本發明涉及制冷，尤其涉及一種新型復合式熱交換系統及控制方法。

背景技術：

1、隨著汽車成為現代生活的重要組成部分，人們對車載舒適性和便利性的要求日益提高。車載冰箱作為一種能夠為駕乘人員提供冷藏或冷凍食品、飲料的設備，受到了廣泛關注。目前市場上的車載冰箱主要有兩類：半導體制冷冰箱和壓縮機制冷冰箱。

2、半導體制冷冰箱利用帕爾貼效應制冷，優點是結構簡單、體積小巧、無運動部件帶來的噪音和振動，且成本相對較低。然而，其缺點也十分突出：制冷效率低下，導致能耗較高；制冷能力有限，通常只能實現比環境溫度低15-20℃的溫差，難以滿足冷藏保鮮甚至冷凍的需求；降溫速度緩慢。

3、壓縮機制冷冰箱采用與家用冰箱類似的蒸汽壓縮制冷循環，能夠提供快速、強勁的制冷效果，可以達到0℃以下的冷藏溫度乃至-18℃的冷凍溫度，制冷效率也相對較高。但是，這類冰箱需要內置一套完整的制冷系統，包括壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流裝置等，導致其結構復雜、體積龐大、重量較重，不僅占用車內空間，還可能影響車輛的燃油經濟性或續航里程。同時，壓縮機運行時會產生一定的噪音和振動，影響駕乘體驗。此外，這類冰箱的成本也較高。

4、更重要的是，上述兩類車載冰箱都面臨一個共同的問題：車輛熄火后如何持續制冷。傳統方案是依靠車輛的蓄電池供電，但這會大量消耗電能，可能影響車輛的正常啟動，尤其是在長時間停車的情況下，蓄電池電量耗盡后，冰箱便失去制冷能力，內部溫度迅速回升，無法保證物品的儲存質量。

5、為了解決這些問題，研究人員開始探索將車載冰箱與車輛自身的空調系統相集成的方案。車輛空調系統通常具有遠超冰箱需求的制冷功率，利用其“富余”冷量來為冰箱制冷，可以省去冰箱自帶的壓縮機和冷凝器，從而實現小型化、輕量化、低噪音和低成本。然而，簡單的集成方式，如直接引空調冷風或通過簡單的外部熱交換器，往往存在換熱效率低、溫度控制不精確、無法利用蓄冷等問題。一些引入蓄冷概念的方案，雖然能在一定程度上解決熄火后制冷的問題，但在蓄冷/釋冷的效率、結構的緊湊性、控制策略的智能化等方面仍有提升空間。例如，如何高效地將冷量儲存在有限的體積內？如何快速有效地將儲存的冷量釋放給冰箱內部？如何根據實際需求和車輛狀態智能地管理蓄冷和釋冷過程？如何在集成空調系統的同時，還能滿足用戶對深度冷凍(如-18℃)的需求？這些都是現有技術未能完美解決的挑戰。

6、因此，開發一種新型的車載制冷技術方案，既能充分利用車載空調系統的優勢，又能通過高效的蓄冷技術實現熄火后的長效制冷，同時結構緊湊、運行安靜，并具備智能化的溫度控制能力以及可選的深度制冷功能，具有重要的實際意義和市場價值。

技術實現思路

1、本發明旨在解決現有車載制冷技術在滿足深度制冷需求(如達到-18℃冷凍溫度)以及在高負荷或需要快速降溫時制冷能力不足的問題。傳統依賴車載空調冷媒和相變蓄冷材料的系統，其制冷溫度下限受限于冷媒蒸發溫度和蓄冷材料相變點，難以實現深度冷凍；而單純采用半導體制冷件(tec)的系統雖然能達到低溫，但其制冷效率低、功耗大，尤其在散熱條件不佳時性能衰減嚴重。因此，亟需一種能夠結合不同制冷技術優勢、既能利用車輛現有冷源、又能提供強大補充或深度制冷能力，并且結構集成、熱管理有效的混合式制冷解決方案。

2、為解決上述技術問題，第一方面，本發明提供了一種新型復合式熱交換系統，包括：

3、主制冷部，適于利用一冷源進行制冷和/或蓄冷，所述主制冷部包括：

4、儲能體，用于吸收并儲存所述冷源所傳遞的冷量，所述儲能體包括殼體和內部的蓄冷介質；

5、風道系統，具有至少一個貫穿所述儲能體的冷卻通道，用于引導空氣與所述儲能體進行熱交換；

6、熱交換部，連通所述冷源，并適于將所述冷源的冷量傳遞給所述儲能體和/或流經所述冷卻通道的空氣；

7、導風部，用于驅動空氣流經所述風道系統；

8、二次制冷部，用于提供補充或深度制冷，所述二次制冷部包括：

9、半導體制冷件，具有冷端和熱端；所述冷端耦合于所述風道系統的空氣流路或所述儲能體，用于對流經所述風道系統的空氣進行二次制冷或對所述蓄冷介質進行冷卻。

10、這種混合結構，使得系統既能利用主制冷部相對高效的制冷方式，又能在需要時啟動二次制冷部(tec)來達到更低溫度或增強制冷功率。

11、在本發明的一些可選實施例中，還包括與所述半導體制冷件的熱端連接的散熱結構，所述散熱結構沉浸于所述蓄冷介質中。這種設計巧妙地利用了主制冷部中已有的大熱容蓄冷介質作為半導體制冷件熱端的散熱介質。其效果在于：結構緊湊，無需額外的散熱風扇或散熱空間；利用蓄冷介質吸收熱量，散熱效果好，尤其是在蓄冷介質溫度較低時，有利于維持tec的穩定高效運行。

12、優選的，所述散熱結構包括至少一個用于增大熱端與蓄冷介質熱交換面積的第三熱交換片。增加了熱交換片進一步強化了熱端向蓄冷介質的散熱能力，提高了散熱效率，從而能更好地保證tec的性能。

13、在本發明的一些可選實施例中，所述二次制冷部還包括位于所述風道系統的空氣流路中的散冷結構，該散冷結構與所述半導體制冷件的冷端連接。這種方式將tec產生的冷量直接作用于循環空氣，是最直接、高效的二次空氣冷卻方式，能夠快速降低出風溫度。

14、優選的，所述散冷結構包括至少一個用于增大冷端與空氣熱交換面積的第四熱交換片。增加了熱交換片可以顯著提高冷端向空氣傳遞冷量的效率，使得二次制冷效果更佳。

15、在本發明的一些可選實施例中，所述冷卻通道包括至少一個風道；所述熱交換部還設有位于所述風道內部的第二熱交換結構，所述第二熱交換結構包括至少一個用于增大流經所述風道的空氣與冷源之間熱交換面積的第二熱交換片。在風道內部增加第二熱交換結構，可以直接對空氣進行強制冷卻，進一步提高制冷效率和降溫速度。

16、在本發明的一些可選實施例中，所述第二熱交換片連接在所述風道的內壁。確保了第二熱交換片與流動的空氣充分接觸。

17、在本發明的一些可選實施例中，作為冷端耦合的另一種可選方式，所述半導體制冷件的冷端通過導熱結構直接耦合于所述儲能體的殼體或內部結構。這種方式主要用于對蓄冷介質本身進行深度冷卻，使其能夠儲存更低溫度的冷量，適用于需要長時間維持極低溫度的應用場景。

18、在本發明的一些可選實施例中，所述主制冷部的熱交換部優選地包括與蓄冷介質接觸的第一熱交換結構，該結構包含供冷源流通的冷源通道和可選的第一熱交換片。采用高效的主制冷部換熱結構，能夠保證基礎制冷和蓄冷的性能，為混合系統的整體高效運行打下基礎。

19、在本發明的一些可選實施例中，所述主制冷部的熱交換部還可包括溫度控制閥。這使得可以獨立控制主制冷部的冷源流量，與二次制冷部的運行進行更好的協調。

20、在本發明的一些可選實施例中，所述導風部包括風扇，是驅動空氣循環的基礎部件。

21、第二方面，本發明提供一種新型復合式熱交換系統的控制方法，所述合式熱交換系統包括儲能體，連通一冷源的熱交換部和用于驅動空氣流經所述儲能體進行熱交換的導風部，由半導體制冷件構成的二次制冷部；所述儲能體包括具有內部容納空間的殼體以及填充于所述內部容納空間內的蓄冷介質；所述控制方法包括以下步驟：

22、獲取所述蓄冷系統所服務的儲物空間內的實際溫度tc和用戶設定的目標溫度ts；

23、獲取所述儲能體的實際溫度tx和所述蓄冷介質的蓄冷飽和溫度txb；

24、根據所述實際溫度tc與所述目標溫度ts的比較結果，以及所述實際溫度tx與所述蓄冷飽和溫度txb的比較結果，控制所述導風部的運行狀態以及所述熱交換部與所述冷源交互狀態；

25、根據所述實際溫度tc與所述目標溫度ts的比較結果，和/或，所述實際溫度tx與所述蓄冷飽和溫度txb的比較結果，控制所述半導體制冷件的啟停。

26、在本發明的一些可選實施例中，所述控制所述半導體制冷件啟停的步驟包括：當檢測到所述實際溫度tc大于所述第一溫度閾值時，開啟所述半導體制冷件。這利用了tec的快速響應和強制冷能力來加速降溫過程。

27、在本發明的一些可選實施例中，所述控制所述半導體制冷件啟停的步驟還包括：當檢測到所述實際溫度tc小于所述第二溫度閾值，且所述實際溫度tx大于所述第三溫度閾值時，關閉所述半導體制冷件。二次制冷部(tec)的一種停止邏輯。例如，在執行上述“優先蓄冷邏輯”(tc已低但tx仍高)時，關閉半導體制冷件。因為此時主要目標是蓄冷，無需tec工作，關閉它可以節省能源。

28、在本發明的一些可選實施例中，所述控制所述半導體制冷件啟停的步驟還包括：當檢測到所述實際溫度tc小于所述第二溫度閾值，且所述實際溫度tx小于所述第四溫度閾值時，獲取環境溫度te，若所述環境溫度te大于預設的第五閾值，則開啟所述半導體制冷件，否則關閉所述半導體制冷件。引入環境溫度(te)作為二次制冷部(tec)控制的附加判斷依據。例如，在執行上述“目標達成邏輯”(tc和tx均已低)后，如果檢測到環境溫度te高于某個預設的第五閾值(例如38℃)，則仍然開啟半導體制冷件以對抗高溫環境下的熱量侵入；否則關閉。這增加了控制系統對外部環境變化的適應性。

29、現有技術相比，本發明通過創新地結合主制冷部和二次制冷部(tec)，并優化其集成方式和熱管理，帶來了以下顯著的有益效果：

30、1、實現深度制冷能力：二次制冷部(tec)的加入使得系統能夠突破傳統方案的溫度限制，達到例如-18℃的深度冷凍溫度。

31、2、增強峰值制冷功率：在需要快速降溫或應對高熱負荷時，tec可以提供額外的制冷量，顯著提升了系統的響應速度和最大制冷能力。

32、3、融合技術優勢：結合了主制冷部利用車載現有冷源(效率相對較高)和二次制冷部(可達低溫、控制靈活)的優點，提供了性能更全面的解決方案。

33、4、高效緊湊的熱管理方案：將tec熱端的熱量排入蓄冷介質，不僅解決了tec的散熱問題，而且結構緊湊，無需額外復雜的散熱系統。

34、5、智能化按需運行：通過控制系統對二次制冷功能的智能管理，實現了按需啟用，有效平衡了高性能與低能耗的需求。