CN103375979B - 冷凝和热交换装置、烘干设备以及干衣设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷凝和热交换装置、烘干设备以及干衣设备。该冷凝和热交换装置包括：热电单元，其具有热电材料以及分别地位于所述热电材料两侧的第一导热层与第二导热层，所述热电单元被配置为响应于所述热电材料中的电流流动而在所述第一导热层与所述第二导热层之间交换热量；以及导热管，其具有第一端与第二端，其中所述第一端与所述第二导热层相连接，所述导热管被配置为在所述第二导热层与所述第二端之间转移热量。与现有技术相比，本发明的冷凝和热交换装置体积小，从而能够节约空间；而且本发明的装置使用寿命更长，维护成本更低。此外，在需要达到同样的效果的情况下，本发明的设备更能节水节电，即本发明的设备更经济且更环保。

Description

冷凝和热交换装置、烘干设备以及干衣设备

技术领域

本发明涉及烘干技术，具体地，涉及一种冷凝和热交换装置和装备有该冷凝和热交换装置的烘干设备以及装备有该烘干设备的干衣设备。

背景技术

在很多的应用场合，一方面需要制冷，以达到降温或者冷凝某物体的作用；而与此同时在另一处需要制热，以达到加热某物体的作用。通常情况下，以制冷为目的而交换出来的热量会被直接排向空气中，这有两方面的原因，一方面，制冷和制热不一定在同一场合，因为空间上的距离而只能放弃利用被交换的热量；另一方面，这些被交换出来的热量并不一定集中，不便于利用。

然而，现有技术中即使在同一应用场合，以制冷为目的而交换出来的热量也未能得到充分利用，例如在干衣设备烘干衣物的应用中。早期的干衣技术(无论是独立的干衣机或者复合的洗衣干衣一体机)，通过吹热风使衣物中的水分及时蒸发达到干燥的目的。通常，热风是以电加热的方式得到的。早期，携带水分的湿热空气是通过排风管直排到环境中的，这具有显而易见的缺点，尤其是针对家用的干衣机。因此，为了避免铺设排风管的烦恼，并且为了提高能源效率，同时改善环境的舒适性，现在的干燥通常是通过冷凝器来实现的，湿热空气通过冷凝器析出水分，经加热后重新在干衣机内循环，热风在干衣机内不断循环，并不直接排出去。常规的湿热空气冷凝技术目前主要有利用冷水或干冷空气进行冷凝两种。但这两种方案要么需要大量使用冷水，要么需要大量使用干冷空气。使用冷水的解决方案一方面会造成水资源的浪费，另一方面也使得冷凝湿热空气过程中交换出来的热量随着冷水流出而未能得到有效利用；而使用干冷空气的解决方案虽然不会造成干冷空气资源的浪费，但是同样存在着冷凝湿热空气过程中交换出来的热量未能得到有效利用的问题。

如前所述，在干衣的过程中，存在着一个冷凝阶段，水分从排出的湿热空气(其水分来自衣物)冷凝后成为液态水排放掉。冷凝器的作用就是使内部的湿热空气在通过其间时借由外部冷凝介质降低其温度，从而使得湿热空气包含的水分液化。在冷凝过程上，常规使用水冷凝技术或者空气冷凝技术。水冷凝就是以冷水(低温水)为介质，使湿热空气在通过冷凝器(亦称干湿交换器)时凝结成为液态水，因而在干衣过程中需要消耗大量水。空气冷凝则是为了节约水资源，利用干衣机的环境空气为工作介质。然而，通过冷凝器干燥，需要维持冷凝器两端一定的温差，而单纯的环境空气流过干湿交换器产生的温差，可能不足以冷凝出另一风道的水分，这时需要提高热风的温度，此外，利用此种方式烘干衣服会延长烘干时间。

在前述两种冷凝技术中，湿热空气的部分热量被交换到外部冷凝介质并排放掉而没有得到有效的利用。

在现有技术的基础上，干衣机仍然有进一步提高效能的空间，例如如何通过技术革新达到节水和节电等。

发明内容

根据上述对背景技术以及存在的技术问题的理解，如果能够提供一种能量利用效率高的冷凝和热交换装置，将是非常有益的。

本发明的第一方面提出了一种冷凝和热交换装置，其包括：热电单元，其具有热电材料以及分别地位于所述热电材料两侧的第一导热层与第二导热层，所述热电单元被配置为响应于所述热电材料中的电流流动而在所述第一导热层与所述第二导热层之间交换热量；以及导热管，其具有第一端与第二端，其中所述第一端与所述第二导热层相连接，所述导热管被配置为在所述第二导热层与所述第二端之间转移热量。该冷凝和热交换装置能够显著提高能量利用效率。

在一个实施例中，所述第二导热层远离所述热电材料的一侧的表面至少部分地覆盖有隔热材料。该隔热材料能够是诸如保温隔热纸、聚氨酯发泡板等。通过覆盖该隔热材料，可以确保第二导热层未与导热管相连的区域的热量不会散发掉，而是通过导热管转移并得到有效利用，从而能够进一步提高能量的利用效率。

在一个实施例中，所述第二导热层与所述第一端之间通过导热粘接材料相互粘接。该粘结材料能够是诸如粘结硅胶，通过应用粘结材料，能够降低导热管第一端与第二导热层的散热面之间连接处的工艺公差要求以及更好地导热从而提高热交换的效率。

在一个实施例中，所述热电材料包括至少一组P型半导体和N型半导体，其中所述P型半导体与所述N型半导体相互串联连接。

在一个实施例中，所述热电材料与所述第一和第二导热层电气绝缘，所述热电材料与所述第一和第二导热层通过导热粘接材料粘接。该粘结材料能够是诸如粘结硅胶，通过应用粘结材料，能够更好地导热从而提高热交换的效率。

在一个实施例中，所述第一导热层与所述第二导热层之间还填充有绝热材料。例如，该绝热材料能够由玻璃棉、岩棉或聚氨酯等材料构成。这样的设计能够减少热量因为第一和第二导热层之间的温差而由温度较高的第二导热层反向传输至温度较低的第一导热层，从而可以进一步提高单向导热的效果。

在一个实施例中，所述第一导热层与所述第二导热层之间还能够形成真空绝热层。这样的设计能够减少热量因为第一和第二导热层之间的温差而由温度较高的第二导热层传输至温度较低的第一导热层，从而可以在一定程度上增强单向导热的效果。

本发明的第二方面提出了一种具有封闭的气体循环管道和配置于其中的鼓风单元的烘干设备，其中，所述气体循环管道包括冷凝部与加热部；所述鼓风单元被配置为使得气体在所述冷凝部与所述加热部之间流动；除此之外，所述烘干设备还包括：根据本发明第一方面所述的冷凝和热交换装置，其中，所述冷凝和热交换装置的第一导热层连接到所述冷凝部，并且所述冷凝和热交换装置的第二端连接到所述加热部。

本发明所述的烘干设备相较于传统的烘干设备将冷凝器交换出的热量循环利用来加热干冷空气，从而提高了的能量利用效率，进一步地，因为热电材料在冷凝过程中既不用水也不用吸收环境空气进行冷凝，所以达到了节水的目的，也没有空气冷凝技术的噪声。

在一个实施例中，所述冷凝和热交换装置的第一导热层与所述冷凝部贴合，且所述冷凝和热交换装置的第二端与所述加热部贴合。这样的设计能够充分利用冷凝和热交换装置达到冷凝和加热的目的。

本发明的第三方面提出了一种装备有根据本发明第二方面所述的烘干设备的干衣设备。

本发明利用了热电材料的帕耳帖效应，在烘干设备气体管道中的湿热空气流经冷凝器时与贴合于冷凝器表面的热电单元的第一导热层接触而降温，从而使得水分由湿热空气中析出，得到干冷的空气，同时，此热量通过热电材料传到热电单元的第二导热层，再通过贴合于第二导热层的导热管转移到干衣设备的加热部，参与加热经冷凝后的干冷空气。本发明与现有技术的不同之处在于通过热电材料对湿热空气冷凝同时对冷凝过程产生的热量回收再利用，而不是强制散热。即本发明可以充分利用余热而不是直接排放。因此，与现有技术相比，本发明的冷凝和热交换装置体积更小，从而可以节约空间；而且因其不存在风扇等活动部件，具有低噪音的优点；同时本发明的冷凝和热交换装置使用寿命长，维护成本低，而且可以工作在更宽的温度范围(可以高于100摄氏度)。此外，在需要达到同样的效果的情况下，本发明更能节水节电，即本发明的技术方案更经济且更环保。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1示出了本发明中的冷凝和热交换装置的结构示意图；

图2示出了现有技术中的采用空气冷凝技术的烘干设备的结构示意图；以及

图3示出了装备有根据本发明的冷凝和热交换装置的烘干设备的结构示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置(模块)。

具体实施方式

热电材料是一类具有特殊性质的材料，它具有温差发电效应(Seebeck效应)、电子致冷效应(帕耳帖效应)与汤姆森效应。电子致冷效应是指对该材料通合适方向的电流时，能让该材料一端变冷，而另一端变热，也就是发生了热转移。本发明既利用了热电材料的这一电子致冷效应，同时也合理地利用了转移的热能。

图1示出了本发明中的冷凝和热交换装置的结构示意图。

如图1所示，该冷凝和热交换装置100包括：热电单元112，其具有热电材料110以及分别地位于所述热电材料两侧的第一导热层101a与第二导热层101b，所述热电单元112被配置为响应于所述热电材料110中的电流流动而在所述第一导热层101a与所述第二导热层101b之间交换热量；以及导热管107，其具有第一端105与第二端109，其中所述第一端105与所述第二导热层101b相连接，所述导热管107被配置为在所述第二导热层101b与所述第二端109之间转移热量。

接电时，热电材料能够将热能从其一端搬移至另一端。具体地，即当图中的电源端102和108分别接上直流电源的正极和负极时，热电材料(即图中所示的由P型半导体和N型半导体材料经导体103串接而成的热电材料)因为帕耳帖效应将热量由第一导热层101a交换至第二导热层101b，因此第一导热层101a在远离热电材料的那一面将构成冷却面，即当该冷凝和热交换装置用于对待处理物体进行热交换时，冷却面内侧的第一导热层的温度通常低于冷却面外侧的待处理物体的温度，从而使得热量由待处理物体转移到第一导热层，进而使得待处理物体的温度降低，以达到冷却待处理物体的效果。该面在热电材料110中通过合适的方向的电流的作用下温度将降低，此处所指的合适的方向是指电流由N型半导体流向P型半导体。与此同时，热量通过热电材料110搬移至第二导热层101b之上，此时，第二导热层101b在远离热电材料的那一面将构成散热面，即当热电材料中通过由N型半导体流向P型半导体的电流时，由热电材料110从第一导热层101a搬移过来的热量致使第二导热层101b温度升高，又由于第二导热层101b靠近热电材料的一面负责从热电材料吸收热量，那么所吸收的热量只能通过远离热电材料110的那一面，即上文中所述的散热面将热量引出。

优选地，在第一导热层101a和第二导热层101b之间填充有绝热材料111，这样将显著减少两导热层之间因为温差而发生的热量由温度较高的第二导热层101b向温度较低的第一导热层101a的传输，从而更好地维持两导热层之间的温差，也即绝热材料能够辅助实现更好的单向导热性。

在一个实施例中，所述第一导热层101a与所述第二导热层101b之间还能够形成真空绝热层。这样的设计能够减少热量因为第一和第二导热层之间的温差而由温度较高的第二导热层传输至温度较低的第一导热层，从而可以在一定程度上增强单向导热的效果。

对于传统的应用中的热电材料，其较热一端所收集的热量并没有得到有效利用，而是通常直接被散热掉了。在本发明中，在热电材料110一侧的第二导热层101b处引入了导热管107，该导热管107通常由铜或其他具有较好的导热性能的导热材料制成。该导热管107用于将第二导热层101b所收集的热量传输至该导热管107的第二端109所在的地方，而该导热管107的第一端105则被连接至第二导热层101b远离热电材料的所谓的散热面上。如果导热管的横截面与第二导热层101b并不能正好匹配，优选地，在第二导热层101b上未与导热管相连接的部分覆盖保温材料104，以便将第二导热层101b所收集的热量中的全部或至少大部分地通过导热管传输。优选地，导热管第一端105与第二导热层101b通过导热粘接材料106相互粘接，从而确保他们之间更好的导热性。

可选地，所述热电材料能够包含一组或多组P型和N型半导体材料，所述P型半导体材料与所述N型半导体材料之间串联连接。

图2示出了传统的烘干设备的结构示意图。该烘干设备200包括：气体循环管道205，其包括冷凝部204与加热部206，其中，加热部206包含电热丝207，该电热丝用于加热经过冷凝部204冷凝的干冷空气；鼓风单元201，其设置在所述气体循环管道内，被配置为使得气体在所述冷凝部204与所述加热部206之间流动；此外，还包括将冷凝液体导出的导管203、气体在其中循环的滚筒以及冷凝装置210。其中，冷凝装置也包括将外部冷风鼓入冷凝单元的鼓风机211。具体地，在实际运行中，滚筒209中的湿热空气被鼓风单元201鼓入气体循环管道205，在经过由鼓风机211鼓入的冷风冷凝的冷凝部204时，湿热空气中的水分冷凝析出被通过导管203排除该烘干设备。而经过冷凝的干冷空气在重新循环入滚筒209之前要经过加热部206中的电热丝207来加热，之后再重新循环进入滚筒209。在该传统的烘干设备中，冷凝的鼓风机和没有辅助加热设备时的加热用电热丝要耗费大量的电能，而另一方面，冷凝部吸收的热量则通过散热面强制散热掉了，这造成了严重的资源浪费。为了解决这一矛盾，本发明提出了图3所示的烘干设备。

图3示出了装备有根据本发明的冷凝和热交换装置的烘干设备的结构示意图。该烘干设备300包括：气体循环管道305，其包括冷凝部304与加热部306；鼓风单元301，其设置在所述气体循环管道内，被配置为使得气体在所述冷凝部304与所述加热部306之间流动；以及根据本发明第一方面所述的冷凝和热交换装置100。其中，所述冷凝和热交换装置100的第一导热层101a连接到所述冷凝部304，并且所述冷凝和热交换装置100的导热管107的第二端109连接到所述加热部306。

附加地，所述烘干设备300包括用于将冷凝产生的液态水引出的管道303。可选地，所述冷凝和热交换装置100的第一导热层101a与所述冷凝部304贴合，且所述冷凝和热交换装置100的导热管107的第二端109与所述加热部306贴合；或者所述第一导热层101a和所述导热管107的第二端109能够分别包裹着所述冷凝部304和加热部306所在的管道，以达到更好的效果。

实际运行过程中，鼓风单元301将湿热的空气由气体循环管道305的入口端302鼓入该管道，当湿热气体通过冷凝和热交换装置所贴合的管道区域，即冷凝部304时，湿热气体中的水分将析出，但同时气体温度也会下降。析出的水通过水管303流出，而经冷凝部304冷凝后的低温干燥的气体将通过管道305传输至加热部306，此处，干燥的冷气体将再次被图1中的导热管107的第二端109所包裹的管道区域预先加热，如果温度不能达到预设温度，还能够通过专门的加热丝307进行进一步加热，然后经由管道的另一端口308进入滚筒309并进入下一循环，如此循环，直至被烘干物体被烘干为止。

本发明的第三方面所述的干衣设备能够实施为普通的干衣设备或复合的洗衣干衣一体机。在这样的实施例中，在冷凝部304，将利用本发明所述的冷凝和热交换装置100代替传统的利用冷水或冷空气冷凝装置冷凝并随后利用本发明中的导热管107的第二端109加热冷凝后的气体，并如此地循环直至衣服被烘干为止。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种冷凝和热交换装置，其特征在于，其包括：

热电单元，其具有热电材料以及分别地位于所述热电材料两侧的第一导热层与第二导热层，所述热电单元被配置为响应于所述热电材料中的电流流动而在所述第一导热层与所述第二导热层之间交换热量；以及

导热管，其具有第一端与第二端，其中所述第一端与所述第二导热层相连接，所述导热管被配置为将所述第二导热层所产生的热量转移至所述第二端，并利用被转移的热量加热所述第一导热层冷凝后的气体。

2.根据权利要求1所述的冷凝和热交换装置，其特征在于，所述第二导热层远离所述热电材料的一侧的表面至少部分地覆盖有隔热材料。

3.根据权利要求1所述的冷凝和热交换装置，其特征在于，所述第二导热层与所述第一端之间通过导热粘接材料相互粘接。

4.根据权利要求1所述的冷凝和热交换装置，其特征在于，所述热电材料包括至少一组P型半导体和N型半导体，其中所述P型半导体与所述N型半导体相互串联连接。

5.根据权利要求1所述的冷凝和热交换装置，其特征在于，所述热电材料与所述第一和第二导热层电气绝缘，所述热电材料与所述第一和第二导热层通过导热粘接材料粘接。

6.根据权利要求1所述的冷凝和热交换装置，其特征在于，所述第一导热层与所述第二导热层之间还填充有绝热材料。

7.根据权利要求1所述的冷凝和热交换装置，其特征在于，在所述第一导热层与所述第二导热层之间形成有真空绝热层。

8.一种具有封闭的气体循环管道和配置于其中的鼓风单元的烘干设备，其中，所述气体循环管道包括冷凝部与加热部；所述鼓风单元被配置为使得气体在所述冷凝部与所述加热部之间流动；其特征在于，所述烘干设备还包括：

根据前述权利要求中任一项所述的冷凝和热交换装置；

其中，所述冷凝和热交换装置的第一导热层连接到所述冷凝部，并且所述冷凝和热交换装置的第二端连接到所述加热部。

9.根据权利要求8所述的烘干设备，其特征在于，所述冷凝和热交换装置的第一导热层与所述冷凝部贴合，且所述冷凝和热交换装置的第二端与所述加热部贴合。

10.一种干衣设备，其特征在于，所述干衣设备包含根据权利要8至9中任一项所述的烘干设备。