CN102692094A - 热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明一方面包括一种热泵系统，其具有：安装在室外空间中的珀尔贴单元、室外热交换单元、以及室内热交换单元。珀尔贴单元具有：珀尔贴元件、第一基板、第二基板、金属外壳和树脂外壳。珀尔贴元件设有第一热表面和第二热表面。一个表面构成吸热部，而另一个表面构成散热部。第一基板与第一热表面接触。第二基板与第二热表面接触。金属外壳覆盖第一基板并且形成在其本身与第一基板之间的第一流动通道，第一流动通道通过室外管道以回路方式连接到室外热交换单元。树脂外壳覆盖第二基板并且形成在其本身与第二基板之间的第二流动通道。第二流动通道通过室内管道以回路方式连接到室内热交换单元。

Description

热泵系统

本申请要求日本专利申请序列No.2011-62268的优先权，该专利申请的内容被结合在此，作为参考。

技术领域

本发明涉及利用珀尔帖元件的热泵系统。

背景技术

日本专利申请特许公报特开No.2009-36852公开了一种装置，其包括：珀尔贴元件、保持与珀尔贴元件的一个端部接触的金属板、安装到金属板的装置主体、与金属板配合覆盖装置主体的外壳、保持与珀尔贴元件的另一个端部接触的散热片以及覆盖该散热片的导管。当电流通过珀尔贴元件时，珀尔贴元件的金属板侧变为吸热部，而珀尔贴元件的散热片侧变为散热部。珀尔贴元件的吸热部经由金属板从装置主体吸收热量以冷却装置主体。珀尔贴元件的散热部经由散热片将热量散发到流动通过导管的空气中。

存在下述需要，即，利用珀尔贴元件来高效地调节与珀尔贴元件隔离开的室的温度。

发明内容

本发明一方面可包括一种热泵系统，其具有：珀尔贴单元，所述珀尔贴单元安装在室外空间中；室外热交换单元，所述室外热交换单元安装在室外空间中并且经由室外管道以回路方式连接到珀尔贴单元，以与室外空间中的空气产生热交换；以及室内热交换单元，所述室内热交换单元设置在室内空间中并且通过室内管道以回路方式连接到珀尔贴单元，以与室内空间中的空气产生热交换。珀尔贴单元具有：珀尔贴元件、第一基板、第二基板、金属外壳和树脂外壳。珀尔贴元件设有第一热表面和第二热表面。所述表面中的一个表面构成吸热部，并且所述表面中的另一个表面构成散热部。第一基板与第一热表面接触。第二基板与第二热表面接触。金属外壳覆盖第一基板并且形成在其本身与第一基板之间的第一流动通道。第一流动通道通过室外管道以回路方式连接到室外热交换单元。树脂外壳覆盖第二基板并且形成在其本身与第二基板之间的第二流动通道，第二流动通道通过室内管道以回路方式连接到室内热交换单元。

由于金属外壳由金属形成，所以金属外壳显示出高导热性(导热率)。而且由于树脂外壳由树脂形成，所以树脂外壳显示出低导热性。因此，由于珀尔贴元件改善了热泵的效率。也就是，为了加热的目的，电流供应到珀尔贴元件，使用珀尔贴元件的第一基板侧作为吸热部，并且使用珀尔贴元件的第二基板侧作为散热部。珀尔贴元件的吸热部经由第一基板从在金属外的第一流动通道中的室外热介质吸收热量。室外热介质经由金属外壳从在室外空间中的空气吸收热量。由此，由于珀尔贴元件，利用了在室外空间中的空气的热量以改善热泵的性能。另一方面，珀尔贴元件的散热部经由第二基板将热量供应到在树脂外壳的第二流动通道中的室内热介质。由于树脂外壳的低导热性供应到室内热介质的热量不易散发到在室外空间中的空气内。与金属外壳相比，树脂外壳允许散发更少量的热量。结果，增加了供应到室内热交换单元的热量的量，由此实现在热效率方面的改善。

在致冷过程中，电流供应到珀尔贴元件，使用珀尔贴元件的第一基板侧作为散热部，并且使用珀尔贴元件的第二基板侧作为吸热部。珀尔贴元件的散热部经由第一基板将热量散发到在金属外壳的第一流动通道中的室外热介质。室外热介质经由金属外壳将热量散发到在室外空间中的空气内。由此，热量散发到在室外空间中的空气内，从而由于珀尔贴元件改善了热泵的性能。相反，珀尔贴元件的吸热部经由第二基板从在树脂外壳的第二流动通道中的室内热介质吸热，由此提供低温到室内热介质。由于树脂外壳的低导热性，供应到室内热介质的低温不易散发到在室外空间中的空气内。与金属外壳相比，树脂外壳允许散发更少量的低温。结果，增加了供应到室内热交换单元的低温的量，从而导致改善的空气调节效率。

附图说明

图1是热泵系统的构造图；

图2是珀尔帖单元的立体图；

图3是珀尔帖单元的分解立体图；

图4是珀尔帖模块的分解立体图；

图5是珀尔帖模块的下半部的反向立体图；以及

图6是沿图2中的线VI-VI截取的剖视图。

具体实施方式

以上及下面公开的附加特征和教导中的每一个可被单独使用或连同其它特征和教导一起使用，以提供改进的热泵系统。现在将参照附图具体地描述本发明的代表性示例，这些示例既单独地又彼此结合地使用这些附加特征及教导中的一些。该具体说明仅意在教导本领域普通技术人员对于实践本教导的优选方面的进一步的细节，而不是意在限定本发明的范围。仅权利要求限定所主张的发明的范围。因此，最广义地说，在以下具体描述中公开的特征和步骤的结合对于实践本发明可以不是必需的，相反，仅是对本发明的特定描述的代表性示例的教导。此外，代表性示例和从属权利要求的各种特征可通过不被具体列举的方式来结合，以提供本教导另外的有益构造。

下面将参照图1至6描述本发明的实施方式。如在图1中所示，热泵系统1设置在车辆中。车辆具有通过热泵系统1取暖的室(乘员室)1c。热泵系统1具有珀尔帖单元10、室外热交换单元12和室内热交换单元13。

如在图1中所示，室外热交换单元(散热器)12可安装在室1c外部的室外空间1b中。室外热交换单元12通过室外管道17以回路方式连接到车辆的发动机14。泵15设置在室外管道17的某一点处。泵15使得室外热介质(冷却液体)在发动机14与室外热交换单元12之间循环。室外热介质从发动机14接受热量(温热)，并且经由室外热交换单元12将热量散发到在室外空间1b中的空气内。

如在图1中所示，珀尔帖单元10安装在室外空间1b中。珀尔帖单元10通过连接到室外管道17的室外管道18以回路方式连接到室外热交换单元12，并且珀尔帖单元10与发动机14并联地连接到室外热交换单元12。珀尔帖单元10从室外热介质吸收热量，由此冷却室外热介质。因此，室外热介质不仅通过室外热交换单元12冷却，而且通过珀尔帖单元10冷却。

如在图1中所示，珀尔帖单元10经由室内管道19以回路方式连接到室内热交换单元13。泵16设置在室内管道19中的某一点处。泵16使得室内热介质(冷却液体)在珀尔帖单元10与室内热交换单元13之间循环。室内热介质从珀尔帖单元10接收热量，并且从室内热交换单元13将热量驱散到在室内空间1a中的空气内。这样，室内热交换单元13使在室内空间1a中的空气变暖。

如在图2和3中所示，珀尔帖单元10具有金属外壳6、树脂外壳7和珀尔帖模块10a。金属外壳6由诸如铝、不锈钢、铁或铜之类的具有高导热性的金属形成。树脂外壳7由具有低导热性的树脂形成。金属外壳6和树脂外壳7分别具有板状外壳主体6a和7a，管状引入管6b和7b，以及管状排出管6c和7c。

如在图3中所示，外壳主体6a和7a分别具有周围壁部6a1和7a1，以及分隔部6a2和7a2。周围壁部6a1和7a1分别沿着外壳主体6a和7a的外围竖直突出。在周围壁部7a1的外围部分上形成有外壁部7a4，外壁部7a4从周围壁部7a1进一步竖直突出。

如在图3中所示，分隔部6a2和7a2分别在外壳主体6a和7a的中间区域纵向延伸并且竖直突出。分隔部6a2和7a2定位在外壳主体6a和7a的宽度方向上的中间区域。第一和第二流动通道6a3和7a3由周围壁部6a1和7a1以及分隔部6a2和7a2形成。第一和第二流动通道6a3和7a3分别在外壳主体6a和7a的表面上延伸成U形。

如在图2和3中所示，引入管6b和7b以及排出管6c和7c可从外壳主体6a和7a竖直延伸。引入管6b和7b以及排出管6c和7c可在外壳主体6a和7a的一端邻近地设置。引入管6b和7b可具有与第一和第二流动通道6a3和7a3连通的引入通道6b1和7b1。排出管6c和7c具有也与第一和第二流动通道6a3和7a3连通的排出通道6c1和7c1。

如在图2中所示，树脂外壳7一体地具有连接器部7g。连接器部7g可以具有管状构造并且从外壳主体7a向侧面突出。转换器11的连接器部可连接到该连接器部7g。

如在图2和6中所示，转换器(热发生器)11具有转换器主体11b和外壳11a。转换器主体11b将由安装在车辆中的电池提供的电压转换为预定电压并且经由连接器部7g将电流供应到珀尔帖模块10a。外壳11a由诸如铝、不锈钢、铁或铜之类的具有高导热性的金属形成。外壳11a一体地具有外壳主体11a2和凸缘11a1.

如在图6中所示，外壳主体11a2容置转换器主体11b。转换器主体11b通过螺栓26安装到外壳主体11a2以便允许位置的调节。凸缘11a1从外壳主体11a2的外围边缘向外突出并且通过螺栓25安装到金属外壳6的表面上。转换器主体11b通过诸如油脂29之类的中间体保持与金属外壳6的接触，中间体优选地允许热传导。

如在图2和3中所示，金属外壳6和树脂外壳7具有多个连接部6d和7d。连接部6d为柱状构造并且形成在外壳主体6a的侧表面上。连接部7d为柱状构造并且形成在外壁部7a4的侧表面上。如在图6中所示，金属外壳6的周围壁部6a1插入到树脂外壳7的外壁部7a4的内侧内，由此使连接部6d和7d互相接触。连接部6d和7d通过螺栓20紧固在一起。

如图4和5中所示，珀尔帖模块10a具有：珀尔帖元件2、第一和第二基板3和4，以及第一翅片8和第二翅片9。图5示出在图3和4中所示出的珀尔帖模块10a的反向下半部。珀尔帖元件2由不同的金属、导体或半导体构成。当DC电流供应到珀尔帖元件2时，珀尔帖元件2产生珀尔帖效应。珀尔帖元件2具有一对热表面，一对热表面中的一个热表面用作吸热表面以吸收热量，一对热表面中的另一个热表面用作散热表面以散发热量。珀尔贴元件2在相对于第一和第二基板3和4的纵向方向上设置为多列。珀尔贴元件2也在相对于第一和第二基板3和4的横向方向上设置在一平面内。

如在图3和4中所示，珀尔贴模块10a具有多个(例如，10个)小的第一基板3以及一个大的第二基板4。如在图6中所示，多组接线3a和4a印刷在第一基板3和第二基板4上。珀尔贴元件2通过焊接连接到多组接线3a和4a。多组接线3a和4a配合以串联连接多个珀尔贴元件2。因此，电流经由每个珀尔贴元件2在第一和第二基板3和4之间交替地流动。

如在图3中所示，每个第一基板3设有一个第一翅片8。如在图5中所示，第二基板4设有两个第二翅片9。第一翅片8和第二翅片9在背向珀尔贴元件2的方向上从第一和第二基板3和4突出。如在图6中所示，第一翅片8和第二翅片9为板状和曲折状构造，并且安装在第一和第二流动通道6a3和7a3内。间隙8a和9a形成在第一翅片8和第二翅片9的曲折状转弯部之间。间隙8a和9a在第一和第二流动通道6a3和7a3的纵向方向上扩展成不中断第一和第二流动通道6a3和7a3。第一基板3和第二基板4之间的位置关系由框架构件5确定。

如在图4和6中所示，框架构件5由具有低导热性(导热率)的树脂形成，并且一体地具有框架主体5a和突出部5b。框架主体5a具有多个孔5c并且第一基板3安装在每个孔5c中。框架主体5a沿着第一基板3的外围边缘延伸，从而确定第一基板3相对于框架构件5的位置。

如在图6中所示，突出部5b从框架主体5a突出在第一和第二基板3和4之间。突出部5b确定在第一和第二基板3和4之间在厚度方向上的距离。突出部5b防止第一和第二基板3和4相互靠近以确定在第一和第二基板3和4之间的距离。由此，突出部5b抑制了珀尔贴元件2被压碎。突出部5b沿着第二基板4的整个外围延伸。液体密封垫21密封在突出部5b与第一基板3之间的空间。

如在图6中所示，液体密封垫22密封在第二基板4与树脂外壳7之间的空间。液体密封垫23密封在框架构件5与金属外壳6之间的空间。液体密封垫24密封在树脂外壳7与金属外壳6之间的空间。

如在图6中所示，当准备珀尔帖单元10时，珀尔帖模块10a安装在树脂外壳7的外壁部7a4的内侧。金属壳外6插入树脂外壳7的外壁部7a4的内侧内。连接部6d和7d相互抵接并且可通过螺栓20紧固到一起。转换器11通过螺栓25安装到金属外壳6。

当准备热泵系统1时，图1中示出的室外管道18可连接到图2中示出的珀尔帖单元10的引入管6b和排出管6c。室内管道19连接到引入管7b和排出管7c。图2中示出的连接器部7g和转换器11相互电连接，以将电流从转换器11供应到图4中示出的珀尔贴元件2。每个珀尔贴元件2能够在第一基板3的侧端部处吸收热量并且在第二基板4的侧端部处散发热量。

如在图6中所示，珀尔贴元件2经由第一基板3和第一翅片8从在第一流动通道6a3中流动的室外热介质27吸收热量。室外热介质27被冷却并且其温度变得低于在室外空间1b中的空气的温度。室外热介质27经由金属外壳6从在室外空间1b中的空气吸收热量并且也从产生热量的交换器11吸收热量。珀尔贴元件2经由第二基板4和第二翅片9将热量供应到在第二流动通道7a3中流动的室内热介质28。室内热介质28将热量传送到在图1中示出的室内热交换单元13。

如在图1中所示，热泵系统1具有安装在室外空间1b中的珀尔贴单元10。室外热交换单元12安装在室外空间1b中并且经由室外管道17、18以回路方式连接到珀尔贴单元10，以与在室外空间1b中的空气产生热交换。室内热交换单元13设置在室内空间1a中并且通过室内管道19以回路方式连接到珀尔贴单元10，以与在室内空间1a中的空气产生热交换。

如在图1和6中所示，珀尔贴单元10具有：珀尔贴元件2、第一基板3、第二基板4、金属外壳6和树脂外壳7。珀尔贴元件2中的每一个可设备有至少一个第一热表面和至少一个第二热表面。一个表面构成吸热部，而表面中的另一个表面构成散热部。第一基板3与第一热表面接触。第二基板4与第二热表面接触。金属外壳6覆盖第一基板3并且在其自身与第一基板3之间形成第一流动通道6a3。第一流动通道6a3通过室外管道17、18以回路方式连接到室外热交换单元12。树脂外壳7覆盖第二基板4并且在其自身与第二基板4之间形成第二流动通道7a3。第二流动通道7a3通过室内管道19以回路方式连接到室内热交换单元13。

由于金属外壳6由金属形成，所以金属外壳6显示出高的导热性。由于树脂外壳7由树脂形成，所以树脂外壳7显示出低的导热性。这样，改善了使用珀尔贴元件2的热泵的效率。在加热过程中，电流供应到珀尔贴元件2的吸热第一基板3侧并且供应到散热第二基板4侧。珀尔贴元件2的吸热部经由第一基板3从在金属外壳6的第一流动通道6a3中的室外热介质27吸收热量。室外热介质27经由金属外壳6从在室外空间1b中的空气吸收热量。由此，通过使用珀尔贴元件2，室外空间1b中的空气的热量被利用以改善热泵的性能。相反，珀尔贴元件2的散热部经由第二基板4将热量供应到在树脂外壳7的第二流动通道7a3中的室内热介质28。由于树脂外壳7的低导热性，供应到室内热介质28的热量不易散发到在室外空间1b中的空气内。与金属外壳相比，树脂外壳允许散发更少量的热量。结果，增加了供应到室内热交换单元13的热量的量，由此实现了在热效率方面的改善。

如在图1和6中所示，热泵系统1具有安装到金属外壳6的热发生体(转换器11)以允许热交换。电流供应到珀尔贴元件2使得珀尔贴元件2的第一基板3侧构成吸热部。由此，珀尔贴元件2的吸热部可经由金属外壳6不仅从在室外空间1b中的空气吸收热量，而且从热发生体(转换器11)吸收热量。结果，利用了热发生体的余热，从而由于珀尔贴元件2改善了热泵的性能。因此，通过珀尔贴元件2经由金属外壳6可冷却热发生体(转换器11)。

虽然已经参照具体构造描述了本发明，但是，对于本领域普通技术人员明显然可在不脱离本发明范围的情况下做出许多替代、改型和变化。因此，本发明意在包括可落入所附权利要求的精神和范围内的所有这些替代、改型和变化。例如，本发明不应被限定到代表性构造。

热泵系统1可用于车辆室1c的加热或空气调节。在其它实施方式中，某些构件的功能可被改变。例如，由于供应到珀尔贴元件2的电流的方向，第一基板3侧可相反地用作散热部。类似地，第二基板4侧可相反地用作吸热部。

珀尔贴元件2经由散热第一基板3将热量散发到在金属外壳6的第一流动通道6a3中的室外热介质27。室外热介质27经由金属外壳6将热量散发到在室外空间1b中的空气内。由此，热量被散发到在室外空间1b中的空气内，从而改善了珀尔贴元件2的热泵性能。以类似的方式，珀尔贴元件2的吸热部经由第二基板4从在树脂外壳7的第二流动通道7a3中的室内热介质28吸收热量，由此冷却室内热介质28。由于树脂外壳7的低导热性，所以供应到室内热介质28的低温不易散发到在室外空间1b中的空气内。与金属外壳相比，树脂外壳允许散发更少量的低温。结果，增加了供应到室内热交换单元的冷空气的量，由此导致改善了的空气调节。

热泵系统1可用于车辆室1c、车辆装载室(室)的内部或者任何这种室的内部的空气调节和/或加热。

供应到金属外壳6和树脂外壳7的热介质可以是能够进行热传递的任何成分。优选的成分包括液体和气体。

热泵系统1可以具有或不具有图1中示出的发动机14。

热泵系统1可使用其它不同的装置作为热发生体。例如，诸如逆变器之类的电气设备、马达、电池或者诸如内燃机的热力发动机可用于热发生体。

热泵系统1可设置在插电式混合动力车辆、电动车辆或者任何使用发动机的车辆中。

Claims (2)

1.一种热泵系统，包括：

珀尔贴单元，所述珀尔贴单元安装在室外空间中；

室外热交换单元，所述室外热交换单元安装在所述室外空间中并且经由室外管道以回路方式连接到所述珀尔贴单元，以与在所述室外空间中的空气产生热交换；

室内热交换单元，所述室内热交换单元设置在室内空间中并且通过室内管道以回路方式连接到所述珀尔贴单元，以与在所述室内空间中的空气产生热交换，

其中，所述珀尔贴单元包括：

珀尔贴元件，所述珀尔贴元件设有第一热表面和第二热表面，所述第一热表面和第二热表面中的一个构成吸热部，所述第一热表面和第二热表面中的另一个构成散热部，

第一基板，所述第一基板与所述第一热表面接触，

第二基板，所述第二基板与所述第二热表面接触，

金属外壳，所述金属外壳覆盖所述第一基板并且形成在所述金属外壳与所述第一基板之间的第一流动通道，所述第一流动通道通过所述室外管道以回路方式连接到所述室外热交换单元，

树脂外壳，所述树脂外壳覆盖所述第二基板并且形成在所述树脂外壳与所述第二基板之间的第二流动通道，所述第二流动通道通过所述室内管道以回路方式连接到所述室内热交换单元。

2.如权利要求1所述的热泵系统，进一步包括安装到所述金属外壳的热发生体以允许进行热交换，

其中，电流被供应到所述珀尔贴元件，使得所述珀尔贴元件的所述第一热表面构成所述吸热部。

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