[发明专利]多功能能量转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种作为集成的冷热电(CHP)联产系统的部分、能够在热能和电能之间直接转换的能量转换器，其中废热和电力是充裕而可利用的。

背景技术

为同时满足各种应用和环境中的冷却、加热和电载荷，集成的CHP系统面临挑战。不同载荷的性质要求集成CHP系统具有灵活的操作模式且提供灵活的冷却、加热和供电容量。虽然常规的CHP方案可用于满足主载荷，而辅助冷却、加热和发电系统必须用于满足一天各个时刻或季节的波动载荷。常规地，除了CHP系统之外，使用电力网来满足附加的电载荷需求。使用蒸汽压缩系统来满足附加的冷却载荷需求。使用加热系统来满足附加的加热需求。常规的方案是庞大的、有噪音的，需要复杂的控制系统，且通常需要较长的时间来实现令人满意的冷却或加热状况。因而，它们是不便利和无效率的。另外，当前的常规系统还依靠电力网且由于它们具有许多移动部分因而具有较低的系统可靠性。

因此，需要一种能够在热能(释放或吸收的热)和电能(电力)之间直接转换的能量转换器作为缓冲系统，以满足常规CHP系统的辅助系统能够独立地满足的各种载荷的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用单个系统的多功能能量转换器，所述能量转换器能够在电能和热能之间直接转换。

本发明的目的也在于提供一种使用单个系统的多功能能量转换器，所述能量转换器使用热电元件阵列以在电能和热能(冷却和加热)之间直接转换。

本发明的又一目的在于提供一种多功能能量转换器，所述能量转换器将热梯度应用于热电元件阵列，以产生热电元件上的电压。

本发明的又一目的在于提供一种多功能能量转换器，当DC电压施加在元件阵列上时，所述能量转换器在热电元件的一个表面处产生冷却且在热电元件与冷却表面相对的另一表面处产生加热。

本发明的这些和其它目的通过在第一热交换器和第二热交换器之间串联地电连接的热电元件阵列提供，所述第一热交换器与所述阵列的第一表面接触，所述第一表面是工作表面，所述第二热交换器与所述阵列的第二表面接触，所述第二表面与所述第一表面相对。在所述第一表面和所述第二表面之间施加温度梯度时，所述热电元件阵列能够产生DC电流。所述热电元件阵列也能够在所述工作表面处从所述工作表面处的废热加热或冷却提供热能给流体或从流体吸收热能。

提供一种具有串联地电连接的热电元件阵列的用于转换能量的系统。所述系统也设置有覆盖所述阵列一个表面的第一基底和覆盖所述阵列第二表面的第二基底，所述第二表面与所述阵列的第一表面相对，所述第一表面为工作表面。在所述第一基底和所述第二基底之间施加温度梯度时，所述热电元件阵列能够产生DC电流，或提供热能给所述工作表面。

附图说明

图1图示了设置用于发电模式的本发明的第一实施例；

图2图示了设置用于冷却模式的本发明的第二实施例；和

图3图示了设置用于加热模式的本发明的第三实施例。

具体实施方式

参见图1，本发明的系统10的第一实施例显示为发电模式。在该实施例中，系统10具有热交换器15和热交换器20。相对于热交换器20，热交换器15具有来自废热的高的温度，废热以箭头方向流动。热交换器20由水冷却。系统10具有隔断阀45和50，以允许热交换器15和20一起生成跨过热电设备60的热梯度。热电设备60具有相对的表面61和63。该温度梯度使得电流70在端子75和80之间流动，该现象称为塞贝克效应。

位于热交换器15和20之间的热电设备60以P和N接头65阵列布置，所述接头65通过电接触62串连设置。当施加热梯度时，在端子75和80上产生DC电压且电流70流动通过接头65。DC电压在DC-AC转换器85中转换为AC电压。基底66将系统10保持在一起，且机械地和电气地隔离热电接头65。热电设备60的表面61变冷且表面63变热。在该示例中，热水90和冷水95分别流动通过热交换器15和20。不管热还是冷流体流动产生的其它操作模式也可以使用。

使用图1实施例的热电接头65产生的电力可以用于给在各种地理位置和周边环境中电力短缺且废热充裕的CHP系统的补充电力。该系统不需要地理隔离。该系统可以为现场居住社区、办公室、校园或独立建筑。由例如来自原动机的废热产生的热梯度可以用于产生发电满足峰值电载荷所需要的热梯度。可替换地，产生的电力可以在峰值电力需求时期用于给CHP系统的其它部件提供电力。