CN106440432A - 一种热电回热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热电回热系统，包括制冷单元和热电回热单元。制冷单元包括压缩机、风冷式冷凝器、节流阀、风冷式蒸发器、流通管路；热电回热单元包括热电堆、换热器、旁通支路控制器，热电堆热端冷端分别接着热端换热器和冷端换热器；热端换热器与蒸发器出来的流通管路相连，加热从蒸发器出来的蒸汽，提高制冷剂的过热度；冷端换热器与冷凝器出来的流通管路相连，冷却冷凝器出来的液体，提高制冷剂的过冷度；旁通支路控制器可以控制经过换热器的制冷剂流量，扩大换热范围。相对于传统回热器，本发明的热电回热系统可精确调控制冷剂的过冷度和过热度的大小，具有体积小、结构简单、易于安装、控制方便、无噪声和环保的优点。

Description

一种热电回热系统

技术领域

本发明属于空调和冷库制冷领域，更具体地，涉及一种热电回热系统。

背景技术

全球面临着能源危机，一方面需要开发新能源，一方面需要对现有产品进行节能管理。目前“节能减排"在世界各国看来都是一个重要议题，建筑能耗作为用能大户能耗约占社会总能耗的1/3，其中采暖和空调能耗约占建筑能耗的40％。随着城市建设的发展，空调能耗在民用能源消耗中所占的比例也将会越来越大，那么在空调系统的研究中，节能性研究就有着十分重要的经济效益和社会意义。回热器在制冷系统中对节能有明显作用。

在蒸汽压缩式制冷循环中，通常在系统中安装一个回热器确保制冷系统正常运行，并提高制冷系统的性能。但当前的回热器可实现的过冷温差较低，对COP(Coefficientof Performance，性能系数)的提高较小，难以保证时刻使COP处于最优状态，在遇到制冷循环流量变化较大的情况时，会明显降低制冷量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明旨在提供一种主动式的热电回热系统，可以通过电流变化精确地调控制冷剂的过冷度和过热度，从而提高制冷系统COP。

为实现上述目的，本发明提出了一种热电回热系统，包括：制冷单元和热电回热单元；

制冷单元包括风冷式冷凝器、压缩机、风冷式蒸发器、节流阀和流通管路，风冷式冷凝器、压缩机、风冷式蒸发器、节流阀、风冷式冷凝器依次通过流通管路连接，构成制冷回路；

热电回热单元包括冷端换热器、热端换热器、热电堆；热电堆冷端与冷端换热器接触，热端与热端换热器接触；冷端换热器与风冷式冷凝器和节流阀之间的流通管路接触，用于冷却流通管路中的制冷剂；热端换热器与风冷式蒸发器和压缩机之间的流通管路接触，用于加热流通管路中的制冷剂。

进一步地，热电回热单元还包括冷端旁通支路、热端旁通支路、冷端旁通支路控制器、热端旁通支路控制器；

冷端旁通支路在风冷式冷凝器和节流阀之间与流通管路并联，冷端旁通支路控制器位于冷端旁通支路上，或者位于冷端旁通支路和流通管路靠近风冷式冷凝器的交汇处，用于控制流经冷端换热器的制冷剂流量大小；

热端旁通支路在风冷式蒸发器和压缩机之间与流通管路并联，热端旁通支路控制器位于热端旁通支路上，或者位于热端旁通支路和流通管路靠近风冷式蒸发器的交汇处，用于控制流经热端换热器的制冷剂流量大小。

进一步地，热电堆为直流电源驱动，直流电流可控，用于通过改变电流的大小来改变过冷度或者过热度的大小。

进一步地，热电堆包括两个相对布置的绝缘导热陶瓷片以及设置于两个绝缘导热陶瓷片之间的多个热电模块。

进一步地，流通管路由铜管制成。

进一步地，热电堆与冷热端换热器和热端换热器之间均涂抹有导热硅脂。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、本发明提出的热电回热系统，热电堆通电以后热端用于加热从蒸发器出来的蒸汽，提高制冷剂的过热度；热电回热系统的冷端用于冷却冷凝器出来的液体，提高制冷剂的过冷度，热电回热系统具有结构小且简单、易于安装、控制方便和无噪声的优点；

2、本热电回热系统是一种主动式回热器，通过改变热电堆直流电流的大小，就可以控制热端、冷端的热量，从而精确控制过冷度和过热度；

3、本装置中支路控制器可以控制通过换热器的制冷剂流量大小，扩大换热器的换热范围，使其在同一类型家电中使用时不需要再重新设计换热器；

4、可用于所有的制冷系统，提高制冷系统的工作性能。

附图说明

图1是热电回热系统的正视图；

图2是热电回热单元的放大图；

图3是本发明的热电堆排布示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-冷凝器、2-压缩机、3-风冷式蒸发器、4-节流阀、5-旁冷端通支路控制器、6-冷端换热器、7-热电堆、8-热端换热器、9-流通管路、10-热端旁通支路控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，为本发明的第一实施例，包括制冷单元和热电回热单元。

制冷单元包括风冷式冷凝器1、压缩机2、风冷式蒸发器3、节流阀4和流通管路9，风冷式冷凝器1、压缩机2、风冷式蒸发器3、节流阀4、风冷式冷凝器1依次通过流通管路9连接，构成制冷回路。

热电回热单元包括冷端换热器6、热端换热器8、热电堆7；热电堆7冷端与冷端换热器6接触，热端与热端换热器8接触；冷端换热器6与风冷式冷凝器1和节流阀4之间的流通管路9接触，用于冷却流通管路9中的制冷剂；热端换热器8与风冷式蒸发器3和压缩机2之间的流通管路9接触，用于加热流通管路9中的制冷剂。

热电回热单元还包括冷端旁通支路、热端旁通支路、冷端旁通支路控制器5、热端旁通支路控制器10；冷端旁通支路在风冷式冷凝器1和节流阀4之间与流通管路9并联，冷端旁通支路控制器5位于冷端旁通支路上，或者位于冷端旁通支路和流通管路9靠近风冷式冷凝器1的交汇处，用于控制流经冷端换热器6的制冷剂流量大小；热端旁通支路在风冷式蒸发器3和压缩机2之间与流通管路9并联，热端旁通支路控制器10位于热端旁通支路上，或者位于热端旁通支路和流通管路9靠近风冷式蒸发器3的交汇处，用于控制流经热端换热器8的制冷剂流量大小。流通管路9由铜管制成。

风冷式冷凝器1把高压蒸汽冷凝为高压液体，高压液体通过节流阀4变为低温液体，再从风冷式蒸发器3吸收热量变为低压蒸汽，低压蒸汽通过压缩机2变为高压蒸汽。

热电堆7与冷热端换热器6和热端换热器8之间均涂抹有导热硅脂，以增强导热，减小接触热阻，冷端换热器6从通道中的制冷剂吸热，热端换热器8向通道中的制冷剂放热。

热电堆7为直流电源驱动，直流电流可控，用于通过改变电流的大小来改变过冷度或者过热度的大小。热电堆7包括两个相对布置的绝缘导热陶瓷片11以及设置于两个绝缘导热陶瓷片11之间的多个热电模块12。热电模块由N型半导体元件和P型半导体元件连接形成闭合回路，接入直流电源，在N型半导体元件和P型半导体元件相连的接头处产生温差和热量的转移。直流电通入方向不同，热端和冷端可以互相转换。本实施例中，请参照图2和图3，多个热电模块中的N型半导体元件和P型半导体元件交替排列，粗实线表示N型半导体元件和P型半导体元件连接。在本实施例中，每个热电模块内部的N型半导体元件和P型半导体元件连接的接头处所在的一端温度升高成为热端，向外界放出热量，产生制热效果；在另一端，相邻的两个热电模块的N型半导体元件和P型半导体元件连接，此端温度下降成为冷端，从外界吸收热量，产生制冷效果；如果改变电流的大小就可以改变吸放的热量大小。

不同的制冷系统如空调系统、冷库系统，制冷剂的流量不同，所需回热器的最大换热量也不相同，所以热电模块的数量也不相同。针对不同的制冷系统，热电模块数量确定后，改变热电堆的直流电流大小，就可以调节换热量的大小，从而精确调控制冷剂的过冷度和过热度的大小。

通常情况下，在热电回热系统的设计过程中，针对不同的应用场合由于换热范围的变化，需要重新设计热电回热系统的冷端换热器6与热端换热器8。为了减少冷端换热器6与热端换热器8的设计，以节约成本、提升热电回热系统换热范围的适应性，可以通过冷端旁通支路控制器5、热端旁通支路控制器10，各增加一条与流通管路9并联的旁通支路来调节流经冷端换热器6与热端换热器8的制冷剂流量，从而使其在同一类型家电中使用时不需要再重新设计换热器。

本发明的工作方式如下：

当热电堆7通上直流电后，根据帕尔贴效应会在一端产生热量为热端，一端吸收热量为冷端。热电堆热端向热端换热器8放出热量，热端换热器8再加热从风冷式蒸发器3出来的低压蒸汽，提高制冷剂的过热度。低压蒸汽再通过压缩机2变为高压蒸汽，高压蒸汽流经风冷式冷凝器1变为高压液体。热电堆7冷端吸收来自冷端换热器6的热量使冷端换热器6降温，从而冷却风冷式冷凝器1出来的高压液体，提高制冷剂的过冷度。高压液体通过节流阀4变为低温液体，再从风冷式蒸发器3吸收热量变为低压蒸汽。改变通向热电堆7的直流电的大小，就可以改变热电堆7的制冷能力、制热能力，从而可以精确调控制冷剂的过冷度和过热度的大小，提高COP。对于同一类型家电，可以通过冷端旁通支路控和热端旁通支路控制器来调节流经换热器的制冷剂的量，这样就可以在一定条件下调节热电回热系统的换热范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种热电回热系统，其特征在于，包括：制冷单元和热电回热单元；

制冷单元包括风冷式冷凝器(1)、压缩机(2)、风冷式蒸发器(3)、节流阀(4)和流通管路(9)，风冷式冷凝器(1)、压缩机(2)、风冷式蒸发器(3)、节流阀(4)、风冷式冷凝器(1)依次通过流通管路(9)连接，构成制冷回路；

热电回热单元包括冷端换热器(6)、热端换热器(8)、热电堆(7)；热电堆(7)冷端与冷端换热器(6)接触，热端与热端换热器(8)接触；冷端换热器(6)与风冷式冷凝器(1)和节流阀(4)之间的流通管路(9)接触，用于冷却流通管路(9)中的制冷剂；热端换热器(8)与风冷式蒸发器(3)和压缩机(2)之间的流通管路(9)接触，用于加热流通管路(9)中的制冷剂。

2.如权利要求1所述的一种热电回热系统，其特征在于，热电回热单元还包括冷端旁通支路、热端旁通支路、冷端旁通支路控制器(5)、热端旁通支路控制器(10)；

冷端旁通支路在风冷式冷凝器(1)和节流阀(4)之间与流通管路(9)并联，冷端旁通支路控制器(5)位于冷端旁通支路上，或者位于冷端旁通支路和流通管路(9)靠近风冷式冷凝器(1)的交汇处，用于控制流经冷端换热器(6)的制冷剂流量大小；

热端旁通支路在风冷式蒸发器(3)和压缩机(2)之间与流通管路(9)并联，热端旁通支路控制器(10)位于热端旁通支路上，或者位于热端旁通支路和流通管路(9)靠近风冷式蒸发器(3)的交汇处，用于控制流经热端换热器(8)的制冷剂流量大小。

3.如权利要求1或者2所述的一种热电回热系统，其特征在于，热电堆(7)为直流电源驱动，直流电流可控，用于通过改变电流的大小来改变过冷度或者过热度的大小。

4.如权利要求3所述的一种热电回热系统，其特征在于，热电堆(7)包括两个相对布置的绝缘导热陶瓷片(11)以及设置于两个绝缘导热陶瓷片(11)之间的多个热电模块(12)。。

5.如权利要求4所述的一种热电回热系统，其特征在于，流通管路(9)由铜管制成。

6.如权利要求4的一种热电回热系统，其特征在于，热电堆(7)与冷热端换热器(6)和热端换热器(8)之间均涂抹有导热硅脂。