CN106802022A - 一种二氧化碳热电过冷器 - Google Patents

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刘圣春
卢芬平
姜文玲
孟憧景
盛杰
崔志杰
李正
陈启
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Abstract

本发明涉及一种二氧化碳热电过冷器，包括热电冷却模块，所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路，所述热电冷却模块的下侧面贴合有风冷散热模块或水冷散热模块。本发明通电即制冷，并且工作无噪音、稳定可靠，明显提升了制冷系统的性能，制冷量也得到了提高，制冷剂采用自然工质CO2。CO2的GWP为1，ODP为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，是环境友好的制冷剂，大大缓解了温室效应，环保优势明显。

Description

一种二氧化碳热电过冷器
技术领域
本发明属于热电过冷器技术领域，具体涉及一种二氧化碳热电过冷器。
背景技术
能源短缺和环境污染成为制约社会和经济发展的两大问题。对于制冷空调行业，CFCs、HCFCs和HFCs等制冷剂的广泛使用是造成臭氧破坏和温室效应问题的主要原因。国际社会出台相应政策法规以削减或替代常规高GWP或非零ODP制冷剂。因此，自然工质CO2由于其节能环保、安全可靠等优点，重新引起了人们的广泛关注。
CO2的临界压力高达7.38MPa，临界温度仅为31.1℃，导致其放热过程线在临界点之上，为跨临界循环。CO2是最具潜力的制冷剂，适用于各种制冷空调系统。然而，由于CO2运行压力较高、节流损失大，造成其效率低于常规制冷剂系统，循环效率低于传统制冷循环，限制其推广应用。CO2制冷系统有待进一步改进和优化。
CO2跨临界制冷系统更适用于环境较低的地区，对于气候温暖或炎热的地区，CO2跨临界制冷系统的效率明显降低。目前我国的CO2制冷应用还处于起步阶段，并且我国大部分地区夏季炎热，同样也会面临效率较低的问题。因此，迫切需要新的技术来改变这种现状。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种二氧化碳热电过冷器，此热电过冷器采用半导体制冷技术，由于帕耳贴效应，通电即制冷，并且工作无噪音、稳定可靠。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种二氧化碳热电过冷器，包括热电冷却模块，所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路，所述热电冷却模块的下侧面贴合有风冷散热模块或水冷散热模块。
所述二氧化碳管路采用多孔扁管。
所述风冷散热模块包括风冷热沉以及设在所述风冷热沉下方的风扇。
所述水冷散热模块为水冷管路。
本实用新热电过冷器采用半导体制冷技术，由于帕耳贴效应，通电即制冷，并且工作无噪音、稳定可靠，明显提升了制冷系统的性能，制冷量也得到了提高，制冷剂采用自然工质CO2。CO2的GWP为1，ODP为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，是环境友好的制冷剂，大大缓解了温室效应，环保优势明显。
附图说明
图1是本发明的风冷式二氧化碳热电过冷器的结构示意图；
图2是本发明的水冷式二氧化碳热电过冷器的结构示意图；
图3是本发明的二氧化碳热电过冷器应用系统原理图。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
实施例1，如图1所示，一种二氧化碳热电过冷器，包括热电冷却模块1，所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路2，所述热电冷却模块的下侧面贴合有风冷散热模块。
所述热电冷却模块1由若干对热电偶N、P构成，连接电源装置5，为现有技术结构。根据帕耳贴效应，当电流流过热电冷却模块，在热电冷却模块的冷端产生制冷效应，在热电冷却模块的另外一段发生制热效应。
其中，所述风冷散热模块包括风冷热沉4以及设在所述风冷热沉下方的风扇3。所述二氧化碳管路2具有二氧化碳进入端21以及流出端22，用于二氧化碳的进入与流出进行过冷。
由于CO2压力高，因此适合用微通道结构的换热装置，用于CO2自一端流入，到另一端流出。采用微通道换热器有很多优点：1.强化换热；2.减小制冷剂的充灌量；3.承压能力强；4.结构紧凑，以铝代铜，重量轻；5.良好的耐腐蚀性；6.易于回收处理等。
优选的，所述CO2热电过冷器的二氧化碳管采用多孔扁管，多孔扁管的水力直径较小，因此其承压能力大大提高。这样的结构还有一个优势，即二氧化碳管的换热通道壁面能够和热电冷却模块的热电片紧密贴合，如果是圆形通道就很难贴合。
其中，所述的多孔扁管为微通道扁管，其内部轴向方向具有多个均匀布置的孔径微小的制冷剂通道，通道间相互封闭，可以采用铝材质制作而成。
其中，风扇3和风冷热沉4是用来帮助维持恒定温度的，在电流流过热电模块1时，由于帕尔贴效应，会吸收二氧化碳管路2中二氧化碳的热量，从而实现二氧化碳的过冷。
实施例2：如图2所示，一种二氧化碳热电过冷器，包括热电冷却模块1，所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路3，所述热电冷却模块的下侧面贴合有水冷散热模块2，二氧化碳管路3具有二氧化碳进入端31以及流出端32，用于二氧化碳的进入与流出进行过冷。
所述热电冷却模块由若干对热电偶N、P构成，连接电源装置4，为现有技术结构。根据帕耳贴效应，当电流流过热电冷却模块，在热电冷却模块的冷端产生制冷效应，在热电冷却模块的另外一段发生制热效应。
如实施例1所述，其中，所述的多孔扁管为微通道扁管，其内部轴向方向具有多个均匀布置的孔径微小的制冷剂通道，通道间相互封闭，可以采用铝材质制作而成。
其中，所述水冷散热模块为水冷管路，具有进水口与出水口，实现冷却水循环输送。
其中，水冷散热模块2可以保证其恒温状态，在电流流过热电冷却模块1时，由于帕尔贴效应，会吸收二氧化碳管路中二氧化碳的热量，从而实现二氧化碳的过冷。
实施例3：图3为配有本发明提供的热电过冷器的CO2制冷循环，热电过冷器由若干对热电偶构成。根据帕耳贴效应，当电流流过热电过冷器，在冷端产生制冷效应，在另外一段发生制热效应。冷端与制冷剂管路发生热量交换，CO2流体的热量由冷端泵送至热端。最终过冷器出口的CO2温度降低，甚至可降低至环境温度以下。
请参阅图3，为热电过冷器辅助CO2跨临界制冷系统，采用热电过冷器对CO2制冷系统气体冷却器出口的CO2流体进行过冷，以增加制冷量、提高系统效率。此系统由压缩机1、冷凝器2、热电过冷器3、节流阀4、蒸发器5组成。热电过冷器3可采用风冷式CO2热电过冷器和水冷式CO2热电过冷器，它们都需要有恒温环境，由热电冷却模块、CO2管路、水冷或风冷式的冷却装置等组成。此系统的工作原理如下：
第一步：CO2在压缩机1中进行绝热压缩过程；随后进入冷凝器2，在冷凝器2中进行等压放热过程；此时的CO2已经成为液态。
第二部：CO2在热电过冷器3中进行再冷却过程。
第三部：CO2在节流阀4中进行节流过程，然后在蒸发器5中进行等压吸热过程。完成制冷循环。
对冷凝器(也称之为气体冷却器)出口的CO2流体可以进行过冷处理，以增加CO2流体的过冷度，这样就可减小进入节流阀4的CO2流体的焓值，进而增加制冷量，提升系统COP。过冷可通过回热器过冷、机械过冷、热电过冷等公知的过冷方式实施。相对其它措施，热电过冷系统简单可靠、体积小、无噪音、不会对压缩机性能造成影响。
本发明所述的CO2热电过冷器，可将气体冷却器(冷凝器)出口的CO2流体进行过冷，以提高CO2跨临界循环的性能。采用这种技术甚至可以将气冷器出口的CO2温度降低至环境温度以下，明显提升了制冷系统的性能，制冷量也得到了提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种二氧化碳热电过冷器，其特征在于，包括热电冷却模块，所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路，所述热电冷却模块的下侧面贴合有风冷散热模块或水冷散热模块。
2.根据权利要求1所述二氧化碳热电过冷器，其特征在于，所述二氧化碳管路采用多孔扁管。
3.根据权利要求1所述二氧化碳热电过冷器，其特征在于，所述风冷散热模块包括风冷热沉以及设在所述风冷热沉下方的风扇。
4.根据权利要求1所述二氧化碳热电过冷器，其特征在于，所述水冷散热模块为水冷管路。
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