CN109405343A - 一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统 - Google Patents

Abstract

一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统，制冷装置包括冰箱和制冷单元；制冷单元的半导体制冷片的冷端通过散热翅片与冰箱的外壁相贴合，半导体制冷片的热端与水冷器的外壁相贴合；每个半导体制冷片均对应设有散热风扇，散热风扇与蓄电池相连并组成第二串联电路，第二串联电路上还串联有温控开关，温控开关设置在半导体制冷片的热端上。热水装置包括水冷器、循环水箱、蓄热箱和外用水箱；蓄热箱内设有第一盘管、第二盘管和相变蓄能材料；第一盘管的进口端与水冷器的出口端相连通，第一盘管的出口端与循环水箱的进口端相连通；第二盘管的进口端通过第二水泵与外用水箱的出口端相连通，第二盘管的出口端与外用水箱的进口端相连通。

Description

一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统

技术领域

本发明属于制冷和相变蓄热技术领域，具体涉及一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统。

背景技术

中国作为世界第一碳排放大国，节能减排已成为经济发展过程中亟待解决的重要问题。然而同时，人们对于生活便利性的需求又越来越强，生活耗能越来越大，例如，冰箱及热水器设备耗电量已经占到居民总用电量的50％以上。

本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现现有技术至少存在如下技术问题：

1、市场上现有的冰箱等制冷系统中的氟里昂制冷剂环境友好性低，且自然工质应用与推广困难较大；2、冰箱和热水系统各自独立，能耗大且能源利用率低。

发明内容

为解决现有冰箱和热水系统各自独立，存在能耗大且能源利用率低的缺点，本发明提供一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统。

本发明采用的技术方案是：本申请实施例提供一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统，所述系统包括用于供电的供电装置、用于供冷的制冷装置和用于提供热水的热水装置；

所述供电装置包括可将太阳能转换成电能的太阳能电池板，且所述太阳能电池板与蓄电池相连；

所述制冷装置包括冰箱和用于给所述冰箱提供冷量的若干个制冷单元；所述制冷单元包括半导体制冷片，且所述半导体制冷片的冷端通过散热翅片与所述冰箱的外壁相贴合，所述半导体制冷片的热端与水冷器的外壁相贴合；各所述半导体制冷片依次串联并与所述蓄电池串联组成第一串联电路；所述冰箱与所述蓄电池相连；

每个所述半导体制冷片均对应设有散热风扇，且所述散热风扇面对所述半导体制冷片的热端，以辅助所述半导体制冷片的热端散热；所述散热风扇与所述蓄电池相连并组成第二串联电路，所述第二串联电路上还串联有温控开关，且所述温控开关设置在所述半导体制冷片的热端上。

所述热水装置包括所述水冷器、循环水箱、蓄热箱和外用水箱；密闭的所述蓄热箱内设有第一盘管和第二盘管，所述蓄热箱内还填充有相变蓄能材料，且所述第一盘管和所述第二盘管均填埋在所述相变蓄能材料内；

所述第一盘管的进口端与所述水冷器的出口端相连通，所述第一盘管的出口端与所述循环水箱的进口端相连通，且所述循环水箱的出口端通过第一水泵与所述水冷器的进口端相连通；则所述第一盘管、所述循环水箱和所述水冷器首尾连通，以构成可与所述相变蓄能材料交换热量的第一换热回路；

所述第二盘管的进口端通过第二水泵与所述外用水箱的出口端相连通，所述第二盘管的出口端与所述外用水箱的进口端相连通，则所述第二盘管与所述外用水箱首尾连通，以构成可与所述相变蓄能材料交换热量的第二换热回路；且所述外用水箱上还设有出水口，所述出水口上设有阀门。

进一步的，所述相变蓄能材料是石蜡。

进一步的，所述第一盘管和第二盘管均为螺旋设置的铜管。

进一步的，所述第一盘管和所述第二盘管相互盘绕，且所述第一盘管和所述第二盘管设置在所述蓄热箱的中间。

本发明的有益效果体现在：

1、半导体制冷是一种具有良好前景的制冷方式。它代替压缩机制冷，节省高品位电能，外形小巧，适合小型易携带制冷系统。相变蓄热材料具有蓄热量大、蓄放热近似恒温的特点，在一定程度上能够将过剩的能量储存起来解决能源供需时间不协调以及地域分布不平衡的矛盾，对能源利用效率的提高起到了促进作用。

2、本发明通过相变蓄热材料对热量进行存储及再利用，采用低品位热能驱动，节省高品位电能消耗，显著地提高了能源利用率，且环境友好性高；制冷装置与热水装置耦合，使半导体制冷片的冷端和热端热量均得到合理应用，不浪费任何能量，且在蓄热过程结束后，系统可以持续供电，能够支持冰箱较长时间连续工作，进一步减少了能量的浪费。该发明具有制冷高效快速、便于携带，且寿命长、运行平稳，适用于自驾出游及室外野营等不便场合的优点。

附图说明

图1是一实施例中本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图1，本实施例提供一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统，其特征在于：所述系统包括用于供电的供电装置、用于供冷的制冷装置和用于提供热水的热水装置；

所述供电装置包括可将太阳能转换成电能的太阳能电池板1，且所述太阳能电池板1与蓄电池16相连；

具体的，所述太阳能电池板1吸收太阳能并转换成电能，且将所述电能储存在所述蓄电池16内充当电源备用，从而达到节能环保的效果。

所述制冷装置包括冰箱7和用于给所述冰箱7提供冷量的若干个制冷单元；所述制冷单元包括半导体制冷片2，且所述半导体制冷片2的冷端通过散热翅片4与所述冰箱7的外壁相贴合，所述半导体制冷片2的热端与水冷器3的外壁相贴合；各所述半导体制冷片2依次串联并与所述蓄电池串联组成第一串联电路；所述冰箱与所述蓄电池16相连；

具体的，所述制冷装置包括两个制冷单元，每个所述制冷单元包括一个所述半导体制冷片2，且两个所述半导体制冷片2分别设置在所述冰箱7的上下两端。

具体的，所述散热翅片4固定在所述冰箱7的外壁上，例如可粘结固定，所述半导体制冷片2的热端固定在所述水冷器3的外壁上，例如可粘结固定。为提高传热效率，所述散热翅片4与所述冰箱的外壁应紧密贴合，所述半导体制冷片2的热端与所述水冷器3的外壁应紧密贴合。

具体的，所述蓄电池16给所述半导体制冷片2供电，所述蓄电池16驱动所述半导体制冷片2工作，使得所述半导体制冷片2的两端产生温差，其中，所述半导体制冷片2的热端给所述水冷器3供热，所述半导体制冷片2的冷端给所述冰箱7供冷。

具体的，所述冰箱7的用电部件(如压缩机、电动机、风机等)均分别与所述蓄电池16相连，以使所述冰箱7可由所述蓄电池16独立驱动制冷。所述冰箱7还连接外部电源(如市电)，以在蓄电池16供电不足时，由所述外部电源驱动制冷。

具体的，当所述半导体制冷片2的供冷量即可满足冰箱7所需的冷量时，冰箱7的冷量由所述半导体制冷片2的冷端独自提供；当所述半导体制冷片2的供冷量不能满足所述冰箱7所需的冷量时，所述冰箱7可同时自行制冷，以与所述半导体制冷片2一起共同维持冰箱7所需的冷量。

每个所述半导体制冷片2均对应设有散热风扇5，且所述散热风扇5面对所述半导体制冷片2的热端，以辅助所述半导体制冷片2的热端散热；所述散热风扇5与所述蓄电池16相连并组成第二串联电路，所述第二串联电路上还串联有温控开关6，且所述温控开关6设置在所述半导体制冷片2的热端上。

具体的，当所述半导体制冷片2的热端温度高于所述温控开关6导通状态和切断状态的切换温度时，所述温控开关6导通，则所述第二串联电路连通，从而所述蓄电池16驱动所述散热风扇5工作，以辅助所述半导体制冷片2的热端散热。此时因所述半导体制冷片2的冷端温度较高，所述冰箱7由蓄电池16驱动制冷。

所述热水装置包括所述水冷器3、循环水箱8、蓄热箱12和外用水箱14；密闭的所述蓄热箱12内设有第一盘管10和第二盘管12，所述蓄热箱14内还填充有相变蓄能材料，且所述第一盘管10和所述第二盘管12均填埋在所述相变蓄能材料内；

所述第一盘管10的进口端与所述水冷器3的出口端相连通，所述第一盘管10的出口端与所述循环水箱8的进口端相连通，且所述循环水箱8的出口端通过第一水泵9与所述水冷器3的进口端相连通；则所述第一盘管10、所述循环水箱8和所述水冷器3首尾连通，以构成可与所述相变蓄能材料交换热量的第一换热回路；

具体的，所述第一盘管10的进口端与所述水冷器3的出口端通过第一管道相连通，所述第一盘管10的出口端与所述循环水箱8的进口端通过第二管道相连通。所述第一管道和所述第二管道密封贯穿所述蓄热箱12，以分别与所述第一盘管10的进口端和出口端相连。

具体的，所述第一水泵9开启后，所述第一水泵9抽取所述循环水箱8中的冷水至所述水冷器3内，且所述水冷器3内的冷水在所述半导体制冷片2的热端的加热下，水温上升；随后，水冷器3内被加热后的水流入所述蓄热箱12中的第一盘管10内，并传热给蓄热箱12中的相变蓄热材料进行蓄热；第一盘管10内的水与相变蓄热材料交换热量后，又重新流回所述循环水箱8内。如此循环一定时间，当所述蓄热箱12中的相变蓄热材料全部融化即蓄满热量时，关闭第一水泵9，第一换热回路工作停止。所述半导体制冷片2热端温度升高，所述温控开关6闭合，所述蓄电池16驱动所述散热风扇5工作，半导体制冷片2的热端传给所述水冷器3中的热量被散热风扇5吹走，半导体制冷片2的冷端将冷量传给散热翅片4维持冰箱7的低温，从而使冰箱7的温度低于0℃，以辅助冰箱7达到制冷效果。

所述第二盘管11的进口端通过第二水泵13与所述外用水箱14的出口端相连通，所述第二盘管11的出口端与所述外用水箱14的进口端相连通，则所述第二盘管11与所述外用水箱14首尾连通，以构成可与所述相变蓄能材料交换热量的第二换热回路；且所述外用水箱14上还设有出水口，所述出水口上设有阀门15。

具体的，所述第二盘管11的进口端与所述外用水箱14的出口端通过第三管道相连通，所述第二盘管11的出口端与所述外用水箱14的进口端通过第四管道相连通。所述第三管道和所述第四管道密封贯穿所述蓄热箱12，以分别与所述第二盘管11的进口端和出口端相连。其中，所述第二水泵13设置在所述第三管道上。

具体的，当有热水使用需求时，第二换热回路开始工作。启动所述第二水泵13，所述第二水泵13抽取所述外用水箱14中的冷水至所述蓄热箱12的第二盘管11内。相变蓄能材料将蓄积的热量传递给所述第二盘管11内的冷水。所述外用水箱14中的冷水在第二换热回路内经过一段时间的循环，即可达到使用温度。随后，打开所述阀门15即可使用热水。

本发明利用半导体制冷片2的温差特性，将热端产生的热量储存于相变蓄热箱中，同时为冷端的持续低温创造了条件。

进一步的，所述相变蓄能材料是石蜡。

具体的，石蜡作为相变蓄能材料的优点是：无过冷及析出现象、性能稳定、无毒、无腐蚀且价格便宜。

进一步的，所述第一盘管10和第二盘管11均为螺旋设置的铜管。

具体的，所述第一盘管10和第二盘管11螺旋设置可增加第一盘管10和第二盘管11在所述蓄热箱12内的设置长度，从而可增加第一盘管10和第二盘管11与所述相变蓄能材料的换热面积，以提高换热效果。

进一步的，所述第一盘管10和所述第二盘管11相互盘绕，且所述第一盘管10和所述第二盘管11设置在所述蓄热箱12的中间。

具体的，所述第一盘管10和第二盘管11相互盘绕并设置在所述蓄热箱12的中间，从而使得所述相变蓄热材料围合在所述第一盘管10和所述第二盘管11的周围，以提高换热效果。

本发明的日间工作流程如下：

供电装置工作：所述太阳能电板1接收太阳能并发电，且电量储存在蓄电池16中。

制冷装置工作：所述蓄电池16驱动所述半导体制冷片2工作，所述半导体制冷片2两端产生温差，其中，所述半导体制冷片2的热端通过所述水冷器3、所述循环水箱8与所述蓄热箱12内的相变蓄热材料产生热交换，相变蓄热材料开始蓄热；所述半导体制冷片2的冷端将冷量传递给所述冰箱7，冰箱7由所述半导体制冷片2提高冷量。

当相变蓄热材料蓄热结束后，所述第二换热回路停止工作，所述半导体制冷片2的热端温度过高，温控开关6导通，蓄电池16驱动所述散热风扇5工作，冰箱7由蓄电池16驱动制冷。

本发明的夜间工作流程：

热水装置工作：相变蓄热材料与外用水箱14内的冷水产生热交换，外用水箱14内的冷水被相变蓄热材料加热后，打开阀门15即可使用热水。

此时，所述冰箱7由蓄电池16驱动自行制冷。

本发明一方面采用低品位热能驱动，节省高品位电能消耗，将热量储存到相变蓄热材料中；另一方面冰箱7与相变蓄热的热水装置耦合，使半导体冷端和热端热量均得到合理应用；此外，本系统便于携带，适用于自驾出游及室外野营等不便场合。本系统对于解决目前能源供求紧张、生态环境恶化的社会矛盾具有重要的现实意义。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的例举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统，其特征在于：所述系统包括用于供电的供电装置、用于供冷的制冷装置和用于提供热水的热水装置；

所述供电装置包括可将太阳能转换成电能的太阳能电池板，且所述太阳能电池板与蓄电池相连；

所述制冷装置包括冰箱和用于给所述冰箱提供冷量的若干个制冷单元；所述制冷单元包括半导体制冷片，且所述半导体制冷片的冷端通过散热翅片与所述冰箱的外壁相贴合，所述半导体制冷片的热端与水冷器的外壁相贴合；各所述半导体制冷片依次串联并与所述蓄电池串联组成第一串联电路；所述冰箱与所述蓄电池相连；

每个所述半导体制冷片均对应设有散热风扇，且所述散热风扇面对所述半导体制冷片的热端，以辅助所述半导体制冷片的热端散热；所述散热风扇与所述蓄电池相连并组成第二串联电路，所述第二串联电路上还串联有温控开关，且所述温控开关设置在所述半导体制冷片的热端上。

所述热水装置包括所述水冷器、循环水箱、蓄热箱和外用水箱；密闭的所述蓄热箱内设有第一盘管和第二盘管，所述蓄热箱内还填充有相变蓄能材料，且所述第一盘管和所述第二盘管均填埋在所述相变蓄能材料内；

所述第一盘管的进口端与所述水冷器的出口端相连通，所述第一盘管的出口端与所述循环水箱的进口端相连通，且所述循环水箱的出口端通过第一水泵与所述水冷器的进口端相连通；则所述第一盘管、所述循环水箱和所述水冷器首尾连通，以构成可与所述相变蓄能材料交换热量的第一换热回路；

所述第二盘管的进口端通过第二水泵与所述外用水箱的出口端相连通，所述第二盘管的出口端与所述外用水箱的进口端相连通，则所述第二盘管与所述外用水箱首尾连通，以构成可与所述相变蓄能材料交换热量的第二换热回路；且所述外用水箱上还设有出水口，所述出水口上设有阀门。

2.如权利要求1所述的一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统，其特征在于：所述相变蓄能材料是石蜡。

3.如权利要求1所述的一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统，其特征在于：所述第一盘管和第二盘管均为螺旋设置的铜管。

4.如权利要求1所述的一种冰箱及相变蓄能热水耦合系统，其特征在于：所述第一盘管和所述第二盘管相互盘绕，且所述第一盘管和所述第二盘管设置在所述蓄热箱的中间。