CN116792965A - 半导体温差片制热制冷方法 - Google Patents

半导体温差片制热制冷方法 Download PDF

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CN116792965A CN202310670329.8A CN202310670329A CN116792965A CN 116792965 A CN116792965 A CN 116792965A CN 202310670329 A CN202310670329 A CN 202310670329A CN 116792965 A CN116792965 A CN 116792965A
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邹培伦
陈泓
曹栋禹
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Abstract

一种半导体温差片制热制冷方法，采用了半导体温差片制热制冷综合***，所述的半导体温差片制热制冷综合***包括入口储室、末级中间换热储室、出口储室、初级内循环换热储室、出口管和内循环泵；半导体温差片制热制冷综合***统包括温差片制热制冷***和多功能强化换热***，温差片制热制冷***和多功能强化换热***串并联通过阀组进行切换，半导体温差片制热制冷***梯级利用能量、多功能强化换热***实现温差片两端高效传热，换热器通过空气散热散冷提供制热制冷效率，共同实现快速高效制热制冷。

Description

半导体温差片制热制冷方法
本发明为“半导体温差片制热制冷方法及方法”（申请号：2022104811804；申请日：2022年5月5日）的分案申请。
技术领域
本发明属于半导体温差片制热制冷技术领域，特别涉及一种半导体温差片制热制冷方法。
背景技术
现有阶段基于半导体温差片的制热或制冷***主要由半导体温差片、换热器组成，其中半导体温差片可实现一面制热一面制冷。受工作原理影响，制冷的时候需要采用换热器带走热端的热量造成能源浪费，同时如果热量挥发不充分也会使冷端制冷效率降低，同样情况也发生在制热模式。因此现有技术的缺点是：没有充分利用半导体温差片的换热特性，实现比较高效地制热或制冷。
发明内容
鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的半导体温差片制热制冷方法，本发明可以通过半导体温差片制热制冷特性，通过逐渐回收能量的方法实现高效制热制冷。
为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：
一种半导体温差片制热制冷方法，采用了半导体温差片制热制冷综合***，所述的半导体温差片制热制冷综合***包括入口储室、末级中间换热储室、出口储室、初级内循环换热储室、出口管和内循环泵，包括以下工况：
制热方法：
S1.1：调整半导体温差片的换热方向，使半导体温差片的发热面位于中间换热储室一侧，使出口储室内的半导体温差片的发热面位于出口储室一侧；
S1.2：向半导体温差片通电；利用半导体温差片的发热面为流体加热；挡流板用于使流体充分热交换；
S1.3：末级中间换热储室内的流体分两路分别进入出口储室和初级内循环换热储室内，出口储室内的流体通过出口管流出；
S1.4：从末级中间换热储室进入至初级内循环换热储室内的流体会对初级内循环换热储室进行升温，同时流体的温度会降低，扰流板用于将流体沿着半导体温差片方向流动，提高换热效率；
S1.5：初级内循环换热储室内的流体依次进入中间内循环换热储室，最后通过内循环泵回流至入口储室；
制冷方法：
S2.1：调整半导体温差片的换热方向，使半导体温差片的制冷面位于中间换热储室一侧，使出口储室内的半导体温差片的制冷面位于出口储室一侧；
S2.2：向半导体温差片通电；利用半导体温差片的发热面为流体制冷；挡流板用于使流体充分热交换；
S2.3：末级中间换热储室内的流体分两路分别进入出口储室和初级内循环换热储室内，出口储室内的流体通过出口管流出；
S2.4：从末级中间换热储室进入至初级内循环换热储室内的流体会对初级内循环换热储室进行降温，同时流体的温度会升高，扰流板用于将流体沿着半导体温差片方向流动，提高换热效率；
S2.5：初级内循环换热储室内的流体依次进入中间内循环换热储室，最后通过内循环泵回流至入口储室。
优选地，半导体温差片制热制冷综合***还包括入口管，入口管与入口储室连通，入口储室通过单向阀与一级中间换热储室连接或者与多级中间换热储室串连连接，最后一级中间换热储室为末级中间换热储室；当中间换热储室只有一级时，一级中间换热储室即为末级中间换热储室；
末级中间换热储室通过单向阀与出口储室连通，末级中间换热储室通过调节阀与初级内循环换热储室连通；
初级内循环换热储室通过单向阀与多级中间内循环换热储室串连连接，最后一个中间内循环换热储室通过管道和内循环泵与入口储室连通；
中间内循环换热储室与中间换热储室的数量相适配，且每个中间换热储室与中间内循环换热储室之间设有半导体温差片；初级内循环换热储室与出口储室之间设有半导体温差片；
出口储室连接出口管。
优选地，出口管上设有出口调节阀；中间换热储室的体积沿着流体的方向逐渐减小，出口储室的体积小于末级中间换热储室的体积；中间内循环换热储室的体积沿着流体的方向逐渐减小。
优选地，出口储室内设有第一温度传感器；初级内循环换热储室内设有第二温度传感器。
优选地，中间换热储室和中间内循环换热储室内均设有挡流板。
优选地，初级内循环换热储室内设有扰流板。
优选地，内循环泵与换热器串连。
本专利可达到以下有益效果：
1、为了解决背景技术的问题，本发明提供了一种半导体温差片制热制冷综合利用***，包括温差片制热制冷***和多功能强化换热***，温差片制热制冷***和多功能强化换热***串并联通过阀组进行切换，半导体温差片制热制冷***梯级利用能量、多功能强化换热***实现温差片两端高效传热，换热器通过空气散热散冷提供制热制冷效率，共同实现快速高效制热制冷。
2、本发明可通过改变正负极实现冷热切换制冷和制热模式；实用性强。
3、本发明采用分层逐级制冷制热模式，可实现快速制冷制热，充分利用半导体发热片工作时产生的余热和余冷，可有效节约耗电量。
4、由于半导体温差片的热端与冷端的温差越高，其制热制冷效率越差，本发明将中间换热储室的体积沿着流体的方向逐渐减小，将中间内循环换热储室的体积沿着流体的方向逐渐减小；达到效果 可实现快速制热制冷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明结构图；
图2为本发明第一半导体温差片、第二半导体温差片和第三半导体温差片安装位置图。
图中：单向阀1、第一半导体温差片2-1、第二半导体温差片2-2、第三半导体温差片2-3、挡流板3、内循环泵4、扰流板5、入口储室7-1、一级中间换热储室7-2、第二级中间内循环换热储室7-3、末级中间换热储室7-4、第一级中间内循环换热储室7-5、出口储室7-6、初级内循环换热储室7-7、第一温度传感器8-1、第二温度传感器8-2、入口管9、出口管10。
具体实施方式
优选的方案如图1至图2所示，一种半导体温差片制热制冷方法，采用了半导体温差片制热制冷综合***，所述的半导体温差片制热制冷综合***包括入口管9，入口管9与入口储室7-1连通，入口储室7-1通过单向阀与一级中间换热储室连接或者与多级中间换热储室串连连接，最后一级中间换热储室为末级中间换热储室7-4；
末级中间换热储室7-4通过单向阀与出口储室7-6连通，末级中间换热储室7-4通过调节阀与初级内循环换热储室7-7连通；该调节阀用于调控内循环的流量大小，用于控制中间内循环换热储室内的温度。
初级内循环换热储室7-7通过单向阀与多级中间内循环换热储室串连连接，最后一个中间内循环换热储室通过管道和内循环泵与入口储室7-1连通；
中间内循环换热储室与中间换热储室的数量相适配，且每个中间换热储室与中间内循环换热储室之间设有半导体温差片；初级内循环换热储室7-7与出口储室7-6之间设有半导体温差片；
出口储室7-6连接出口管10。
本实施例中的入口储室7-1通过单向阀与两级中间换热储室串连连接，两级中间换热储室分别为第一级中间换热储室7-2和第二级中间换热储室，第二级中间换热储室为末级中间换热储室7-4。如果中间换热储室分为三级，则第三级中间换热储室为末级中间换热储室7-4，依次类推。如果中间换热储室只有一级，那么第一级中间换热储室为末级中间换热储室。
本实施例中的中间内循环换热储室为两级，分别第一级中间内循环换热储室7-5和第二级中间内循环换热储室7-3。第二级中间内循环换热储室7-3与第一级中间换热储室7-2之间设有第一半导体温差片2-1，一级中间内循环换热储室7-5与末级中间换热储室7-4之间设有第二半导体温差片2-2，初级内循环换热储室7-7与出口储室7-6之间设有第三半导体温差片2-3。
一级中间换热储室7-2内设有第一挡流板，第二级中间内循环换热储室7-3内设有第二挡流板，出口储室7-6内设有第三挡流板。
初级内循环换热储室7-7内设有第一扰流板，第一级中间内循环换热储室7-5内设有第二扰流板，第二级中间内循环换热储室7-3内设有第三扰流板。
本发明提供的***可以对水进行加热或制冷，也可以对空气进行加热或制冷。或者可以对其他流体进行加热或制冷。本发明中入口储室7-1、中间换热储室、中间内循环换热储室和出口储室7-6外壁均采用绝热材质。
进一步地，出口管10上设有出口调节阀。该调节阀用于调控出口流量大小。
进一步地，中间换热储室的体积沿着流体的方向逐渐减小，出口储室7-6的体积小于末级中间换热储室7-4的体积。中间换热储室的体积越大，越与环境温度更加接近，体积越小热量散失也相对小。例如在制热模式下，沿着流体运动的方向，第一半导体温差片2-1、第二半导体温差片2-2、第三半导体温差片2-3的制热效果是越来越差的，因此将中间换热储室的体积沿着流体的方向逐渐减小，用于平衡制热效果。同时可以实现高效快速制热。制冷原理类似。
内循环泵与换热器6串连，换热器6可以从空气中吸取能量，回流的时候需靠它换热，制热时当回流流体温度比空气温度低的时，换热器6可以从空气吸收热量。反之，制冷的时原理类似。
中间内循环换热储室的体积沿着流体的方向逐渐减小。例如初级内循环换热储室7-7的体积最大，可以储存更多的流体用于补充更多的热量。
进一步地，出口储室7-6内设有第一温度传感器8-1。初级内循环换热储室7-7内设有第二温度传感器8-2。第一温度传感器8-1用于监控流体出口温度，第二温度传感器8-2用于监控初级内循环换热储室7-7的温度，根据第二温度传感器8-2的温度来调控温度调节阀的开度大小。
进一步地，中间换热储室和中间内循环换热储室内均设有挡流板。挡流板用于使流体充分热交换。
进一步地，初级内循环换热储室7-7内设有扰流板。扰流板用于将流体沿着半导体温差片方向流动，提高换热效率。
优选地，半导体温差片制热制冷方法的使用方法，包括以下工况：
制热方法：
S1.1：调整半导体温差片的换热方向，使半导体温差片的发热面位于中间换热储室一侧，使出口储室7-6内的半导体温差片的发热面位于出口储室7-6一侧；
换热方向可调节正负电极方向来实现，也可以根据设备用途，在初始安装时做调整，例如本***在热水器运用时，初始安装时使半导体温差片的发热面位于中间换热储室一侧。
S1.2：向半导体温差片通电；利用半导体温差片的发热面为流体加热；挡流板用于使流体充分热交换；
S1.3：末级中间换热储室7-4内的流体分两路分别进入出口储室7-6和初级内循环换热储室7-7内，出口储室7-6内的流体通过出口管10流出；
S1.4：从末级中间换热储室7-4进入至初级内循环换热储室7-7内的流体会对初级内循环换热储室7-7进行升温，同时流体的温度会降低，扰流板用于将流体沿着半导体温差片方向流动，提高换热效率；
S1.5：初级内循环换热储室7-7内的流体依次进入中间内循环换热储室，最后通过内循环泵4回流至入口储室7-1；
制冷方法：
S2.1：调整半导体温差片的换热方向，使半导体温差片的制冷面位于中间换热储室一侧，使出口储室7-6内的半导体温差片的制冷面位于出口储室7-6一侧；
S2.2：向半导体温差片通电；利用半导体温差片的发热面为流体制冷；挡流板用于使流体充分热交换；
S2.3：末级中间换热储室7-4内的流体分两路分别进入出口储室7-6和初级内循环换热储室7-7内，出口储室7-6内的流体通过出口管10流出；
S2.4：从末级中间换热储室7-4进入至初级内循环换热储室7-7内的流体会对初级内循环换热储室7-7进行降温，同时流体的温度会升高，扰流板用于将流体沿着半导体温差片方向流动，提高换热效率；
S2.5：初级内循环换热储室7-7内的流体依次进入中间内循环换热储室，最后通过内循环泵4回流至入口储室7-1。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半导体温差片制热制冷方法，其特征在于：采用了半导体温差片制热制冷综合***，所述的半导体温差片制热制冷综合***包括入口储室（7-1）、末级中间换热储室（7-4）、出口储室（7-6）、初级内循环换热储室（7-7）、出口管（10）和内循环泵（4），包括以下工况：
制热方法：
S1.1：调整半导体温差片的换热方向，使半导体温差片的发热面位于中间换热储室一侧，使出口储室（7-6）内的半导体温差片的发热面位于出口储室（7-6）一侧；
S1.2：向半导体温差片通电；利用半导体温差片的发热面为流体加热；挡流板用于使流体充分热交换；
S1.3：末级中间换热储室（7-4）内的流体分两路分别进入出口储室（7-6）和初级内循环换热储室（7-7）内，出口储室（7-6）内的流体通过出口管（10）流出；
S1.4：从末级中间换热储室（7-4）进入至初级内循环换热储室（7-7）内的流体会对初级内循环换热储室（7-7）进行升温，同时流体的温度会降低，扰流板用于将流体沿着半导体温差片方向流动，提高换热效率；
S1.5：初级内循环换热储室（7-7）内的流体依次进入中间内循环换热储室，最后通过内循环泵（4）回流至入口储室（7-1）；
制冷方法：
S2.1：调整半导体温差片的换热方向，使半导体温差片的制冷面位于中间换热储室一侧，使出口储室（7-6）内的半导体温差片的制冷面位于出口储室（7-6）一侧；
S2.2：向半导体温差片通电；利用半导体温差片的发热面为流体制冷；挡流板用于使流体充分热交换；
S2.3：末级中间换热储室（7-4）内的流体分两路分别进入出口储室（7-6）和初级内循环换热储室（7-7）内，出口储室（7-6）内的流体通过出口管（10）流出；
S2.4：从末级中间换热储室（7-4）进入至初级内循环换热储室（7-7）内的流体会对初级内循环换热储室（7-7）进行降温，同时流体的温度会升高，扰流板用于将流体沿着半导体温差片方向流动，提高换热效率；
S2.5：初级内循环换热储室（7-7）内的流体依次进入中间内循环换热储室，最后通过内循环泵（4）回流至入口储室（7-1）。
2.根据权利要求1所述的半导体温差片制热制冷方法，其特征在于：半导体温差片制热制冷综合***还包括入口管（9），入口管（9）与入口储室（7-1）连通，入口储室（7-1）通过单向阀与一级中间换热储室连接或者与多级中间换热储室串连连接，最后一级中间换热储室为末级中间换热储室（7-4）；当中间换热储室只有一级时，一级中间换热储室即为末级中间换热储室；
末级中间换热储室（7-4）通过单向阀与出口储室（7-6）连通，末级中间换热储室（7-4）通过调节阀与初级内循环换热储室（7-7）连通；
初级内循环换热储室（7-7）通过单向阀与多级中间内循环换热储室串连连接，最后一个中间内循环换热储室通过管道和内循环泵与入口储室（7-1）连通；
中间内循环换热储室与中间换热储室的数量相适配，且每个中间换热储室与中间内循环换热储室之间设有半导体温差片；初级内循环换热储室（7-7）与出口储室（7-6）之间设有半导体温差片；
出口储室（7-6）连接出口管（10）。
3.根据权利要求2所述的半导体温差片制热制冷方法，其特征在于：出口管（10）上设有出口调节阀；中间换热储室的体积沿着流体的方向逐渐减小，出口储室（7-6）的体积小于末级中间换热储室（7-4）的体积；中间内循环换热储室的体积沿着流体的方向逐渐减小。
4.根据权利要求2所述的半导体温差片制热制冷方法，其特征在于：出口储室（7-6）内设有第一温度传感器（8-1）；初级内循环换热储室（7-7）内设有第二温度传感器（8-2）。
5.根据权利要求2所述的半导体温差片制热制冷方法，其特征在于：中间换热储室和中间内循环换热储室内均设有挡流板。
6.根据权利要求2所述的半导体温差片制热制冷方法，其特征在于：初级内循环换热储室（7-7）内设有扰流板。
7.根据权利要求2所述的半导体温差片制热制冷方法，其特征在于：内循环泵与换热器（6）串连。
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