CN102162659B

CN102162659B - 一种具有高制冷效率的半导体空调器

Info

Publication number: CN102162659B
Application number: CN 201110149290
Authority: CN
Inventors: 王恒月
Original assignee: Individual
Current assignee: Xianghe Dongfang Electronic Co ltd
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2031-06-03
Also published as: CN102162659A

Abstract

一种具有高制冷效率的半导体空调器，它由室内换热器、半导体制冷片、冷却塔和循环水泵组成，所述半导体制冷片的制冷面和散热面上分别设有循环水的冷通道和热通道，循环水泵驱动冷却塔的冷却水沿两条路径循环，一路经热通道返回冷却塔，一路经冷通道和室内换热器返回冷却塔，为了减小半导体制冷片冷热面的温差，冷通道和热通道的入口或冷通道的入口与热通道的出口位于循环路径的同一节点上。本发明通过合理设置半导体制冷片的冷热通道接口在水循环路径上的位置，使冷通道和热通道的入口等温或冷通道的入口与热通道的出口等温，减小了半导体制冷片的冷热面的温差，从而大大提高了半导体空调的制冷效率。

Description

一种具有高制冷效率的半导体空调器

技术领域

本发明涉及一种采用半导体制冷片制冷的高效空调器，属空气调节技术领域。

背景技术

目前，市场上的空调器绝大多数是压缩机式的，这种空调在能耗、环保等方面存在一定的缺陷，这是由其制冷原理所决定的。半导体制冷是上世纪中叶发展起来的新技术，半导体制冷设备对环境无污染，但现有半导体空调器的制冷量和能效比均逊于压缩机式空调器，极大地限制了它的推广和应用。从理论上讲，要想提高半导体空调的制冷量和能效比，只能采取以下两种方法：

1、提高半导体材料的优质系数E。制冷用半导体材料的质量是用优质系数E的大小来衡量的， E值越大，半导体材料的热电性能就越好，当E→∞时，半导体的制冷系数也趋向理想循环的制冷系数。

2、缩小半导体制冷片冷热面的温差ΔT。当半导体制冷片的冷热面的温差ΔT很小时（ΔT＜10°C），半导体的制冷效率COP会急剧上升，此时半导体空调的制冷效率完全有可能达到并超过传统空调器。

由于在短期内大幅提高半导体材料优质系数E的可能性不大，因此，如何有效控制半导体制冷片的冷热面温差ΔT，以提高半导体空调的制冷效率就成了有关技术人员目前的主要研究方向。

发明内容

本发明用于克服现有技术的不足、提供一种半导体制冷片冷热面的温差小的具有高制冷效率的半导体空调器。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种具有高制冷效率的半导体空调器，由室内换热器、半导体制冷片、冷却塔和循环水泵组成，所述半导体制冷片的制冷面和散热面上分别设有循环水的冷通道和热通道，循环水泵驱动冷却塔的冷却水沿两条路径循环，一路经热通道返回冷却塔，一路经冷通道和室内换热器返回冷却塔，为了减小半导体制冷片冷热面的温差，冷通道和热通道的入口或冷通道的入口与热通道的出口位于循环路径的同一节点上。

一种具有高制冷效率的半导体空调器，构成中包括室内换热器、半导体制冷组件、冷却塔和循环水泵，所述半导体制冷组件由外壳和半导体制冷片组成，所述半导体制冷片的制冷面和散热面分别与外壳围成循环水的冷通道和热通道，所述冷却塔的出水口依次经循环水泵、半导体制冷组件的冷通道、热通道和室内换热器接冷却塔的回水口，半导体制冷组件的热通道的出口还经水流调节阀接冷却塔的回水口。

上述具有高制冷效率的半导体空调器，所述半导体制冷片设置两片，它们的制冷面相对，在两半导体制冷片的制冷面之间设置循环水的冷通道，在两半导体制冷片的散热面上设置循环水的热通道，两个半导体制冷片的热通道相互连通。

上述具有高制冷效率的半导体空调器，构成中还包括空气循环装置，所述空气循环装置由气气换热器和鼓风机组成，所述气气换热器的冷风进口与冷却塔上部开口对接，冷风出口和新鲜空气入口接大气，新鲜空气出口接室内；所述鼓风机的进风口与室内连接，出风口与冷却塔侧壁上位于塔内填料下方的进风口连接。

上述具有高制冷效率的半导体空调器，所述气气换热器还可以由冷却塔分流盖来替代，所述冷却塔分流盖的侧部设置有两个排风口，一个排风口接室内而且在其与室内的连接管路上设置有新风阀，另一个排风口接大气并设置有闸门。

上述具有高制冷效率的半导体空调器，所述气气换热器为列管式、板式或热管式。

本发明将半导体制冷片的冷通道和热通道的入口或冷通道的入口与热通道的出口设置在冷却水循环路径的同一节点上，使冷通道和热通道的入口等温或冷通道的入口与热通道的出口等温，保证了半导体制冷片的冷热面的温差ΔT＜10°C，从而大大提高了半导体空调的制冷效率。冷却塔利用水的蒸发使循环水冷却，提高了空调装置的能效比。将冷通道设置在两个热通道之间，可有效降低冷通道的冷量损失，改善制冷效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是制冷组件的冷通道与热通道入口等温的室内循环半导体空调器的结构示意图；

图2是制冷组件的热通道出口与冷通道入口等温的室内循环半导体空调器的结构示意图；

图3是制冷组件的冷通道与热通道入口等温的新鲜空气半导体空调器的结构示意图；

图4是制冷组件的热通道出口与冷通道入口等温的新鲜空气半导体空调器的结构示意图；

图5是制冷组件的冷通道与热通道入口等温的部分新鲜空气半导体空调器的结构示意图；

图6是制冷组件的热通道出口与冷通道入口等温的部分新鲜空气半导体空调器的结构示意图；

图7是内置单层半导体制冷片的半导体制冷组件的结构示意图；

图8是内置双层半导体制冷片的半导体制冷组件的结构示意图；

图9是半导体制冷系数ε与温差Δt之间的关系图；

图10是在空气焓湿图上表示的新鲜空气进入半导体空调器中在制冷过程中空气状态变化情况；

图中各标号为：

1、室内换热器，2、半导体制冷组件，3、冷却塔，4、水流调节阀，5、循环水泵，6、鼓风机，7、填料，8、送风机，9、气气换热器，10、冷却塔分流盖，11，闸门，12、新风阀，13、热通道，14、半导体制冷片，15、冷通道，16、外壳。

具体实施方式

半导体制冷片14的外部设置一个外壳16，由半导体制冷片14外壳16构成半导体制冷组件2，二者之间围成冷却水的冷通道15和热通道13。在图8中，两个热通道13可以在外壳16内部连通，也可以通过外部管路连通。

本发明可以有下面几种工作模式：

一、室内空气循环系统。

1、冷通道的入口与热通道的入口等温。

参看图1，由冷却塔2下来的冷水，经循环水泵5分成两路，分别流过半导体制冷组件2的冷通道和热通道。流过热通道的水带走半导体制冷片的发热量并进入冷却塔3的回水口。流过冷通道的水被半导体制冷片降温后进入室内换热器1，通过室内换热器1冷却室内的热空气，然后也回到冷却塔2。水流调节阀4用于调节冷通道和热通道内水的流量比。送风机8用于促进室内冷风的循环。

冷却塔内的填料7可以是塑料、金属、高分子木浆纤维等，也可以采用喷雾、而不再使用填料。

2、热通道的出口与冷通道的入口等温。

参看图2，由冷却塔2下来的冷水，经循环水泵5后全部流过半导体制冷组件2的热通道，水从热通道出来后再分成两路，一路流向冷却塔2，另一路先经冷通道降温后再进入室内换热器1冷却室内的热空气，最后回到冷却塔2。水流调节阀4用于调节冷通道内水的流量。

二、100%新鲜空气进入室内系统。

1、冷通道的入口与热通道的入口等温。

参看图3，该空调器的水循环系统与图1完全一样，不同的是空气循环系统，空气循环路径为：室内空气→冷却塔2→通向室外；室外空气→气气换热器9→室内换热器1→室内。

气气换热器9有多种形式，如列管式、板式、热管式等。其特点是：气与气通过金属壁面过热管工质传递热量，而不直接接触。此处的冷却塔既可提供冷水，又可提供冷气。制冷过程中空气状态变化情况如图10所示：室内空气状态A，在冷却塔中沿着等焓线降温到状态C，与室外空气状态B进行热交换，按等湿线升温或降温；室外空气由状态B→状态E，进入室内，冷却塔的冷气由状态C→状态D，排至室外。

具体实施时，气气换热器9与室内的连接管路内应设置有空气强制循环装置。

2、热通道的出口与冷通道的入口等温。

参看图4，该空调器的水循环系统与图2完全一样，空气循环系统与图3完全一样。

三、部分（0～50%）新鲜空气进入室内系统。

1、冷通道的入口与热通道的入口等温。

参看图5，该空调器的水循环系统与图1完全一样，不同的是空气循环系统，空气循环路径为：

Figure 2011101492902100002DEST_PATH_IMAGE001

通过闸门11和新风阀12控制新鲜空气进入室内的百分数（0～50%）。其特点是：冷却塔的冷气与室外空气混合后进入室内换热器。

2、热通道的出口与冷通道的入口等温。

参看图6，该空调器的水循环系统与图2完全一样，空气循环系统与图5完全一样。

Claims

1.一种具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，它由室内换热器（1）、半导体制冷片、冷却塔（3）和循环水泵（5）组成，所述半导体制冷片（14）的制冷面和散热面上分别设有循环水的冷通道（15）和热通道（13），循环水泵（5）驱动冷却塔（3）的冷却水沿两条路径循环，一路经热通道（13）返回冷却塔（3），一路经冷通道（15）和室内换热器（1）返回冷却塔（3），冷通道（15）和热通道（13）的入口或冷通道（15）的入口与热通道（13）的出口位于循环路径的同一节点上。

2.根据权利要求1所述具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，所述半导体制冷片（14）设置两片，它们的制冷面相对，在两半导体制冷片（14）的制冷面之间设置循环水的冷通道（15），在两半导体制冷片（14）的散热面上设置循环水的热通道（13），两个半导体制冷片（14）的热通道（13）相互连通。

3.根据权利要求1或2所述具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，构成中还包括空气循环装置，所述空气循环装置由气气换热器（9）和鼓风机（6）组成，所述气气换热器（9）的冷风进口与冷却塔（3）上部开口对接，冷风出口和新鲜空气入口接大气，新鲜空气出口接室内；所述鼓风机（6）的进风口与室内连接，出风口与冷却塔（3）侧壁上位于塔内填料（7）下方的进风口连接。

4.根据权利要求3所述具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，所述气气换热器（9）为列管式、板式或热管式。

5.根据权利要求4所述具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，所述气气换热器（9）由冷却塔分流盖（10）来替代，所述冷却塔分流盖（10）的侧部设置有两个排风口，一个排风口接室内而且在其与室内的连接管路上设置有新风阀（12），另一个排风口接大气并设置有闸门（11）。

6.一种具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，它包括室内换热器（1）、半导体制冷组件（2）、冷却塔（3）和循环水泵（5），所述循环水泵（5）的进水口接冷却塔（3）的出水口，所述半导体制冷组件（2）由外壳（16）和半导体制冷片（14）组成，所述半导体制冷片（14）的制冷面和散热面分别与外壳（16）围成循环水的冷通道（15）和热通道（13），所述冷通道（15）的入口接循环水泵（5）的出水口，出口经室内换热器（1）接冷却塔（3）的回水口，所述热通道（13）的入口经水流调节阀（4）接循环水泵（5）的出水口，出口接冷却塔（3）的回水口。

7.根据权利要求6所述具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，所述半导体制冷组件（2）内的半导体制冷片（14）设置两片，它们的制冷面相对且与外壳（16）围成循环水的冷通道（15），两半导体制冷片（14）的散热面分别与外壳（16）围成两个循环水的热通道（13），两个循环水热通道（13）内部连通或通过外部管路连通。

8.根据权利要求6或7所述具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，构成中还包括空气循环装置，所述空气循环装置由气气换热器（9）和鼓风机（6）组成，所述气气换热器（9）的冷风进口与冷却塔（3）上部开口对接，冷风出口和新鲜空气入口接大气，新鲜空气出口接室内；所述鼓风机（6）的进风口与室内连接，出风口与冷却塔（3）侧壁上位于塔内填料（7）下方的进风口连接。

9.根据权利要求8所述具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，所述气气换热器（9）为列管式、板式或热管式。

10.根据权利要求9所述具有高制冷效率的半导体空调器，其特征是，所述气气换热器（9）由冷却塔分流盖（10）来替代，所述冷却塔分流盖（10）的侧部设置有两个排风口，一个排风口接室内而且在其与室内的连接管路上设置有新风阀（12），另一个排风口接大气并设置有闸门（11）。