CN106168389B - 一种带中间换热器半导体深度除湿机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带中间换热器半导体深度除湿机，通过设置中间换热器，将制冷片吸热翅片组的低温出风引入中间换热器的低温流体通道，将高温进风引入中间换热器的热流体通道，利用吸热翅片组的低温出风对吸热翅片组的高温进风进行预冷，从而将高温进风温度降低、相对湿度提高，使之成为接近于饱和的湿空气或饱和空气，再进入吸热翅片组，从而大幅度提高制冷片的湿负荷，大幅度提高除湿能效。

Description

一种带中间换热器半导体深度除湿机

技术领域

本发明涉及除湿装置设计技术领域，尤其涉及一种带中间换热器半导体深度除湿机。

背景技术

半导体制冷技术，又称温差电制冷技术，自20世纪50年代快速发展起来。半导体制冷，它利用半导体材料组成的P-N结，通上直流电即可产生制冷效果，几秒钟就可以使冷端结霜；它没有压缩机等等复杂的机械结构，更不需要制冷剂。

虽然半导体制冷的能效比，即制冷量与输入电功的比值，相对较低，只有使用氟利昂制冷剂的蒸汽压缩式制冷系统的1/10左右；但是半导体制冷技术具有无可比拟的特点和优势：①无机械运动、无制冷剂、制冷迅速；②可以模块化任意组合，制冷量可以从毫瓦级到千瓦级，制冷温差可达30---150℃，使用方便，运用广泛；③可以连续调节，改变制冷片的供电电压，制冷量可以连续变化；④重量轻，体积小，可以做成微型、亚微型、小型半导体制冷器。

半导体制冷技术在微小空间，例如工业电气柜、家庭衣柜橱柜等等，解决柜内除湿防霉、提高电气绝缘等级防止空气击穿方面，具有独特的优势。

如图1所示，目前市场上半导体除湿机，运行时半导体制冷片3通入直流电，制冷片右侧吸热、左侧放热，风机14将空气压向与制冷片左侧紧密接触的散热翅片组2带走热量从出风口13排出除湿机体外；同时，风机14在腔内造成负压，吸引进风口12的空气流入；自进风口13流入的空气，一小部分流过与制冷片右侧紧密接触的吸热翅片组9，这一小部分空气被降温除湿后与大部分未流过吸热翅片组的主体空气汇合，再流向散热翅片组。

由此可见，现有的半导体除湿机的吸热翅片组的通风量，具有不确定性，任何一个外界的扰动都能造成通风量的变化。半导体除湿机，由于制冷效率较低，通常制冷量都比较小，以“w”为单位时，制冷量通常只有10的1次方数量级或2次方数量级，如果穿越半导体制冷片的吸热翅片组的空气流量较大，半导体制冷片就没有对空气进行深度除湿（将空气相对湿度降低到50%以下）的能力；因为，空气只有在温度降低到露点温度之下才能滤出水分,而当穿越半导体制冷片的吸热翅片组的空气流量较大时，制冷片的制冷量首先用于空气露点温度以上的显热的吸收，并在吸收位于露点温度以上的空气显热时制冷片的制冷量通常就消耗殆尽，因而没有多余的制冷量用于空气中水蒸汽冷凝热的吸收，即不再有能力将将空气中水蒸汽冷凝为水，此时除湿能力为零。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种带中间换热器半导体深度除湿机，包括：

壳体，其上设置有第一进风口、第二进风口和出风口；

半导体制冷片，设置在所述壳体内，所述半导体制冷片的一侧设有吸热翅片组，另一侧设有散热翅片组；

中间换热器，设置在所述壳体内，所述中间换热器上设有低温流体通道和高温流体通道；

除湿机外湿空气自所述分别从第一进风口和第二进风口进入到所述壳体内；由所述第一进风口进入的湿空气首先流经所述中间换热器的高温流体通道初步降温预冷，再流经所述吸热翅片组进行降温除湿，再流经所述中间换热器的低温流体通道用于对高温流体通道的空气进行降温实现预冷，最后流向所述散热翅片组；由所述第二进风口进入的湿空气直接流向所述散热翅片组，与来自中间换热器低温流体通道的空气一起流过散热翅片组吸热升温后由所述出风口排出。

较佳地，所述中间换热器采用错流式换热器、逆流式换热器或叉逆流换热器，所述中间换热器包含有若干所述低温流体通道和高温流体通道，且所述低温流体通道与所述高温流体通道交错布置，低温流体与高温流体在所述低温流体通道与高温流体的通道内流动并通过壁板实现换热。

较佳地，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向相垂直，或者，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向交叉且逆流，或者，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向平行且逆流。

较佳地，所述第一进风口上设置有第一配风板，所述第一配风板上均布有多个第一通孔；所述第二进风口上设置有第二配风板，所述第二配风板上均布有多个第二通孔。

较佳地，所述第一通孔、所述第二通孔为圆形或矩形。

较佳地，所述吸热翅片组下方设置有接水盘，所述接水盘连接有一水箱。

较佳地，所述散热翅片组的出风端与所述出风口之间设置有风机，用于推动壳体内空气的流动。

本发明还提供了一种带中间换热器半导体深度除湿机，包括：

壳体，其上设置有第一进风口、第二进风口、第一出风口和第二出风口；

半导体制冷片，设置在所述壳体内，所述半导体制冷片的一侧设有吸热翅片组，另一侧设有散热翅片组；

中间换热器，设置在所述壳体内，所述中间换热器上设有低温流体通道和高温流体通道；

除湿机外湿空气自所述分别从第一进风口和第二进风口进入到所述壳体内；

由所述第一进风口进入的湿空气首先流经所述中间换热器的高温流体通道初步降温，再流经所述吸热翅片组进行降温除湿，再流经所述中间换热器的低温流体通道用于对高温流体通道的空气进行预冷，最后由第一出风口排出；

由所述第二进风口进入的湿空气直接流经所述散热翅片组，对所述散热翅片组进行降温，再从所述第二出风口排出。

较佳地，所述第一出风口设置有第一风机，所述第二进风口设置有第二风机。

较佳地，所述中间换热器采用错流式换热器、叉逆流换热器或逆流式换热器，所述中间换热器包含有若干所述低温流体通道和高温流体通道，且所述低温流体通道与所述高温流体通道交错布置，低温流体与高温流体在所述低温流体通道与高温流体的通道内流动并通过壁板实现换热。

较佳地，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向相垂直；或者，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向交叉且逆流；或者，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向平行且逆流。

较佳地，所述第一进风口上设置有第一配风板，所述第一配风板上均布有多个第一通孔；所述第二进风口上设置有第二配风板，所述第二配风板上均布有多个第二通孔。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1）本发明提供的带中间换热器半导体深度除湿机，通过中间换热器的设置，将半导体制冷翅片的吸热翅片组的低温出风引入中间换热器的低温流体通道内，将由第一进风口进入的高温进风引入中间换热器的高温流体通道内，利用吸热翅片组的低温出风对吸热翅片组的高温进风进行预冷，从而将高温进风温度降低、相对湿度提高，使之成为接近于饱和的湿空气或饱和空气，再进入吸热翅片组，从而大幅度提高制冷片的湿负荷，大幅度提高除湿能效；

2）本发明提供的带中间换热器半导体深度除湿机，通过在进风口上设置配风板实现了吸热翅片组、散热翅片组的精确配风，从而使穿越吸热翅片组的空气的显热在半导体制冷片制冷量中的占比大幅降低、精确降低，空气中水蒸汽的相变潜热在制冷片制冷量中的占比得到有效提高、精确提高，保证半导体制冷片的吸热翅片组在低相对湿度（例如40%）条件下从空气中滤除水分，从而将半导体除湿机所处空间内的相对湿度降低到50%以下，以有效抑制霉菌的发生。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为现有技术中半导体除湿机的结构示意图；

图2为实施例1中带中间换热器半导体深度除湿机的原理示意图；

图3为本发明中吸热翅片组、散热翅片组的结构示意图；

图4为实施例1中中间换热器的结构示意图；

图5为实施例1中中间换热器的拆分示意图；

图6为实施例2中带中间换热器半导体深度除湿机的示意图；

图7为图6的A向示意图；

图8为实施例3中带中间换热器半导体深度除湿机的示意图。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

当前的半导体除湿机制冷片，由于半导体P-N结自身的物理特性，其制冷效率较低，一般只有0.3左右。

半导体除湿机运行时，如果吸热翅片组配风不够精准，穿越吸热翅片组的空气流量偏大，半导体制冷片就没有对空气进行深度除湿（将空气相对湿度降低到50%以下）的能力；这是因为，空气只有在温度降低到其露点温度之下才能滤出水分；而当穿越半导体制冷片的吸热翅片组的空气流量偏大时，半导体制冷片的制冷量首先用于空气降温过程中露点温度以上的显热的吸收，并在吸收位于露点温度以上的空气显热时半导体制冷片的制冷量通常就消耗殆尽，因而没有富余的制冷量再用于此时达到饱和或者接近饱和的空气中水蒸汽冷凝热的吸收，即不再有能力将将空气中水蒸汽冷凝为水。

即便能够实现半导体除湿机吸热翅片组小风量精确配风，滤出少量空气中的水分，对于制冷片而言，流过吸热翅片组空气的显热占制冷量的比例也过高，造成除湿效率低下。例如，制冷片制冷量15w, 在30℃ 40%RH工况下，通过精密配风实现除湿量7.6g/h；用于空气中水蒸汽冷凝热吸收的制冷功率也只有5.3w，只占总制冷量15w的35%；而65%的制冷量被用于吸收流过吸热翅片组空气的显热，对于除湿与防霉并没有直接的意义。

针对上述问题，本发明提供了一种带中间换热器半导体深度除湿机，一方面通过在进风口上设置配风板实现了吸热翅片组、散热翅片组的精确配风，保证半导体制冷片的吸热翅片组在低相对湿度条件下从空气中滤除水分；另一方面通过在吸热翅片组与进风之间设置换热器，将高温进风温度降低、相对湿度提高，使之成为接近于饱和的湿空气或饱和空气，再进入吸热翅片组，从而大幅度提高制冷片的湿负荷，大幅度提高除湿能效。

下面就具体实施例作进一步的说明。

实施例1

参照图2， 本发明提供了一种带中间换热器半导体深度除湿机，包括有一壳体11，壳体11内设置有半导体制冷片3，半导体制冷片3的一侧设置有吸热翅片组9，另一侧设置有散热翅片组2；壳体11上设置有第一进风口a、第二进风口b和出风口10，外界湿空气自分别从第一进风口和第二进风口进入到壳体11内。壳体11内还设置有中间换热器8，中间换热器8设置在第一进风口a和吸热翅片组9之间，中间换热器8上设有低温流体通道和高温流体通道，流经低温流体通道和高温流体通道的空气相互进行换热

其中，由第一进风口a进入的湿空气首先流经中间换热器8的高温流体通道初步降温，再流经吸热翅片组9进行降温除湿，再流经中间换热器8的低温流体通道用于对高温流体通道的空气进行预冷，最后流向散热翅片组2；由第二进风口b进入的湿空气直接流向散热翅片组2，与来自中间换热器的空气一起流过散热翅片组升温后由出风口10排出。

本发明通过设置中间换热器8，将半导体制冷翅片的吸热翅片组9的低温出风引入中间换热器8的低温流体通道内，将由第一进风口a进入的高温进风引入中间换热器8的高温流体通道内，利用吸热翅片组9的低温出风对吸热翅片组9的高温进风进行预冷，从而将高温进风温度降低、相对湿度提高，使之成为接近于饱和的湿空气或饱和空气，再进入吸热翅片组9，从而大幅度提高制冷片的湿负荷，大幅度提高除湿能效。

在本实施例中，如图3中所示，吸热翅片组9、散热翅片组2具体由多个平行设置的翅片组成，吸热翅片组9、散热翅片组2是压制在半导体制冷片3上的；当半导体制冷片3通电工作后，吸热翅片组9吸热、散热翅片组2放热，湿空气流经吸热翅片组9被降温除湿，变成低温饱和空气，然后流经散热翅片组2带走散热翅片组2上的热量。

第一进风口a连通有第一进风通道，吸热翅片组9、中间换热器8位于第一进风通道内；第二进风口b连通有第二进风通道，第一进风通道和第二进风通道相互独立，且在散热翅片组2的进风端汇合；散热翅片组2的出风端通过一出风通道与出风口10连通；从第一进风通道进来的被降温除湿后的空气和从第二进风通道进入的空气汇合后流过散热翅片组2，带走散热翅片组2上的热量后经由出风通道从出风口10排出壳体11。

本发明中，中间换热器8采用错流式或逆流式换热器或叉逆流换热器，相比于顺流式换热器，具有传热效率高、单位体积热交换面积大、热负荷大的特点，适于气-气换热。

在本实施例中，参照图4-5中间换热器8采用错流式换热器，其包含有若干低温流体通道（即A通道）和高温流体通道（即B通道），且低温流体通道与高温流体通道纵横交错布置，低温流体通道内的空气流向与高温流体通道内的空气流向相垂直；来自第一进风口a的高温空气流过高温流体通道，来自吸热翅片组9的低温空气流过低温流体通道，从而使得低温流体通道与高温流体通道之间实现换热。

当然，在其他实施例中，中间换热器8也可采用逆流式换热器，此时低温流体通道内的空气流向与高温流体通道内的空气流向平行且逆流。

当然，在其他实施例中，中间换热器8也可采用叉逆流换热器，此时低温流体通道内的空气流向与高温流体通道内的空气流向交叉且逆流。

在本实施例中，第一进风口a上设置有第一配风板7，第二进风口b上设置有第二配风板4，第一配风板7和第二配风板4用于实现对第一进风口a、第二进风口b的进风量的精确分配。

进一步的，第一配风板7上设置有多个第一通孔，第二配风板4上设置有多个第二通孔，其中第一通孔、第二通孔可以为圆孔或矩形孔等，此处不做限制。本发明可以通过调节第一通孔、第二通孔的设置数量、尺寸，来调节空气流过第一配风板7与第二配风板4的阻力，从而来精确控制第一配风板7和第二配风板4的进风量，从而来精确控制吸热翅片组9、散热翅片组2的通风量；即可以实现“增加散热翅片组通风量以降低散热翅片组的工作温度、提高半导体制冷片的制冷效率”，又可以实现“减少吸热翅片组通风量使空气的显热在制冷片制冷量中的占比大幅降低、精确降低，空气中水蒸汽的相变潜热在制冷片制冷量中的占比得到有效提高、可靠提高，从而将半导体除湿机所在的工业与家用空间的相对湿度降低到50%以下。

在本实施例中，吸热翅片组9的下方设置有接水盘6，用于收集吸热翅片组9上形成的冷凝水；接水盘6还连接有一水箱5，接水盘6内的水直接排到水箱内。

散热翅片组2的出风端与出风口9之间设置有风机1，即设置在出风通道内，风机1用于推动壳体内空气的流动。风机1启动后，使得壳体内部形成负压，从而使得外界空气顺从第一进风口、第二进风口进入到壳体内。

下面就本发明提供的带中间换热器半导体深度除湿机的工作原理做进一步的说明：

启动后，风机1运行，在风机1吸入口产生负压区，吸引半导体除湿机体外空气流入壳体11内；

在风机1的抽吸下，第一进风口的进风经过第一配风板7的精确配风的微量空气流经中间换热器8的热流体通道放热预冷、温度降低、相对湿度提高，再进入吸热翅片组9进一步降温除湿滤出水分，成为低温饱和空气再流过中间换热器8的冷流体通道吸热升温，然后流出中间换热器8；

同时，在风机1的抽吸下，第二进风口的进风经过第二配风板4均匀配风后与来自中间换热器8冷流体通道的空气混合，再流入散热翅片组2，吸收散热翅片组2热量升温，经风机1升压之后从出风口10排出机外。

实施例2

参照图6-7，本实施例是在实施例1的基础上进行的改进，相对于实施例1本实施例存在以下区别技术特征：

在本实施例中，第一进风口a的进风方向垂直于图6所示的A向的方向，第二进风口b的进风方向则是平行于 图6所示的A向的方向，而且，流经散热翅片组气流所在的平面（即图6中所示的平面），与流经吸热翅片组9、中间换热器8气流所在平面（即图7中所示的平面）互相垂直。

本发明通过上述设计对壳体的气流方向进行设置，有利于在实际产品中布置方便内部各风道的排布。

实施例3

参照图8，本实施例是在实施例1的基础上进行的改进。

具体的，在本实施例中，带中间换热器半导体深度除湿机包括有一壳体11，壳体11内设置有半导体制冷片3，半导体制冷片3的一侧设置有吸热翅片组9，另一侧设置有散热翅片组2；壳体11上设置有第一进风口15、第二进风口16、第一出风口17和第二出风口18。壳体11内还设置有中间换热器8，中间换热器8设置在第一进风口15和吸热翅片组9之间，中间换热器8上设有低温流体通道和高温流体通道，流经低温流体通道和高温流体通道的空气相互进行换热。

在本实施例中，第一出风口17处设置有第一风机19，第二进风口16处设置有第二风机20。

吸热翅片组9和散热翅片组2分别位于两个独立的空气通道内；

在第一风机19的作用下，外界湿空气从第一进风口15进入，首先流经中间换热器8的高温流体通道初步降温，再流经吸热翅片组9进行降温除湿，再流经中间换热器8的低温流体通道用于对高温流体通道的空气进行预冷，最后由第一出风口17排出；

在第二风机20的作用下，外界从第二进风口16进入，直接流经散热翅片组2，用于对散热翅片组2进行降温，再从第二出风口18排出。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，包括：

壳体，其上设置有第一进风口、第二进风口和出风口；

半导体制冷片，设置在所述壳体内，所述半导体制冷片的一侧设有吸热翅片组，另一侧设有散热翅片组；

中间换热器，设置在所述壳体内，所述中间换热器上设有低温流体通道和高温流体通道；

除湿机外湿空气自所述分别从第一进风口和第二进风口进入到所述壳体内；由所述第一进风口进入的湿空气首先流经所述中间换热器的高温流体通道初步降温预冷，再流经所述吸热翅片组进行降温除湿，再流经所述中间换热器的低温流体通道用于对高温流体通道的空气进行降温实现预冷，最后流向所述散热翅片组；由所述第二进风口进入的湿空气直接流向所述散热翅片组，与来自中间换热器低温流体通道的空气一起流过散热翅片组吸热升温后由所述出风口排出；

所述第一进风口上设置有第一配风板，所述第一配风板上均布有多个第一通孔；所述第二进风口上设置有第二配风板，所述第二配风板上均布有多个第二通孔。

2.据权利要求1所述的带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，所述中间换热器采用错流式换热器、逆流式换热器或叉逆流换热器，所述中间换热器包含有若干所述低温流体通道和高温流体通道，且所述低温流体通道与所述高温流体通道交错布置，低温流体与高温流体在所述低温流体通道与高温流体的通道内流动并通过壁板实现换热。

3.据权利要求1所述的带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向相垂直，或者，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向交叉且逆流，或者，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向平行且逆流。

4.据权利要求1所述的带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，所述第一通孔、所述第二通孔为圆形或矩形。

5.据权利要求1所述的带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，所述吸热翅片组下方设置有接水盘，所述接水盘连接有一水箱。

6.据权利要求1所述的带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，所述散热翅片组的出风端与所述出风口之间设置有风机，用于推动壳体内空气的流动。

7.一种带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，包括：

壳体，其上设置有第一进风口、第二进风口、第一出风口和第二出风口；

半导体制冷片，设置在所述壳体内，所述半导体制冷片的一侧设有吸热翅片组，另一侧设有散热翅片组；

中间换热器，设置在所述壳体内，所述中间换热器上设有低温流体通道和高温流体通道；

除湿机外湿空气自所述分别从第一进风口和第二进风口进入到所述壳体内；

由所述第一进风口进入的湿空气首先流经所述中间换热器的高温流体通道初步降温，再流经所述吸热翅片组进行降温除湿，再流经所述中间换热器的低温流体通道用于对高温流体通道的空气进行预冷，最后由第一出风口排出；

由所述第二进风口进入的湿空气直接流经所述散热翅片组，对所述散热翅片组进行降温，再从所述第二出风口排出；

所述第一进风口上设置有第一配风板，所述第一配风板上均布有多个第一通孔；所述第二进风口上设置有第二配风板，所述第二配风板上均布有多个第二通孔。

8.据权利要求7所述的带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，所述第一出风口设置有第一风机，所述第二进风口设置有第二风机。

9.据权利要求7所述的带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，所述中间换热器采用错流式换热器、叉逆流换热器或逆流式换热器，所述中间换热器包含有若干所述低温流体通道和高温流体通道，且所述低温流体通道与所述高温流体通道交错布置，低温流体与高温流体在所述低温流体通道与高温流体的通道内流动并通过壁板实现换热。

10.据权利要求7所述的带中间换热器半导体深度除湿机，其特征在于，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向相垂直；或者，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向交叉且逆流；或者，所述低温流体通道内的空气流向与所述高温流体通道内的空气流向平行且逆流。

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