[发明专利]电子温度控制装置、使用该电子温度控制装置的冷却器、使用该电子温度控制装置的加热器以及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使用热电模块控制对象的温度的电子温度控制装置、使用该电子温度控制装置的冷却器、使用该电子温度控制装置的加热器以及其控制方法。

背景技术

热电效应指热和电之间的能量转化，即当转化设备的两端之间存在温差时设备中的载流子移动以产生电动势的现象。

对热电现象的研究开始于20世纪早期并得到了长足的发展以使前苏联的Ioffe机构获得大约4％的转化效率，并且当前转换效率徘徊在大约10％。热电现象可被分成：赛贝克效应(Seebeck effect)，其中电动势是通过使用两部件之间的温差获得的；珀尔帖效应(Peltier effect)，其中通过电动势执行冷却和加热；以及汤姆逊效应(Thomson effect)，其中电动势是由导体线或条带的温差引起的，并且就材料领域或系统技术而言对制造工艺的一种核心技术已开始惹人注意。

根据基于热电特性的温度范围，热电材料可被分成室温材料、中温材料、高温材料。具有成份(Bi,Te)₂Te₃和Bi₂(Te,Se)₃的基于Bi₂Te₃的固溶体合金具有极佳的热电特性。使用该热电材料的热电冷却和发生模块具有一种结构，其中n型热电设备和p型热电设备电气串联并且热并联。

在热电模块中，当热由于两者之间的温差从高温部件转移至低温部件时，电子和空穴在n型热电设备和p型热电设备中分别从高温部件转移至低温部件，由此发电，并且在热电模块中，当使电流流动时，由于载流子移动，冷却发生在其一侧，而加热发生在另一侧，由此实现冷却和加热。

热电模块的效率是由诸如热电动势、导热性的热电特性或n型或p型热电材料的阻抗和耦合的热电设备的数量确定的。

另外，使用热电模块的冷却机制具有高温响应敏感性，允许局部选择性冷却，并具有不带移动部件的简单结构，并因此已被商业化用于诸如高输出功率晶体管、激光二极管等的电子组件的局部冷却，并可用于诸如车辆的冰柜、家用冰箱和空调等的常见应用。

另外，由于在车辆、家庭空调和冰箱等中使用含氯氟烃(CFC)已受到管制，使用热电材料的空调系统的研发能用以冷却而无需使用制冷剂，已凸现成为有前途的领域。

热电模块利用这样的事实，即当电流流至包括不同材料之间的结的电路时，热由于珀耳贴效应从低温区转移至高温区。基于这种理念，可通过串联连接多个结而制造热电冰箱。

【发明内容】

【技术问题】

本发明的一个方面提供一种通过使用热电模块控制对象的温度的电子温度控制装置、使用该电子温度控制装置的冷却器、使用该电子温度控制装置的加热器以及其控制方法。

【技术方案】

根据本发明的另一方面，提供一种根据本发明的一个方面，提供一种电子温度控制装置，包括：热电模块，其包括：第一金属部件，该第一金属部件的一端与对象接触；以及第二金属部件，该第二金属部件的一端与第一金属部件的另一端结合，电压被施加至第一金属部件的一端和第二金属部件的另一端；电压供给单元，该电压供给单元将第一电压或范围从第二电压至第三电压的可变电压提供给热电模块；以及控制器，其根据对象或第一金属部件的温度和目标温度之间的差来控制由电压供给单元提供给热电模块的电压，其中第一电压高于第三电压并且是固定电压。

当对象或第一金属部件的温度和目标温度之间的温差等于或大于第一预设值时，控制器可控制电压供给单元以将第一电压提供给热电模块，而当对象或第一金属部件的温度和目标温度之间的温差小于第一预设值时，控制器可控制电压供给单元以将可变电压提供给热电模块。

当对象或第一金属部件的温度和目标温度之间的温差落在预设范围时，控制器可与目标温度和对象或第一金属部件的温度之间的温差成比例地调整被提供给热电模块的电压。

当对象或第一金属部件的温度和目标温度之间的温差等于或大于第一预设值时，控制器可控制电压供给单元以将第一电压提供给热电模块直到对象或第一金属部件的温度到达目标温度的时候为止，而当对象或第一金属部件的温度已到达目标温度时，控制器可控制电压供给单元以将可变电压提供给热电模块。

控制器可将目标温度与对象或第一金属部件的温度进行比较，如果温度的峰值被反转，则控制器可切换第一金属部件的一端和第二金属部件的另一端之间的连接状态以反转第一金属部件的一端和第二金属部件的另一端的电位峰值。