[发明专利]用于节能型制冷剂循环性能提升的热电冷却器

说明书

技术领域

本应用涉及具有节能器回路的制冷剂系统，其中，热电冷却 器提供额外的冷却及性能提升以辅助传统的节能器回路。

背景技术

制冷剂压缩机使制冷剂循环经过制冷剂系统以调节二次流 体。典型地，在基本的制冷剂循环中，压缩机压缩制冷剂并将其输送至 散热热交换器。来自散热热交换器的制冷剂经过膨胀装置，在那里其压 力和温度降低。在膨胀装置的下游，制冷剂经过吸热热交换器，并随后 返回压缩机。已知吸热热交换器典型地是蒸发器。在亚临界应用中散热 热交换器是冷凝器，在跨临界应用中散热热交换器是气体冷却器。

制冷剂系统设计中提高性能的一个选择是采用节能器，或所 谓的蒸汽注入作用。当节能器功能被激活时，制冷剂的一部分从散热热 交换器下游的主制冷剂流中被分流。在一种配置中，该分流的制冷剂经 过辅助膨胀装置，被膨胀为中间压力和中间温度，并且随后该部分膨胀 的分流的制冷剂在节能器热交换器中与主制冷剂流成热交换关系通过。 如此，主制冷剂被冷却使得当其到达吸热热交换器时将具有更大的热力 势。分流的制冷剂，通常在过热的热力状态中，返回节能器热交换器下 游的压缩机中的中间压缩点。已知存在包括节能器热交换器以及提供相 似功能性的闪蒸罐的其他布置。

最近提出的结合到制冷剂系统中的另一种选择是采用热电 冷却器。热电冷却器本质上利用不同的半导体材料的特定热电特性并且 基于两个现象-在热电装置的工作期间同时发生的珀尔帖效应和塞贝克效 应。珀尔帖效应是有关两种电导体的接点处有限的热通量的释放或吸收， 该两种电导体由不同的材料制成并且在存在电流时保持在恒定温度下。 同样地，塞贝克效应涉及相同的布置，其中两个接点保持在不同的温度， 这会产生有限的电位差以及将在闭环电路中驱动电流的电动势。

珀尔帖和塞贝克效应在优选由具有不同的绝对热电势的材 料制成的热电冷却器中同时出现。经过两个接点的有限电流引起与保持 在不同温度下的冷和热两个储蓄器的两种热传递相互作用。为了热电冷 却器的稳定工作，与两个接点有关的热通量应具有相反的符号。如果外 部系统维持电位差并且驱动电流对抗该电位差，则二-接点系统变为热电 冷却装置。

典型的热电冷却器由作为两种不同导体的P-型和N-型半导 体元件的排列组成。P-型材料的电子数量不充足，而N-型材料具有多余 的电子。这些N-型材料中的电子以及P-型材料中的所谓″空穴″，除了输 送电流之外，还成为运输介质以将热量从冷接点移动到热接点。热传输 率取决于经过电路的电流以及移动的电子-空穴对的数量。当电流通过一 对或更多对的P-N元件时，冷接点处温度的降低导致从要被冷却的物体 吸收热量。当电子从高能量状态移动到低能量状态时，上述热量通过电 子传输被输送经过热电冷却器，并且在热接点处被释放。

尽管热电装置本质上是不可逆的，因为在它们工作期间热量 和电流必须流过电路，但是它们没有移动部件，这使得它们非常可靠。 另外，传统的蒸汽压缩系统的制冷剂由从冷接点输送能量到热接点的电 子代替，电子由具有不同的绝对热电势并且电串联连接且热并联连接的 两个导体产生。

至今，仅仅提出在传统制冷剂循环中的散热热交换器的下游 设置使用热电冷却器。从未提出该热电冷却器用于给节能器循环提供额 外的性能提升。考虑到空调应用范围中节能器循环的有限制容量以及不 断提升的效率标准，节能型制冷剂系统的性能增强变得尤为紧迫。此外， 除了节能器功能之外，诸如跨临界状态中工作的二氧化碳的替代制冷剂 需要另外的装置以获得与充有传统制冷剂的制冷剂系统的性能水平相当 的性能水平。

发明内容

在所揭示的本发明的实施方式中，制冷剂系统具有节能器回 路。通过给节能型制冷剂流或者直接给主制冷剂流或者给两者提供额外 的冷却，热电冷却器可操作以为节能型制冷剂系统提供额外的性能提升。 在任一情况下，热电冷却器可以相对于相应的制冷剂流设置在节能器的 上游或下游。在所揭示的全部制冷剂系统配置中，热电冷却器允许对主 制冷剂流的额外冷却以及其在主膨胀装置上游的温度降低。因此，进入 蒸发器的制冷剂流的热力冷却势能以及制冷剂系统的整体性能得以提 升。

本发明的这些和其他特征可从下述的说明书及附图中得到 最好的理解，以下是对附图的简要说明。

附图说明

图1A显示第一示意图。

图1B显示第二示意图。

图2A显示第三实施方式。