一种热泵干衣机及其热泵系统的制作方法

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，特别是涉及一种热泵干衣机及其热泵系统。

背景技术：

热泵干衣机主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、辅助风扇、滚筒、空气循环通道、主风机和空气过滤装置，其中，冷凝器、蒸发器、节流装置以及压缩机共同组成热泵系统。

请参考图1，图1为现有技术中热泵干衣机一种设置方式的原理示意图。

如图1所示，热泵干衣机的工作原理如下：循环风机先启动，将闭环系统的风场建立起来；循环风机运行后，压缩机启动，热泵系统开始工作，空气依次通过滚筒、过滤网、蒸发器、冷凝器，然后回到滚筒，完成一次循环；干燥的热风进入到滚筒内，将负载(待烘干的衣物)的水分带走。出滚筒时，空气的温度降低、湿度增加。湿空气流经蒸发器，被降温除湿；然后流经冷凝器，温度升高，回到滚筒完成一个空气循环。如此反复，直到衣物被烘干，关闭压缩机，最后关闭循环风机。

根据上述原理可知，热泵干衣机启动后，较长一段时间均处在升温期，而此时进入滚筒的风温较低，除湿效率较低。为了缩短干衣时间，可以考虑增加辅助冷源和热源。

请进一步参考图2，图2为设有辅助热源的风道1的截面示意图。

如图2所示，专利号为CN202430535U的中国专利公开了一种有辅助热源的热泵系统，在冷凝器出口的风道上安装半导体加热装置， 该半导体加热装置由多个半导体制冷元件依次排列组成。当对半导体制冷元件通入直流电时，半导体制冷元件的两端会分别出现冷、热效应；如图2所示，将半导体制冷片的热端20布置在风道内侧，冷端10布置在风道外侧，以便通过热端20对风道内的空气进行加热，进一步提高进入滚筒的风温。

但是，上述现有的技术方案存在如下不足：

1、半导体制冷片的冷端10直接置于风道外侧时，不会作用于风道内的空气，产生的冷能量被弃置，造成能源的浪费，还容易因冷端10的表面温度过低而结霜，影响寿命，甚至直接损毁半导体制冷片；

2、半导体制冷片为精密电子器件，而风道内是高温高湿环境，且湿空气中夹杂着纤维杂物，会影响半导体制冷片的使用寿命；

3、半导体制冷片的热端20直接布置在风道内侧，仅通过热端20的表面积进行换热，换热面积较小，散热量不够，影响换热效率。

因此，如何设计一种热泵干衣机及其热泵系统，以提高换热效率，缩短干衣时间，同时对半导体制冷元件进行防护，延长半导体制冷元件的使用寿命，成为本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种热泵干衣机及其热泵系统，具有较高的换热效率，能够缩短干衣时间，对半导体制冷元件进行防护，避免半导体制冷元件的表面出现极限温度，进而延长半导体制冷元件的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供一种热泵系统，包括设置在热泵干衣机的风道中的蒸发器和冷凝器，所述热泵系统还包括具有冷端和热端的半导体制冷元件，所述半导体制冷元件固定安装在所述风道的外侧，所述冷端产生的冷量通过第一热管或第一热沉输送至所述蒸发器的气侧，所述热端产生的热量通过第二热管或第二热沉输送至所述冷凝器的气侧。

本发明的热泵系统，半导体制冷元件的冷端所产生的冷量通过热 管或者第一热沉输送至蒸发器的气侧，对蒸发器上下游的空气进行预除湿或进一步除湿，以有效利用冷量，避免了冷量的浪费；由于冷端的冷量已经有效输送出去，不会因冷量堆积而引起冷端的表面温度过低，也就不会因此而在冷端结霜损毁半导体制冷元件，辅助延长了半导体制冷元件的使用寿命；同时，整个半导体制冷元件安装在风道外侧，不会与风道内的高温高湿气体接触，即使气体中携带有杂质也不会附着在半导体制冷元件上，使得半导体制冷元件具有良好的使用环境，有利于延长其使用寿命；而且，采用热管或者热沉进行热量传递，有利于增大换热面积和对流换热系数，进而提高了换热效率，能够更快地实现对风道内气体的干燥。

更为重要的是，半导体制冷元件的冷端相当于热泵系统的辅助冷源，能够对蒸发器上游的气体进行预除湿或者对于蒸发器下游的气体进行进一步除湿，以提高进入冷凝器的气体的干燥程度，便于冷凝器进行后续的升温处理，或者说为冷凝器的升温做好准备，能够使得气体升高到更高的温度；同时，半导体制冷元件的热端相当于热泵系统的辅助热源，能够对冷凝器上游的气体进行预加热或者对冷凝器下游的气体进行进一步加热，进而提升最终所形成气体的温度。可见，通过冷端和热端的配合，最终可以形成用于热泵干衣机的高温低湿的气体，有效提高了干衣效率。

可选地，所述第一热管能够将冷量均匀地输送至所述蒸发器的气侧；和/或所述第二热管能够将热量均匀地输送至所述冷凝器的气侧。

可选地，所述第一热管和/或所述第二热管上套装有若干翅片，各所述翅片沿着风向延伸。

可选地，所述第一热管与所述蒸发器的换热管同向延伸；和/或所述第二热管与所述冷凝器的换热管同向延伸。

可选地，所述冷端朝向所述风道的内侧，所述第一热沉安装在所述冷端的端面上，且所述第一热沉具有若干散热片，各所述散热片以矩阵形式间隔排布。

可选地，所述热端朝向所述风道的内侧，所述第二热沉安装在所 述热端的端面上，且所述第二热沉具有若干散热片，各所述散热片以矩阵形式间隔排布。

可选地，所述冷端产生的冷量通过所述第一热管进行输送和/或所述热端产生的热量通过所述第二热管进行输送。

可选地，还包括采用导热材料制成的定位件，所述半导体制冷元件安装在所述定位件上，并通过所述定位件固定安装在所述风道的外侧壁。

可选地，所述冷端与所述第一热管之间、或者所述冷端与所述第一热沉之间涂覆有导热硅脂；和/或，所述热端与所述第二热管之间、或所述热端与所述第二热沉之间涂覆有导热硅脂。

本发明还提供一种热泵干衣机，包括上述任一项所述的热泵系统。

由于本发明的热泵干衣机包括上述任一项所述的热泵系统，故上述任一项所述的热泵系统所能够产生的技术效果均适用于本发明的热泵干衣机，此处不再赘述。

附图说明

图1为现有技术中热泵干衣机一种设置方式的原理示意图；

图2为设有辅助热源的风道的截面示意图；

图3为本发明所提供热泵系统在实施例1中的立体结构示意图；

图4为图3所示热泵系统的俯视图；

图5为图3所述热泵系统中半导体制冷元件与热管连接状态的俯视图和侧视图，其中，图5a为俯视图，图5b为侧视图；

图6本发明所提供热泵系统在实施例2中的立体结构示意图；

图7为图6所示热泵系统的俯视图；

图8为图6所示热泵系统中半导体制冷元件与第一热管、第二热沉在一种设置方式中处于连接状态的立体结构示意图；

图9为图8所示半导体制冷元件与第一热管和第二热沉连接状态的俯视图；

图10为本发明所提供热泵系统中热沉与半导体制冷元件处于连接状态的立体结构示意图；

图11为本发明所提供热泵系统在实施例3中的立体结构示意图；

图12为图11所示热泵系统的俯视图。

图1-2中：

冷端10、热端20；

图3-12中：

风道1、蒸发器2、冷凝器3、半导体制冷元件4、第一热沉51、第二热沉52、第一热管53、第二热管54、翅片6、定位件7、压缩机8、电机9。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种热泵干衣机及其热泵系统，具有较高的换热效率，能够缩短干衣时间，对半导体制冷元件进行防护，避免半导体制冷元件的表面出现极限温度，进而延长半导体制冷元件的使用寿命。

以下结合附图，对本发明的热泵干衣机及其热泵系统进行具体介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。

本文所述的内外以热泵干衣机的风道1为参照，靠近风道1中心的方向为内，远离风道1中心的方向为外。本文所述的第一、第二等词，仅为了区分结构相同或类似的不同部件或者不同结构，不表示对顺序的某种特殊限定。本文所述的上游和下游是以气体的流动方向为参照进行定义的，气体首先流经的为上游，与上游相对的是下游。

如图3-图12所示，本发明提供了一种热泵系统，用于热泵干衣机，热泵系统可以包括蒸发器2和冷凝器3，两者均设置在热泵干衣机的风道1中，以便对由热泵干衣机的滚筒流出的低温高湿气体进行除湿和加热，以形成干燥的高温气体，从而对滚筒内的衣物进行干燥处理，气体依次通过滚筒-蒸发器2-冷凝器3，最终回到滚筒，完成一次循环。

本发明的热泵系统还可以包括半导体制冷元件4，半导体制冷元件4具有冷端和热端，半导体制冷元件4可以固定安装在风道1的外侧，然后通过热管或者热沉将冷端产生的冷量输送至蒸发器2上游或者下游的气侧，通过热管或者热沉将热端产生的热量输送至冷凝器3上游或下游的气侧。

从上文可知，蒸发器2处于冷凝器3的上游，能够对低温高湿的气体进行除湿和进一步降温，当半导体制冷元件4的冷端将产生的冷量输送至蒸发器2的气侧，能够对气体进行进一步除湿或者预除湿，以加强除湿效果，提高气体的干燥程度；冷凝器3处于蒸发器2的下游，能够对除湿后的气体进行加热，以提高进入滚筒的风温，当半导体制冷元件4的热端将产生的热量输送至冷凝器3的气侧，能够对气体进行进一步升温或者预加热处理，进而增加最终进入滚筒的风温，缩短干衣时间。

可见，半导体制冷元件4相当于一个辅助源，其冷端提供辅助冷源、热端提供辅助热源，辅助实现由滚筒流出的低温高湿气体的除湿和加热，形成更为干燥和风温更高的气体，对滚筒中含湿衣物进行干燥，从而缩短了干衣时间。

与现有技术热泵干衣机中的热泵系统相比，本发明将半导体制冷元件4安装在风道1的外侧，使得半导体制冷元件4与风道1内的低温高湿气体不直接接触，从而实现了对半导体制冷元件4的防护，还可以避免气体中携带的杂质附着在半导体制冷元件4上；半导体制冷元件4的冷端通过热管或热沉将冷量输送至蒸发器2的气侧，与现有技术中闲置在风道1外侧的冷端相比，冷量得到了充分利用，提高了能源利用率；而且，热管或热沉保证了冷量传递的可靠性，可以防止冷量在冷端堆积，也就可以避免因冷端的表面温度过低而结霜，进而防止了因结霜损坏半导体制冷元件4，延长了半导体制冷元件4的使用寿命；并且，由于热管或热沉能够实现冷量或热量的有效传递，可以提高换热效率。

为便于描述，本文将与冷端相连的热管定义为第一热管53，与热 端相连的热管定义为第二热管54，与冷端相连的热沉定义为第一热沉51，与热端相连的热沉定义为第二热沉52。

需要说明的是，由于本申请中的第一热管53和第一热沉51均用于输送冷量，理论上讲，在同一实施例中基本上不会同时存在第一热管53和第一热沉51；同理，在同一实施例中也基本上不会同时存在第二热管54和第二热沉52。根据冷量和热量传输所采用部件(热管或热沉)的不同，以下分四个实施例对本申请进行详细说明。

实施例1

如图3-5所示，在第一种具体实施方式中，半导体制冷元件4的冷端和热端均可以通过热管实现能量的输送，即冷端设置于第一热管53与蒸发器2上游或下游的气侧，热端设置于第二热管54与冷凝器3上游或下游的气侧。具体而言，可以在半导体制冷元件4的冷端设置第一热管53，热端设置第二热管54，然后将冷量经由第一热管53输送至蒸发器2的气侧，将热量经由第二热管54输送至冷凝器3的气侧。当冷量输送至蒸发器2上游的气侧时，能够对气体进行预除湿；当冷量输送至蒸发器2下游的气侧时，能够对经蒸发器2处理后的气体进行进一步除湿；不管是哪种处理方式，在蒸发器2的除湿量一定的情况下，均可以提高后续流经冷凝器3的气体干燥度，改善除湿效果。当热量输送至冷凝器3上游的气侧时，能够对进入气体进行预热；当热量输送至冷凝器3下游的气侧时，能够对由冷凝器3处理后的气体进行进一步升温；在冷凝器3的升温幅度一定的情况下，不管采用何种处理方式均可以提升最终进入滚筒的气体的温度，以缩短干衣时间。

如图3-5所示，第一热管53可以将冷量均匀地输送至蒸发器2的气侧，具体可以由蒸发器2横向的一端延伸至另一端，或者由蒸发器2的竖向的一端延伸至另一端，还可以由蒸发器2的对角方向由一端延伸至另一端，以便将冷量更加均匀地传递至整个蒸发器2的气侧。

同理，第二热管54可以将热量均匀地输送至冷凝器3的气侧，具体可以由冷凝器3横向的一端延伸至另一端，或者竖向的一端延伸至另一端，或者由冷凝器3的对角方向的一端延伸至另一端，从而将 热量更加均匀地传递至整个冷凝器3。

换言之，为实现冷量在蒸发器2的分布均匀性，可以对第一热管53的延伸方向进行设置，具体可以根据蒸发器2的结构形匹配相应的，不限于上述设置方式；同理，可以对第二热管54的延伸方向进行设置，以提高热量在冷凝器3的分布均匀性。

其中，第一热管53和第二热管54可以平行设置，也可以倾斜设置。在图3-5所示的实施方式中，蒸发器2和冷凝器3可以相互平行，并可以在垂直于风向的方向上延伸，此时，第一热管53和第二热管54可以在垂直于风向的面内延伸，第一热管53处于第二热管54的上游。本领域技术人员也可以根据需要调整蒸发器2和冷凝器3的具体位置，并对第一热管53和第二热管54的位置进行适应性调整。

还可以在第一热管53和第二热管54上套装若干翅片6，各翅片6在第一热管53和第二热管54上间隔分布，每一翅片表面均大致沿着风向延伸，如图3-5所示。以蒸发器2和冷凝器3的底面所朝向的端面作为风道1的底面，此时，翅片6还可以垂直于风道1的底面。翅片6可以在第一热管53和第二热管54上等间隔排布，也可以根据热传导的规律设置翅片6的间距以及排布规律；还可以仅在第一热管53和第二热管54远离半导体制冷元件4的一端设置所述翅片6，以增大换热面积，提高换热效率。也就是说，翅片6的数量以及结构形式可以不受限制，只要能够起到提高换热效率的作用即可，可以兼顾热传导的均匀性。

在上述基础上，本发明的热泵系统还可以包括定位件7，定位件7可以采用导热材料制成，具体可以为金属材料，例如金属锭。此时，可以将半导体制冷元件4安装在定位件7上，再通过定位件7将半导体制冷元件4固定在风道1外侧。风道1外侧的空间均可以用于安装半导体制冷元件4，在图3-5所示的实施方式中，可以将半导体制冷元件4固定安装在风道1的外侧壁，此时，无需为半导体制冷元件4的安装单独设置安装座，还可以保证连接的可靠性，同时便于热管或热沉的安装布置。

如图5b所示，本发明的热泵系统具体可以包括若干半导体制冷元件4，定位件7可以设有若干凹槽，各半导体制冷元件4可以与各凹槽匹配，进而将各半导体制冷元件4安装在定位件7的各凹槽内，形成一个半导体制冷板。其中，半导体制冷元件4的两个相对端面分别作为所述冷端和所述热端，第一热管53的一端与所述冷端连接，另一端朝向风道1弯折，并伸入风道1内，在蒸发器2的一侧延伸，具体可以处于蒸发器2的上游气侧或者下游气侧；第二热管54与所述热端连接，另一端朝向风道1弯折，并伸入风道1内，在冷凝器3的一侧延伸，具体可以处于冷凝器3的上游气侧或者下游气侧。此时，第一热管53与第二热管54可以大致呈直角弯折管设置，并以直角的短边分别连接在半导体制冷元件4的两侧，以直角的长边分别在蒸发器2和冷凝器3的一侧延伸，第一热管53、安装有半导体制冷元件4的定位件7以及第二热管54可以连接形成大致呈U型的整体结构，如图5a所示。

本领域技术人员可以根据需要设置半导体制冷元件4的个数，如图5b所示，可以设置四个半导体制冷元件4，然后在定位件7上设置四个对应的凹槽，且各凹槽可以呈2×2的矩阵设置。各半导体制冷元件4可以各自的冷端朝向风道1，也可以均以各自的热端朝向风道1，图3-5b中仅以冷端朝向风道1为例进行说明，不表示对冷端和热端的朝向的限制。当然，还可以根据需要调整半导体制冷元件4的端面的朝向，不限于统一朝向；本领域技术人员也可以根据需要设置半导体制冷元件4的个数以及排布方式，不限于图5a和图5b中所示的结构。

所述风道1的外侧壁是指处于风道1外侧的壁面，优选可以为除去用于安装蒸发器2和冷凝器3的底面的其他部分所对应的外壁面，例如，与风道1的底面相对的顶面，以及处于风道1的底面和顶面之间的两个侧面。

实施例2

请参考图6-10，在第二种具体实施方式中，本发明的热泵系统可以通过第一热管53与蒸发器2连接，通过第二热沉52与冷凝器3连 接。此时，第一热管53可以参照实施例1进行设置，此处不再详述。

在本实施例中，第二热沉52可以安装在半导体制冷元件4的热端，具体处于热端的端面上；第二热沉52可以包括若干散热片，各散热片均可以呈长条状设置，还可以在热端的端面上均匀分布，也可以按照一定规律排列形成规则的外部轮廓。在图6-10所示的实施方式中，第二热沉52的各散热片可以矩阵的形式间隔排布，形成外部轮廓为矩形柱的结构；第二热沉52上各散热片的延伸方向可以平行于冷凝器3的换热管，或者垂直于冷凝器3的换热管，以增加换热面积。但是，受热沉结构的限制，热沉的长度有限，往往不可能像热管一样由冷凝器3的一端延伸至另一端。此时，虽然第二热沉52的长度有限，但第二热沉52上的多个散热片排布形成外部轮廓为矩形柱的立体换热结构，可以有效实现换热，对冷凝器3上下游的气体进行充分加热。

本领域技术人员可以根据需要设置第二热沉52上散热片的个数、密度以及排列方式等，以形成与冷凝器3匹配的结构，更好地对冷凝器3上下游的气体进行加热，不限于上述具体的方式。

例如，第二热沉52上的多个散热片可以间隔排列形成外部轮廓为三棱柱的结构，并根据需要设置各棱边与冷凝器3的对应关系。还可以使得第二热沉52上的多个散热片间隔排布形成外部轮廓为梯台状的结构。相邻的散热片之间的间距可以相等，也可以不等，具体可以根据需要按照一定规律调整第二热沉52上若干散热片的间距。

本实施例也可以参照实施例1设置定位件7等结构，也可以说，本实施例与实施例1的区别可以仅在于采用第二热沉52替换了第二热管54，其他部分均可以参照实施例1设置。

如图8-10所示，半导体制冷元件4的热端相当于一个安装面，整个半导体制冷元件4或者说承载半导体制冷元件4的定位件7相当于第二热沉52的安装座，第二热沉52可以一端固定在半导体制冷元件4的热端，另一端设置散热片，并使得散热片垂直于半导体制冷元件4延伸。具体可以如图10所示，第二热沉52固定在相应的半导体制冷元件4的热端，各半导体制冷元件4通过定位件7承载，形成具有第 二热沉52的定位板。

在图10所示的基础上，半导体制冷元件4可以连接第一热管53，第一热管53可以是呈直角弯折的管，以直角边的短边的一端与半导体制冷元件4的冷端连接，另一个直角边大致垂直于半导体制冷元件4延伸，如图8和图9所示，实现半导体制冷元件4、第一热管53以及第二热沉52的连接。

实施例3

如图11和图12所示，在第三种具体实施方式中，半导体制冷元件4的冷端可以通过第一热沉51将冷量输送至蒸发器2的气侧，热端通过第二热管54将热量输送至冷凝器3的气侧。

详细地，半导体制冷元件4的冷端通过第一热沉51将冷量输送至蒸发器2上游或者下游的气侧，热端通过第二热管54将热量输送至冷凝器3上游或者下游的气侧。

其中，第一热沉51可以参照实施例2中的第二热沉52进行设置，这些设置包括第一热沉51的结构、其上安装散热片的个数以及散热片在冷端所在端面上的布置形式。具体而言，本实施例中半导体制冷元件4可以其冷端朝向风道1的内侧，第一热沉51可以安装在冷端的端面上，第一热沉51上的散热片可以在冷端的端面上间隔排布，形成外部轮廓为矩形柱的立体换热结构如图11-图12所示。

也可以对第一热沉51上的散热片的密度以及排布形式等进行改进，不限于上述的矩形柱状结构，具体可以参照实施例2中的第二热沉52，此处不再赘述。

本实施例中的第二热管54可以参照实施例1中的第二热管54的结构进行设置，此处也不再赘述。

结合上述实施例可知，优选的方式为，冷端产生的冷量以及热端产生的热量中，至少一者通过热管进行输送。如上述实施例1-3所述的具体实施方式。可以根据蒸发器2或冷凝器3的结构形式设置热管的延伸方向以及延伸长度，然后可以在热管上套装翅片6以增大换热面积，也就是说，采用热管进行能量传递时能够更好地覆盖整个蒸发 器2或者冷凝器3，提高换热效率以及换热的均匀性。

在实施例1-3中，第一热管53可以与蒸发器2的换热管同向延伸，以提高半导体制冷元件4所产生的冷量与蒸发器2的协同除湿效果，起到更好的辅助除湿作用；第二热管54可以与冷凝器3的换热管同向延伸，以提高半导体制冷元件4所产生的热量与冷凝器3的协同加热效果，起到更好地辅助加热作用。

本发明还可以存在实施例4，即冷端产生的冷量通过第一热沉51输送，热端产生的热量通过第二热沉52输送，第一热沉51和第二热沉52可以参照实施例2和实施例3进行设置。采用第一热沉51和第二热沉52进行能量传递时，可以减少传递过程中的损失，提高能源利用率。

本发明中，实施例2和实施例3、实施例4均可以采用类似实施例1的结构，例如均可以设置实施例1中所述的定位件7，以实现半导体制冷元件4的安装，或者说，实施例1-4的区别可以仅在于传递冷量和热量所采用的部件(热管或热沉)。

在上述基础上，本发明的热泵系统中，可以在冷端与第一热管53或第一热沉51之间的间隙中涂覆导热硅脂；也可以在热端与第二热管54或第二热沉52之间的间隙中涂覆导热硅脂。具体而言，在实施例1中，冷端与第一热管53的连接间隙中、热端与第二热管54的连接间隙中均可以涂覆导热硅脂；在实施例2中，冷端与第一热管53的连接间隙中、热端与第二热沉52的连接间隙中均可以涂覆导热硅脂；在实施例3中，冷端与第一热沉51的连接间隙中、热端与第二热管54的连接间隙中均可以涂覆导热硅脂；在实施例4中，冷端与第一热沉51的连接间隙中、热端与第二热沉52的连接间隙中均可以涂覆导热硅脂。

本发明还提供了一种热泵干衣机，包括上述的热泵系统。详细地，如图3-12所示，本发明的热泵干衣机还可以包括压缩机8和电机9，其中，压缩机8与蒸发器2和冷凝器3连接，用于对蒸发器2蒸发形成的气态制冷剂进行压缩，形成高温高压气体，并传递至冷凝器3； 电机9用于驱动热泵干衣机的滚筒转动，同时还可以驱动热泵干衣机的循环风机转动，以形成干衣所需的循环风场。

鉴于热泵干衣机包括的部件较多，各部件的结构也较为复杂，本文仅对其热泵系统及其相关部件进行了说明，其他未尽之处请参考现有技术，此处不再赘述。

以上对本发明所提供热泵干衣机及其热泵系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。