CN2656907Y - 热电制冷空调器 - Google Patents

Abstract

一种热电制冷空调器，具有室内电子致冷气、室外热交换装置、供、回水管路、循环水泵，室外热交换装置采用蒸发式散热装置，室内、外机还连接连通有蒸发致冷新风引入管路，室外蒸发式散热装置的机壳内安装风机、回水管、蒸发填料体、水箱、循环水泵、出水管，室内电子致冷器又由高效电温差制冷和制热组件，水循环散热通道、风式吸热器、风机构成。本实用新型构思巧妙、设计合理，结构紧凑，效率高，成本低，环保性能好，是空调器技术升级、更新换代的新产品。

Description

热电制冷空调器

技术领域：

本实用新型涉及一种空气调节器，具体涉及一种利用半导体热电效应制冷的电子空调器。

背景技术：

目前，制冷与空调技术在工业、商业、民用及日常生活中得到了十分广泛的应用，已成为现代社会不可缺少的重要技术。而在制冷与空调技术中，蒸汽压缩式制冷方法应用最为普遍，如家用空调器，均以氟利昂为制冷剂，制冷设备包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀及其他辅助设备，这种制冷方法存在着以下一些不容忽视的问题：

一、破坏臭氧层，不利于环境保护。

保护好环境，保护好地球是全人类的共同目标，以氟利昂为制冷剂，采用压缩机制冷的空调器产品，对人类生存环境的破坏和影响，主要为两个方面：

1、对大气臭氧层有破坏作用。氟利昂在臭氧层中分解，氯离子抢夺臭氧电子，使臭氧变成氧，臭氧层的破坏危害人类健康，影响植物及海洋生物的生长繁殖，产生附加温室效应，并加速聚合物的老化。这些已经引起了全人类的关注，各国政府签署的《蒙特利尔议定书》规定，发达国家于1996年1月1日前停止以氟利昂R₁₂为代表的氯氟烃的生产，2020年限制低氟产品的消费；中国政府承诺2002年前停止氯氟烃产品的生产，2005年停止使用氯氟烃产品，2010年限制低氟产品的生产，2030年停止低氟产品的应用。由此可见，我国目前绝大多数使用低氟(R₂₂)的空调产品，其寿命仅10余年，而且随着中国经济的快速发展，禁止的时间还会提前。

2、噪声污染。由于压缩机等转动部件的存在，不可避免地存在噪声污染，特别是当前我国城市人口人均住房面积不大，在住房条件不太完善的情况下，这种污染就更直接，更突出，直接影响人们的生活质量。

二、造工艺复杂，生产成本高。氟利昂空调产品结构复杂，制造工艺要求高。传统的以压缩机为中心的空调产品，至少包括压缩机、冷凝器、蒸发器、吸盘管、膨胀阀(毛细管)及辅助设备，主要部件本身材质要求高，制造工艺也相当复杂，相应地检测手段也要求非常严密，这些都决定了压缩机空调生产投资大，成本高。此外，这种空调控制技术也极为复杂，难以作到精确控制，影响了空调产品整体性能的提高。

为解决氟利昂空调产品存在的问题，许多科技人员和生产厂家进行了大量的研究工作，但由于多种因素的制约，至今未能找到一种技术上和经济上合理的代用品。

发明内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：解决传统的以氟利昂为制冷剂压缩机制冷的空调机破坏大气臭氧层、不利于环境保护、以及制造工艺复杂、成本高、噪声大的问题；而提供一种无任何污染、有利环境保护、结构简单、技术先进、控制精确、能耗低、投资少、运行成本低、能效比高、使用寿命长的新型绿色环保产品——热电制冷空调器

本实用新型采用的技术方案是：这种热电制冷空调器具有室内电子制冷器，室外热交换装置、及与室内电子致冷器和室外热交换装置相连接的供、回水管路、循环水泵，本实用新型的室外热交换装置采用蒸发式散热装置，在室外蒸发式散热装置的出风口和电子致冷器的入风口之间连接连通有蒸发致冷新风引入管路；室外蒸发式散热装置其结构为在机壳内安装风机、回水管、蒸发填料体、水箱、循环水泵、出水管，回水管的出水端下方为蒸发填料体，蒸发填料体的下方为水箱，水箱与循环水泵及出水管连接连通，风机安装在蒸发填料体一侧；室内电子致冷器由多个电子致冷单元连接在一起构成，每个电子致冷单元的结构为：两高效电温差制冷和制热组件内侧之间为水循环散热通道，而两高效电温差制冷和制热组件外侧紧密连接安装风式吸热器，多个电子致冷单元的水循环散热通道串联连通，而多个连接在一起的风式吸热器的上方安装有风机，风机上方的机壳上开有蒸发致冷新风入口。

上述技术方案中，室外蒸发式散热装置内的蒸发填料为网状框内安装或填充具有过滤、吸附、蒸发作用的蜂窝纸蒸发填料。

上述技术方案中，电子致冷器内的风式吸热器为散冷翅片。

上述技术方案中，由电子制冷芯片制作的电效电温差制冷和制热组件为已有技术，中国专利96242510.9已对其作了详尽透彻的论述。

本实用新型具有如下突出的特点和显著效果：

1、本实用新型的制冷部件为半导体芯片，既区别于传统的氟利昂压缩机制冷，又区别于溴化锂制冷，半导体器件制冷无大气污染，无噪声污染，更不会对大气臭氧层造成破坏，是完全绿色环保产品。

2、采用电子制冷技术，技术先进，控制精确，智能化程度高，电子制冷芯片可根据温控需要部分或全部投入工作，节约能源，而且使用寿命长。

3、本实用新型能源消耗单一，能效比高，能耗低，是一种高效节能产品。

4、室内外连接的供回水管路可直接裸露在外，无需绝热保温，即使夏天管道也不会出现凝水问题。极大地减少了投入，使安装也变得更加容易，维护方便。

5、特别是本实用新型的室外热交换装置引入了蒸发式散热器，效率明显提高，高温回水可下降5-10℃，吸入的室外风经蒸发致冷可下降3-5℃。这种低温水和低温冷风回收到室内机电子致冷器，不仅是一种能量回收，而且极大地提高了室内机的制冷效率。

6、本实用新型增设了新风引入管路，将室外蒸发散热装置致冷的新风通过管路连接至室内电子致冷器的新风入口，该冷风吹入电子致冷器内的风式吸热器，即散冷翅片，使致冷效率极大提高，新增设的这种新风能量回收系统，使本实用新型的致冷效率极大提高，性能更优良。

7、本实用新型的室内电子致冷器结构简单、紧凑、实用，其换热端与室外蒸发式散热装置形成散热水循环回路，循环水泵从室外机水箱吸入的水经过室内机热电组件的热端散热器加热后，循环进入室外机蒸发器中，经蒸发冷却后再进入室内机散热器热端，如此循环，大大降低了热电组件的热端温度，也降低了热电组件两端的温差，使半导体电子制冷芯片的制冷效率大大提高。

8、本实用新型室内机电子致冷器的冷端换热翅片直接贴合在电子制冷芯片热电组件冷端，采用空气直接散冷，避免了经多次传热所造成的效率损失，降低了空气传热温差，进而降低了电子芯片热电组件两端的温差，进一步提高了电子芯片热电组件的制冷效率。

本实用新型既区别于现有中央空调系统集中制冷制热后向用户分散输送，又区别于现有各用户的单独空调机相互之间无任何连接关系。本实用新型将用户的室内电子致冷器通过循环水管和致冷新风引入管道连接至一个室外的蒸发式散热装置。构思巧妙，设计合理、装置简单。结构紧凑，致冷效率高，环保性能好，成本费用低，是我国乃至世界空调器技术升级、更新换代的新产品。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意图

图2为本实用新型室内电子致冷器结构示意图

图3为图2的A-A剖视图

图4为本实用新型室外蒸发式散热装置结构示意图

图5为室内电子致冷器的制冷单元结构示意图

具体实施方式：

参见图1，这种热电制冷空调器具有室内电子致冷器1、室外热交换装置2、及与室内电子致冷器和室外热交换装置相连的供水管路3、回水管路4、循环水泵5，本实用新型的室外热交换装置2采用蒸发式散热装置，在室外蒸发式散热装置2的出风口6和室内电子致冷器的入风口7之间连接连通有蒸发致冷新风引入管路8。

参见图2、图3、图5，本实用新型的室内机电子致冷器1由多个致冷单元连接在一起构成，每个电子致冷单元的结构为：两高效电温差制冷和制热组件9内侧之间为水循环散热通道10，而两高效电温差制冷和制热组件9外侧紧密连接安装风式吸热器11，这种高效电温差制冷和制热组件为已有技术，见中国专利962425109，产品由湖南郴州亚光冷热源材料有限公司生产。这种风式吸热器11即散冷翅片，多个电子致冷单元的水循环散热通道通过端头的连接水管12串联连通，而多个连接在一起的风式吸热器的上方安装有风机13，风机13上方的机壳上开有蒸发致冷新风入口7。

本实用新型的室内电子致冷器其结构设计采用独特的风式吸热器和水散热器，大大降低了热电组件的热端温度，也降低了热电组件两端的温差，因而电子制冷芯片的制冷效率大大提高，这种结构形式也避免了传统结构需经多次传热所造成的效率损失，降低了空气传热温差，同样提高了电子芯片热电组件的制冷效率。参阅下面的计算设计：

1、风式吸热器

①传热面积：

选用板翅式热交换器，总吸热量为2500W，室内平均气温27℃(最高32℃，最低22℃)，板翅式热交换器翅片上平均温度21℃(最高26℃，最低18℃)，室内空气与热交换器翅片的温差算术平均值为6K，取空气与翅片的换热系数为25W/K M²，则得总传热面积S_x为：

$S_x=\frac{Q_x}{K_q\×\mathrm{\Δt}}=\frac{2500}{25\×6}=16.67\left(m^2\right)$

式中：S_x-传热面积M²；

Q_x-总吸热量为2500W；

K_q-空气与翅片的换热系数为25W/K M²；

Δt-空气与翅片的平均温度差(6K)。

②通风计算

风量计算

已知：室内最高气温32℃，最低22℃，平均27℃。即空气流经板翅式热交换器后其温度从32℃降致22℃，其放出热量为板翅式热交换器吸热量S_x2500W。

根据制冷空调的有关经验数据，折湿系数ξ取0.60，可得

$Q=\frac{3600\mathrm{\ζ}\·Q_x}{1000\×{\mathrm{\ρ}}_{K}C\·{\mathrm{\ΔT}}_K}=\frac{3600\×0.6\×2500}{1000\×1.293\×{10}^{-3}\×1.017{\×10}^4\×10}$

$=410(m/h)$

式中：Q_x-循环风量M³/h；

ξ-折湿系数ξ取0.60；

ρ_x-空气密度，1.293×10³kg/L；

C-空气定压比热，1.017×10³J/Kg K；

Δt-室内空气最高与最低的温度差10K。

通风断面

根据制冷空调的有关经验数据，风速应为2.8～3.2M/s，这样既可保证热交换，又可保证去湿，所以通风断面S_T为

$S_T=\frac{Q_x}{3600V}=\frac{410}{3600\×(2.8~3.2)}=0.041~0.036m^2$

式中：S_T-通风M²；

V-循环风速M/S；

③风式吸热器设计

已知通风断面截面积为0.036-0.041m²，传热总面积为16.67m²，因而四组风式吸热器的传热总面积为16.67m²，每组风式吸热器的传热面积为4.17m²，其设计体积为200mm×600mm×25mm＝3000000mm³＝0.003m³，四组风式吸热器的体积为0.012m³，每片肋片的传热面积为180mm×24mm×2＝8640mm²＝0.00864m²，因此肋片数＝4.17m²/0.0864m²＝482片，肋片间距为550mm/482＝1.14mm。

2、水散热器

①传热面积

选用板翅式热交换器，总散热量为3750W，热端制冷芯片上平均温度29℃(最高34℃，最低26℃)，板翅式热交换器翅片上平均温度31℃(最高36℃，最低28℃)，室内空气与热交换器翅片的温差算术平均值为6K，取水与翅片的换热系数为1000W/K M²，则得总传热面积S_x为：

$S_x=\frac{Q_x}{K_q\×\mathrm{\Δt}}=\frac{3750}{1000\×2}=1.875\left(m^2\right)$

式中：S_x-传热面积M²；

Q_x-总吸热量为3750W；

K_q-空气与翅片的换热系数为1000W/K M²；

Δt-水与翅片的平均温度差(2K)。

②水散热器设计

已知：翅片与水的平均温度差为2K。即水流经板翅式热交换器后其温度升高2℃，其散出热量为板翅式热交换器放热量S_x3750W。空气与翅片的换热系数为1000W/KM²时水的流速应≥0.1m/s，二组风式吸热器的传热总面积为1.875m²，因而每组风式吸热器的传热面积为0.936m²，每片肋片的传热面积为600mm×16mm×2＝19200mm²＝0.0192m²，因此肋片数＝0.936m²/0.0192m²＝49片，肋片间距为180mm/49＝3.67mm。

参见图4，本实用新型的室外机蒸发式散热装置其结构为：在机壳内安装风机14、回水管15、蒸发填料体16、水箱17、循环水泵5、出水管18，回水管15的出水端下方为蒸发填料体16，蒸发填料体16的下方为水箱17，水箱17与循环水泵5、出水管18连接连通，风机14安装在蒸发填料体16的一侧，蒸发填料体的另一侧机壳上具有出风口20，该出风口即为蒸发致冷新风出风口，通过管道8引至室内机电子致冷器的入风口7。蒸发填料体16为网状框内安装或填充具有过滤、吸附、蒸发作用的蜂窝纸蒸发填料19。

Claims (3)

1、一种热电制冷空调器，具有室内电子致冷器、室外热交换装置、及与室内电子致冷器和室外热交换装置相连接的供、回水管路、循环水泵，其特征在于室外热交换装置采用蒸发式散热装置，在室外蒸发式散热装置的出风口和室内电子致冷器的入风口之间连接连通有蒸发致冷新风引入管路；室外蒸发式散热装置其结构为在机壳内安装风机、回水管、蒸发填料体、水箱、循环水泵、出水管，回水管的出水端下方为蒸发填料体，蒸发填料体的下方为水箱，水箱与循环水泵及出水管连接连通，风机安装在蒸发填料体一侧；室内电子致冷器由多个电子致冷单元连接在一起构成，每个电子致冷单元的结构为：两高效电温差制冷和制热组件内侧之间为水循环散热通道，而两高效电温差制冷和制热组件外侧紧密连接安装风式吸热器，多个电子致冷单元的水循环散热通道串联连通，而多个连接在一起的风式吸热器的上方安装有风机，风机上方的机壳上开有蒸发致冷新风入口。

2、根据权利要求1所述的热电制冷空调器，其特征在于室外蒸发式散热装置内的蒸发填料体为网状框内安装或填充具有过滤、吸附、蒸发作用的蜂窝纸蒸发填料。

3、根据权利要求1所述的热电制冷空调器，其特征在于电子致冷器内的风式吸热器为散热翅片。

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