一种制冷效率优化的半导体冰箱.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104329846 A (43)申请公布日 2015.02.04 C N 1 0 4 3 2 9 8 4 6 A (21)申请号 201410122774.1 (22)申请日 2014.03.28 F25D 11/00(2006.01) F25D 29/00(2006.01) F25B 21/02(2006.01) (71)申请人海尔集团公司 地址 266101 山东省青岛市崂山区海尔路1 号海尔工业园 申请人青岛海尔股份有限公司 (72)发明人陶海波 张奎 李鹏 王晶 刘建如 李春阳 戚斐斐 刘昀曦 (74)专利代理机构北京智汇东方知识产权代理 事务所(普通合伙) 。

2、11391 代理人薛峰 范晓斌 (54) 发明名称 一种制冷效率优化的半导体冰箱 (57) 摘要 本发明提供了一种制冷效率优化的半导体冰 箱，所述半导体冰箱的容积和半导体制冷片被选 择为，当以制冷效率最高的最高效率电压Us向所 述半导体制冷片供电时，所述半导体制冷片能进 行制冷来使所述半导体冰箱的冰箱间室的平均温 度落入10-20的目标温度范围内。本发明根据 半导体冰箱的容积来选择半导体制冷片，优化了 半导体制冷片规格的选择，使半导体制冷片与半 导体冰箱的容积相匹配，克服了现有技术中半导 体制冷片与半导体冰箱的容积不匹配时，半导体 制冷片的制冷量过多或过少导致半导体制冷片制 冷效率较低的缺陷，。

3、优化了本发明半导体冰箱的 制冷效率。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 (10)申请公布号 CN 104329846 A CN 104329846 A 1/1页 2 1.一种制冷效率优化的半导体冰箱，其中， 所述半导体冰箱的容积和半导体制冷片被选择为，当以制冷效率最高的最高效率电压 Us向所述半导体制冷片供电时，所述半导体制冷片能进行制冷来使所述半导体冰箱的冰箱 间室的平均温度落入10-20的目标温度范围内。 2.根据权利要求1所述的半导体冰箱，其中， 所述半导体冰箱用。

4、于储藏酒类或化妆品。 3.根据权利要求1所述的半导体冰箱，包括： 目标温度设置单元，配置成在10-20的所述目标温度范围内选择目标温度。 4.根据权利要求1所述的半导体冰箱，包括： 半导体模组，所述半导体模组包括：通过紧固螺栓固定到一起的所述半导体制冷片、导 热块、冷端风机、冷端翅片、热端风机、热端翅片及保温层，所述半导体制冷片和所述导热块 固定于所述保温层中； 所述紧固螺栓上套设有隔热垫圈，所述隔热垫圈用于阻止所述紧固螺栓在所述半导体 制冷片热端及所述半导体制冷片冷端之间传递冷量。 5.根据权利要求4所述的半导体冰箱，包括： 冷端温度传感器，配置成检测半导体制冷片的冷端温度； 热端温度传感器。

5、，配置成检测半导体制冷片的热端温度； 所述半导体冰箱被配置成，通过控制所述热端风机的转速来使得所述半导体制冷片的 冷端温度与热端温度的温差不大于20。 6.根据权利要求5所述的半导体冰箱，其中： 所述半导体冰箱被配置成，通过控制所述热端风机的转速来使得所述半导体制冷片的 冷端温度与热端温度的温差等于20。 7.根据权利要求5所述的半导体冰箱，其中： 所述半导体冰箱被配置成，通过控制所述热端风机的转速来使得所述半导体制冷片的 冷端温度与热端温度的温差等于13。 8.根据权利要求1所述的半导体冰箱，其中： 所述半导体制冷片根据其在最高制冷效率时的制冷量与所述半导体冰箱的容积成正 比的关系选择，以致。

6、所述半导体制冷片在最高制冷效率时的制冷量能使所述半导体冰箱的 冰箱间室的平均温度落入10-20的所述目标温度范围内。 9.根据权利要求1所述的半导体冰箱，其中： 所述半导体冰箱的容积选择为10L-100L。 权 利 要 求 书CN 104329846 A 1/5页 3 一种制冷效率优化的半导体冰箱 技术领域 0001 本发明涉及制冷设备，特别是涉及一种制冷效率优化的半导体冰箱。 背景技术 0002 现有半导体冰箱的制冷效率较低，主要是由以下几个方面的原因造成的： 0003 1、半导体冰箱要求的目标温度较低，导致半导体制冷片工作时冷热端的温差较 大，一般高于30，冷热端的温差过大降低了半导体制冷。

7、片的制冷下效率。 0004 2、半导体制冷片热端的散热不好，无法将半导体制冷片产生的制冷量及时散发到 周围空气中，时间久了之后，半导体制冷片热端的温度会上升，同样导致了半导体制冷片冷 热端的温差变大，降低了半导体制冷片的制冷效率。 0005 3、半导体制冷片规格的选择不是最优，导致半导体制冷片不能与半导体冰箱匹 配，半导体制冷片的制冷量过多或过少，也导致了半导体制冷片的制冷效率变低。 发明内容 0006 本发明的一个目的是要提供一种制冷效率优化的半导体冰箱，来解决现有半导体 冰箱制冷效率较低的问题。 0007 本发明一个进一步的目的是要提供一种适合于储藏酒类或化妆品的半导体冰箱。 0008 特。

8、别地，本发明提供了一种制冷效率优化的半导体冰箱，其中， 0009 所述半导体冰箱的容积和半导体制冷片被选择为，当以制冷效率最高的最高效率 电压Us向所述半导体制冷片供电时，所述半导体制冷片能进行制冷来使所述半导体冰箱 的冰箱间室的平均温度落入10-20的目标温度范围内。 0010 可选地，所述半导体冰箱用于储藏酒类或化妆品。 0011 可选地，所述半导体冰箱包括： 0012 目标温度设置单元，配置成在10-20的所述目标温度范围内选择目标温度。 0013 可选地，所述半导体冰箱包括： 0014 半导体模组，所述半导体模组包括：通过紧固螺栓固定到一起的所述半导体制冷 片、导热块、冷端风机、冷端翅。

9、片、热端风机、热端翅片及保温层，所述半导体制冷片和所述 导热块固定于所述保温层中； 0015 所述紧固螺栓上套设有隔热垫圈，所述隔热垫圈用于阻止所述紧固螺栓在所述半 导体制冷片热端及所述半导体制冷片冷端之间传递冷量。 0016 可选地，所述半导体冰箱包括： 0017 冷端温度传感器，配置成检测半导体制冷片的冷端温度； 0018 热端温度传感器，配置成检测半导体制冷片的热端温度； 0019 所述半导体冰箱被配置成，通过控制所述热端风机的转速来使得所述半导体制冷 片的冷端温度与热端温度的温差不大于20。 0020 可选地，所述半导体冰箱被配置成，通过控制所述热端风机的转速来使得所述半 说 明 书C。

10、N 104329846 A 2/5页 4 导体制冷片的冷端温度与热端温度的温差等于20。 0021 可选地，所述半导体冰箱被配置成，通过控制所述热端风机的转速来使得所述半 导体制冷片的冷端温度与热端温度的温差等于13。 0022 可选地，所述半导体制冷片根据其在最高制冷效率时的制冷量与所述半导体冰箱 的容积成正比的关系选择，以致所述半导体制冷片在最高制冷效率时的制冷量能使所述半 导体冰箱的冰箱间室的平均温度落入10-20的所述目标温度范围内。 0023 可选地，所述半导体冰箱的容积选择为10L-100L。 0024 本发明将半导体冰箱的容积和半导体制冷片被选择为，当以制冷效率最高的最高 效率电。

11、压Us向半导体制冷片供电时，半导体制冷片能进行制冷来使冰箱间室的平均温度 落入10-20的目标温度范围内。从而本发明根据半导体冰箱的容积来选择半导体制冷片， 优化了半导体制冷片规格的选择，使半导体制冷片与半导体冰箱的容积相匹配：当以制冷 效率最高的最高效率电压Us向半导体制冷片供电时，半导体制冷片的制冷量能使冰箱间 室的平均温度落入10-20的目标温度范围内。克服了现有技术中半导体制冷片与半导体 冰箱的容积不匹配时，半导体制冷片的制冷量过多或过少导致半导体制冷片制冷效率较低 的缺陷，优化了本发明半导体冰箱的制冷效率。 0025 现有半导体冰箱的冰箱间室的平均温度一般在3-10之间，但诸如酒类、。

12、化妆品 等物品的储藏并不需要如此低的温度，本发明使冰箱间室的平均温度落入10-20的目标 温度范围内10-20内，使发明的半导体冰箱适用于储藏酒类或化妆品等适宜的储藏温度 在10-20内的物品。并且，在一定的半导体制冷片的热端温度下，提高冰箱间室的平均温 度能减小半导体制冷片的冷热端的温差，优化半导体制冷片的制冷效率。 0026 根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明 了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。 附图说明 0027 后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。 附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人。

13、员应该理解，这些 附图未必是按比例绘制的。附图中： 0028 图1是根据本发明一个实施例的半导体冰箱的示意性结构图； 0029 图2是图1所示半导体模组的示意性结构图； 0030 图3是根据本发明一个实施例的半导体制冷片的制冷量与电压的示意性曲线图； 0031 图4是根据本发明一个实施例的半导体制冷片的电压与制冷效率及制冷量关系 的示意性曲线图； 0032 图5是在达到目标温度后为了维持目标温度，半导体制冷片的制冷量与半导体冰 箱的容积的示意性关系图。 0033 附图中使用的附图标记如下： 0034 10 半导体模组， 0035 20 门体， 0036 30 箱体， 0037 101 半导体制。

14、冷片， 说 明 书CN 104329846 A 3/5页 5 0038 102 导热块， 0039 103 冷端风机， 0040 104 冷端翅片， 0041 105 热端风机， 0042 106 热端翅片， 0043 107 保温层， 0044 108 紧固螺栓。 具体实施方式 0045 图1是根据本发明一个实施例的半导体冰箱的示意性结构图，图1中示出了半导 体模组10，同时示出了半导体冰箱的门体20和箱体30来示意性表示出半导体模组10与门 体20和箱体30的位置关系。 0046 如图2所示，在本实施例中，半导体模组10包括通过紧固螺栓108固定到一起的 半导体制冷片101、导热块102、。

15、冷端风机103、冷端翅片104、热端风机105、热端翅片106及 保温层107。从图2可以看出，半导体制冷片101和导热块102被固定于保温层107中。并 且，半导体制冷片101与导热块102及冷端翅片104的传热接触面上均涂抹有导热硅脂，导 热块102与冷端翅片104的传热接触面上也涂抹有导热硅脂，导热硅脂用于加强传热。紧 固螺栓108上套设有隔热垫圈（图中未示出），隔热垫圈用于阻止紧固螺栓108在半导体制 冷片101的热端及冷端之间传递冷量，从而能提高半导体制冷片101的制冷效率。 0047 热端风机105和热端翅片106均起到散热作用，其中，热端风机105的转速可以控 制，转速越高半导体。

16、制冷片101热端的散热越好，半导体制冷片101热端的温度降低越快。 在一个实施例中，半导体冰箱包括图中未示出的冷端温度传感器和热端温度传感器。其中， 冷端温度传感器配置成检测半导体制冷片的冷端温度，热端温度传感器配置成检测半导体 制冷片的热端温度。半导体冰箱通过控制热端风机的转速能控制半导体制冷片101的热端 温度，从而控制半导体制冷片101冷端温度与热端温度的温差来实现对半导体制冷片101 制冷效率的控制。例如，能使得半导体制冷片的冷端温度与热端温度的温差不大于20。发 明人发现，对于特定的半导体制冷片来说，在一定的输入功率下，该半导体制冷片的制冷效 率取决于半导体制冷片的冷端与热端的温度差。

17、，温差越小，半导体制冷片的制冷效率越大， 产生的冷量也越大。本发明将目标温度限制在10-20的范围。在半导体制冷片的热端温 度不变的情况下能使得半导体制冷片的冷端处于相对较高的温度，从而半导体制冷片的冷 端与热端的温度差变小，提高了半导体制冷片的制冷效率。 0048 图1和图2实施例中的半导体冰箱还包括图中未示出的主控板，主控板配置成以 制冷效率最高的最高效率电压Us向所述半导体制冷片供电。此时，半导体制冷片能进行制 冷来使半导体冰箱的冰箱间室的平均温度落入10-20的目标温度范围内。本发明的半导 体冰箱适用于储藏酒类或化妆品等在10-20目标温度范围内适合储藏的产品。且在该特 定目标温度范围。

18、，半导体制冷片发挥的制冷效率高于现有压缩式冰箱的制冷效率。 0049 图1和图2实施例中的半导体冰箱还包括图中未示出的间室温度传感器和目标温 度设置单元。其中，间室温度传感器配置成检测冰箱间室的平均温度，目标温度设置单元配 置成只能在10-20的目标温度范围内选择目标温度。 说 明 书CN 104329846 A 4/5页 6 0050 由于半导体冰箱的输入功率一般是通过输入的电压来控制的，下文讨论输入的电 压与制冷量的关系。图3是一个半导体制冷片的制冷量与电压的示意性曲线图，图中示出 了电压、冷量、温差对应的曲线关系。此处的温差指半导体制冷片101冷热端的温差，曲线a 表示温差15时电压与冷。

19、量的关系，曲线b表示温差20时电压与冷量的关系，曲线c表 示温差25时电压与冷量的关系，曲线d表示温差30时电压与冷量的关系，直线e制冷 量最大时的电压，Qc1Qc2Qc3Qc4。从图中可以看出，电压一定时，温差越小，冷量 越大。由于半导体制冷片101的效率等于制冷量除以功率，因此可以推算出，电压一定时， 温差越小，制冷量越大，效率越高。现有半导体制冷片冷热端的温差在20左右时，制冷 效率与压缩式冰箱的制冷效率大概相等，温差大于20时，制冷效率将低于压缩式冰箱的 制冷效率。温差小于20时，制冷效率将高于压缩式冰箱的制冷效率。本发明将将半导体 冰箱的目标温度设置单元配制成在10-20的目标温度范。

20、围内选择目标温度，因此半导体 冰箱的目标温度被限制于10-20的范围。在半导体制冷片101的热端温度不变的情况下 能使半导体制冷片的冷端处于相对较高的温度，从而减小半导体制冷片的冷端与热端的温 度，提高了半导体制冷片的制冷效率。 0051 图4是根据本发明一个实施例的一个半导体制冷片的供电电压与制冷效率及制 冷量关系的示意性曲线图。由图4可以看出，半导体制冷片101的工作电压位于Us时具有 最高的制冷效率Ps，其制冷量为Qcs，可见半导体制冷片101工作在其最大制冷效率时并不 对应产生最大制冷量。不同半导体制冷片的在最高制冷效率时的制冷量与半导体冰箱的容 积成正比关系。在针对特定的半导体冰箱的。

21、容积选择半导体制冷片时，本发明选择的半导 体制冷片在最高制冷效率时的制冷量与该特定的半导体冰箱的容积成正比关系。当半导体 制冷片101的工作电压位于Um时具有最大的制冷量Qcm，其制冷效率为Pm，Um相当于图3 中的直线e表示的制冷量最大时的电压。在本发明的制冷效率优化的半导体冰箱中，以使 得半导体制冷片101的制冷效率最高的最高效率电压Us向半导体制冷片101供电，使冰箱 间室的平均温度落入目标温度范围内。本发明以最高效率电压Us向半导体制冷片101供 电，进一步提高了半导体制冷片101的制冷效率。 0052 回到图1和图2实施例中的半导体冰箱，半导体冰箱应用环境温度不高于32（目 前常见半。

22、导体制冷产品适用的工作环境温度一般不高于32），目标温度在10-20之间。 假定在32环境温度下，目标温度为15，则半导体制冷片的冷端的温度需不高于15， 假定为14，半导体制冷片的热端的温度由于需要向环境中散热会高于环境温度，在热端 散热效果好的情况下，热端的温度可以做到仅高于环境温度1-2，假定为34，则半导体 制冷片的冷热端的温差在此时为34-14=20。在20的温差时，半导体制冷片的制冷效率 与压缩式冰箱的制冷效率大概相同，制冷效率约为1.5，但比传统半导体冰箱的制冷效率高 很多。假定在32环境温度下，目标温度为15，则半导体制冷片的冷端的温度需不高于 15，假定为14，半导体制冷片的。

23、热端的温度由于需要向环境中散热会高于环境温度，在 热端散热效果好的情况下，热端的温度可以做到仅高于环境温度1-2，假定为27，则半 导体制冷片的冷热端的温差在此时为27-14=13。在13的温差时，半导体制冷片的制冷 效率约为2.2。由图3可知，当目标温度不变（15），而环境温度由32下降至25时，半 导体制冷片冷热端的温差将变得更小，此时在电压不变的情况下，半导体制冷片101的制 冷量将变大，制冷效率将会变得更高。 说 明 书CN 104329846 A 5/5页 7 0053 图5是在达到目标温度后，为了维持目标温度半导体制冷片的制冷量（以下简称 为维持冷量）与半导体冰箱的容积的示意性关系。

24、图。在图5所示实施例中，选择半导体冰 箱的容积为10L、50L和100L，对应的维持冷量分别为2W、10W、20W。由于所需维持冷量不仅 与半导体冰箱的容积有关，还与半导体冰箱的箱体保温层的厚度、环境温度、冰箱间室的平 均温度等因素有关，因此，图中给出的几组半导体冰箱的容积与维持冷量的对应关系的前 提是其他影响因素全部一致，具体为环境温度25，冰箱间室的平均温度10，目标温度 10，箱体保温层厚度50mm。如图5所示，维持冷量与半导体冰箱的容积的对应关系基本为 线性关系，半导体冰箱的容积越大，维持目标温度的半导体制冷片的制冷量越大。半导体冰 箱的容积越大，箱体的漏热量越大，此时为了保持目标温度。

25、，维持冷量也越大。 0054 至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示 例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接 确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认 定为覆盖了所有这些其他变型或修改。 说 明 书CN 104329846 A 1/5页 8 图1 说 明 书 附 图CN 104329846 A 2/5页 9 图2 说 明 书 附 图CN 104329846 A 3/5页 10 图3 说 明 书 附 图CN 104329846 A 10 4/5页 11 图4 说 明 书 附 图CN 104329846 A 11 5/5页 12 图5 说 明 书 附 图CN 104329846 A 12 。