[发明专利]热电温差式冰箱

说明书

注意

本发明的一些部分是根据国家航空和航天管理局签订的合同NO.NAS8-5000和子合同NO.GY5509受美国政府资助进行的。政府根据合同对发明具有某些权利。

发明的技术领域

本发明涉及热电温差装置，特别涉及具有强化热绝缘和贮能能力的热电温差式冰箱。

发明背景

热电温差装置的基础理论和运行已发展了若干年。现代热电温差装置通常包含一组采用珀尔帖效应进行运行的电热偶。热电温差装置基本上是小型热泵，它们和诸如机械热泵、冰箱或任何其它用于输送热能的设备一样遵从热力学定律。主要差别是热电温差装置应用固态电元件(热电偶)进行运行，而不是更为传统的机械/流体加热和冷却元件。

当直流(DC)电功率施加给一台具有一组热电偶的热电温差装置时，在热电偶的冷侧，热量被吸收和通过热电偶，并在热电偶的热侧散失。最好在热电温差装置的热侧连接一个热谭(有时称作“热的谭”)以促使将来自热电偶的热量散失至附近的环境中。同样，在热电温差装置的冷侧也经常连接一个热谭(有时称作“冷的谭”)以促使将来自附近环境的热量移走。有时热电温差装置也称作热电致冷器；然而，由于它们是一类热泵，因此，热电装置能或像致冷器，或象加热器一样运行。

存在着各种种样的容器和密封设备，它们被设计成保持在所选的温度范围内。这种容器和密封设备的例子包括，但不限于，冰箱，野餐致冷器，包含敏感电子设备的箱柜和器管移植容器，熟知的依靠直流电压系统进行运行的热电温差装置的用途是保持在冰箱和手提致冷器的要求的运行温度。在名为“温度可控制野餐箱”的美国专利NO.4726193中展示了具有热电致冷器容器的一个例子。在名为“热电温差式冰箱”的美国专利2837899；名为“热电温差式冰箱”的美国专利3177670；和名为“冰箱一密封布局”的美国专利3280573中展示了应用热电温差装置进行运行的冰箱例子。在名为“具有抽成真空的孔隙结构和采用P-型和N-型热电半导体的热电板的热电半导体”的美国专利5168339公开了电子致冷板。

常规的冰箱通常由具有中央控制冷却系统的热绝缘密封设备构成，中央控制冷却系统是基于氟化碳氢化合物(氟利昂)或其它类型的碳氢化合物的蒸汽压缩循环工作的。冷却系统具有的冷却容量通常比实际的热负载大，造成冷却系统在双负载循环间隙地动作-或者接通或者切断。由于在压缩机断开时，冰箱升温，在压缩机运行时，冰箱冷却，因此双负载循环造成温度变动。这样，在常用的冰箱中温度是不稳定的，而是在上限和下限之间循环。这样的压缩机循环可能会降低有关联的冷却系统的运行效率。

现有的冷却系统通常包括空气/蒸发器接口，它要求相对高的空气流率以便获得最好的冷却效率和阻止在蒸发器上形成霜或冰。这样的空气流率常常超过冷却冰箱内部所需的空气速度，而这又进一步造成系统的低效率。

蒸汽压缩冷却循环通常采用CFC_s(氯-碳氟化合物)，诸如氟利昂，作为工作流体。CFC_s对环境的反面效应是人所共知的，存在有国和国际两方面的规定取缔使用这种CFC_s。其它碳氟化合物，诸如HCFC_s和HFC_s在制冷系统中使用时也有它们本身的限制和问题。

发明内容

按照本发明，与使用过去热电温差式冰箱相比将这种冰箱内部维持在所选温度的有关缺点和问题已大大减少或消除。本发明提供一种高效，无碳氟化合物的冰箱系统，它把超级热绝缘材料与热电温差装置以及相变材料相结合，从而提出一种能量高效，对环境有益的系统。

根据本发明的一个观点，冰箱在其内部设置有热电组件，诸如每英寸R值大于20(R20/英寸)的热传量高阻抗的热绝缘材料，和空气流动控制系统，它们相互配合，从而大大改进由此得到的冰箱的性能系数。通过采用每英寸R值大于20(R20/英寸)的热绝缘材料(有时称作“超级热绝缘材料”)，与操作冰箱有关的热负载大大降低，从而采用热电组件以便为冰箱提供冷却系统成为可能。还可在冰箱内部包括各种类型的热能贮存箱和相变材料以便进一步提高性能系数，使热电组件和每英寸R值大于20(R20/英寸)的绝热材料相结合的好处达到最大。