CN220541412U - 固态制冷系统和家电设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电子设备制冷技术领域，公开一种固态制冷系统。固态制冷系统包括固态制冷元件、第一换热组件和第二换热组件。第一换热组件设置于固态制冷元件一侧，且与固态制冷元件导热连接，以导出固态制冷元件的热量。第一换热组件包括相连接的第一固态端换热器、第一外端换热器和第一抑流件。第二换热组件设置于固态制冷元件另一侧，且与固态制冷元件导热连接，以导出固态制冷元件的冷量。第二换热组件包括相连接的第二固态端换热器、第二外端换热器和第二抑流件。其中，第一换热组件和第二换热组件交替运行，以分别导出固态制冷元件的热量或冷量。通过设置抑流件以防止换热组件中的载冷剂回流，提高换热效果。本申请还公开一种家电设备。

Description

固态制冷系统和家电设备

技术领域

本申请涉及电子设备制冷技术领域，例如涉及一种固态制冷系统和家电设备。

背景技术

当前制冷产品主要是基于蒸汽压缩式原理，需要以含氟制冷剂为工质，其在使用过程中会产生温室效应且易泄漏污染环境。随着科技发展，一些新型的固态制冷技术逐渐出现，有望替代传统的压缩机制冷。固态制冷技术，包括电卡制冷、热电制冷、磁制冷、弹热制冷等。固态制冷产生的冷量/热量集中，需要设计传热结构实现冷热的分离，从而实现制冷效果。

相关技术公开一种电卡制冷系统包括：电卡模块，以与外部电源通断产生电卡效应；第一换热组件，设于电卡模块的一侧，且与电卡模块导热连接，以与电卡模块热交换，传递电卡模块的热量，对电卡模块散热；第二换热组件，设于电卡模块的另一侧，且与电卡模块导热连接，以传递电卡模块的冷量。

但是相关技术中第一换热组件和第二换热组件内流路中的载冷剂有回流风险，影响换热效果。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供一种固态制冷系统和家电设备，通过设置抑流件以防止换热组件中的载冷剂回流，提高换热效果。

在一些实施例中，固态制冷系统包括固态制冷元件、第一换热组件和第二换热组件。第一换热组件设置于固态制冷元件一侧，且与固态制冷元件导热连接，以导出固态制冷元件的热量。其中，第一换热组件包括相连接的第一固态端换热器、第一外端换热器和第一抑流件。第二换热组件设置于固态制冷元件另一侧，且与固态制冷元件导热连接，以导出固态制冷元件的冷量。其中，第二换热组件包括相连接的第二固态端换热器、第二外端换热器和第二抑流件。其中，第一换热组件和第二换热组件交替运行，以分别导出固态制冷元件的热量或冷量。

在一些可选实施例中，第一固态端换热器包括单流路换热器或多支路换热器。第二固态端换热器包括单流路换热器或多支路换热器。

在一些可选实施例中，在第一固态端换热器包括单流路换热器的情况下，第一抑流件包括文丘里管；和/或，在第二固态端换热器包括单流路换热器的情况下，第二抑流件包括文丘里管。

在一些可选实施例中，在第一固态端换热器包括多支路换热器的情况下，第一抑流件包括文丘里分液器；和/或，在第二固态端换热器包括多支路换热器的情况下，第二抑流件包括文丘里分液器。

在一些可选实施例中，在第一固态端换热器包括多支路换热器的情况下，第一抑流件连接于第一固态端换热器的进液端；和/或，在第二固态端换热器包括多支路换热器的情况下，第二抑流件连接于第二固态端换热器的进液端。

在一些可选实施例中，固态制冷元件包括电卡制冷元件、热电制冷元件或磁制冷元件。

在一些可选实施例中，第一换热组件还包括第一驱动泵组。第一驱动泵组包括第一驱动泵和连通第一固态端换热器和第一外端换热器的第一管路，第一驱动泵设于第一管路且控制第一管路的通断。

在一些可选实施例中，第二换热组件还包括第二驱动泵组。第二驱动泵组包括第二驱动泵和连通第二固态端换热器和第二外端换热器的第二管路，第二驱动泵设于第二管路且控制第二管路的通断。

在一些实施例中，家电设备包括前述的固态制冷系统。

在一些可选实施例中，家电设备包括空调器、冰箱或冷柜。

本公开实施例提供的固态制冷系统和家电设备，可以实现以下技术效果：

固态制冷系统包括固态制冷元件、第一换热组件和第二换热组件。固态制冷元件散发冷量或热量。第一换热组件和第二换热组件分设固态制冷元件的两侧，分别导出固态制冷元件的热量和冷量且实现远距离的冷热分离，可用于大空间的制冷。第一换热组件包括相连接的第一固态端换热器、第一外端换热器和第一抑流件。第二换热组件包括相连接的第二固态端换热器、第二外端换热器和第二抑流件。第一抑流件的设置可以防止第一换热组件中的载冷剂回流，第二抑流件的设置可以防止第二换热组件中的载冷剂回流，减少因载冷剂回流导致的热量中和，进而提高固态制冷系统的换热效果。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的固态制冷系统的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一个第一换热组件的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的一个第二换热组件的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的另一个第一换热组件的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的另一个第二换热组件的结构示意图。

附图标记：

10：固态制冷元件；

20：第一换热组件；21：第一固态端换热器；22：第一外端换热器；23：第一抑流件；24：第一驱动泵组；

30：第二换热组件；31：第二固态端换热器；32：第二外端换热器；33：第二抑流件；34：第二驱动泵组。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述本公开实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。

另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

当前制冷产品主要是基于蒸汽压缩式原理，需要以含氟制冷剂为工质，其在使用过程中会产生温室效应且易泄漏污染环境。随着科技发展，一些新型的固态制冷技术逐渐出现，有望替代传统的压缩机制冷。固态制冷技术，包括电卡制冷、热电制冷、磁制冷、弹热制冷等。固态制冷产生的冷量/热量集中，需要设计传热结构实现冷热的分离，从而实现制冷效果。

相关技术公开一种电卡制冷系统包括：电卡模块，以与外部电源通断产生电卡效应；第一换热组件，设于电卡模块的一侧，且与电卡模块导热连接，以与电卡模块热交换，传递电卡模块的热量，对电卡模块散热；第二换热组件，设于电卡模块的另一侧，且与电卡模块导热连接，以传递电卡模块的冷量。

但是相关技术中第一换热组件和第二换热组件内流路中的载冷剂有回流风险，影响换热效果。

本公开实施例公开了固态制冷系统和家电设备，通过设置抑流件以防止换热组件中的载冷剂回流，提高换热效果。

结合图1-5所示，本公开实施例提供一种固态制冷系统，包括固态制冷元件10、第一换热组件20和第二换热组件30。第一换热组件20设置于固态制冷元件10一侧，且与固态制冷元件10导热连接，以导出固态制冷元件10的热量。其中，第一换热组件20包括相连接的第一固态端换热器21、第一外端换热器22和第一抑流件23。第二换热组件30设置于固态制冷元件10另一侧，且与固态制冷元件10导热连接，以导出固态制冷元件10的冷量。其中，第二换热组件30包括相连接的第二固态端换热器31、第二外端换热器32和第二抑流件33。其中，第一换热组件20和第二换热组件30交替运行，以分别导出固态制冷元件10的热量或冷量。

固态制冷系统包括固态制冷元件10、第一换热组件20和第二换热组件30。固态制冷元件10散发冷量或热量。第一换热组件20和第二换热组件30分设固态制冷元件10的两侧，分别导出固态制冷元件10的热量和冷量且实现远距离的冷热分离，可用于大空间的制冷。第一换热组件20包括相连接的第一固态端换热器21、第一外端换热器22和第一抑流件23。第二换热组件30包括相连接的第二固态端换热器31、第二外端换热器32和第二抑流件33。第一抑流件23的设置可以防止第一换热组件20中的载冷剂回流，第二抑流件33的设置可以防止第二换热组件30中的载冷剂回流，减少因载冷剂回流导致的热量中和，进而提高固态制冷系统的换热效果。第一外端换热器22和第二外端换热器32用于与固态制冷系统所设置空间换热。

在一些可选实施例中，第一固态端换热器21包括单流路换热器或多支路换热器。第二固态端换热器31包括单流路换热器或多支路换热器。

第一固态端换热器21设置于固态制冷元件10的第一端，且与固态制冷元件10的第一端导热连接。在第一固态端换热器21包括单流路换热器时，可采用S型或U型延伸的单流路换热器，通过管路的弯折延长使换热流路增长，进而提高第一固态端换热器21的换热效果。在第一固态端换热器21包括多支路换热器时，多流路并联设置，通过增加流路的数量使载冷剂分流换热，提高第一固态端换热器21的换热效果。同样的，第二固态端换热器31设置于固态制冷元件10的第二端，且与固态制冷元件10的第二端导热连接。在第二固态端换热器31包括单流路换热器时，可采用S型或U型延伸的单流路换热器，通过管路的弯折延长使换热流路增长，进而提高第二固态端换热器31的换热效果。在第二固态端换热器31包括多支路换热器时，多流路并联设置，通过增加流路的数量使载冷剂分流换热，提高第二固态端换热器31的换热效果。

在一些可选实施例中，多支路换热器包括微通道换热器。微通道换热器即通道当量直径在10-1000μm的换热器。这种换热器的扁平管内有数十条细微流道，在扁平管的两端与圆形集管相联。集管内设置隔板，将换热器流道分隔成数个流程。微通道换热器管路直径小、管路数量多，将载冷剂分流为多个支路换热，换热效果更好。

在一些可选实施例中，在第一固态端换热器21包括单流路换热器的情况下，第一抑流件23包括文丘里管；和/或，在第二固态端换热器31包括单流路换热器的情况下，第二抑流件33包括文丘里管，如图4和图5所示。

当气体或液体在文丘里管里面流动，在管道的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，气体(液体)的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小。进而产生压力差，这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力，最终使文丘里管内部的气体(液体)单向流动，可防止载冷剂回流。

在一些可选实施例中，在第一固态端换热器21包括多支路换热器的情况下，第一抑流件23包括文丘里分液器；和/或，在第二固态端换热器31包括多支路换热器的情况下，第二抑流件33包括文丘里分液器，如图2和图3所示。

当第一固态端换热器21和第二固态端换热器31包括多支路换热器时，多支路并联，可增加换热路径的数量，提高换热效果。同时，多支路换热器需匹配分液器，以使载冷剂分流进入多个换热之路。文丘里分液器基于文丘里效应设计，内部形成压力差，使分液器内部的气体(液体)单向流动，可防止载冷剂回流。

在一些可选实施例中，在第一固态端换热器21包括多支路换热器的情况下，第一抑流件23连接于第一固态端换热器21的进液端；和/或，在第二固态端换热器31包括多支路换热器的情况下，第二抑流件33连接于第二固态端换热器31的进液端。

分液器用于将载冷剂分液进入不同的换热支路，因此，需要将文丘里分液器连接于第一固态端换热器21的进液端和第二固态端换热器31的进液端。管路中的载冷剂经过文丘里分液器分液进入多条换热支路，以完成固态制冷元件10两端的能量导出。

在一些可选实施例中，固态制冷元件10包括电卡制冷元件、热电制冷元件或磁制冷元件。

电卡制冷元件基于有机或无机材料在外加电场的作用下激发电卡效应，周期性放热或吸热。电卡效应是一种铁电材料在电场下的冷热效应，加电场时放热，撤电场时吸热。铁电薄膜通过两侧的电极施加高电场激发周期的电卡效应。固态电卡制冷材料的研究可以分为无机、有机以及无机有机复合材料三大类。钛酸锶钡(BST)薄膜、锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷薄膜和PST铁电薄膜均为无机铁电材料。

在一些可选实施例中，电卡制冷元件包括无机铁电材料。

一方面，相对于有机铁电材料需要高电压(例如千伏级电压)激发电卡效应，无机铁电材料激发电卡效应所需电压较小(例如百伏级电压)。且高电压易击穿薄膜，使电卡制冷元件使用寿命短，低电压使电卡制冷元件使用寿命延长。另一方面，无机薄膜铁电材料具有较大的绝热温变和较宽的铁电相变温区，因此可以实现宽温区、大温差的制冷应用。同时，低温晶化的铁电薄膜合成工艺可以通过与半导体微机电(CMOS/MEMs)工艺兼容，实现电卡制冷元件的简单制备。

在一些可选实施例中，电卡制冷元件包括第一电极层、第二电极层和设置于第一电极层和第二电极层之间的压电功能膜层。压电功能膜层包括压电制冷区和压电位移区。通过对第一电极层和第二电极层施加电压，使第一电极层和第二电极层间形成电场，压电功能膜层的不同功能区对应实现不同功能作用。当压电制冷区和压电位移区同时施加正向电场时，压电功能膜层同步激发压电效应和电卡效应，发生正向位移和放热；当压电制冷区停止施加电场、压电位移区施加反向电场时，压电制冷区因电卡效应吸热，压电位移区因压电效应发生反向位移，进而带动压电功能膜层反向位移。通过压电功能膜层的不同功能分区，使电卡效应放热、吸热时发生对向位移，有效实现热量的分离，提高换热效率。电卡制冷元件的压电功能膜层分区包括压电位移区，使电卡制冷元件集成了热开关形式，避免了因外设可移动的传热结构造成的较大电阻。

热电制冷元件是一种利用热电效应进行制冷的器件。其原理是基于热电效应产生电荷的原理，即当两种不同的金属(或锗、硒、铋等材料)形成电极时，就会产生热电效应，从而产生热流和电流，进而实现制冷效果。具体来说，当热流作用于热致电器件的两端时，热致电元件能够将热能转化为电能，同时在外界电源的作用下，电路会使热致电元件的两端形成热差，实现制冷效果。

磁制冷是一种利用磁性材料的磁热效应来实现制冷的技术，所谓磁热效应是指外加磁场发生变化时磁性材料的磁矩有序排列发生变化，即磁熵改变，导致材料自身发生吸、放热的现象。在无外加磁场时，磁性材料内磁矩的方向是杂乱无章的，表现为材料的磁熵较大；有外加磁场时，材料内磁矩的取向逐渐趋于一致，表现为材料的磁熵较小。在励磁的过程中，磁性材料的磁矩沿磁场方向由无序到有序，磁熵减小，由热力学知识可知此时磁工质向外放热；在去磁的过程中，磁性材料的磁矩沿磁场方向由有序到无序，磁熵增大，此时磁工质从外部吸热。其次在绝热条件下，磁工质与外界没有发生热量交换，在励磁和去磁的过程中，磁场对材料做功，使材料的内能改变，从而使材料本身的温度发生变化。

在一些可选实施例中，第一换热组件20还包括第一驱动泵组24。第一驱动泵组24包括第一驱动泵和连通第一固态端换热器21和第一外端换热器22的第一管路，第一驱动泵设于第一管路且控制第一管路的通断。

载冷剂在第一换热组件20间流动，设置第一驱动泵组24可为载冷剂流动提供驱动力。且驱动泵组还可控制第一管路的通断，以使第一换热组件20运行或停止运行。

在一些可选实施例中，第二换热组件30还包括第二驱动泵组34。第二驱动泵组34包括第二驱动泵和连通第二固态端换热器31和第二外端换热器32的第二管路，第二驱动泵设于第二管路且控制第二管路的通断。

同样的，载冷剂在第二换热组件30间流动，设置第二驱动泵组34可为载冷剂流动提供驱动力。且驱动泵组还可控制第二管路的通断，以使第二换热组件30运行或停止运行。

在一些实施例中，家电设备包括前述的固态制冷系统。

在一些可选实施例中，家电设备包括空调器、冰箱或冷柜。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种固态制冷系统，其特征在于，包括：

固态制冷元件；

第一换热组件，设置于固态制冷元件一侧，且与固态制冷元件导热连接，以导出固态制冷元件的热量，其中，第一换热组件包括相连接的第一固态端换热器、第一外端换热器和第一抑流件；

第二换热组件，设置于固态制冷元件另一侧，且与固态制冷元件导热连接，以导出固态制冷元件的冷量，其中，第二换热组件包括相连接的第二固态端换热器、第二外端换热器和第二抑流件，

其中，第一换热组件和第二换热组件交替运行，以分别导出固态制冷元件的热量或冷量。

2.根据权利要求1所述的固态制冷系统，其特征在于，

第一固态端换热器包括单流路换热器或多支路换热器；

第二固态端换热器包括单流路换热器或多支路换热器。

3.根据权利要求2所述的固态制冷系统，其特征在于，

在第一固态端换热器包括单流路换热器的情况下，第一抑流件包括文丘里管；和/或，

在第二固态端换热器包括单流路换热器的情况下，第二抑流件包括文丘里管。

4.根据权利要求2所述的固态制冷系统，其特征在于，

在第一固态端换热器包括多支路换热器的情况下，第一抑流件包括文丘里分液器；和/或，

在第二固态端换热器包括多支路换热器的情况下，第二抑流件包括文丘里分液器。

5.根据权利要求2所述的固态制冷系统，其特征在于，

在第一固态端换热器包括多支路换热器的情况下，第一抑流件连接于第一固态端换热器的进液端；和/或，

在第二固态端换热器包括多支路换热器的情况下，第二抑流件连接于第二固态端换热器的进液端。

6.根据权利要求1至5任一项所述的固态制冷系统，其特征在于，

固态制冷元件包括电卡制冷元件、热电制冷元件或磁制冷元件。

7.根据权利要求1至5任一项所述的固态制冷系统，其特征在于，第一换热组件还包括：

第一驱动泵组，第一驱动泵组包括第一驱动泵和连通第一固态端换热器和第一外端换热器的第一管路，第一驱动泵设于第一管路且控制第一管路的通断。

8.根据权利要求1至5任一项所述的固态制冷系统，其特征在于，第二换热组件还包括：

第二驱动泵组，第二驱动泵组包括第二驱动泵和连通第二固态端换热器和第二外端换热器的第二管路，第二驱动泵设于第二管路且控制第二管路的通断。

9.一种家电设备，其特征在于，

包括如权利要求1至8任一项所述的固态制冷系统。

10.根据权利要求9所述的家电设备，其特征在于，

家电设备包括空调器、冰箱或冷柜。