專利名稱：制冷恒溫鍋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物品的制冷恒溫領(lǐng)域，尤其涉及食品的降溫，速冷，低溫恒溫保存的制 冷恒溫鍋。
背景技術(shù)：
目前物品的制冷恒溫領(lǐng)域尤其是食品的制冷恒溫領(lǐng)域保存主要依賴壓縮機(jī)式冰 箱冷卻。冰箱是利用蒸發(fā)致冷或氣化吸熱的作用而達(dá)到制冷的目的。電冰箱的喉管內(nèi)，裝 有致冷劑，沸點(diǎn)都很低一般為29°C。致冷劑氣體狀態(tài)時(shí)，被壓縮器加壓，加壓后經(jīng)喉管流到 電冰箱背部的冷凝器，借散熱片散熱(物質(zhì)被壓縮后，溫度就會(huì)升高)后，冷凝而成液體。液 體的致冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器的活門之后，由于脫離了壓縮器的壓力，就立即化為蒸汽，同時(shí)向電 冰箱內(nèi)的空氣和食物等吸取汽化潛熱引致冰箱內(nèi)部冷卻。汽化后的氟里昂又被壓縮器壓回 箱外的冷凝器散熱，再變?yōu)橐后w，如此循環(huán)不息，把冰箱內(nèi)的熱能泵到箱外。前述制冷恒溫 方式的缺點(diǎn)是能耗大，往往需要上千瓦的能耗，并且達(dá)到冷卻溫度需要的時(shí)間較長(zhǎng)，一般為 小時(shí)為單位。其次體積很大，便攜性不好，不方便外出攜帶，此外噪聲也較大。最重要的原 因是制冷劑對(duì)環(huán)境有污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低功耗，低噪聲，無(wú)污染，制冷迅速且控制 可靠和有良好便攜性鍋適合家用和車用，實(shí)現(xiàn)物品尤其食品的迅速冷卻以及制冷恒溫保存 的制冷恒溫鍋。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的制冷恒溫鍋，包括供待制冷物品盛放的金屬鍋 體，以及一個(gè)中空的散熱殼，散熱殼的內(nèi)部空腔中安置有控制電路以及與控制電路電連接 的風(fēng)扇組，鍋體的上部中央開設(shè)有一通孔，通孔內(nèi)嵌合一金屬散熱片，金屬散熱片的上方設(shè) 有一隔離層，隔離層的中部?jī)?nèi)嵌1塊或1塊以上的半導(dǎo)體制冷片，該半導(dǎo)體制冷片與控制電 路電連接，金屬鍋體緊貼在隔離層的上方。上述方案中，金屬鍋體與隔離層之間設(shè)有一冷面層，該冷面層的四周設(shè)有“7字型” 的卡槽，卡槽與金屬鍋體四周設(shè)有的凸卡相配合，金屬鍋體與冷面層通過(guò)預(yù)壓旋扣方式連 接。由于銅與固體的熱傳導(dǎo)性好、以及鋁合金與空氣熱傳導(dǎo)性好的特點(diǎn)，所述金屬散 熱片最好為銅制的金屬散熱片，散熱殼為最好為鋁制的散熱殼，以便提高其散熱效率。上述方案所述控制電路主要由電源、以及與之相連的控制模塊、人機(jī)界面、功率驅(qū) 動(dòng)模塊、制冷功率模塊、風(fēng)扇功率模塊、霍爾電流傳感器和2個(gè)溫度傳感器組成；人機(jī)界面 與控制模塊相連，控制模塊的輸出端經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)模塊分別連接制冷功率模塊和風(fēng)扇功率 模塊，制冷功率模塊連接半導(dǎo)體制冷片，風(fēng)扇功率模塊連接風(fēng)扇組；霍爾電流傳感器設(shè)置在 半導(dǎo)體制冷片處、第一溫度傳感器與金屬鍋體相貼、第二溫度傳感器與金屬散熱片相貼，霍 爾電流傳感器、第一溫度傳感器和第二溫度傳感器的輸出端均連接至控制模塊。
所述第二溫度傳感器與控制模塊之間最好還串接有一保護(hù)模塊，該保護(hù)模塊接收 第二溫度傳感器傳來(lái)的反饋信號(hào)，用于判斷制冷恒溫鍋是否出現(xiàn)故障，并將判斷結(jié)果傳送 至控制模塊。為了減小噪聲及達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，上述方案所述控制電路最好還包括一轉(zhuǎn)速傳感 器，該轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)置在風(fēng)扇組處，其輸出端連接至控制模塊。為了增加制冷恒溫鍋的可靠性，所述電源最好為三組相互隔離的電源，第一組電 源與控制模塊連接，第二組電源連接在功率驅(qū)動(dòng)模塊上，第三組電源與半導(dǎo)體制冷片相連。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，第三組電源和半導(dǎo)體制冷片之間還串接有一電源反 相器，該電源反相器的控制端與控制模塊的輸出端相接。由于半導(dǎo)體制冷片在加載正向電 壓時(shí)，具有制冷功效；而在加載負(fù)向電壓時(shí)，具有制熱功效這一特性，因此，當(dāng)電源反相器能 將反向電壓加載在半導(dǎo)體制冷片上，該制冷恒溫鍋能起到制熱的效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、與傳統(tǒng)的冰箱的制冷相比，其運(yùn)行功率在200W之內(nèi)，可以使得功耗大量下降；2、半導(dǎo)體制冷片的控制方面可采用根據(jù)半導(dǎo)體制冷片的伏安特性做電流電壓控 制，使得制冷器效率高，另外在此控制模式下，功率模塊的發(fā)熱量小，效率也更高；3、便攜性好，攜帶方便；使用靈活，制冷恒溫迅速，不需像原有冰箱處于不間斷工 作狀態(tài)。


圖1為本發(fā)明一種制冷恒溫鍋的爆炸示意圖；圖2為圖1組合后的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明控制電路的原理圖。

1、散熱殼；2、金屬散熱片；3、隔離層；4、半導(dǎo)體制冷片；5、冷面層；6、 金屬鍋體；7、風(fēng)扇組；8、控制電路；10、人機(jī)界面。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種制冷恒溫鍋的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，其主要有金屬鍋體6、散熱殼1、 控制電路8、風(fēng)扇組7、金屬散熱片2、隔離層3和半導(dǎo)體制冷片4構(gòu)成。金屬鍋體6的底部 為平面，用于盛放供待制冷物品。散熱殼1為上部中央開設(shè)有通孔的中空結(jié)構(gòu)。控制電路 8以及與控制電路8電連接的風(fēng)扇組7安置在散熱殼1的內(nèi)部空腔中。金屬鍋體6、半導(dǎo)體 制冷片4、隔離層3和金屬散熱片2自上而下疊放在通孔處。金屬散熱片2嵌合在通孔的內(nèi) 部，其側(cè)壁與通孔的側(cè)壁相貼。金屬散熱片2的上方設(shè)有一隔離層3。隔離層3的中部?jī)?nèi)嵌 1塊或1塊以上的半導(dǎo)體制冷片4，該半導(dǎo)體制冷片4與控制電路8電連接，金屬鍋體6緊 貼在隔離層3的上方。隔離層3采用隔熱阻燃材料構(gòu)成，厚度與半導(dǎo)體制冷片4的厚度相 當(dāng)，它不僅能夠阻止金屬鍋體6與金屬散熱片2之間的熱交換，還可以避免由于冷熱交替造 成結(jié)露對(duì)電子器件的損壞。此外，金屬鍋體6與隔離層3之間設(shè)有一冷面層5，該冷面層5 的四周設(shè)有“7字型”的卡槽，卡槽與金屬鍋體6四周設(shè)有的凸卡相配合，金屬鍋體6與冷面 層5通過(guò)預(yù)壓旋扣方式連接。冷面層5由熱傳導(dǎo)系數(shù)好的材料構(gòu)成，正面與金屬鍋體6的 底部接觸良好，反面與半導(dǎo)體制冷片4的冷面接觸。散熱殼1、金屬散熱片2和風(fēng)扇組7構(gòu)成了制冷恒溫鍋的散熱結(jié)構(gòu)。金屬散熱片2采用銅制的金屬散熱片2。散熱殼1上部的通 孔為上大下小的結(jié)構(gòu)，其通孔的底端形成一個(gè)類擱板結(jié)構(gòu)供金屬散熱片2擱置，并保證兩 者接觸面積在三分之二以上。散熱殼1做成與空氣接觸面積最大的形式，即散熱殼1的側(cè) 面還開設(shè)有多翅結(jié)構(gòu)的散熱槽。風(fēng)扇組7安裝在散熱槽附近，保持風(fēng)道的順暢，使得空氣快 速與散熱殼1對(duì)流，加大排風(fēng)量，利用風(fēng)扇組7的抽風(fēng)作用將熱量抽離散熱殼1。此方式充 分利用銅與固體的熱傳導(dǎo)性好與鋁合金與空氣熱傳導(dǎo)性好的原理使得散熱效率大大提高。
安裝在散熱殼1內(nèi)部的控制電路8如圖3所示，主要由電源、以及與之相連的控制 模塊、人機(jī)界面10、功率驅(qū)動(dòng)模塊、制冷功率模塊、風(fēng)扇功率模塊、霍爾電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳 感器和2個(gè)溫度傳感器組成。所述電源可以外接市電或者直流電源，其包括了三組隔離電 源，第一組電源與控制模塊連接，第二組電源連接在功率驅(qū)動(dòng)模塊上，第三組電源與半導(dǎo)體 制冷片4相連，這樣做使得各個(gè)電路系統(tǒng)電路隔離，增加整體電路的可靠性。人機(jī)界面10與 控制模塊相連，負(fù)責(zé)設(shè)置制冷恒溫鍋的工作模式，控制金屬鍋體6的溫度。控制模塊的輸出 端經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)模塊分別連接制冷功率模塊和風(fēng)扇功率模塊。制冷功率模塊連接半導(dǎo)體制 冷片4，用于控制半導(dǎo)體制冷片4的電壓V1和電流~。風(fēng)扇功率模塊連接風(fēng)扇組7，用于控 制加載在風(fēng)扇組7上的電壓V2,即風(fēng)扇組7的轉(zhuǎn)速。霍爾電流傳感器設(shè)置在半導(dǎo)體制冷片4 處，用于測(cè)量半導(dǎo)體制冷片4的功率部分的電流Al。將半導(dǎo)體制冷片4主功率線即電源線 穿過(guò)霍爾電流傳感器，霍爾電流傳感器用DC士 12V供電，其電流輸出腳對(duì)地接電阻，同時(shí)接 入控制模塊。溫度傳感器用于采集相關(guān)溫度信息，其中第一溫度傳感器與金屬鍋體6相貼， 用于測(cè)量鍋面溫度T1、第二溫度傳感器與金屬散熱片2相貼，用于測(cè)量鍋面溫度T2。轉(zhuǎn)速傳 感器設(shè)置在風(fēng)扇組7處，用于檢測(cè)風(fēng)扇組7的轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇組7采用直流電機(jī)，其直流電機(jī)本 身自帶有霍爾位置傳感器，該霍爾位置傳感器的信號(hào)直接進(jìn)控制模塊。上述霍爾電流傳感 器、轉(zhuǎn)速傳感器、第一溫度傳感器和第二溫度傳感器的輸出端均連接至控制模塊。此外，所 述第二溫度傳感器與控制模塊之間還串接有一保護(hù)模塊，該保護(hù)模塊接收第二溫度傳感器 傳來(lái)的反饋信號(hào)，用于判斷制冷恒溫鍋是否出現(xiàn)故障，并將判斷結(jié)果傳送至控制模塊。上述控制模塊的內(nèi)部存儲(chǔ)有TPI溫控算法的控制程序。整系統(tǒng)根據(jù)各傳感器的信 號(hào)以及人機(jī)界面10的設(shè)定值來(lái)控制制冷恒溫鍋，使鍋面溫度快速冷卻并恒溫。上述TPI溫 控算法包含了控制周期，溫度采樣周期自動(dòng)調(diào)節(jié)的算法。引用PID算法中的PI因素作為控 制的基礎(chǔ)。TPI算法是將半導(dǎo)體制冷片4自身的伏安特性作為控制目標(biāo)，配合硬件電路同 時(shí)控制電壓和電流的一種針對(duì)半導(dǎo)體制冷片4的算法。本發(fā)明所選用的TPI算法基本包含 了 PID算法中的P，I因素，同時(shí)加入了對(duì)溫度的遞增平均值算法，利用溫度在某時(shí)間周期內(nèi) 的變化趨勢(shì)作為溫度因素，采用高精度溫度傳感器使得精度達(dá)到0. 05攝氏度。TPI算法將 半導(dǎo)體制冷片4的伏安特性轉(zhuǎn)化為曲線，并數(shù)值化到算法中，使得半導(dǎo)體制冷片4制冷效率 高，同時(shí)TPI算法根據(jù)測(cè)量到的散熱器溫度來(lái)決定風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，達(dá)到減少噪聲以及節(jié)能的 目標(biāo)。首先在控制模塊內(nèi)預(yù)存有半導(dǎo)體制冷片4伏安特性曲線表，該曲線由半導(dǎo)體制冷片4 本身決定，它是在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)伏安特性測(cè)試儀對(duì)半導(dǎo)體制冷片4進(jìn)行測(cè)定得到的。使用時(shí)， 通過(guò)人機(jī)界面10設(shè)定控制器接收第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和霍爾傳感器反饋回來(lái)的鍋面溫度 T1、散熱器銅塊溫度T2以及半導(dǎo)體制冷片4的功率部分的電流A1O控制模塊根據(jù)人機(jī)模塊 的設(shè)定值以及各傳感器返回的信號(hào)，通過(guò)以下公式計(jì)算出輸入半導(dǎo)體制冷片4兩端電壓V1和半導(dǎo)體制冷片4電流A1作為輸出信號(hào)送至制冷功率模塊來(lái)控制半導(dǎo)體制冷片4的工作。V1 = (K1XP+^ X I) XK3 1式1中P為兩個(gè)采樣周期內(nèi)Tl溫度差ΤΔ = (T11-T12)。I為相鄰兩個(gè)ΤΔ的數(shù)值 差Ttl= (τΔ1-τΔ2)。K1 SP系數(shù)，其值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由人機(jī)界面10輸入，本發(fā)明中K1的取值 范圍選定在0. 1-0. 9之間，而在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，K1值選用0. 5。K2為I系數(shù)，其值同樣 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由人機(jī)界面10輸入，在發(fā)明中K2的取值范圍選定在0. 01-0. 09之間，而在本發(fā) 明優(yōu)選實(shí)施例中，K2值選用0. 07。K3為比例系數(shù)，由T2與T1溫差的系數(shù)決定，該T2與T1的 溫差系數(shù)與Tl溫度值成正比，并通過(guò)查表完成。K3數(shù)值通過(guò)經(jīng)驗(yàn)獲得，取值范圍在0. 1-2. 0 之間，優(yōu)選為1.2。A1 = K4XV12式2中Κ4為伏安特性系數(shù)，由預(yù)先存儲(chǔ)在控制模塊內(nèi)的伏安特性表決定。此外，本發(fā)明的控制模塊還設(shè)有風(fēng)扇組7兩端電壓V2的計(jì)算公式，即V2 = (T2-T1) XK53式3中1(5為溫度系數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)決定，其范圍可選定在0.0-0. 5之間，在本發(fā)明優(yōu)選 實(shí)施例中，K5值選用0.2?？刂颇K將所得風(fēng)扇組7兩端電壓V2送至風(fēng)扇功率模來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。由于本 專利中溫度范圍為-10°C -常溫，而選用的半導(dǎo)體制冷片4溫差在30°C，風(fēng)扇電壓為DC12V， 為使得風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在鍋面與散熱器溫度差控制在30°C內(nèi)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速在溫差30°C時(shí)達(dá)到最 大。所以在60°C時(shí)對(duì)應(yīng)風(fēng)扇控制電壓為DC12V。
權(quán)利要求
制冷恒溫鍋，包括供待制冷物品盛放的金屬鍋體(6)，其特征在于還包括一個(gè)中空的散熱殼(1)，散熱殼(1)的內(nèi)部空腔中安置有控制電路(8)以及與控制電路(8)電連接的風(fēng)扇組(7)，鍋體的上部中央開設(shè)有一通孔，通孔內(nèi)嵌合一金屬散熱片(2)，金屬散熱片(2)的上方設(shè)有一隔離層(3)，隔離層(3)的中部?jī)?nèi)嵌1塊或1塊以上的半導(dǎo)體制冷片(4)，該半導(dǎo)體制冷片(4)與控制電路(8)電連接，金屬鍋體(6)緊貼在隔離層(3)的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷恒溫鍋，其特征在于金屬鍋體(6)與隔離層(3)之間 設(shè)有一冷面層(5)，該冷面層(5)的四周設(shè)有“7字型”的卡槽，卡槽與金屬鍋體(6)四周設(shè) 有的凸卡相配合，金屬鍋體(6)與冷面層(5)通過(guò)預(yù)壓旋扣方式連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷恒溫鍋，其特征在于金屬散熱片(2)為銅制的金屬散 熱片(2)，散熱殼(1)為鋁制的散熱殼(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷恒溫鍋，其特征在于控制電路(8)主要由電源、以及與 之相連的控制模塊、人機(jī)界面(10)、功率驅(qū)動(dòng)模塊、制冷功率模塊、風(fēng)扇功率模塊、霍爾電流 傳感器和2個(gè)溫度傳感器組成；人機(jī)界面(10)與控制模塊相連，控制模塊的輸出端經(jīng)過(guò)功 率驅(qū)動(dòng)模塊分別連接制冷功率模塊和風(fēng)扇功率模塊，制冷功率模塊連接半導(dǎo)體制冷片(4)， 風(fēng)扇功率模塊連接風(fēng)扇組(7)；霍爾電流傳感器設(shè)置在半導(dǎo)體制冷片(4)處、第一溫度傳感 器與金屬鍋體(6)相貼、第二溫度傳感器與金屬散熱片(2)相貼，霍爾電流傳感器、第一溫 度傳感器和第二溫度傳感器的輸出端均連接至控制模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制冷恒溫鍋，其特征在于第二溫度傳感器與控制模塊之間 串接有一保護(hù)模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制冷恒溫鍋，其特征在于控制電路(8)還包括一轉(zhuǎn)速傳感 器，該轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)置在風(fēng)扇組(7)處，其輸出端連接至控制模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制冷恒溫鍋，其特征在于所述電源為三組相互隔離的電源， 第一組電源與控制模塊連接，第二組電源連接在功率驅(qū)動(dòng)模塊上，第三組電源與半導(dǎo)體制 冷片⑷相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制冷恒溫鍋，其特征在于第三組電源和半導(dǎo)體制冷片(4) 之間還串接有一電源反相器，該電源反相器的控制端與控制模塊的輸出端相接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制冷恒溫鍋，包括供待制冷物品盛放的金屬鍋體，以及一個(gè)中空的散熱殼，散熱殼的內(nèi)部空腔中安置有控制電路以及與控制電路電連接的風(fēng)扇組，鍋體的上部中央開設(shè)有一通孔，通孔內(nèi)嵌合一金屬散熱片，金屬散熱片的上方設(shè)有一隔離層，隔離層的中部?jī)?nèi)嵌1塊或1塊以上的半導(dǎo)體制冷片，該半導(dǎo)體制冷片與控制電路電連接，金屬鍋體緊貼在隔離層的上方。它能夠?qū)崿F(xiàn)物品尤其食品的迅速冷卻以及制冷恒溫保存。
文檔編號(hào)F25B49/00GK101907368SQ20101022040
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者徐劍飛 申請(qǐng)人:桂林市同步工業(yè)自動(dòng)控制有限責(zé)任公司