述箱体1内，用于获取温度信号并对环境温度和设定温度进行对比，当环境温度大于预设温度时，控制器4先控制蒸汽压缩制冷件2工作使温差降至设定温差，然后控制蒸汽压缩制冷件2停止工作，再控制半导体制冷件3工作将温差控制在设定温差内。
[0048]
本发明在实际应用时，控制器4上安装有温度传感器，用于接收环境温度信号，控制器4接收温度传感器信号后，对蒸汽压缩制冷件2以及半导体制冷件3进行精确控制，从而实现箱体1内环境温度的恒定，优选的，半导体制冷件3工作时的设定温差为0.2℃，当环境温度和设定温度的温差大于0.2℃时，通过蒸汽压缩制冷件2进行快速降温，当温差不大于0.2℃时，此时半导体制冷件3工作进行制冷，直至环境温度达到设定温度，此时半导体制冷件3停止工作，进一步的，温度传感器在一定时间间隔内对环境温度信号处理，在环境温度未达到设定温度且温度波动较小时，此时蒸汽压缩制冷件2和半导体制冷件3同时工作，加速环境温度达到预设阈值，即通过蒸汽压缩制冷件2和半导体制冷件3配合，通过设定预设阈值和温度传感器获得冰箱中的温度信号，进行控制蒸汽压缩制冷件2与半导体制冷件3的周期交替运转，其中蒸汽压缩制冷件2具有制冷迅速，能效比高的优点，半导体制冷件3具有温度控制精准，热惯性小的优点；利用蒸汽压缩制冷件2的优点使制冷环境温度快速降低至预设阈值，并利用半导体制冷件3实现温度的精确控制，利用控制系统，使温度波动维持在0℃左右，相比于现有的电子膨胀阀22恒温冰箱，具有结构简单，温度控制精准等优点，进一步提高用户体验。
[0049]
如图2至图4所示，作为本发明一个优选的实施例，所述蒸汽压缩制冷件2包括：
[0050]
压缩机23，固定安装在所述箱体1上，用于压缩气体制冷剂；
[0051]
冷凝器21，用于将在压缩机23中压缩的制冷剂冷凝至液态；
[0052]
膨胀阀22，一端与所述压缩机23相连，另一端与所述冷凝器21相连，用于将在冷凝器21中的制冷剂膨胀成细化的薄雾状态；
[0053]
蒸发器20，一端与所述冷凝器21相连，另一端与所述压缩机23相连，用于将流经蒸发器20的制冷剂与箱体1内的空气进行换热。
[0054]
在本实施例的一种情况中，通过压缩机23、膨胀阀22、冷凝器21和蒸发器20串联进行降温，进一步的，所述蒸发器20上设有供制冷剂通过的内部通道，具体请参阅图4，制冷剂在蒸发器20的内部通道流动，在蒸发器20上发生相变，实现制冷；工作时，将环境温度与设定温度进行比较，温度差值越大，需要调节的压缩机23转速就越大，当温度达到温度温差时，压缩机23停止工作。
[0055]
如图2、图3所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述半导体制冷件3包括：
[0056]
半导体制冷片31，固定安装在所述蒸发器20上，用于利用波尔贴效应，通过电流来精确控制温度；
[0057]
冷热端肋片32，固定安装在所述半导体制冷片31上；
[0058]
风扇33，固定安装在所述箱体1上，用于向冷热端肋片32吹风，使半导体制冷件3冷却的空气与环境中的空气接触。
[0059]
在本实施例的一种情况中，工作时，半导体制冷件3的工作状态是由控制器4通过调节流经半导体制冷片31的电流进行温度的精确控制；冷端的制冷量qc和热端的产热量qh，以及能效比cop可以通过以下方式计算：
[0060]
qc＝αit
c-0.5i2r-k(t
h-tc)
[0061]
qh＝αith+0.5i2r-k(t
h-tc)
[0062][0063]
其中，α代表半导体材料的塞贝克系数；i代表流经半导体的电流；r代表电阻；tc代表冷端温度；th代表半导体热端温度；zt代表半导体材料的无量纲优质系数；qc代表冷端的制冷量；qh代表热端的产热量；cop代表能效比；可见半导体制冷件3的温度可以通过改变流经半导体制冷片31的电流进行精确控制，而且热端温度约低，cop越大，优选的，所述半导体制冷片31热端通过导热硅胶与蒸发器20相接触，用蒸发器20实现半导体高效的cop。
[0064]
工作原理：工作时，将环境温度与设定温度进行比较，温度差值越大，需要调节的压缩机23转速与流经半导体制冷片31的电流就越大；当温度达到温度温差时，压缩机23停止工作，单独依靠半导体制冷件3进行温度的调节，当环境温度高于预设温度时，表明此时半导体应该增大电流，升高功率，当环境温度低于预设温度时，表明此时半导体制冷应该改变电流方向，对环境温度进行精准控制；进一步的，由于一定时间后，半导体制冷件3无法维持较低的制冷温度，导致温度波动增加，此时蒸汽压缩制冷件2在控制器4的操纵下重新工作，此时压缩机23转速逐渐增大，半导体制冷片31电流表小，但仍然通过控制器4维持箱体1内环境温度，当半导体制冷片31的电流减小到设定最小电流时，蒸汽压缩制冷件2重新启动，维持箱体1内较低的制冷环境；依据此方式循环对冰箱内环境温度进行制冷，相比与传统的恒温冰箱，更加直观的反应了用户恒温需求，进一步提高用户体验，具体请参阅图5。
[0065]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0066]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。