[发明专利]一种带有自发电的压缩冷凝制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用半导体温差发电模块和制冷系统冷凝器散发的热量进行发电的压缩冷凝制冷系统，可利用发出的电能驱动制冷系统自身的风机，属于制冷空调技术领域。

背景技术

现有的压缩-冷凝式制冷系统，运行过程中产生的冷凝热必须散失掉，如果用这部分低品位的热量来发电，再供给系统自身的风机使用，则制冷系统能效比将得到提升。由于压缩冷凝制冷机组的使用非常广泛，该新型节能制冷系统的应用前景是非常乐观的。

目前在国内外半导体温差发电模块都已得到广泛研究，因为具有低噪声、快速启动、长期连续工作、易携带、维护方便、后勤保障便利等优点，在很多领域得到了青睐。温差发电是一种新型的发电方式，利用赛贝克效应将热能直接转换为电能。其工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，则在半导体两端就会产生了直流电动势。以半导体温差发电模块制造的半导体发电机，只要有温差存在，就能够发电，如图1所示，将P型和N型结合的半导体元件组成的器件的一侧维持在低温，另一侧维持在高温，这样器件高温侧就会向低温侧传导热能并产生热流。即热能从高温侧流入器件内，通过器件将热能从低温侧排出时，流入器件的一部分热能不放热，而是在器件内变成电能向往输出。把半导体温差发电片的一端置于高温，处于低温环境的另一端就可得到电动势E: E =As(T₂-T₁)，式中As为塞贝克系数，其单位为V/K或LV/K，其值的大小由材料本身的电子能带结构决定。

压缩-冷凝式制冷系统是目前应用最为普遍的制冷方法，该方法必须将大量冷凝热散发出去。目前半导体发电片的能源利用系数为10%～15%，如果按照按制冷系统制冷系数为2.55计算（家用空调5级能效），每消耗1000W电量需要散热3200W左右，即使25%热量用来发电，发电系数按0.1计算，则发电功率为80W，即可以将制冷系统的能耗降低8%，对目前数量众多的制冷系统来说，节能量和经济效益都是非常可观的。

发明内容

为了充分利用压缩冷凝式制冷系统的蒸汽冷凝散发的热量，本发明利用半导体温差发电模块存在温差条件下能够发电的特点，设计了一种利用冷凝温差发电的制冷系统。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带有自发电的压缩冷凝制冷系统，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、蒸发风机，在所述冷凝器上设有半导体温差发电模块，半导体温差发电模块通过导线与蒸发风机连接。

半导体温差发电模块发电时，将热能转化为电能，再通过导线将电能提供给制冷系统内的风机使用，使得制冷系统风机的耗电量减少，从而提高制冷系统的能效比，同时减少冷凝散热量。

本发明的系统充分利用了制冷系统中的冷凝器高温段的高温与环境空气形成的温差进行发电，将产生的电能供给制冷系统内的风机使用，从而节省供给风机工作的电能，达到节能的效果。

附图说明

图1是现有技术使用半导体温差发电模块的示意图。

图2是半导体温差发电模块安装于冷凝器肋片表面的示意图。

图3是半导体温差发电模块直接安装于冷凝器管表面的示意图。

图4本发明实施例的半导体余热发电制冷系统实施原理图。

具体实施方式

本实施例中，半导体温差发电模块的安装方式有两种：第一种是将半导体温差发电模块贴在冷凝器的导热肋片上，使其一面与导热肋片接触，另一面与散热流体接触，形成温差，如图2所示；第二种是将半导体温差发电模块直接贴在管带式冷凝器的表面，形成温差，如图3所示。其中，发电模块可以是一块或者多块，当采用多块时，可根据直流风机的用电量将发电模块进行串联或者并联供电。

本发明的系统以冷库为例的具体实施方案如下：

制冷剂在压缩机7内完成对蒸汽的吸入和压缩过程，把从蒸发器5出来的低温低压制冷剂蒸汽压缩成高温高压的过热蒸汽，高温高压蒸气进入冷凝管1与冷却流体进行热交换，使过热蒸汽逐渐变成饱和蒸汽，变成饱和液体或过冷液体，同时放出大量的热量。从冷凝器出来的高压制冷剂液体通过膨胀阀3被节流降压，变为低压液体，然后进入蒸发器5，吸热蒸发成气体，实现制冷，并把冷量输送给用户，完成制冷系统循环。

半导体余热发电制冷系统安装于冷库制冷系统实施原理如图4所示。压缩机7从蒸发器5吸入蒸汽，蒸汽经压缩机压缩后温度、压力均升高，送入冷凝器1降温放热。冷凝器1外表面安装有帮助其散热的肋片2，肋片2的表面温度高于周围环境温度。当将半导体温差发电模块8安装在肋片2上，热量将通过半导体模块后向周围流体散热。当热流密度足够时（表面温度与周围环境温差大于30℃），半导体温差发电模块的发电量就具有利用价值，将所发电能通过电流输出导线4输出给蒸发风机6使用时，制冷系统的能耗将下降，能效比得到提高。