專利名稱：一種溫差電制冷器梯級(jí)供冷蓄冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫差電制冷器梯級(jí)供冷蓄冷裝置，具體屬低溫制冷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代制冷技術(shù)作為一門科學(xué)，是十九世紀(jì)中期和后期發(fā)展起來(lái)的，在此之前，追溯到人類的祖先，人們很早就懂得冷的利用和簡(jiǎn)單的人工制冷了 用地窖作冷貯室，用泉水冷卻貯藏室已有5000年之久的歷史。二十世紀(jì)后，制冷技術(shù)有了更大的發(fā)展1910年家用冰箱問(wèn)世，1917年在美國(guó)開(kāi)始作為商品投放市場(chǎng)。1930年，氟利昂制冷工質(zhì)的出現(xiàn)和氟利昂制冷機(jī)的使用給制冷技術(shù)帶來(lái)新的變革。二十世紀(jì)七十年代，人們對(duì)混合工質(zhì)進(jìn)行了大量的研究，并開(kāi)始使用共沸混合工質(zhì)，為蒸汽壓縮式制冷機(jī)的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。制冷技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)從保存食品和調(diào)節(jié)一定空間的溫度，擴(kuò)展、滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，并與人們的日常生活有了更加緊密的聯(lián)系。溫差電致冷裝置又稱半導(dǎo)體致冷器，它沒(méi)有復(fù)雜的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，利用特種半導(dǎo)體材料組成P— N結(jié)，通上直流電就能制冷，且制冷迅速，改變電源供電方向，可以從制冷轉(zhuǎn)為制熱。它的這些特點(diǎn)為高新技術(shù)提供了應(yīng)用領(lǐng)域，作為制冷技術(shù)的一個(gè)重要分支，世界各國(guó)對(duì)此非常重視并組織了較大規(guī)模的工藝生產(chǎn)、研究，特別是美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)發(fā)展較快。1821年，德國(guó)科學(xué)家塞貝克(Seebeck)第一個(gè)發(fā)現(xiàn)了溫差電現(xiàn)象，即在由兩種不同的導(dǎo)體組成的開(kāi)路中，如果導(dǎo)體的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)存在溫度差，開(kāi)路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Etl,這就是塞貝克效應(yīng)。由塞貝克效應(yīng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱溫差電動(dòng)勢(shì)。之所以稱為溫差電，是因?yàn)楹髞?lái)人們認(rèn)識(shí)到指南針的偏轉(zhuǎn)是由于溫差使回路產(chǎn)生電流而引起的。約12年后，法國(guó)的帕爾帖(Peltier)發(fā)現(xiàn)電流流過(guò)兩種不同導(dǎo)體的界面時(shí)，將從外界得到或放出熱量，這就是帕爾帖效應(yīng)。由帕爾帖效應(yīng)產(chǎn)生的熱流量稱帕爾帖熱。但他沒(méi)有意識(shí)到他的發(fā)現(xiàn)的本質(zhì)以及與塞貝克效應(yīng)之間的關(guān)系。直到1838年，帕爾帖現(xiàn)象的本質(zhì)才由楞次給予了正確的解釋。1855年，湯姆遜發(fā)現(xiàn)并建立了塞貝克效應(yīng)與帕爾帖效應(yīng)的關(guān)系，并預(yù)言了第三種溫差電現(xiàn)象，即湯姆遜效應(yīng)的存在；后來(lái)他又從實(shí)驗(yàn)上證明了這種效應(yīng)。湯姆遜關(guān)系的發(fā)現(xiàn)對(duì)后來(lái)的溫差電學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展起了極大的推動(dòng)作用。1949年原蘇聯(lián)的約飛提出了關(guān)于半導(dǎo)體溫差電的理論，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用方面做了許多工作，1953年研制出溫差電家用冰箱樣機(jī)，并與1956年出版了《半導(dǎo)體熱電元件與熱電制冷》一書，可以認(rèn)為是溫差電轉(zhuǎn)換效應(yīng)實(shí)用化電器產(chǎn)品的開(kāi)端，此后的發(fā)展十分迅速。但與其它半導(dǎo)體器件的發(fā)展相比，卻是緩慢的。影響溫差電轉(zhuǎn)換功率應(yīng)用的最大制約因數(shù)是它們的轉(zhuǎn)換效率太低，難以與傳統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換器相比，研究一度進(jìn)入低潮。然而，1959年齊納博士預(yù)言溫差電材料能夠?qū)崿F(xiàn)類似于氟利昂壓縮式制冷或渦輪發(fā)電機(jī)那樣的性能，這無(wú)疑給溫差電器件的產(chǎn)業(yè)化注入了強(qiáng)心劑、興奮劑。60年代初期，一下子就出現(xiàn)了上百家專業(yè)工廠，也大大激發(fā)了科學(xué)家們?yōu)閷で蟾邇?yōu)值材料而在基礎(chǔ)理論和新材料探索方面的熱情。人們對(duì)以碲化鉍(Bi2Te3)為基礎(chǔ)的膺二元、膺三元合金系進(jìn)行了深入的研究。盡管如此，數(shù)十年來(lái)材料性能的提高卻十分緩慢。相比而言，器件的制備工藝則日趨完善，產(chǎn)品形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，生產(chǎn)形成規(guī)?；?。但是作為一類固體換能器件，它的優(yōu)點(diǎn)又是無(wú)可比擬的，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展和水平的提高，日趨成熟的各類溫差電器件的優(yōu)點(diǎn)得到更多的重視，在眾多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。這些特點(diǎn)包括無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)噪聲、容易微型化、易于控制、可靠性高、壽命長(zhǎng)等，可靠性高是其主要優(yōu)點(diǎn)，通常設(shè)計(jì)中無(wú)需采用其他形式的傳熱工質(zhì)，因此就避免了諸如振動(dòng)、壓力、密封系統(tǒng)等許多設(shè)備制造中常碰到的問(wèn)題。在許多不是以能量轉(zhuǎn)換效率為主要考慮因數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，溫差電具有不可取代的優(yōu)點(diǎn)。在保護(hù)環(huán)境呼聲日高的今天，溫差電轉(zhuǎn)換器件又因其不污染環(huán)境、可利用廢熱和可再生能源的潛力而進(jìn)一步得到重視。上世紀(jì)末，蓬勃發(fā)展的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在液氮溫度以上的高溫超導(dǎo)材料及其應(yīng)用堪稱為最重大的科技成果，為適應(yīng)這一未來(lái)應(yīng)用前景十分廣闊的對(duì)低溫條件的需求，溫差電制冷也把獲得這樣的低溫作為一項(xiàng)重要內(nèi)容。這一努力包括進(jìn)一步選擇可能的材料。令人遺憾的是齊納的預(yù)言至今未能實(shí)現(xiàn)。而且到目前為止，還難以確定能否實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)，單純從能量轉(zhuǎn)換效率的角度來(lái)看，溫差電制冷還不能與傳統(tǒng)的模式蒸汽壓縮式制冷或吸收式制冷相比擬。之所以未能取得重大突破，其根本原因是沒(méi)有正確的制冷理論指導(dǎo)、未意識(shí)到溫差電轉(zhuǎn)換裝置真正適宜的高效率的應(yīng)用領(lǐng)域是低于環(huán)境溫度的低溫領(lǐng)域，即冷能的冷電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，且未能找到冷能發(fā)電的高效模式。如能有效解決上述問(wèn)題，溫差電材料完全能夠?qū)崿F(xiàn)類似于氟利昂壓縮式制冷那樣的性能，實(shí)現(xiàn)齊納博士的預(yù)言，本發(fā)明即是對(duì)上述問(wèn)題的理論和實(shí)踐的探索。傳統(tǒng)制冷理論的主要基礎(chǔ)是熱力學(xué)，即采用同溫差的卡諾逆循環(huán)分析制冷循環(huán)過(guò)程，制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是制冷系數(shù)，就是得到的收益和耗費(fèi)的代價(jià)之比值，并且以大氣環(huán)境溫度Ttl與溫度為Tc低溫?zé)嵩?如冷庫(kù))之間的一切制冷循環(huán)，以逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為最聞:1，
權(quán)利要求
1.一種溫差電制冷器梯級(jí)供冷蓄冷裝置，該裝置包括溫差電制冷裝置極低溫位制冷循環(huán)、低溫位制冷循環(huán)及蓄冷循環(huán)，其特征在于: 所述的溫差電制冷裝置極低溫位制冷循環(huán)，是指從制冷劑貯罐(I)出來(lái)的液體制冷劑(2)，經(jīng)低溫液體泵(3)增壓后送入溫差電制冷器(4)，直流電轉(zhuǎn)換裝置(4-4)對(duì)溫差電偶組(4-1)輸入直流電，使制冷劑通道(4-2)的制冷劑獲得電能轉(zhuǎn)化的一部分冷能并降低溫度，制冷過(guò)程產(chǎn)生的熱量通過(guò)溫差電偶組(4-1)傳遞給回?zé)嵬ǖ?4-3)中通過(guò)的制冷劑(9)，從溫差電制冷器(4)出來(lái)的制冷劑送入冷量使用單元(5)，再回到制冷劑貯罐(1)，從而形成溫差電制冷裝置極低溫位制冷循環(huán)回路； 所述的溫差電制冷裝置低溫位制冷循環(huán)，是指從制冷劑貯罐(8)出來(lái)的液體制冷劑(9)，經(jīng)低溫液體泵(10)送入回冷器(11)、溫差電制冷器(4)的回?zé)嵬ǖ?4-3)，吸收溫差電偶組(4-1)制冷過(guò)程產(chǎn)生的熱量，再送入低溫位冷量用戶(12)，形成制冷劑過(guò)熱蒸汽(13)，進(jìn)入膨脹機(jī)(14)膨脹做功拖動(dòng)制動(dòng)設(shè)備(18)，膨脹機(jī)(14)出口乏汽(15)經(jīng)回冷器(11)、返流管線(16)，回到制冷劑貯罐(8)，從而形成溫差電制冷裝置低溫位制冷循環(huán)過(guò)程; 所述的溫差電制冷裝置蓄冷循環(huán)，是指從制冷劑貯罐(1)出來(lái)的液體制冷劑(2)，經(jīng)低溫液體泵(3)增壓后送入溫差電制冷器(4)，直流電轉(zhuǎn)換裝置(4-4)對(duì)溫差電偶組(4-1)輸入直流電，使制冷劑通道(4-2)的制冷劑獲得電能轉(zhuǎn)化的一部分冷能并降低溫度，制冷過(guò)程產(chǎn)生的熱量通過(guò)溫差電偶組(4-1)傳遞給回?zé)嵬ǖ?4-3)中通過(guò)的制冷劑(9)，從溫差電制冷器(4)出來(lái)的制冷劑經(jīng)冷量使用單元(5)的旁路管線(7)直接進(jìn)入制冷劑貯罐(1)，此時(shí)制冷劑貯罐(1)相當(dāng)于蓄冷器，從而形成溫差電制冷裝置蓄冷循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 設(shè)有節(jié)流閥(6): 從制冷劑貯罐(1)出來(lái)的液體制冷劑(2)，經(jīng)低溫液體泵(3)增壓后送入溫差電制冷器(4)，直流電轉(zhuǎn)換裝置(4-4)對(duì)溫差電偶組(4-1)輸入直流電，使制冷劑通道(4-2)的制冷劑獲得電能轉(zhuǎn)化的一部分冷能并降低溫度，制冷過(guò)程產(chǎn)生的熱量通過(guò)溫差電偶組(4-1)傳遞給回?zé)嵬ǖ?4-3)中通過(guò)的制冷劑(9)，從溫差電制冷器(4)出來(lái)的制冷劑送入冷量使用單元(5)，再經(jīng)節(jié)流閥(6)回到制冷劑貯罐(1)，從而形成溫差電制冷裝置極低溫位制冷循環(huán)回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 設(shè)有節(jié)流閥(17): 所述的溫差電制冷裝置低溫位制冷循環(huán)，是指從制冷劑貯罐(8)出來(lái)的液體制冷劑(9)，經(jīng)低溫液體泵(10)送入回冷器(11)、溫差電制冷器(4)的回?zé)嵬ǖ?4-3)，吸收溫差電偶組(4-1)制冷過(guò)程產(chǎn)生的熱量，再送入低溫位冷量用戶(12)，形成制冷劑過(guò)熱蒸汽(13)，進(jìn)入膨脹機(jī)(14)膨脹做功拖動(dòng)制動(dòng)設(shè)備(18)，膨脹機(jī)(14)出口乏汽(15)經(jīng)回冷器(11)、返流管線(16)、節(jié)流閥(17)，回到制冷劑貯罐(8)，從而形成溫差電制冷裝置低溫位制冷循環(huán)過(guò)程。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于: 設(shè)有節(jié)流閥(17): 所述的溫差電制冷裝置低溫位制冷循環(huán)，是指從制冷劑貯罐(8)出來(lái)的液體制冷劑(9)，經(jīng)低溫液體泵(10)送入回冷器(11)、溫差電制冷器(4)的回?zé)嵬ǖ?4-3)，吸收溫差電偶組(4-1)制冷過(guò)程產(chǎn)生的熱量，再送入低溫位冷量用戶(12)，形成制冷劑過(guò)熱蒸汽(13)，進(jìn)入膨脹機(jī)(14)膨脹做功拖動(dòng)制動(dòng)設(shè)備(18)，膨脹機(jī)(14)出口乏汽(15)經(jīng)回冷器(11)、返流管線(16)、節(jié)流閥(17)，回到制冷劑貯罐(8)，從而形成溫差電制冷裝置低溫位制冷循環(huán)過(guò)程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于: 所述的溫差電制冷裝置包括溫差電偶組(4-1)、制冷劑通道(4-2)、回?zé)嵬ǖ?4-3)及直流電轉(zhuǎn)換裝置(4-4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于: 所述的溫差電偶組(4-1)采用一組或多組串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式進(jìn)行連接；每組溫差電偶有多級(jí)溫差電偶，采用串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)的連接型式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于: 所述的膨脹機(jī)(14)的制動(dòng)設(shè)備(18)采用風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、液壓泵或壓氣機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于: 利用制冷劑貯罐⑴所蓄的冷量，通過(guò)溫差電制冷器⑷的逆運(yùn)轉(zhuǎn)，使原來(lái)的溫差電制冷器供蓄冷裝置成為冷能發(fā)電供冷裝置，從而保證低溫位供冷過(guò)程的正常運(yùn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于: 所述的膨脹機(jī)(14)的制動(dòng)設(shè)備(18)采用風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、液壓泵或壓氣機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的裝置，其特征在于: 利用制冷劑貯罐⑴所蓄的冷量，通過(guò)溫差電制冷器⑷的逆運(yùn)轉(zhuǎn)，使原來(lái)的溫差電制冷器供蓄冷裝置成為冷能發(fā)電供冷裝置，從而保證低溫位供冷過(guò)程的正常運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溫差電制冷劑梯級(jí)供冷蓄冷裝置，采用溫差電制冷器結(jié)合低溫位供冷循環(huán)技術(shù)，無(wú)需采用傳統(tǒng)溫差電制冷器中的空氣散熱器或循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，有效提高溫差電制冷器的效率，結(jié)合蓄冷技術(shù)，可以使系統(tǒng)的操作彈性大，采用梯級(jí)供冷技術(shù)，溫差電制冷器系統(tǒng)的綜合效率可達(dá)50%以上，設(shè)備的維修工作量較傳統(tǒng)的溫差制冷器有較大程度的降低，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益十分顯著。
文檔編號(hào)F25B41/06GK103075838SQ20131003073
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月27日
發(fā)明者王海波 申請(qǐng)人:南京瑞柯徠姆環(huán)?？萍加邢薰?br>