CN1094500A

CN1094500A - 加热和冷却供人使用的空气的热电装置

Info

Publication number: CN1094500A
Application number: CN93120526A
Authority: CN
Inventors: 斯科特·B·格威利姆; 理查德·A·佩尔; 阿伦·V·法尔
Original assignee: Pneumo Abex Corp
Current assignee: Pneumo Abex Corp
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1993-11-27
Publication date: 1994-11-02
Also published as: WO1994012833A1; US5431021A; US5385020A; AU5683294A

Abstract

一种具有第1气体导管、第2气体导管和至少一个热电模块的加热和冷却装置。在第1实施例中，在与热电模块结合的第2导管的上游设置有将水分引入第2气体导管的结构。在第2气体导管的气体中引入水分起到了减小第1和第2导管中气体温差的作用，从而优化了热电模块工作。在第2实施例中，多个热电模块排成阵列，置于气体导管之间，并与其结合。各热电模块的功率调节到分别计算出的最佳输入功率。计算时采用了热电模块与第1和第2气体导管结合处热电材料的温差。

Description

本发明涉及热电装置领域。本发明尤其适用于利用与热交换器结合的热电模块加热和冷却供人使用的空气的热电装置。

利用珀尔帖效应进行加热和冷却的热电装置在已有技术领域中是众所周知的。通常，热电模块用N型和P型半导体材料，如碲化铋等做成。N型和P型半导体材料是串联的。当电流流经电路时，热量在电路的冷端被吸收并传送至电路的热端。将热端和冷端与一个热交换器结合，热量就能从一个流体传递到另一流体。热交换器通常充以气体或流体媒介，而导致一种媒介加热，而另一种媒介冷却。

过去，由于成本昂贵和能源短缺，利用热电模块进行热电冷却和加热的实用设备主要限于小规模专门用途。在过去的15至20年中，热电模块的设备得到了发展，它们被用于潜水艇和客运列车的大规模冷却。在大规模设备中利用热电模块，需要开发出各种类型的热电装置，这些装置将热电模块与热交换器结合使用，它们设计成能彼此装配，提供大规模设备所需的冷却和加热容量。已有技术的一种热电装置包括与热电模块相结合的平行流（并流）热交换器。已有技术的另一种热电装置为“空气交叉流动”设计，其中，夹在热电模块之间的热交换器管道是彼此相对定位的，使热、冷空气能垂直流过热电装置。这些热电装置的典型可见于1970年1月9日授予乔的美国专利3，626，704号和1967年授予牛顿的美国专利DE1，801，768。

这些已有技术装置的主要缺点是缺少可靠性，并且难以维修。在某些已有技术装置中，热电模块的电流流过热交换器本身。为了建立该电气回路，热电模块通过热交换器而电串联。在某些已有技术的结构中，电气连接是通过焊接方式将热电模块的热结和冷结附着在热交换器上而形成的，从而使相邻的热电模块之间及其与热交换器之间形成牢固的机构连接。由于热电模块热侧和冷却侧附着的热交换器导管承受不同的温度，它们以不同的比率膨胀和收缩。膨胀和收缩的差异在热电模块上产生剪切力，使模块产生裂缝。

为了克服这些困难，以1973年4月10日授予维德柯维奇的美国专利3，726，100号为代表，有了一种设计方案。在这种方案中，热交换器导管不焊接在热电模块上，而是将热电模块夹持在热和冷的热交换器导管之间，热和冷的热交换器导管藉助螺栓紧压在毗邻的热交换器上，使得热交换器导管与热电模块形成电气和热接触，建立经由热交换器导管和半导体材料的电气回路，这样，使它们成为串联连接。由于相邻的热电模块仍然彼此牢固地连接，所以还存在某种程度的剪切力。

本发明揭示了一种加热和冷却装置，适用于处理气体之类的流体。该装置尤其适用于加热和冷却供人使用（例如呼吸）的空气。该装置包括一第一流体导管，它构成引导第一流体的流动。在本发明的一个较佳实施例中，该第一流体为空气，当然也可以是另一种气体或者是一种液体。

第2流体导管构造成引导第2流体的流动，它是与第1流体导管隔开布置的。在较佳构造情况下，该第2流体也是空气，当然也可以是另一种气体，或者是一种液体。热电装置设置在第1和第2流体导管之间，它与每一导管作可操作的结合。热电装置用于将热量从第1流体导管的第1流体传递到第2流体导管的第2流体，从而冷却第1流体，并将热量注入温度较高的第2流体中。

在本发明的这些实施例中，第2导管内的流体是一种气体，后文称其为“第2气体”，第2流体导管配上一个水分引入装置，用于将一种液体，例如水，引入第2气体中。该水分引入装置可以在导管上相对热电装置处于上游的某个位置将液体引入第2流体管道。

在第2气体流中的水分，亦即液体，从第2气体中吸取热量，从而在第2气体到达第2流体导管与热电装置接触的区域之前，降低第二气体的温度。若该液体吸收的热量相当于液体汽化潜热，则该液体经受相变，成为气体，亦即变成蒸汽。当水分从液体变为气体时，液体吸收能量。同时降低第2气体流的干球气温。这种现象进而促使第1流体导管中流体的温度与第2流体导管中第2气体的温度之间的温差减小。

在本发明具体适用于加热或冷却供人使用的空气的一个实施例中，第1和第2流体都是气体，两个气体最好都是周围的空气。后文称其为第1气体和第2气体。已经发现，在该实施例中，在第2导管中采用水分引入装置对于将前述温差减少到最低程度是非常有益的。

热电材料温度与导管流体温度的相关性可以归结为一个热阻，该热阻随基底材料导热、气流速率和对流系数而变化。总体上说，这两个温度彼此在15度（摄氏）范围内。因此，可以理解，第1气体流的温度在大致15度（摄氏）范围内与处在热电模块和第1导管连接处的热电材料的实际温度对应。第2气体流的温度也在大致15度（摄氏）范围内与热交换器和第2导管结合处的热电材料的实际温度对应。

由此得出，利用前述水分引入装置降低第2气体流的干球温度有助于降低热电模块与第2导管结合处的热电材料温度。较低的热电材料温度进而促使前述两个结合处的温度差减至最小。

人们发现，当两个结合处的温差趋于最小值时，本发明所采用的热电装置达到最佳操作状态。通过在气体流与热电装置接触之处的上游将液体引入第2气体流中，使温差减到最小值，从而增加了热电装置效率，进而在整体上提高加热和冷却系统的效率。

在本发明的另一实施例中，对于各个热电装置或各个独立的热电装置组的运行控制作出了规定。在一种结构中，热电装置包括多个相互隔开布置的热电模块，最好排成阵列。每一热电模块，或者每一热交换器组（某些情况下）与一个电源装置连接，因而，可以个别控制分别供给予各个模块或模块组的电量。供给各个模块的电量通过计算或估计热电模块和第1流体导管结合处的热电材料温度与热电模块和第2流体导管结合处的热电材料温度之间的温差而确定。这样算出的或估计的温差用于计算输入电流，此输入电流在给定条件和冷却功率要求下可使热电模块或热电模块组具有最佳性能。

一功率调节装置用于控制供给予各热电模块的各个相应的电流数值。在较佳结构情况下，功率调节装置提供给各模块或模块组的电流值相当于所计算出的各个最佳电流值。

在某些实施例中，本发明可以包括一个传感装置，用于实际检测前述两个结合处的热电材料温度。作为替换的方式，本发明包含的传感装置也可以用于检测装置的其它部件或所处理流体的温度，从而提供数据，且从此数据中估计热电材料的温度。例如，可以检测导管内或导管出、入口处流体的温度。另外，也可以检测导管侧壁的温度。

本发明还采用一种自动化控制系统，在其工作过程中，可以周期性或连续地监视由传感装置检测到的温度读数。自动化控制系统可以包括用于接收传感装置的温度读数的计算装置，然后计算一个或多个热电模块的温差。计算装置和传感装置最好检测所有热电模块的温度，然后计算各热电模块的温差。这一计算可以在装置工作过程中周期性或连续地进行。此外，计算装置例如通过编程，可以根据各热电模块或模块组的温差而确定其最佳输入功率。

功率计算装置可以和计算装置相连。功率调节装置适用于调整供给各热电模块或模块组的功率，使其达到由计算装置为每一模块所确定的最佳输入功率。功率调节装置还可以适用于连续或半连续地调整各热电模块的输入功率。

这了进一步增强装置的操作性能，第1或第2导管或两个导管中的流体流动速率可以根据热负载的反应和环境条件改变。流体流动速率可通过调整风扇、泵或其它传输装置的尺寸，或者调节供给这些传输装置的功率大小，而受到控制。

本发明实施例的采用调节各热电模块供给功率的装置还可以配上作为前述实施例一部分的水分引入装置。

在上述实施例中，热电装置可以包括至少两个热电模块，每一模块具有第1侧和第2侧，热电模块第1侧与第1流体导管平行热接触，第2流体导管分成多段，每一段只与一个热电模块的第2侧热接触。这种构造使得第2导管的各段独立地“漂浮”在第1导管之上，因而，第2导管的每一段彼此无关地扩张和收缩，从而使在第2导管的每一段和第1导管之间的热电模块所受到的剪切力最小。最好有一种装置压紧第2导管的各段、与第2导管的各段热接触的热电模块以及第1导管，以使第2导管的各段与第1导管之间实现最佳的热传递。

可以将多个热电装置相连，组装成一个热电单元。然后，要可以将多个热电单元可拆卸地相互连合，而组装成一个具有所需加热或冷却容量的热电装置。第1导管的流动通道方向最好与第2导管的流动通道方向互相垂直，以便按交叉流动方式加热或冷却介质。

图1是用多个热电模块组成的热电单元的部分分解图;

图2是用多个热电模块组成的一层两个热电单元的部分分解示意图;

图3是用两层图2所示的热电单元组成的热电装置的立体图;

图4是在图3中的线段4-4处一个热电单元的剖视图;

图5示出本发明应用于飞机及其相关的登机桥的大规模冷却和加热示意图;

图6和6a是第1流体导管、一个或多个热电模块和第2流体导管的侧视图;

图7是描述在导管上不同位置处第1导管和第2导管中气体的温度的图表;

图8描述了单个热电模块的热泵容量在不同温差下随着通过热电模块的电流而变化;

图9示出热电模块的性能系数在不同温差下随着通过热电模块中的电流而变化;

图10示出废气的蒸发冷却效应，该图表以冷却功率和性能系数与电功率相对;

图11示出废气的蒸发冷却作用，该图表以电功率及性能系数与冷却功率相对。

参见图1、图2和图4，热电装置包括第1流体导管11和至少两个热电模块12，每一模块具有第1侧13和第2侧14。所有热电模块12的第1侧13与第1流体导管11平行热接触，第2流体导管分成多个区段16。每一区段16只与一个热电模块12的第2侧14热接触。

热电模块12置于衬片17的凹槽中，衬片17最好以绝热材料制成，第1侧13大致与衬片17的一侧共平面，而第2侧14大致与衬片17的相对侧共平面。衬片17和热电模块12置于第1流体导管11和第2流体导管15之间。各区段16、与其热接触的热电模块12和第1流体导管11可以通过一加压装置而彼此压紧，该加压装置可以调节到使区段16和第1流体导管11之间的热传递达到最佳状态。区段16和第1流体导管的界面处涂以导热油脂或其它类似的粘合材料，以形成导热界面。

热电模块12最好是工业中很容易得到的类型。它可以是含有一个n型部件和一个p型部件的热电偶。各组热电偶组装成电气上串联和热并联。该多组热电偶被夹持在两块电绝缘但导热的平板之间。n型和p型部件通常分别用半导体材料制成，例如用N型碲化铋和p型碲化铋做成。本发明可以采用的热电模块的一例是新泽西州特伦顿市的麦尔考材料电子产品公司出售的CP系列麦尔考牌热电模块。

第1流体导管11和区段16的较佳结构是用导热材料做的，如形成通道18的铝，在通道中流动介质通常是被冷却或加热的气体或液体。为了说明起见，后文中假定两个导管中的流体都是气体。应该理解，所指出的气体，在其它应用中，也可采用液体。

在通道18内可以设置纵向散热片19，以提高传热效率。本发明的组装结构中，第1导管11的散热片19以直立定向为佳，例如垂直定向。这一特定取向有利于排出当第1气流的温度接近零点温度时第1气流所产生的冷凝液。散热片19的取向使得冷凝液可以借助重力而排出。

第1流体导管11的通道18和区段16的通道18可以彼此相对地取向，使得第1流体导管11中的介质流与区段16中的相平行，但最佳定向如附图所示是使介质流垂直的。垂直定向是交叉流动构造。

在图示实施例中，加压装置是螺栓20，它带有偏压装置（例如在螺栓每一端上的垫圈21和螺帽22）。拧紧偏压装置，以施加所需的压力。螺栓20穿过一对热电装置10，从而将成对的热电装置连在一起，并将组装所需要的螺栓20、垫片21和螺帽22数量减半。螺栓20最好穿过位于热电模块12中央的通孔23，并穿过保护套24。

参见图1、2、3和4，与另一对热电装置相连的一对热电装置和跨置于未与其它区段16配合的区段16之上的端板25形成一个热电单元26。热电单元26用装配杆27紧固在一起，在每对热电装置中，装配杆27穿过端板25、处于区段16之间的槽28、衬片17和第1热交换器11。装配杆27有一偏压装置（例如附加在装配杆每一端的垫片29和装配螺帽30），以保持热电单元中的压力恒定。

参见图2和3，多个热电单元26可彼此连接，形成一个交叉流动热电装置31。热电装置31的加热和冷却容量取决于其中使用的热电模块12的数量。在所示实施例中，将两个或更多的热电单元26的端部对接在一起，形成一层热电单元26。然后将两层或更多层热电单元26互相堆叠，形成交叉流动热电装置31。一个热电装置10的热交换器11的表面配合另一热电装置10的流体导管11，而一个热电装置10的区段16配合另一热电装置10的区段16或端板25。在一个热电单元的流体导管与另一热电单元的流体导管配合之处，最好用填片32密封，以将流经第1流体导管11和第2流体导管15的介质的泄漏降低到最低程度。

较好的是将交叉流动热电装置31保持在一个框架（未示出）内，该框架带有水平偏压装置（未示出），以保持热电单元26的定位。若某一热电模块12出故障，只需替换一个热电单元26，而无需将整个交叉流动热电装置31解体，因而该装置可以迅速和有效地维修。

参见图5，其中示出热电装置用于加热或冷却停放的飞机。在飞机到达之前，交叉流动热电装置31与第1风扇23连接，该风扇23使空气在一闭合回路中循环，该回路包括第1风扇33、第1流体导管11、排气管34、贮气室35和回气管36，在该闭合回路中的空气被加热至所需温度。贮气室35为飞机将要停靠的乘客登机桥，在飞机到达之前，关闭登机桥两端的门。当飞机到达后，通过改变风档38的位置，将飞机通过转向管37加进该闭合回路中。然后，利用已经过预热或预冷的空气加热或冷却停靠的飞机。使用贮气室35中预冷或预热过的空气有助于对飞机的冷却或加热。在操纵热电装置的过程中，将周围空气从入口36A导入此前的闭合回路中，以形成符合并保持阿什雷（ASHRAE）新鲜空气标准的混合气体。周围空气通过第2风扇39而被强制送入第2流体导管15中，从而提供流经热电装置31的新鲜空气流。在图5中示出，第2风扇39置于第2导管15中，处于与热电装置31有关的该导管上游。另一种情况下，风扇39置于与热电装置有关的第2导管下游。在后一种风扇的设置状态下，本发明可以避免由于将第2风扇置于与热电装置有关的第二导管的上游位置而将热量添加到第2导管的流体中。在该后一种风扇的布置情况下，由于第2风扇所产生的真空，空气从第2导管和热电装置中抽出，而不是由处于热电装置上游的风扇将空气强行注入装置中。后一种结构避免了因第2风扇的运转而在第2流体通过热电装置31之前提升流体温度的可能性。

图6和6A示出本发明的热电装置31的一个实施例，其中，每一热电模块12适应于接收为其运转而单独地确定的电功率数。本发明还期望对各个模块组，而不是各个模块，提供为其运行而分别确定的电功率数。因而应该理解到，在后文的实施例中所提到的是热电模块，而在另外的实施例中热电模块可以由一组热电模块替代。

供给于各热电模块12的功率数，是通过分析热电模块与第1流体导管11结合处的热电材料温度以及热电模块与第2流体导管结合处的热电材料温度之间的温差而确定的。

如图7所示，模块12与第1流体导管11结合处热电材料的温度（在图6中标为Tc）下降就每一接续模块12而言，是各自沿着第一流体导管11的长度以递增的负斜率而实现的。这里假设了对在第二流体导管相应长度范围内的模块与第2流体导管15结合处的热电材料温度（在此用Th表示）是保持不变的。

引起注意的是，Tc和Th之间的温差△T沿着第1流体导管长度依次增大。如图所示，△T沿着前述导管的全长以递减的斜率增大。环境温度在本例情况下假设为40度（C）。第1流体导管中气体的最终温度为10度（C）。如图8所示，热电模块的热泵容量在恒定电流下随着△T值的减小而增大。因而，当热电材料相对面温度之间的温差△T，亦即热电模块相对侧的两种气体温度之间温差被减低到最小时，热电模块效率最高。

图9示出热电模块在给定的△T下达到最大的性能系数。在此用到的术语“性能系数”（COP）可以理解为表示冷却或加热功率除以输入电功率的比率。图9所示曲线由下列公式产生：

COP = \frac{Zi \cdot i^{2} \cdot \frac{ΔT}{Δ T_{m}}}{Z (i^{2} + \frac{ΔT}{ΔC} i)}

其中：△T_m＝ 1/2 ZTc²

i＝电流

Z＝后文定义的热电材料最优值（质量因数）

利用这一信息，本发明通过分别调节流经各热电模块的电流，从而达到增强的操作性能。利用图9的曲线图，对于跨接在各个热电模块12的温差找出最大的性能系数，从而确定供给各热电模块的电流量。△T在流体的流动方向上沿着第1气体导管长度依次增大，认识到这点后可以懂得，沿着第1气体导管长度的每一接续模块的最佳输入电流是按同一流动方向上沿着导管长度依次增大。

在图示实施例中，对于指定的热电模块12的温差△T是如此确定的，首先，取得热电模块与第1导管结合处热电材料的温度读数，以及热电模块与第2导管结合处的热电材料温度读数。这些温度读数取自传感器42。这些传感器可以是通常结构的，例如如图所示的通常的通电热电偶。多个传感器42a沿模块12的阵列设置。每一传感器42a沿模块12的阵列设置。每一传感器42a与一相应的热电模块12配对，并设置在模块上，贴紧该热电模块12与导管11的安装位置。在模块阵列中还安装了多个传感器42b。每一传感器42b与一相应的模块12配对，并安装在该模块上，贴紧各热电模块12与导管15的安装位置。每一传感器42a最好与一相应的传感器42b配对，每对传感器从热电模块的相对表面上对温度取样。

传感器42可以与一个计算装置43连接，该装置可以是普通的程控微处理器，从各个传感器接收信号。此外，该计算装置用于就每一相应的热电模块12比较每对传感器42a和42b的温度读数，确定每一热电模块的温差△T。一旦确定某一热电模块的△T，计算装置就按程序确定性能系数的峰值。峰值的确定限定了使热电模块达到最佳性能而需供给该热电模块的最佳电流。因为热电模块在最佳热电性能下不一定会产生具体应用所需的冷却功率，所以应该懂得，用户可能会出于各种原因，而选择使模块工作在所确定的峰值附近一个预定范围内的输入电流下。在本发明的许多实施例中，微处理机进一步按程序计算各热电模块的工作电流（I）。

在较佳方式下，该工作电流（I）处于最佳电流值（Iopt）与最大电流值（Imax）之间的范围内。

对于本发明的一特定用途，首先给出所需的冷却功率。对每一热电模块计算或测出温度Th和Tc。对于每一模块或模块组，由微处理机利用下式确定数值Iopt：

Iopt = \frac{KΔT (\sqrt{1 + \sqrt{1 + \bar{ZT}}})}{S \bar{T} λ}

其中，K是热电模块的热电材料的导热系数，

△T＝〔Th-Tc〕，

Z= (S²)/(ρk) 是热电材料的最优值（质量因数），其中S是塞贝克（seebeck）系数（热电系数），ρ是热电材料的电灵敏度，k是热电材料的导电系数。

S是塞贝克系数，

T是热电材料的平均温度，

λ＝ 1/(a) ，l是热电材料的长度，a是热电材料的横截面积。

确定每一模块或模块组的数值Imax。Imax定义为：

I \max = \frac{k}{sλ} (\sqrt{1 + 2 ZTn} - 1)

其中，变量K、△T、Z、T、S和λ定义如前。然后，微处理器利用下式计算出供给各模块或模块组的工作电流I：

I＝Iopt+β（Imax-Iopt）

其中，β可从0.0到1.0不等。

在一种方法中，最初将β设定为0.5。然后由微处理器对每一模块或模块组计算出I的各个数值。

用导线把每一热电模块连到电流调节器46。该电流调节器还连到微处理器43。微处理器按程序将一个指令传送给调节器46，使调节器将一定数值的电流I提供给每一热电模块，该数值相当于微处理机为该热电模块计算出的具体电流值I。

因而，供给各模块的电流数值等于为各模块计算出的I的数值。当各个热电模块工作于各自的电流下时，检测排出第1流体导管11的空气温度（后文称为Texit），亦即，由通常的温度检测装置如温度计所取样。然后，Texit与气温Tcal相比较，Tcal是根据本技术领域众所周知的公式计算出的，是在给定用途下达到所需冷却功率而需要的排出温度。如果离开冷却系统的空气的温度Texit低于计算出的温度Tcal，则将β的数值减小某一预选择的增量，例如0.05。然后利用新的β值再计算各热电元件的各个I数值。接着，通过微处理器控制的电流调节器46分别将对应于新I数值的电流供给各热电模块。然后，再取排出温度Texit，并与Tcal比较。如果Texit小于Tcal，则将β再降低一预定的增量，例如0.05。若Texit大于Tcal，则β增大某一选定的增量，例如先前为达到当前的β值而给β增加的增量的一半。在两种情况下，都用β的新值再次计算I。进而向各个模块提供与该下一批I数值所对应的电流值，并再次对温度Texit取样。再次比较Texit的数值与Tcal。然后重复上述增大或减小β，并重新计算β的过程，随后再计算I，再度调节各模块的电流I。

这一过程按重复形式的方法继续进行，直至一组数能使排出温度等于计算出的温度值Tcal为止。

本例的装置可以包括一个微处理机，它用于连续地检测热电模块的温度，亦即对其取样，然后，将这些温度值与I的各个数值比较。另一方面，微处理机可以按程序，以预定的时间间隔，例如每隔一分钟，检测各热电模块的温度，亦即对其取样，进而计算各个I数值。

下面特别指出，为了计算用途，对热电模块与第1导管和第2导管结合处的温度进行取样。但应该懂得，可以用另外的温度读数替代上述结合处的温度读数。例如，可以用通常的气温装置检测靠近导管和每一相应热电元件结合处的每一导管中的流体的流动温度。另外，可以用热电偶或其它测温装置检测靠近每一导管与每一相应热电元件结合处的每一导管的侧壁温度。应该知道，导管中流体的温度和导管与热电材料结合处的热电材料的温度彼此相差应该在15℃内。

应该懂得，热电材料相对侧的温度才是计算电流I数值的关键。检测流体或导管侧壁的温度可以用来作为趋近热电材料相对侧的温度的方法。因此，这些替代用的温度读数对于确定I的数值而言，给出较不精确但仍可接受的温度近似值。检测两根流体导管入口和出口处的温度也可给出足够的数据，由此可确定I的数值。此外认识到，也可用其它温度读数，使之近似热电材料相对侧的温度。

计算装置（例如微处理机）与一个控制装置，例如用于将工作电流供给各热电模块12的电流调节器46配合。应该认识到，现有系统可以构造成并按程序以预定间隔周期性地读出由传感器42监测的温度。另外，该系统可构造成连续监测上述温度。计算装置还可构造成可周期性或连续地计算最佳电流值。此外，控制装置也可构造成连续或周期性地调节供给热电模块的电流。继之，现有系统可以用来配备一种装置，它响应热电模块某一确定的空间范围内存在的温度变化，连续地优化各热电模块的独立工作特性。本发明因而避免了向阵列中各热电模块提供均匀电流所导致的效率低下，且现有系统将热电模块的功耗限制在热传递最佳的电流水平上，从而获得热电模块最佳工作性能。

再次参见图5，其中示出与第2流体导管15连接的水分引入装置48。该水分引入装置可以是多个连到水源的可加压的注水器。它也可以是其它任何适合于将水喷入流体中的构造。在本发明的一个实施例中，从第1气体流中以冷凝液形式除去的水分从导管11的散热片滴下时被收集起来，然后将其注入水分引入装置中，以便将水分引入第2气体流中。

当将水喷入第2导管15的气体流中时，水吸收气流中含有的热量。水分对热量的吸收导致第2气体流中空气温度下降。热量吸收一直进行至该热量数值达到水分汽化潜热值时为止。在这一数值上，水分被蒸发。

水分可以在气体流进入第2导管与热电模块接触的区域之前被蒸发，这依赖于第2气体流中空气的温度。若水分在第2气体流受到热电模块作用之前已全部蒸发，则由于水分从该气体流中吸收热量，第2气体流到达热电模块时处于大大降低的温度下。

即使水分在已经到达第2导管与热电模块相连的部分时尚未全部蒸发，接着第2气体流与由热电模块12加热过的第2导管的侧壁接触，则第2气体流，尤其是其中的水分，吸收来自侧壁的热量。水分进行热量吸收，而第2气体流的温度不随之增加。根据图8所示的结论，热电模块在较低的△T数值下达到较高的热泵容量，因而，限制第2流体导管中第2气体流的任一温度增加使得热电模块12的热泵工作特性提高到最大限度。因此，采用含有水分的空气使模块上的△T最大，从而优化热电材料的效率。

图10和11示出在与热电模块12连接的导管15的上游将湿气特别是将水引入导管15的第2气体流中所带来的益处。两幅图线表示来自两个系统的计算数据，每一系统包括按上述方式设置的第1流体导管、第2流体导管和多个热电模块。区别这两个系统的唯一突出特征是其中之一采用了前述水分引入装置。如图10所示，在相同的功耗下，利用水分引入装置导致蒸发冷却的系统相对于第二流体导管中不含有第二气体的蒸发冷却系统而言，性能系数显著增大。令人注意的是，在恒定功耗下，利用蒸发冷却的系统的冷却功率也显著高于未含有蒸发冷却的系统的冷却功率。

图11示出，利用蒸发冷却的系统在给定的冷却功率要求下功耗显著降低。此外，图11也指出配有蒸发冷却装置的系统还达到了更佳的性能系数，在低冷却功率要求下尤其如此。

应该懂得，废气，亦即第2流体导管中的气体，其蒸发冷却可以归纳入前述使供给各热电模块的电流发生变化的实施例中，以达到更好的工作特性。

前述装置用于提供供人使用的冷却空气，但应该知道，将热电元件的极性颠倒，就会在第1导管11中产生加热空气而不是冷却空气。

本文中具体参照目前认为是最佳实施方式的实施例对本发明作了图示和说明，但应该懂得，在本发明的不同实施例中可以作出各种变化，而不致脱离本文中所揭示并由后文的权利要求所限定的发明实质。

Claims

1、一种用于冷却或加热供人使用的气体(空气)的装置，其特征在于，它包括：

用于导引第1气体流的第1热交换器；

用于导引第2气体流的第2热交换器；

置于所述第1热交换器和第2热交换器之间的多个热电模块，每一热电模块在所述第1和第2热交换器之间延伸，触及所述第1和第2热交换器，所述热电装置用于将热量从所述第1气体流传递至所述第2气体流，从而冷却所述第1气体流；

用于分别控制供给各相应热电模块的功率数值的控制装置。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，在热电模块与第2热交换器接触之处的上游，还包括水分供给装置，该装置与所述第2流体导管结合，用于将水分引入所述第2气体流。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，根据为各个热电模块所确定的各个最佳输入功率，向各热电模块提供功率。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于，在热电模块接触所述第1流体导管和所述第2流体导管之处的附近，包括用于检测所述热电模块的热电材料温度的传感装置。

5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热电模块是串联排列的。

6、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热电模块相互隔开排成一个阵列。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

转向装置，用于导引由所述热电装置冷却过的来自所述第1热交换器的一部分第1气体流;

贮存装置，用于接纳由所述热电装置冷却过的所述部分的第1气体流，所述贮存光置与所述第1热交换器互连，并适合于将所述热电装置冷却过的所述部分的第1气体流的流量回流到所述第1热交换器。

8、如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传感装置适用于检测每一热电模块的所述温度。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括第1计算装置，适用于接收取自所述传感装置的所述温度，并从所述温度中计算出每一热电模块的温差。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述计算装置还适合于利用每一热电模块的所述温差，计算各个热电模块的输入工作功率。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括控制装置，用于从所述计算装置接收所述输入工作功率，并调节各相应热电模块的输入功率，使其相当于各相应热电模块的所述相应输入工作功率。

12、一种冷却飞机机舱的方法，其特征在于，包括：

设置一个第1热交换器;

设置一个第2热交换器;

在所述第1和第2热交换器之间设置多个热电模块，每一热电模块与所述第1和第2热交换器联合工作;

设置一个调节装置，用于调节供给各热电模块的电功率数值;

在所述第1热交换器中通以空气;

在所述第2热交换器中通以空气

向所述热电模块提供电功率;

调节提供给各热电模块的电功率数;

将所述第1热交换器中的所述空气通入所述机舱。

13、如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括一个步骤：根据所述热电模块的热电材料相对侧面之间的温差，为每一热电模块确定最佳输入功率。

14、如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括一个步骤：调节供给予各热电模块的电功率数值，使其对应于为各相应热电模块计算出的最佳输入功率。

15、如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包括：

沿所述第1空气导管的各个位置检测第一空气导管中的空气温度;

沿所述第2空气导管的各个位置检测所述第二空气导管中的空气温度;

比较在靠近所述热电模块的位置的第1空气导管及第2空气导管中的温度，从而计算每一所述热电模块的所述温度差。

16、如权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括：在所述与热电模块结合的第2空气导管的上游位置将液体引入所述第2空气导管。

17、一种向驻留的飞机提供冷却或加热过的气体的装置，其特征在于，包括：

用于导引第1气体流的第1热电模块;

用于导引第2气体流的第2热交换器;

置于所述第1和第2热交换器之间且在其间延伸的热电装置，它与所述第1和第2热交换器接触，适合于将热量从所述第1气体流传递至所述第2气体流，从而冷却所述第1气体流。