CN215216763U - 基于热电效应的低噪音船用空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于热电效应的低噪音船用空调系统，箱体单元中的空调箱体前部上方内设有液体换热腔和热电制冷片，后部装有送风机、新风机、止回阀和电控器，前部下方内装有相变换热器和相变材料，相变换热器与空调箱体之间设有风道，相变材料内设有温度传感器；风道内设有温度传感器和压力传感器；底部设有疏排液单元的盛液盘；空调箱体前端设有可调送风口；空调箱体后端设有回风口、回风过滤器、新风口、新风过滤器；热电制冷片、温度传感器、压力传感器、送风机、新风机、止回阀与电控器电连接，能够实现空调系统的现场和远程集中控制。本实用新型具有重量轻、尺寸小、结构简单、布置简便、稳定高效、振动噪音低、防凝露结霜等特点。

Description

基于热电效应的低噪音船用空调系统

技术领域

本实用新型涉及一种船舶制冷空调技术领域，具体为一种基于热电效应的低噪音船用空调系统。

背景技术

船用空调系统用于调节舱室内部环境参数，满足舒适度、卫生要求，维持设备正常运行。

常规船用空调系统大都采用集中式空调，通过制冷压缩机组制取冷媒水，燃油锅炉制取热媒水，或制冷剂直膨换热，通过管路和末端设备进行舱室空调调节，或在舱室内安装风冷分体式空调、水冷柜机式空调与空气换热。

热电空调系统在陆用电子设备散热领域有所运用，还未见应用于船舶领域。热电空调系统基于热电材料的珀尔帖效应，热电材料通直流电形成温差来制冷、制热，其冷热端与空气直接接触，或通过铜或铝制翅片或肋片与空气接触，进行自然对流或强迫对流换热，实现空气调节功能。

常规船用空调系统基于卡诺、逆卡诺热力循环原理实现制冷、制热，存在制冷压缩机、水泵、膨胀阀等运动部件，系统复杂、工作噪音高。并且集中式空调需要布置敷设保温材料的管路，穿越防火和水密舱壁的节点多，需要增设大量的防火、水密阀，调节控制复杂。风冷分体式空调，需要安装室外机，安装布置困难。水冷柜式空调，机组安装在舱室内部，压缩机等运动部件产生的工作噪音、振动难以减弱和消除。

目前，还没有基于热电效应的低噪音船用热电空调系统相关研究。而常规陆用热电空调系统，虽然能够处理空气的冷、热、湿负荷，但是难以适用于船舶晃荡倾摇、高湿度、高盐雾环境。而热电材料通电速热、速冷的特性，且铜、铝翅片、肋片导热系数较大，比热容较小，很容易导致热电材料的热端局部温度过高，冷端局部温度过低，造成制冷片烧坏、凝露、结霜等不良现象，导致翅片、肋片腐蚀损毁。此外，常规船舶空调系统失电、故障情况下将迅速失去制冷、制热、除湿的功能。

船用空调系统由于特殊的应用场景，对空调系统的稳定性、可靠性、安全性提出更高要求。并且对于某些执行海洋水文、地质、气候、环境、生物等特殊任务的科考船、测量船、公务船，其实验室、测量室、会议室、住舱、病房等舱室，对振动、噪声等级也提出更高要求。常规的船用空调系统和常规热电空调系统，往往难以满足这些要求。

发明内容

本实用新型目的是为解决上述现有技术中空调系统存在的问题，提供一种基于热电效应的低噪音船用空调系统。

为达到解决上述问题的目的，本实用新型所采取的技术方案是：一种基于热电效应的低噪音船用空调系统，包括液体换热单元、疏排液单元、箱体单元、热电蓄能单元、电控单元。所述箱体单元中的空调箱体前部上方内设有液体换热单元中的液体换热腔和热电蓄能单元中的热电制冷片，后部装有电控单元中连接回风口的送风机、连接新风口的新风机、止回阀和电控器，前部下方内装有热电蓄能单元中的相变换热器和相变材料，相变换热器与空调箱体之间设有风道，相变材料内设有温度传感器；风道内设有温度传感器和压力传感器；底部设有疏排液单元的盛液盘；所述液体换热腔分别通过液体管截止阀连接进液管和出液管；所述盛液盘通过冷凝排液管截止阀连接冷凝排液管；所述空调箱体前端设有可调送风口，后端设有回风口、回风过滤器、新风口、新风过滤器；所述热电制冷片、温度传感器、压力传感器、送风机、新风机、止回阀与电控器电连接，能够实现现场和远程集中控制。

优选地，所述液体换热腔采用高导热系数材料；所述液体换热腔内部设有强化换热支撑体。

优选地，所述液体换热腔与热电制冷片之间，采用中央冷却淡水进行换热。

优选地，所述空调箱体外壁面敷设不燃的箱体保温材料。

优选地，所述盛液盘为中间高四周低的结构。

优选地，所述回风口、新风口设有高效过滤装置，能够外接风管。

优选地，所述热电制冷片端面，分别贴附冷却器、相变材料外壁面。

优选地，所述热电制冷片与相变材料、相变换热器壁面填充高导热系数材料。

优选地，所述热电制冷片之间敷设绝热绝缘填充材料。

优选地，所述相变材料为高比热容的不燃相变材料。

本实用新型的有益效果是：

与常规的船用风冷分体式空调相比，本实用新型采用的基于热电效应的低噪音船用空调系统，不存在室外机，直接安装在服务处所，安装位置不受限于船舶舱室位置，减少管路船舱，设备安装布置简便。

与常规的船用水冷柜机空调相比，本实用新型采用的基于热电效应的低噪音船用空调系统，舱室内不存在压缩机等运动部件，舱室内设备工作噪音、振动更低，并且能够利用中央冷却淡水冷量、热量，无需敷设保温材料。

与常规的热电空调系统相比，本发明采用的基于热电效应的低噪音船用空调系统，热电制冷片一端与相变换热器、材料接触，另一端与液体换热器接触，液体换热器中液体能够在不同工况下吸收、释放热量，并且相变材料的运用解决热电制冷片通电时冷、热端温差过大，造成冷端凝露、结霜以及热端温度过高等问题，还能够在船舶和海洋工程平台电力、设备等故障时，自动释放储存在相变材料中冷量和热量，降低故障损失。

本实用新型的基于热电效应的低噪音船用空调系统，能够实现制冷、制热、除湿、空气净化等功能，具有重量轻、尺寸小、结构简单、布置简便、稳定高效、振动噪音低、防凝露结霜等特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的空调系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例的空调系统A-A剖面图；

图3为本实用新型实施例的空调系统B-B剖面图；

图4为本实用新型实施例的空调系统C-C剖面图；

图5为本实用新型实施例的空调系统D-D剖面图；

图6为本实用新型实施例的空调系统E-E剖面图；

图7为本实用新型实施例的相变材料温度-时间变化曲线图；

图中：10、液体换热腔；11、进液管；12、出液管；13、液体管截止阀； 14、强化换热支撑体、20、冷凝排液管；21、冷凝排液管截止阀；22、盛液盘、 30、空调箱体；31、可调送风口；32、回风过滤器；33、新风过滤器；34、箱体保温材料；35、风道；40、热电制冷片；41、填充材料；42、相变材料；43、相变换热器；401、第一热电制冷片；402、第二热电制冷片；403、第三热电制冷片；404、第四热电制冷片；421、第一相变材料；422、第二相变材料；423、第三相变材料；424第四相变材料；431、第一相变换热器；432、第二相变换热器；433、第三相变换热器；434、第四相变换热器；50、电控器；51、送风机、 52、新风机；53、止回阀；54、电源线；55、控制线；56、温度传感器；57、压力传感器。

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1～6所示，本实用新型公开了一种基于热电效应的空调系统，包括液体换热单元、疏排液单元、箱体单元、热电蓄能单元、电控单元。液体换热单元包括液体换热腔10、进液管11、出液管12、液体管截止阀13、强化换热支撑体14。疏排液单元包括冷凝排液管20、冷凝排液管截止阀21、盛液盘22。箱体单元包括空调箱体30、可调送风口31、回风过滤器32、新风过滤器33、箱体保温材料34、风道35。热电蓄能单元包括热电制冷片40、填充材料41、相变材料42、相变换热器43。电控单元包括电控器50、送风机51、新风机52、止回阀53、电源线54、控制线55、温度传感器56、压力传感器57。

空调箱体30前部上方内设有液体换热腔10和热电制冷片40，后部装有连接送风口的送风机51、连接新风口的新风机52、止回阀53和电控器50，前部下方内装有相变换热器43和相变材料42，相变换热器43空调箱体30之间设有风道35，相变材料42内设有温度传感器56；风道内设有温度传感器56和压力传感器57；底部设有盛液盘22。液体换热腔10分别通过液体管截止阀13连接进液管11和出液管12；盛液盘22通过冷凝排液管截止阀21连接冷凝排液管 20；空调箱体3前端设有可调送风口31。空调箱体3后端设有回风过滤器32、新风过滤器33。热电制冷片40、温度传感器56、压力传感器57、送风机51、新风机52、止回阀53与电控器50连接，可现场和远程集中控制。

优选地，所述液体换热腔10采用高导热系数的铜制材料。

优选地，液体换热腔10内部设有圆柱形状强化换热支撑体14。

优选地，所述液体换热腔10与热电制冷片40之间，采用38℃淡水进行换热。

优选地，所述空调箱体30外壁面敷设不燃的岩棉箱体保温材料34。

优选地，所述盛液盘为中间高四周低的锥形结构，利于船舶摇荡过程中凝水的顺利排出。

优选地，所述回风口过滤器32、新风过滤器33为高效过滤器，回风口、新风口可外接风管。

优选地，所述新风口设自动止回装置53。

优选地，所述热电制冷片40端面，分别贴附液体换热腔10、相变换热器 43。

优选地，所述热电制冷片40与相变换热器43壁面之间填充高导热系数硅脂材料，减小接触热阻。

优选地，所述热电制冷片40之间，敷设绝热绝缘填充材料。

优选地，所述热电制冷片40可独立控制和调节电流大小、方向；

优选地，所述温度传感器56采用铂电阻温度传感器。

优选地，所述相变材料42为高比热容的固-固-液的不燃相变材料，所述相变材料42的固-固相变温度为15℃，固-液相变温度为45℃。

优选地，所述相变换热器43为铜制或铝制材料。

如图7所示，本实用新型实施例中所选用的相变材料。本实用新型还公开了实施例中基于热电效应的低噪音船用空调系统的调节控制方法：

制冷工况，环境温度较高。相变材料42和相变换热器43初始温度处于 T1～T2。当热电制冷片40通直流电，电流较大时，其冷端温度迅速降低至低于 T1，通过导热将冷量传递给相变换热器43。相变换热器43与空气、相变材料 42发生显热交换，将部分冷量传递给风道35中空气，将另外一部分冷量传递给具有较大比热容的相变材料42。当相变材料42温度从T1～T2之间降低至T1，吸收冷量发生固-固相变，从固态转化为固-固混合态，将部分冷量储存于相变材料42中。通过控制热电制冷片40电流大小，使得风道35中空气被均匀降温。经过(t2-t1)时间后，相变材料42达到过冷状态，温度开始低于T1。通过调节热电制冷片40电流，可进一步调节风道35中空气出风温度。热电制冷片40热端的热量，通过高效导热材料传导到液体换热腔10，发生液体高效换热带走热量。通过调节热电制冷片40电流大小，以及调节送风机51、新风机52的转速，可实现对舱室环境温度、新风量的控制。

制热工况，环境温度较低。相变材料42和相变换热器43初始温度低于T1。当热电制冷片40通直流电，改变电流方向，调节电流维持较大值，其热端温度迅速升高至高于T2，将热量传递给相变换热器43发生显热交换。相变换热器 43与空气、相变材料42发生显热交换，将部分热量传递给风道35中空气，将另外一部分热量传递给具有较大比热容的相变材料42。当相变材料42温度增加到T1，发生固-固相变吸收热量。继续加热，经过(t3-t1)时间后，相变材料42 温度从T1增加到T2，发生固-液相变吸收热量。经过(t4-t3)时间后，相变材料42温度高于T2，达到过热状态。通过控制热电制冷片40电流大小，使得风道35中空气被均匀加热。通过调节热电制冷片40电流，可进一步调节风道35 中空气出风温度。热电制冷片40热端的冷量，通过高效导热材料传导到液体换热腔10，发生液体高效换热带走冷量。通过调节热电制冷片40电流大小，以及调节送风机51、新风机52的转速，可实现对舱室环境温度、新风量的控制。

除湿工况，环境湿度较高。热电制冷片40通直流电，其中新风口附近的第一、二热电制冷片401、402将冷量传递给相第一、二相变换热器431、432，使得第一、二相变材料421、422达到低于空气露点温度的过冷状态，空气中水分发生凝结进入疏排液单元，实现风道中空气除湿。与此同时，送风口空气侧的第三、四热电制冷片403、404将热量传递给第三、四相变换热器433、434，使得第三、四相变材料423、424达到高于T1，对风道35中经过除湿的空气进行再加热，降低湿度的同时，维持温度相对恒定。通过调节不同位置的热电制冷片40直流电流大小、方向，以及调节送风机51、新风机52转速，可实现对舱室环境湿度、新风量的控制。

Claims (10)

1.一种基于热电效应的低噪音船用空调系统，包括液体换热单元、疏排液单元、箱体单元、热电蓄能单元、电控单元，其特征在于：所述箱体单元中的空调箱体前部上方内设有液体换热单元中的液体换热腔和热电蓄能单元中的热电制冷片，后部装有电控单元中连接送风口的送风机、连接新风口的新风机、止回阀和电控器，前部下方内装有热电蓄能单元中的相变换热器和相变材料，相变换热器与空调箱体之间设有风道，相变材料内设有温度传感器；风道内设有温度传感器和压力传感器；底部设有疏排液单元的盛液盘；所述液体换热腔分别通过液体管截止阀连接进液管和出液管；所述盛液盘通过冷凝排液管截止阀连接冷凝排液管；所述空调箱体前端设有可调送风口；所述空调箱体后端设有新风口和回风口；所述热电制冷片、温度传感器、压力传感器、送风机、新风机、止回阀与电控器电连接，能够实现现场和远程集中控制。

2.根据权利要求1所述的基于热电效应的低噪音船用空调系统，其特征在于：所述液体换热腔采用高导热系数材料；所述液体换热腔内部设有强化换热支撑体。

3.根据权利要求1所述的基于热电效应的低噪音船用空调系统，其特征在于：所述液体换热腔与热电制冷片之间，采用中央冷却淡水进行换热。

4.根据权利要求1所述的基于热电效应的低噪音船用空调系统，其特征在于：所述空调箱体外壁面敷设不燃的箱体保温材料。

5.根据权利要求1所述的基于热电效应的低噪音船用空调系统，其特征在于：所述盛液盘为中间高四周低的结构。

6.根据权利要求1所述的基于热电效应的低噪音船用空调系统，其特征在于：所述回风口、新风口设有过滤装置，能够外接风管。

7.根据权利要求1所述的基于热电效应的低噪音船用空调系统，其特征在于：所述热电制冷片端面，分别贴附冷却器、相变材料外壁面。

8.根据权利要求1所述的基于热电效应的低噪音船用空调系统，其特征在于：所述热电制冷片与相变材料、相变换热器壁面填充高导热系数材料。

9.根据权利要求1所述的基于热电效应的低噪音船用空调系统，其特征在于：所述热电制冷片之间敷设绝热绝缘填充材料。

10.根据权利要求1所述的基于热电效应的低噪音船用空调系统，其特征在于：所述相变材料为高比热容的不燃相变材料。

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