CN214665337U - 一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，该系统包括换热系统和半导体制冷回路系统，采用分级冷却的方法，在环境温度较低时，仅使用换热系统进行冷却，在温度较高时，打开半导体制冷回路系统，将经过冷却后的超临界二氧化碳冷却到设定的压缩机进口温度。本实用新型所提供的一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，可根据环境温度选择最适合降低超临界二氧化碳温度的措施，既可以控制压缩机进口温度，又减少了设备成本，促进了超临界二氧化碳光热发电的发展。

Description

一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器。

背景技术

在应对全球气候变暖的背景下，大力发展可再生能源以替代化石能源已成为众多国家能源转型的趋势。太阳能热发电以其与电网匹配性好、光电转化率高、连续稳定发电和调峰发电的能力较强、发电设备生产过程绿色、环保，不产生有毒物质等特点受到人们的高度关注，是我国新能源战略的必然选择。

目前，光热发电换热介质的转变分为3步。第一步是以水作为换热介质，缺点是不能储存热量；第二步是熔盐储热，解决了之前水介质不能储存能量的问题，提高了发电效率且具有灵活性，但是熔盐的冰点高，易凝固，不活跃熔盐的价格较高；第三步就是超临界二氧化碳，二氧化碳有一个很独特的物理性质：当温度达到30.98℃，压力达到7.38MPa时，其物理状态介于液体和气体之间，密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数约为液体的100倍。这种状态，称为“超临界”状态。处于超临界状态下的二氧化碳，密度比气体大，粘性比液体小，具有流动性强、传热效率高、可压缩性小等特点。并且其临界条件容易达到，化学性质不活泼，无色无味无毒，安全，价格便宜，纯度高，易获得。这些特性，使得它很适合用于作为热力循环工质。

由于超临界二氧化碳布雷顿循环的循环效率受主压缩机进口温度的影响较大，主压缩机的进口温度决定于主冷却器的冷却能力。目前受限于成本问题，主冷却器大多采用空冷的形式，而夏天的温度过高，最高温度在青海地区可能会达到26℃以上，此时如果将主压缩机的进口温度设置为28℃，与环境温差只有2℃，对空冷器的换热能力有很高的要求，成本会急剧上升。使用水冷对水资源要求高，且成本也会上升，而青海地区大部分时间的温度会处于一个比较低的温度水平，空气冷却可以满足大部分时间的要求，因此直接使用水冷也不经济。因此还需要对此进行更深入的研究。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供了一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，采用分级冷却的方法，在环境温度比较低时，仅使用换热系统进行冷却，在温度较高时，打开半导体制冷回路系统，将经过冷却后的超临界二氧化碳冷却到设定的压缩机进口温度，提高了超临界二氧化碳布雷顿循环的循环效率，降低了设备成本，可以有效地解决背景技术中的问题。

本实用新型提供的一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，包括换热系统和半导体制冷回路系统。

所述换热系统包括翅片管式换热器，流经超临界二氧化碳；所述的翅片管式换热器中出口与控制阀相连。

所述半导体制冷回路系统包括依次相连的制冷片、散热器和冷板，流经超临界二氧化碳；所述的制热片入口与控制阀相连，所述的冷板出口与压缩机相连。

超临界二氧化碳布雷顿循环的循环效率受主压缩机进口温度的影响较大，主压缩机的进口温度决定于主冷却器的冷却能力。

目前受限于成本问题，主冷却器大多采用空冷的形式，而夏天的温度过高，最高温度在青海地区可能会达到26℃以上，此时如果将主压缩机的进口温度设置为28℃，与环境温差只有2℃，对空冷器的换热能力有很高的要求，成本会急剧上升。

使用水冷对水资源要求高，且成本也会上升，而青海地区大部分时间的温度会处于一个比较低的温度水平，空气冷却可以满足大部分时间的要求，因此直接使用水冷也不经济。

单独使用翅片管冷却器来调温弊端明显，其只能通过依据环境温度改变风机风量的策略，温度控制效果差。

一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，采用分级冷却的方法，在环境温度比较低时，仅使用换热系统进行冷却，在温度较高时，打开半导体制冷回路系统，将经过冷却后的超临界二氧化碳冷却到设定的压缩机进口温度。

超临界二氧化碳回路流经冷板，冷板表面与半导体制冷片的冷端相接触，由于半导体制冷片本身的性质，与热端存在温差，热端与散热器相接触，采用风冷的形式将热端的热量带走，因此冷端可以有一个很低的温度冷却超临界二氧化碳，从而达到控制压缩机进口温度的目的。

本实用新型的有益效果：本实用新型采用分级冷却的方法，根据不同的环境温度选择不同的应对措施，处理更加灵活，可有效控制压缩机进口温度，提高超临界二氧化碳布雷顿循环的循环效率，进而提高发电效率。

附图说明

图1为帕尔帖原理图。

图2为系统热效率随主压缩机进口参数的变化曲线图。

图3为一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，半导体制冷的工作原理是基于帕尔帖原理，该效应是在1834年由J.A.C帕尔帖首先发现的，即利用当两种不同的导体A和B组成的电路且通有直流电时，在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其它的热量，而另一个接头处则吸收热量，且帕尔帖效应所引起的这种现象是可逆的，改变电流方向时，放热和吸热的接头也随之改变，吸收和放出的热量与电流强度I［A］成正比，且与两种导体的性质及热端的温度有关。

如图2所示，超临界二氧化碳布雷顿循环的循环效率受主压缩机进口温度的影响较大，主压缩机的进口温度决定于主冷却器的冷却能力。目前受限于成本问题，主冷却器大多采用空冷的形式，而夏天的温度过高，最高温度在青海地区可能会达到26℃以上，此时如果将主压缩机的进口温度设置为28℃，与环境温差只有2℃，对空冷器的换热能力有很高的要求，成本会急剧上升。使用水冷对水资源要求高，且成本也会上升，而青海地区大部分时间的温度会处于一个比较低的温度水平，空气冷却可以满足大部分时间的要求，因此直接使用水冷也不经济。

如图3所示，一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，包括换热系统和半导体制冷回路系统；所述换热系统包括翅片管式换热器，流经超临界二氧化碳；所述的翅片管式换热器中出口与控制阀相连；所述半导体制冷回路系统包括依次相连的制冷片、散热器和冷板，流经超临界二氧化碳；所述的制热片入口与控制阀相连，所述的冷板出口与压缩机相连。

作为本实用新型的优选实施方式，采用分级冷却的方法，在环境温度比较低时，仅使用换热系统进行冷却，在温度较高时，打开半导体制冷回路系统，超临界二氧化碳回路流经冷板，冷板表面与半导体制冷片的冷端相接触，由于半导体制冷片本身的性质，与热端存在温差，热端与散热器相接触，采用风冷的形式将热端的热量带走，因此冷端可以有一个很低的温度冷却超临界二氧化碳。从而达到控制压缩机进口温度的目的。

本实用新型一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，采用分级冷却的方法，根据不同的环境温度选择不同的应对措施，处理更加灵活，可有效控制压缩机进口温度，提高超临界二氧化碳布雷顿循环的循环效率，进而提高发电效率。

Claims (4)

1.一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，其特征在于，包括换热系统和半导体制冷回路系统；

所述换热系统包括翅片管式换热器，流经超临界二氧化碳；所述的翅片管式换热器中出口与控制阀相连；

所述半导体制冷回路系统包括依次相连的制冷片、散热器和冷板，流经超临界二氧化碳；所述的制冷片入口与控制阀相连，所述的冷板出口与压缩机相连。

2.根据权利要求1所述一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，其特征在于，所述翅片管冷却器的调温只能通过依据环境温度改变风机风量的策略，温度控制效果差。

3.根据权利要求1所述一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，其特征在于，所述半导体制冷回路系统具有控温的功能，超临界二氧化碳回路流经冷板，冷板表面与半导体制冷片的冷端相接触，由于半导体制冷片本身的性质，与热端存在温差，热端与散热器相接触，采用风冷的形式将热端的热量带走，因此冷端可以有一个很低的温度冷却超临界二氧化碳，从而达到控制压缩机进口温度的目的。

4.根据权利要求1所述一种针对于超临界二氧化碳布雷顿循环的半导体制冷器，其特征在于，所述换热系统与半导体制冷回路系统通过控制阀相连，可通过控制阀的开闭来开启或关闭半导体制冷回路系统。

Images