[发明专利]分配式热电加热和冷却的系统和方法

说明书

一种提供分配式局部加热、冷却或加热且冷却的热电系统(100)和方法。该热电系统(100)包括多个热电组件(120)。每个热电组件(120)包括多个热电元件(122)，且每个热电组件与第一工作流体(112)热连通并与对应于热电组件(120)的区域(130)热连通。每个热电组件(120)可选择性操作，以便通过将热从第一工作流体(112)转移到对应于热电组件(120)的区域(130)从而加热对应于热电组件(120)的区域(130)，或通过将热从对应于热电组件(120)的区域(130)转移到第一工作流体(112)而冷却对应于该热电组件(120)的区域(130)。每个热电组件(120)可独立于多个热电组件中其他热电组件而操作。

本申请是于2008年5月23日提交的名称为“分配式热电加热和冷却的系统和方法”的中国专利申请200880021383.3的分案申请。

相关申请的交叉参考

本申请要求2007年5月25日提交的美国临时申请No.60/940,372和2007年7月31日提交的美国临时申请No.60/953,157的权益，这两个临时申请的全部内容被包括在此以供参考。

技术领域

本发明一般涉及通风、加热和冷却系统以便形成和分配舒适的空气的领域，并涉及对应温度控制对其重要的灵敏系统进行的热管理。

背景技术

为实现舒适和为管理关键系统和装备的温度的加热和冷却主要是通过集中式系统实现的。在这些系统中，热和冷工作流体被用来提供对相对大体积内的目标物体和周围结构的温度控制。该系统容量必须尺寸适于加热或冷却目标物体加周围结构、外部物体和阻挡材料的热负载。非目标物体的加热和冷却导致显著的能量浪费，且系统响应时间更慢。

这种系统配置的变化涉及利用特殊导管来传递中央系统中调节的工作流体到不同区域。该方法也承受上述能量损耗。

在建筑物内，集中式加热和冷却系统被用来建立和维持占用者舒适，和在特别情形中的灵敏电子装备的温度控制。这些系统产生并分配来自中央点的加热的和冷却的空气。该系统承受相当的损耗，因为仅部分由中央系统形成的热功率达到目标物体，而大部分热容量被浪费于调节墙壁、导管、天花板、窗户和家具。具有旋转机械部件的集中式加热和冷却系统易有噪声，并经受密封和其他机械故障。系统使用消耗臭氧的制冷剂，如R-134A。除了在窄温度范围上工作的热泵系统(heat pump system)之外，还要求独立单元加热。

建筑物加热和冷却也可由较小的局部单元提供，然而这样的单元利用压缩机来冷却，但这是有噪声和震动的，且这样的单元利用易故障的机械部件、使用消耗臭氧制冷剂，并且需要使用额外单元来加热。将热电设备用于这类应用受到限制，因为其效率差并使用太多热电材料而不能在成本限内提供必要的容量。

在汽车中，空气被迫穿过集中式空气处理器单元(air handler unit)内的蒸发器芯(core)从而提供冷空气给热条件下的乘客舱。空气处理器单元内产生的冷空气是经一系列阀门和空气导管被分配以便为乘客制冷。这样的系统可在稳定的状态条件下供应3000到4500瓦特冷却空气，而乘客仅要求(和接收)小部分的冷却空气。大部分冷却空气被用来降低乘客舱的其他部件的温度，包括窗户、车顶内衬(head liner)、座椅和地板的温度。此外，这类系统的冷却设备使用具有高温室气体指数(high Green House Gas Index)的如R-134A的化学品并以易故障的机械部件来运作。

在加热模式中，空气处理器单元通过相同的分配系统来提供加热，并承受类似于A/C系统的损耗，因为大部分加热空气被用来加热乘客舱内除乘坐者之外的各种元件。而且，因为引擎冷却液的废热被用来加热乘坐者，所以响应时间慢。对于小引擎高效车辆，如柴油机车和混合动力车，尤为如此。这种情况已经被人们认识到，且正温度系数(PTC)加热器被用来补充引擎冷却液加热。然而，这类设备效率低。