CN203100028U

CN203100028U - 蓄能型热电式空调器

Info

Publication number: CN203100028U
Application number: CN2013200026002U
Authority: CN
Inventors: 刘忠兵; 张泠; 卢豪; 张楠; 郑晏芝
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2013-01-05
Filing date: 2013-01-05
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2023-01-05

Abstract

本实用新型涉及一种蓄能型热电式空调器，包括：相变蓄能层、热电模块层、通风换热层、直流电源及控制元件。相变蓄能容器内充满传热液体介质并交叉布置有相变蓄冷体、相变蓄热体，容器前后壁面均布置有一定数量热电模块、模块间用保温材料隔开，热电模块与外壳间设有前后两风道，前风道内热电模块用于放热/冷，后风道内热电模块用于蓄热/冷。控制元件、直流电源连接并控制热电模块。本实用新型集相变蓄能技术与热电制热、制冷技术与一体，能快速、主动地蓄能的同时实现对放能过程的主动控制，制冷、制热效率高，同时利用低谷电价蓄能，移峰填谷，可以同时满足夏季蓄冷供冷、冬季蓄热供热的需求，为用户创造舒适的室内环境的同时有效降低运行费用。

Description

蓄能型热电式空调器

技术领域

本实用新型涉及一种结合相变蓄能技术和热电技术的蓄冷/热型空调器，属于空调制冷技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越多的电器走进平常百姓家，而这些电器大多在白天用电高峰使用，在凌晨以后使用频率骤降，这使得原本非常严重的电力供应的“峰-谷”矛盾更加突出，用电高峰与用电低谷负荷的差别愈来愈大。现在的冷暖分体空调器不能有效使用低谷电制冷制热，因此不能充分利用峰谷电价差，运行费用较高。蓄能技术是解决能源供给与能源消耗匹配矛盾的重要方法，具有移峰填谷的功能，可大大提高能源利用率。相变蓄能技术通过介质的相变来贮存热量，与显热相比，它具有贮能密度高，而且贮、释热过程近似等温，易与运行系统匹配等诸多优点。而热电制热制冷技术具有传统机械式制冷无法比拟的优点：无旋转部件、制冷速度快、制热效率高、可靠性高、寿命长、体积小巧、易于安装、使用过程基本无需维护、控制方式灵活、改变电流方向即可切换加热和制冷模式、调节电流大小即可精确控制制热/冷量等优点。综合利用相变蓄能技术与热电制热制冷技术，充分利用各自的优点，研究一种既能利用低谷电储能，也能实现主动放能且放能温度及散热速率可调节控制的冷暖空调器，有效减少运行费用，具有重要的意义。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为02201145.5，实用新型名称为：户式相变蓄热电采暖装置，该技术涉及一种集加热、蓄热、散热、保温于一体具有低谷电蓄热功能的供暖装置，在外壳与相变蓄热壳体之间填充保温层；在相变蓄热壳体内，导热金属翅片并行地垂直穿在加热套管上，加热套管的两端穿过并焊接在相变蓄热壳体的左右两侧金属板上，形成的空腔充满相变蓄热材料。但是该装置只有蓄热功能，没有蓄冷作用。中国专利申请号200810031442.7，发明专利名称为：一种热电热泵相变蓄热采暖方法及装置，该技术通过热电芯片热泵回收空气中的废热，提高制热效率；而且利用相变蓄热装置晚间蓄热，充分利用峰谷电价差从而达到节省用户费用目的；同时克服普通家用空调因环境温度下降容易结霜，解决了供热和需热负荷矛盾。虽然同时利用了相变技术和热电技术，但不具蓄冷供能功用且在散热和供热通道设计上不够合理——散热和供热通道共用、存在干扰，不能实现自动控温。检索还发现，中国专利申请号为200720066613.0，实用新型名称为：一种复合相变蓄冷蓄热器，该技术涉及一种集蓄热蓄冷功能与一体的蓄能装置，相变蓄冷体与相变蓄热体交叉放置于蓄能材料容器内，蓄能工程中的载冷或载热剂通过进液管进入复合相变蓄冷蓄热器，与其内的蓄冷体或蓄热体进行能量交换。虽然该装置集蓄冷蓄热与一体，但是属于被动式供冷供热，在此过程中温度不易调节控制、散热效率不稳定、散热效率不高。可以看出，上述发明专利虽然具有蓄热和蓄冷的功能，但并不够完善和齐全，且在供热、供冷阶段散热效率不稳定、温度不易控制。本实用新型提出了一种集蓄热供热、蓄冷供冷、边蓄边供、控温保温与一体的相变蓄能型空调器，蓄能和放能通道互不干扰，出风温度和散热效率易于调节掌控，充分利用低谷电价蓄能，有效降低使用费用。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提出一种集相变蓄能技术与热电制热、制冷技术于一体的空调器，相变蓄能技术充分利用低谷电价蓄能，移峰填谷；热电技术可实现快速、主动地蓄能的同时还能对放能过程主动控制，具有制冷制热效率高的特点。可以同时满足夏季蓄冷供冷、冬季蓄热供热的需求，为用户创造舒适的室内环境的同时有效降低使用费用。

本实用新型通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：相变蓄能层、热电模块层、通风换热层、直流电源及控制元件。所述相变蓄能层布置在外壳内，相变蓄能容器内充满传热液体介质并交叉布置有相变蓄冷体、相变蓄热体，容器前后壁面均匀布置有一定数量热电模块、模块间用保温材料隔开，相变蓄能层与外壳间设有前后两风道，前风道内热电模块用于放热/冷，后风道内热电模块用于蓄热/冷。直流电源和控制元件布置在外壳下部、连接并控制热电模块，通过控制开关实现蓄冷、蓄热和放冷、放热功能的转换以及温度的控制。

所述相变蓄能容器将蓄热/冷两相变材料集中，避免季节性更换相变材料，且方便安装热电模块，并内置温度传感器用于感受传热液体介质的温度，将结果传送至控制元件。此外，相变蓄能容器内还置有电加热管，利用峰谷电将电能转化为热能储存利用，缓解电网压力并节约费用。

所述的相变蓄冷体、相变蓄热体交叉布置，相变蓄热体为相变温度点为40-80度之间的有机或无机类相变材料、制成的相变蓄热小球，相变蓄冷体为相变温度点为10-18度之间的有机或无机类相变材料、制成的相变蓄冷小球。可以根据所需的送风温度要求，来选择具体合适的相变温度点材料。

所述热电模块层包括热管散热器、热电芯片、导线、保温材料，导线与直流电源相连，热电芯片与热管散热器和容器壁面紧贴，且在紧贴面均涂抹导热硅膏，以减小热阻；每个热电模块间用保温材料隔开，减少能量损失。

所述前后风道内部均设有温度传感器，用于感受进入通道内空气温度，并将结果传送至控制元件。前通道内进、出风口与室内连通，热电模块用于放热/冷；后通道进、出风口与室外连通，通道内热电模块用于蓄热/冷。

所述控制元件，根据风道内温度与容器内液体温度的差值来调节热电模块中热电芯片的供电电流大小，进而达到主动调节控温的目的。

本发明中，蓄热时，可以利用低谷电通过电加热管和通过后风道内的热电模块制热两种方法将热能储存在相变蓄热体内；供热时，储存于相变蓄热体内的热能可通过散热器直接传递散热、或者通过前风道内的热电模块利用热泵作用将其吸收并释放出来，后一种方式效率更高、散热更稳定、温度易于调节控制；蓄冷时，利用低谷电驱动后风道内的热电模块制冷将冷能储存在相变蓄冷体内；供冷时，储存于相变蓄冷体内冷能可通过散热器直接传递冷量、或者通过前风道内的热电模块将其吸收并释放出来，后一种方式主动性强、易于实现温控。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1. 采用热电技术，通过热电模块蓄热/冷，相比直接用发热电阻丝、电热管、红外石英管、PTC发热元件、卤素管、电热膜等发热元件，热电模块具有更高制热效率和快速制热制冷功能。

2. 与被动式散热方式相比，热电模块能实现主动性放能、方便控制出风温度。供热时，热电模块冷端与容器壁面相贴，吸收储存在相变蓄热体内的热量，通过热泵的二次提升功能，在热电模块热端释放出更多的热量，主动性强。

3. 热电模块方便调节控制出风温度，风道内和容器内均设有温度传感器，分别用于感受通道内温度和容器内传热液体介质的温度，并将结果发送至控制元件，根据反馈温度来调节控制热电模块中热电芯片的工作电流大小，进而改变热电芯片冷热端温度、达到主动控温的目的。

4. 在夜间低谷电时蓄热/冷，白天放热/冷，符合国家用电政策，起到移峰填谷作用，同时减小用户使用费用。

5. 同时内置相变蓄冷体、相变蓄热体，扩展了其应用范围，集蓄热供热、蓄冷供冷、边蓄边供、控温保温功能与一体。

6. 在结构设计上，设置了前、后两个风道，风道内部均布置有热电模块，前风道从室内引入风进行热交换、热电模块作供热供冷之用，后风道可从室外引入风进行换热、热电模块作蓄热蓄冷之用，二种用途热电模块和风道分开设置，操作控制更方便。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的纵向剖面示意图。

图3为图1的横向剖面示意图。

1、移动滑轮 2、前风道进风口3、前风道送风风机

4、前风道 5、外壳6、保温材料

7、热电模块 8、前风道出风口9、电加热管

10、容器 11、后风道出风口12、后风道

13、直流电源和控制元件 14、后风道送风风机 15、后风道进风口

16、固定螺钉 17、热电芯片18、热管散热器

19、相变蓄热体 20、相变蓄冷体21、传热液体介质

22、温度传感器

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明。

如图1-3所示，本实用新型包括：移动滑轮1和外壳5，在外壳5内部放置有相变蓄能容器10，在容器10内充满相变蓄热体19、相变蓄冷体20、传热液体介质21，并且容器10内嵌有电加热管9，在容器10前后两表面均匀布置一定数量热电模块7——包括固定螺钉16、热电芯片17和热管散热器18，每个热电模块7之间用保温材料6隔开，热电模块7与外壳5间预留有前风道4和后风道12，在容器10下部对应前风道4、后风道12分别设有前风道送风风机3和后风道送风风机14，前风道4上下分别预留有前风道出风口8和前风道进风口2，后风道12上下分别预留有后风道出风口11和后风道进风口15，在外壳5内部的右下侧安装有直流电源和控制元件13用于将交流电转换为直流电供热电芯片17工作用。在容器10、前风道4、后风道12内部均设有温度传感器22，与直流电源13配套的还有控制元件，温度传感器22将探测的温度数据传送至直流电源和控制元件13，控制元件进而调节直流电源输出给热电芯片17的工作电流大小，达到控温的目的。

其工作原理为：后风道12内的热电模块7用于蓄热/蓄冷，蓄积的能量通过与容器10紧贴的壁面传递到传热液体介质21内，进而储存到相变蓄热体19或者相变蓄冷体20中，后风道12内的热管散热器18产生的热量或者冷量，由后风道送风风机14从后风道进风口15引入室外风与之经过能量交换后经后风道出风口11排出，保证热电芯片17冷热端温差不过高、工作在良好性能状态；当需要向室内放热/放冷时，储存在相变蓄热体19或者相变蓄冷体20的能量可以直接传递到前风道4内热管散热器18，也可通过前风道4内热电芯片17吸收并传递到热管散热器18，而后由前风道送风风机3从前风道进风口2引入室内风与前风道4内热管散热器18经过能量交换后经前风道出风口8吹入室内。

本实用新型“蓄能型热电式空调器” 具有蓄热供热、蓄冷供冷、边蓄边供、控温保温多用途，下面就每种工作模式作详细的流程介绍。

蓄热供热：蓄热时，接通电源后，关闭前风道送风风机3、前风道进风口2、前风道出风口8，开启后风道送风风机14、后风道进风口15、后风道出风口11，开启直流电源和控制元件13启动后风道12内的热电芯片17使紧贴容器10壁面的一端产热并通过传热液体介质21传递到相变蓄热体19内储存、紧贴热管散热器18一端产冷并与后风道送风风机14从后风道进风口15引入室外风进行能量交换后经后风道出风口11排出；供热时，接通电源后，开启前风道送风风机3、前风道进风口2、前风道出风口8，关闭后风道送风风机14、后风道进风口15、后风道出风口11，储存在相变蓄热体19的热量，可以直接传递到前风道4内热管散热器18，也可通过开启直流电源和控制元件13供前风道4内热电芯片17工作——紧贴容器10壁面的一端产冷、紧贴热管散热器18一端产热、经过二次提升将储存热量吸收并间接传递到热管散热器18，而后由前风道送风风机3从前风道进风口2引入室内风与前风道4内热管散热器18经过能量交换后将热风从前风道出风口8吹入室内。前一种供热方式为节能模式，通过热传导和对流方式将相变蓄热体19内储存的热量释放出来；后一种供热方式为主控模式，利用热泵作用，具有效率高、可实现温控的特点。

蓄冷供冷：蓄冷时，接通电源后，关闭前风道送风风机3、前风道进风口2、前风道出风口8，开启后风道送风风机14、后风道进风口15、后风道出风口11，开启直流电源和控制元件13启动后风道12内的热电芯片17使紧贴容器10壁面的一端产冷并通过传热液体介质21传递到相变蓄冷体20内储存、紧贴热管散热器18一端产热并与后风道送风风机14从后风道进风口15引入室外风进行能量交换后经后风道出风口11排出；供冷时，接通电源后，开启前风道送风风机3、前风道进风口2、前风道出风口8，关闭后风道送风风机14、后风道进风口15、后风道出风口11，储存在相变蓄冷体20的冷量，可以直接传递到前风道4内热管散热器18，也可通过开启直流电源和控制元件13供前风道4内热电芯片17工作——紧贴容器10壁面的一端产热、紧贴热管散热器18一端产冷、将储存冷量吸收并间接传递到热管散热器18，而后由前风道送风风机3从前风道进风口2引入室内风与前风道4内热管散热器18经过能量交换后将冷风从前风道出风口8吹入室内。前一种供冷方式为节能模式，通过传导和对流方式将相变蓄热体19内储存的热量释放出来；后一种供冷方式为主控模式，利用热泵作用，改变直流电源和控制元件13的输入电流大小，即可改变热电芯片17冷热端温度，进而实现出风温度的自控。

边蓄边供：边蓄热边供热时，接通电源后，同时开启前风道送风风机3、前风道进风口2、前风道出风口8、后风道送风风机14、后风道进风口15、后风道出风口11，通过电加热管9加热传热液体介质21——提高容器10内介质温度和壁面温度、达到减小热电芯片17冷热端温差、提高制热效率的目的，同时开启直流电源和控制元件13供前风道4内热电芯片17工作——紧贴容器10壁面的一端产冷、紧贴热管散热器18一端产热、经过二次提升将储存热量吸收并间接传递到热管散热器18，而后由前风道送风风机3从前风道进风口2引入室内风与前风道4内热管散热器18经过能量交换后将热风从前风道出风口8吹入室内。边蓄冷边供冷时，接通电源后，同时开启前风道送风风机3、前风道进风口2、前风道出风口8、后风道送风风机14、后风道进风口15、后风道出风口11，并重复蓄冷和供冷时的其他工作流程。

控温保温：当后风道12内的热电芯片17冷热端温差过大，致使其工作性能差，影响蓄热/蓄冷时，可通过设置在容器10、后风道12内的温度传感器22将探测的温度数据传送至直流电源和控制元件13，控制元件进而调节直流电源输出给热电芯片17的工作电流大小，使冷热端温度变化，达到控温的目的；当前风道4内吹出风的温度达不到室内环境需求值时，可通过设置在前风道4内的温度传感器22将探测的温度数据传送至直流电源和控制元件13，控制元件进而调节直流电源输出给热电芯片17的工作电流大小，使冷热端温度变化，进而调节前风道4内出风温度、满足室内需求。

Claims

1.一种蓄能型热电式空调器，包括：相变蓄能层、热电模块层、通风换热层、直流电源以及控制元件；所述相变蓄能层布置在外壳内，相变蓄能层包括容器、电加热管、传热液体介质以及相变蓄冷体、相变蓄热体，容器前后壁面均匀布置有一定数量热电模块、模块间用保温材料隔开，相变蓄能层与外壳间设有前后两风道、即通风换热层，前风道内热电模块用于放热/冷、为放能通道，后风道内热电模块用于蓄热/冷、为蓄能通道，直流电源和控制元件布置在外壳下部，通过控制开关实现蓄冷、蓄热和放冷、放热功能的转换以及温度的控制。

2.根据权利要求1所述的一种蓄能型热电式空调器，其特征是，所述相变蓄能层内的相变蓄热体可为相变温度点为40-80度之间的有机或无机类相变材料，相变蓄冷体为相变温度点为10-18度之间的有机或无机类相变材料，所述的相变蓄冷体、相变蓄热体交叉布置。

3.根据权利要求1所述的一种蓄能型热电式空调器，其特征是，所述热电模块层包括热管散热器、热电芯片、导线、保温材料；导线与直流电源相连，热电芯片与热管散热器和容器壁面紧贴，且在紧贴面均涂抹导热硅膏，每个热电模块间用保温材料隔开。

4.根据权利要求1所述的一种蓄能型热电式空调器，其特征是，所述通风换热层由放能风道、蓄能风道组成；风机、设置在外壳前侧的送风口、以及外壳底部的进风口构成放能风道、即前风道，风机由进风口引入室内风与热管散热器经过热交换后经出风口吹入室内；位于外壳后侧的风机、进风口和出风口构成蓄能风道、即后风道，风机由进风口引入室外风与热管散热器经过热交换后经出风口排至室外；所述的风机均设置在风道的底部；放能风道和蓄能风道可单独开启，分别实现放能或者蓄能过程；也可同时开启，实现边蓄能边放能的特点。

5.根据权利要求1所述的一种蓄能型热电式空调器，其特征是，所述直流电源，将家用交流电转换为低压直流电，驱动热电模块工作；所述控制元件，根据风道内温度与容器内液体温度的差值来调节热电模块中热电芯片的供电电流大小。

6.根据权利要求1所述的一种蓄能型热电式空调器，其特征是，后风道（12）内的热电模块（7）用于蓄热/蓄冷，蓄积的能量通过与相变蓄能容器（10）紧贴的壁面传递到传热液体介质（21）内，进而储存到相变蓄热体（19）或者相变蓄冷体（20）中，后风道（12）内的热管散热器（18）产生的热量或者冷量，由后风道送风风机（14）从后风道进风口（15）引入室外风与之经过能量交换后经后风道出风口（11）排出，保证热电芯片（17）冷热端温差不过高、工作在良好性能状态；当需要向室内放热/放冷时，储存在相变蓄热体（19）或者相变蓄冷体（20）的能量可以直接传递到前风道（4）内热管散热器（18），也可通过前风道（4）内热电芯片(17)吸收并传递到热管散热器（18），而后由前风道送风风机（3）从前风道进风口（2）引入室内风与前风道（4）内热管散热器（18）经过能量交换后经前风道出风口（8）吹入室内。