專(zhuān)利名稱(chēng)：用于除霧和除霜應(yīng)用的熱電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種熱電冷卻器的用途，該熱電冷卻器用于對(duì)與氣候受控空間 (climate-controlled space)相關(guān)聯(lián)的冷表面提供除霧或除霜，而同時(shí)沒(méi)有明顯地影響氣 候受控空間內(nèi)的狀況。
背景技術(shù)：
各種封閉裝置和機(jī)箱結(jié)構(gòu)包括多個(gè)表面，這些表面可以是透明的或反射的，并且 典型地需要在整個(gè)工作壽命期間、尤其在空氣調(diào)節(jié)或制冷設(shè)備操作期間維持這種透明或反 射功能。舉例而言，在雜貨商店里，經(jīng)常在冷藏容器內(nèi)展示物品。在冷藏容器內(nèi)，玻璃門(mén)典 型地對(duì)封閉的冷藏空間進(jìn)行密封而與外部環(huán)境隔開(kāi)，并且同時(shí)容許冷藏容器內(nèi)的容納物能 被展示和接近。冷卻空氣在冷藏容器的氣候受控空間內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。門(mén)在一個(gè)表面上面對(duì)較 熱并且典型地更潮濕的外部環(huán)境，而在它的另一個(gè)表面上面對(duì)封閉裝置的冷空氣或制冷空 氣。事實(shí)上，經(jīng)常沿門(mén)的內(nèi)表面輸送空氣幕，以例如在門(mén)被打開(kāi)時(shí)的期間內(nèi)阻止外部空氣進(jìn) 入。雖然冷藏容器的玻璃門(mén)被典型地良好隔熱，但是門(mén)的頻繁打開(kāi)以及冷藏容器內(nèi)的產(chǎn)品 呼吸作用能導(dǎo)致玻璃門(mén)起霧，這是非常不希望出現(xiàn)的。與氣候受控空間相關(guān)聯(lián)的其它各種透明的或反射的冷表面可能也會(huì)遭遇類(lèi)似問(wèn) 題。例如，在諸如瓶裝飲料冷卻器、自動(dòng)售賣(mài)機(jī)、貨架(merchandiser)、浴室等靜止設(shè)施，以 及諸如商務(wù)和私人汽車(chē)、移動(dòng)冰柜等移動(dòng)設(shè)施中的窗戶或鏡件也可能會(huì)變得起霧。相似地， 這些類(lèi)型的表面中的一些能被暴露而結(jié)霜。近來(lái)已提出的用于結(jié)合進(jìn)制冷系統(tǒng)內(nèi)的一種選擇是使用熱電冷卻器。熱電冷卻器 本質(zhì)上是利用了不同半導(dǎo)體材料的特定熱電性能，并且基于在熱電裝置操作期間同時(shí)發(fā)生 的兩個(gè)現(xiàn)象-珀耳帖效應(yīng)(Peltier effect)和塞貝克效應(yīng)(Seeback effect)。珀耳帖效 應(yīng)與在電流存在時(shí)，在由不同材料制成并保持在恒溫下的兩個(gè)導(dǎo)電體的結(jié)(junction)處 有限熱流的釋放或吸收相關(guān)聯(lián)。類(lèi)似地，塞貝克效應(yīng)與相同的配置相關(guān)，其中兩個(gè)結(jié)被維持 在不同溫度，這可產(chǎn)生有限的電勢(shì)差、以及可在閉環(huán)電路中驅(qū)動(dòng)電流的電動(dòng)勢(shì)。珀耳帖效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)在優(yōu)選地由具有不同絕對(duì)溫差電動(dòng)勢(shì)的材料所制成的 熱電冷卻器內(nèi)同時(shí)存在。通過(guò)兩個(gè)結(jié)的有限電流弓I發(fā)兩個(gè)熱傳遞相互作用，因?yàn)閮蓚€(gè)冷庫(kù) 和熱庫(kù)保持在不同溫度。為了穩(wěn)定的熱電冷卻器操作，與兩個(gè)結(jié)相關(guān)聯(lián)的熱流應(yīng)該具有相 反的標(biāo)記。如果外部系統(tǒng)維持電勢(shì)差并驅(qū)動(dòng)抵消該電勢(shì)差的電流，則兩個(gè)結(jié)系統(tǒng)變成為熱 電冷卻裝置。典型的熱電冷卻器由充當(dāng)兩個(gè)不同導(dǎo)體的P型半導(dǎo)體元件和N型半導(dǎo)體元件陣列 組成。P型材料具有數(shù)量不足的電子，而N型材料具有額外的電子。N型材料內(nèi)的這些電子 和P型材料內(nèi)所謂的“空穴”，除了承載電流外，還變成為運(yùn)輸介質(zhì)以將熱從冷結(jié)轉(zhuǎn)移到熱 結(jié)。熱傳輸速率取決于通過(guò)電路的電流和運(yùn)動(dòng)的電子-空穴對(duì)的數(shù)量。當(dāng)電流通過(guò)一對(duì)或 多對(duì)P-N元件時(shí)，在冷結(jié)處出現(xiàn)溫度降低，導(dǎo)致來(lái)自待冷卻目標(biāo)的熱被吸收。當(dāng)電子從高能 態(tài)移向低能態(tài)時(shí)，通過(guò)電子運(yùn)輸將熱攜載通過(guò)熱電冷卻器并在熱結(jié)處釋放。
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雖然熱電裝置本身是不可逆的，但由于熱和電流在它們操作期間必須流動(dòng)通過(guò)電 路，因此熱電裝置沒(méi)有使其極度可靠和安靜的運(yùn)動(dòng)部件。熱電裝置沒(méi)有被應(yīng)用于對(duì)與氣候受控空間相關(guān)聯(lián)的冷表面提供除霧或除霜以解 決上述的問(wèn)題，而同時(shí)不明顯影響氣候受控空間內(nèi)的狀況。

發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的公開(kāi)實(shí)施方式中，提供了一種受控表面，其與在氣候受控空間內(nèi)部進(jìn) 行循環(huán)的冷空氣流直接接觸?？諝庹{(diào)節(jié)或制冷設(shè)備將冷卻空氣流提供給氣候受控空間。熱 電裝置與受控表面相關(guān)聯(lián)，并保持受控表面不形成霧氣、霜凍或冷凝物。受控表面可以是永 久性地透明的或反射的，并且在空氣調(diào)節(jié)或制冷設(shè)備操作期間將維持這些性能而不會(huì)起霧 或霜凍。另一方面，受控表面可由諸如鋁、鋼或塑料的傳統(tǒng)構(gòu)造材料制成，并且將不容許形 成導(dǎo)致在氣候受控空間內(nèi)不期望位置中出現(xiàn)滴液和濕斑(wet spot)的任何冷凝物。與受控表面相關(guān)聯(lián)的熱電裝置位于氣候受控空間內(nèi)部，并且熱電裝置的熱結(jié)被放 置于氣流路徑內(nèi)，并且熱電裝置為受控表面提供除霧、除霜或冷凝物蒸發(fā)。熱電裝置的冷結(jié) 可在氣流路徑上被放置于熱結(jié)的下游，以朝向氣流的初始值降低空氣溫度并且除去了氣流 中的至少一些濕氣量。收集在冷結(jié)上的這種冷凝物被引導(dǎo)到排放盤(pán)，并且從氣候受控空間 除去，同時(shí)受控表面被除霧、除霜或干燥。這種除霧或除霜功能由熱電裝置提供，并且不中 斷冷卻操作模式。熱電裝置可被連續(xù)地操作，或者可根據(jù)需要例如基于定時(shí)裝置或傳感器反饋而致 動(dòng)熱電裝置。這種傳感器在行業(yè)中通常是已知的，并且可為冷鏡型、電容型、電阻型或其它 任何類(lèi)型。此外，熱電裝置可提供有可變電源，并因此可例如通過(guò)改變電源電壓，由熱結(jié)和 冷結(jié)將各種加熱量和冷卻量分別傳遞到通過(guò)的氣流，以調(diào)整熱電裝置操作來(lái)適應(yīng)變化的環(huán) 境狀況。熱電裝置及其結(jié)可被結(jié)合進(jìn)受控表面結(jié)構(gòu)中，或者可作為附加裝置進(jìn)行應(yīng)用。如果用于熱電裝置的電源極性被顛倒，則熱結(jié)和冷結(jié)被交換。這依次(inturn)容 許提供附加的冷卻，其由熱電裝置的冷結(jié)提供給相關(guān)聯(lián)的受控表面。本發(fā)明可應(yīng)用于任何透明的或反射的受控表面，例如玻璃門(mén)、窗戶或鏡件，或者被 放置于氣候受控環(huán)境內(nèi)的其它任何一般目的的受控表面。從以下的詳細(xì)說(shuō)明和附圖中能最 佳地理解本發(fā)明的這些以及其它特征，以下是詳細(xì)說(shuō)明和附圖的簡(jiǎn)要描述。

圖1示意性地示出了結(jié)合了本發(fā)明的冷藏封閉裝置(refrigeratedenclosure)。圖2是圖1的冷藏封閉裝置的一部分的放大視圖。圖3示出了結(jié)合了本發(fā)明的受控表面的一般表示(!^presentation)。
具體實(shí)施方式圖1示出了結(jié)合了玻璃門(mén)22的冷藏封閉裝置20，玻璃門(mén)22容許通向冷藏產(chǎn)品以 及為用戶提供用來(lái)觀察冷藏封閉裝置20內(nèi)的容納物的透明功能。冷藏封閉裝置20可包括 各種構(gòu)造元件，例如擱架24等。冷卻空氣在冷藏封閉裝置20的氣候受控空間內(nèi)部循環(huán)，以對(duì)可放置于冷藏封閉裝置20內(nèi)部的產(chǎn)品提供冷卻。另外，沿玻璃門(mén)22提供空氣幕，以在門(mén) 打開(kāi)期間阻止外部空氣進(jìn)入以及冷卻空氣選出到周?chē)h(huán)境中?；亓骺諝夤艿?8將空氣從冷藏封閉裝置20的氣候受控空間輸送到諸如蒸發(fā)器30 的制冷系統(tǒng)受熱式換熱器。然后，空氣通過(guò)回流空氣管道32并通過(guò)通風(fēng)口 36和37回流進(jìn) 冷藏封閉裝置20的氣候受控空間內(nèi)。通風(fēng)口 37通常被定位來(lái)提供空氣幕26。蒸發(fā)器30 被結(jié)合進(jìn)制冷系統(tǒng)中，制冷系統(tǒng)至少包括基本部件，諸如排熱式換熱器、壓縮機(jī)、膨脹裝置、 以及與排熱式換熱器和蒸發(fā)器30相關(guān)聯(lián)的一對(duì)空氣推動(dòng)(air-moving)裝置。制冷系統(tǒng)可 以是由冷藏封閉裝置20構(gòu)成的整體部件，或者可由滑入式(slide-in)構(gòu)造構(gòu)成。諸如風(fēng) 扇28的空氣驅(qū)動(dòng)裝置與蒸發(fā)器30相關(guān)聯(lián)、并被典型地放置在蒸發(fā)器30下游，空氣驅(qū)動(dòng)裝 置將在通過(guò)蒸發(fā)器30時(shí)被冷卻并經(jīng)常將除濕的冷卻氣流提供給冷藏封閉裝置20的氣候受 控空間。因此，空氣幕26典型地與在冷藏封閉裝置20內(nèi)部循環(huán)的空氣具有相同的冷卻溫 度。玻璃門(mén)22具有其暴露于周?chē)h(huán)境100的外表面和其與空氣幕26接觸的內(nèi)表面。典型 地，空氣幕26具有比周?chē)h(huán)境100低得多的溫度和含濕量。因此，典型地是玻璃門(mén)22可以 例如在門(mén)打開(kāi)期間變成起霧。玻璃門(mén)22也可以因放置在冷藏封閉裝置20內(nèi)部的產(chǎn)品的呼 吸作用而變成起霧。本發(fā)明將與玻璃門(mén)22和空氣幕26相關(guān)聯(lián)的熱電裝置44放置在冷藏封閉裝置20 的氣候受控空間內(nèi)，諸如熱電裝置44的熱結(jié)38位于空氣離開(kāi)通風(fēng)口 37的路徑中并且在其 流到玻璃門(mén)22上方之前。由于離開(kāi)通風(fēng)口 37的空氣幕氣流與熱電裝置44的熱結(jié)38之間 的熱傳遞相互作用，因此，空氣幕26將比在冷藏封閉裝置20內(nèi)部循環(huán)的其余空氣的溫度 高。所以，空氣幕26的較溫暖空氣將能夠吸收積聚在玻璃門(mén)22內(nèi)表面上呈霧氣、冷凝物或 霜凍形式的濕氣。結(jié)果，如期望的那樣，玻璃門(mén)22的透明功能將保持。熱電裝置44的冷結(jié)40被放置于接近空氣幕26的空氣路徑的末端處，當(dāng)空氣回流 以流動(dòng)通過(guò)蒸發(fā)器30時(shí)，熱電裝置44將用來(lái)朝向初始溫度冷卻空氣以及對(duì)空氣除濕。由 熱電裝置44的冷結(jié)40從氣流中除去的冷凝物被收集在排放盤(pán)45內(nèi)，并且然后從冷藏封閉 裝置20除去。在圖2中詳細(xì)示出了空氣幕26在熱結(jié)38上經(jīng)過(guò)的氣流。必需指出的是，熱電裝 置44的熱結(jié)38和冷結(jié)40僅是示意性地示出，并且可具有任何形狀或構(gòu)造。例如，為了增 強(qiáng)熱傳遞，熱結(jié)38和冷結(jié)40可具有設(shè)有任何合適截面的氣流通道、諸如熱傳遞翅片或肋 部的延伸的次級(jí)熱傳遞表面、以及諸如通氣孔(louver)或邊界層裂口(boundary layer disruptor)的熱傳遞增強(qiáng)元件。一般而言，這些熱傳遞增強(qiáng)元件在本領(lǐng)域內(nèi)是已知的。而 且，冷結(jié)40可結(jié)合有成槽或谷(valley)形式的冷凝物排放路徑，冷凝物排放路徑可避開(kāi)氣 流以防止冷凝物被帶走。而且，熱電裝置44的諸如熱結(jié)38和冷結(jié)40的元件可附接到玻璃 門(mén)22的結(jié)構(gòu)上，或者甚至可集成到門(mén)結(jié)構(gòu)上，例如以位于玻璃門(mén)22內(nèi)表面或附近定位的疊 層結(jié)構(gòu)的形式集成到門(mén)結(jié)構(gòu)上。應(yīng)該理解的是，熱電裝置44能在不中斷與冷藏封閉裝置20相關(guān)聯(lián)的制冷單元的 冷卻操作模式情況下，提供除霧或除霜功能。此外，熱電裝置44可連續(xù)地操作、或者可根據(jù) 需要(例如基于定時(shí)裝置或傳感器反饋)來(lái)致動(dòng)熱電裝置44。這種傳感器在行業(yè)中通常是 已知的，并且可以是冷鏡型、電容型、電阻型等。此外，熱電裝置可設(shè)置有可變電源，并因此可例如通過(guò)改變電源電壓，由熱結(jié)和冷結(jié)將各種加熱量和冷卻量分別傳遞到通過(guò)的氣流， 以調(diào)整熱電裝置操作適應(yīng)變化的環(huán)境狀況。這種變化的環(huán)境狀況可例如因較少或較多地頻 繁打開(kāi)門(mén)、放置進(jìn)冷藏封閉裝置內(nèi)的具有較高或較低呼吸作用的物品、以及變化的環(huán)境條 件而引起。此外，如果熱電裝置44的電源極性被顛倒，則熱結(jié)38和冷結(jié)40將交換。這依次 容許提供附加的冷卻，該附加的冷卻由熱電裝置44的冷結(jié)(現(xiàn)在為38)提供給諸如玻璃門(mén) 22的相關(guān)聯(lián)的受控表面，并提供給冷藏封閉裝置20的整個(gè)氣候受控環(huán)境。這種操作模式可 在不需要對(duì)玻璃門(mén)22除霧或除霜時(shí)的期間執(zhí)行。在這種操作模式中，由熱結(jié)(現(xiàn)在為40) 生成的熱將由與冷藏封閉裝置20相關(guān)聯(lián)的制冷單元除去。如圖3所示，不是玻璃門(mén)22，而是與熱電裝置44相關(guān)聯(lián)的其它受控表面46可從沿 氣流路徑定位中受益，該氣流路徑按順序地在熱結(jié)48上、然后在冷結(jié)50上運(yùn)動(dòng)過(guò)。在靜止 或運(yùn)輸應(yīng)用中的諸如窗戶、玻璃隔板或隔離物或鏡件的表面可從本發(fā)明中受益。并且，定位 在氣候受控環(huán)境內(nèi)并且趨向于積聚冷凝物、霧氣或霜凍的任何一般目的受控表面46可從 本發(fā)明中受益。一些示例可包括但不限于建筑物中的窗戶、浴室中的鏡件、制冷展示柜中的 玻璃隔板、汽車(chē)中的窗戶和鏡件、貨架中的擱架以及很多其它的示例。另外，在適當(dāng)情況下， 能利用本發(fā)明來(lái)從受控表面46除霜或除去冷凝物。盡管公開(kāi)了若干個(gè)實(shí)施方式以及應(yīng)用，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到所公開(kāi)的應(yīng)用 是示例性的，并且還有很多其它應(yīng)用也可從公開(kāi)的本發(fā)明中受益。為此原因，應(yīng)該研究所附 權(quán)利要求以確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種熱電裝置和受控表面的組合，其中所述熱電裝置為所述受控表面提供除霧、除霜或冷凝物蒸發(fā)之一，或者提供除霧、除霜或冷凝物蒸發(fā)的組合。
2.如權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述熱電裝置和所述受控表面被放置于氣候受控 環(huán)境內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的組合，其中，所述熱電裝置的熱結(jié)在氣流已與所述受控表面接 觸之前被放置于氣流內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的組合，其中，所述熱電裝置的冷結(jié)也被放置于所述氣流內(nèi)，但被 放置于沿所述受控表面的下游。
5.如權(quán)利要求3所述的組合，其中，所述氣流是空氣幕。
6.如權(quán)利要求2所述的組合，其中，所述氣候受控環(huán)境是冷藏封閉裝置和空氣調(diào)節(jié)空 間之一。
7.如權(quán)利要求2所述的組合，其中，所述氣候受控環(huán)境是靜止類(lèi)型和移動(dòng)類(lèi)型之一。
8.如權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述受控表面是玻璃門(mén)、窗戶以及鏡件之一。
9.如權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述熱電裝置是附加裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述熱電裝置被結(jié)合進(jìn)受控表面結(jié)構(gòu)中。
11.如權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述熱電裝置是根據(jù)需要而被致動(dòng)的。
12.如權(quán)利要求11所述的組合，其中，所述熱電裝置是基于定時(shí)器和濕度傳感器反饋 中的至少一個(gè)而被致動(dòng)的。
13.如權(quán)利要求1所述的組合，其中，用于所述熱電裝置的電源是可調(diào)電源，所述可調(diào) 電源容許在所述熱電裝置的熱結(jié)處和冷結(jié)處分別提供可變的加熱量和冷卻量。
14.如權(quán)利要求2所述的組合，其中，所述熱電裝置的極性被顛倒以選擇性地輔助冷卻。
15.一種操作熱電裝置和受控表面的組合的方法，其包括如下步驟(a)通過(guò)將所述熱電裝置的熱結(jié)放置在期望位置，為所述受控表面提供除霧、除霜或冷 凝物蒸發(fā)之一，或者提供除霧、除霜或冷凝物蒸發(fā)的組合。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述熱電裝置和所述受控表面被放置于氣候受 控環(huán)境內(nèi)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述熱電裝置的熱結(jié)在氣流已與所述受控表面 接觸之前被放置于氣流內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述熱電裝置的冷結(jié)也被放置于所述氣流內(nèi)，但 被放置于沿所述受控表面的下游。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述氣流是空氣幕。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述熱電裝置是附加裝置。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述熱電裝置被結(jié)合進(jìn)受控表面結(jié)構(gòu)中。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述熱電裝置是根據(jù)需要而被致動(dòng)的。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述熱電裝置是基于定時(shí)器和濕度傳感器反饋 中的至少一個(gè)而被致動(dòng)的。
24.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，用于所述熱電裝置的電源是可調(diào)電源，所述可調(diào)電源容許在所述熱電裝置的熱結(jié)處和冷結(jié)處分別提供可變的加熱量和冷卻量。
25.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述熱電裝置的極性被顛倒以選擇性地輔助冷卻。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種受控表面，其與在氣候受控空間內(nèi)部循環(huán)的冷卻空氣流直接接觸。熱電裝置與受控表面相關(guān)聯(lián)并具有熱結(jié)和冷結(jié)，所述熱結(jié)被放置于在受控表面上方運(yùn)動(dòng)的氣流路徑中的上游，所述冷結(jié)被放置于該氣流路徑中的下游。這種設(shè)置在不明顯改變氣候受控空間內(nèi)的溫度的同時(shí)，為受控表面提供除霧、除霜或冷凝物蒸發(fā)，并且通過(guò)熱電裝置從氣流除去至少一些濕氣量。
文檔編號(hào)H05B1/00GK101884244SQ200780101842
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯, R·G·洛德 申請(qǐng)人:開(kāi)利公司