包括热电式热量回收和致动的制冷系统的制作方法

专利名称：包括热电式热量回收和致动的制冷系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及蒸汽压缩回路，更具体地，涉及与热电装置相关联的蒸汽 压缩回路。
背景技术：
包括有蒸汽压缩循环的制冷系统可用来调节开放或封闭的隔间或空间 的环境温度。蒸汽压缩循环利用压缩机来压缩相变工作流体(如制冷剂)， 于是使工作流体冷凝、膨胀和蒸发。压缩工作流体会产生热量，在制冷应 用中，该热量成为从压缩机和冷凝器排放到周围环境中的废热。因废热未 被利用或回收，所以由废热引起的能量损失使得大多数制冷系统的效率较 低。
在加热应用中，例如在热泵系统中，通过冷凝器提取存储在压缩的工 作流体中的热量用以对空间或隔间^^亍加热。因为热泵系统的效率随周围 环境温度而降低，所以在周围环境温度较低时可能需要由电辐射热源来补 充加热。然而电辐射热源的效率一般较低，于是使得加热应用的整体效率 较低。
在某些制冷应用中，为了降低湿度而需要将气流降至非常低的温度。 然而，为了除去湿气所必需的低温对于需要调节温度的空间、隔间内的空 间或隔间而言往往过低。在这种情况下，可通过电辐射热或热气旁路热量 将除湿的冷空气重新加热至适当的温度，同时保持较低的湿度水平。利用 电辐射热和热气旁路热量重新加热该过冷的空气使得此种类型的制冷应 用效率较低。

发明内容
蒸汽压缩循环或回路可用来满足对一个或多个空间或隔间进行温度调 节的温度或负载要求。由蒸汽压缩回路的部件产生的废热可用来产生为蒸 汽压缩回路中的其它部件供电的电流。热电装置设置为与产生的废热进行传热并产生电流，该热电装置可用来产生电流用以为另一装置或另一热电 装置供电。其它装置可包括传感器、开关、控制器、风扇、阀、致动器、 泵、压缩机等。其它的热电装置可以对与该热电装置具有传热关系的流体 进行冷却或加热，从而可对蒸汽压缩回路进行补充并且有助于空间或隔间 的温度调节。利用产生的废热作为给其它部件或负载供电的能源可提高系 统的效率。
本发明公开了一种制冷系统的运行方法，包括将系统内产生的热量 传送至热电装置，利用流经热电装置的热量产生电流，并且利用产生的电 流为负载供电。负载可为另一装置或另一热电装置。
通过对与流经冷凝器下游的蒸汽压缩回路的工作流体具有传热关系的 热电装置供电来运行制冷系统。利用热电装置可产生第一热流。将第一热 流传送至第 一流体介质。第二热流可从第 一流体介质传送至第二流体介 质。
通过下文的详细描述，本发明的其它应用领域将变得明显。应当理解， 详细的描述和具体的示例仅用于i兌明的目的，而并非意于限制^^发明的范 围。


通过详细的描述以及附图，将更加全面地理解本发明，其中
图l-3是根据本发明的热电装置的使用示意图4是根据本发明的热电装置的示意图5是根据本发明的带有热电装置的压缩机的示意图6是根据本发明的带有热电装置的另一压缩机的顶部部分的示意
图7是根据本发明的一排压缩机和热电装置的示意图； 图8是根据本发明的制冷系统的示意图； 图9是根据本发明的制冷系统的示意图； 图IO是根据本发明的制冷系统的示意图； 图11-13是根据本发明的热泵系统的示意图；图14是根据本发明的制冷系统的示意图。
具体实施例方式
下面的描述实际上仅为示例性描述，决非意于限制本发明及其应用或 使用。此处使用参考标记来描述多个实施方式。对于类似的元件使用类似 的参考标记。例如，如果在某一实施方式中指定某一元件为10,则在接下 来的实施方式中类似的元件可以指定为110、 210等，或指定为10，、 10"、 IO，，，等。此处使用的术语"传热关系，，指允许热量从一种介质传送至另一介 质的关系，包括对流、传导和辐射等热传送。
热电元件或装置为将电能转换成温度梯度，称为"珀耳帖效应(Pdtier effect)"，或者将热能从温度梯度转化成电能，称为"塞贝克效应(Seebeck effect)"的固体装置。热电装置没有活动部分，所以其坚固、可靠并且安 静。
使用时，通过电池或其它直流电源为热电装置供电，从而使其一端的 温度相对较低而另一端的温度相对较高，并在其间形成温度梯度。此处将 温度较低和较高的端分别称为"冷端"和"热端"。另外，术语"冷端" 和"热端"还可指热电装置的具体的端部、表面或区域。
在一种应用中，热电装置的热端和冷端可设置成与两种介质具有传热 关系。当热电装置通电后，所导致的温度梯度将促进热量经由热电装置在 两种介质之间流动。在另一应用中，热电装置的一端可设置成与提供热源 的温度相对较高的介质具有传热关系，而其另一端设置成与提供吸热的温 度相对较低的介质具有传热关系，由此而导致的热端和冷端将产生电流。 此处使用的术语"传热介质"可为通过其传送热量的固体、液体或气体。 热电装置能够从不同的供货商处获得。例如，内华达州卡森市的Kryo仇erm USA即为热电装置的供货商。
一个或多个热电装置可利用"塞贝克效应"从蒸汽压缩回路中产生的 废热来产生电流。产生的电流可用来为其它电气装置或其它热电装置供 电，所述的其它热电装置可利用"珀耳帖效应"产生温度梯度从而通过热 电装置来传送热量。可利用电源来为热电装置供应电流，从而通过"珀耳 帖效应"在热电装置中产生期望的温度梯度，并经由热电装置将热量传送 至期望的介质。图1中，第一热电装置20a利用废热或多余的热量Q废弃产生电流I， 并利用电流I形成横跨第二热电装置20b的温度梯度从而生成回收的热量 Q回收。热电装置20a的热端22a与废热Q度弃源具有传热关系。热电装置 20a的冷端24a与能够对其排放Q废弃的吸热装置具有传热关系。
横跨第一热电装置20a所形成的温度梯度产生供应到第二热电装置 20b的电流I。流经第二热电装置20b中的电流在第二热电装置20b中产 生温度梯度从而产生热端22b和冷端24b。温度梯度使得回收的热量Q回收 流经热电装置20b。第二热电装置20b的热端22b与将回收热量Q回收传导 至其中的介质具有传热关系，而第二热电装置20b的冷端24b与热源具有 传热关系。因此在图1中，第一热电装置20a暴露于废热Q废弃中从而使第 二热电装置20b产生回收热量Q回收。
如图2所示，由热电装置20产生的电流也可用来激励或驱动电气装置 或用来满足电力负载(下文称为负载26和/或"L")。废热Q废弃再次被用 来在热端22和冷端24之间产生温度差并产生电流I。因此在图2中，热 电装置20设置成与废热Q度弃源和吸热装置具有传热关系，从而产生用以 为负载26供电的电流I。此处使用的负载26 —般指需要电流的任何一种 装置。作为非限定性示例，这些装置包括压缩机、泵、风扇、阀、螺线 管、致动器、传感器、控制器以及制冷系统的其它部件。作为非限定性示 例，传感器可包括例如压力传感器、温度传感器、流量传感器、加速计、 RPM传感器、位置传感器、电阻传感器等，并且在附图由"S"来表示。 各种阀、螺线管和致动器在附图中由"V"来表示。
现参照图3，电源28连接到热电装置20用以产生所需的热量Q所需。 电源28可为热电装置20供应电流I从而导致在热端22和冷端24之间形 成温度梯度。该温度梯度产生所需的热量Q贼。热端22可设置成与将热 量Q所需传导至其中的介质具有传热关系。电源28可调整电流I用以维持 所需的温度梯度并且产生所需的热量Q所需。因此在图3中，电源28为热 电装置20提供电流I，从而热电装置20产生所需的热量Q所需源。
如图4所示，热增强装置或导热体30、 32可^:置成与一个或多个热电 装置20的端22、 24具有传热关系，以增强或促进热电装置20和介质之间 的传热。具有一个或多个导热体30、 32的热电装置20此处被称为热电模 块(TEM)33，它可包括多个热电装置20。导热体30、 32此处可分别称 为热导热体30和冷导热体32。应当理解，术语"冷"、"热"为相对术语，并用来指出与热电装置20的相应的热端或冷端具有传热关系的特定的导 热体。
通过增加与将热量传导至其中的介质进行接触的热传导表面面积来增 强传热。例如，微型通路管道系统可实现增强热流。流体介质流经其中的 微型通路，并且热电装置的热端或冷端设置成与管道系统的外表面传热接 触。当介质为例如空气的气体时，导热体可釆取鳍片的形式，鳍片能够实
现对将^h质传热的增强。
为了增强传热，导热体可以成形为与热源的轮廓相匹配。例如，当需 要将热电装置设置成与曲面具有传热关系时，导热体具有与传导热量的固
体表面互补的曲面，而导热体的另一端与热电装置20的热端或冷端互补。
可通过热电装置20上的导热材料、涂层或覆盖物来实现传热的增强。 导热体30、 32可包括具有较高导热系数的材料、涂层或覆盖物，从而可以 有效地传导经由热电装置20传送的热量。作为非限定性示例，拥有高导热 系数的材料包括铝、铜和钢。此外，导热胶也可用来作为导热体30、 32。 不论其形式如何，导热体30、 32具有高导热系数。
在蒸汽压缩循环或回路中，压缩机34将气态形式的相对较冷的工作流 体(例如制冷剂)压缩成相对较高温度的高压气体。压缩过程产生废热Q 废弃，废热Q度弃通过压缩机传导至周围环境。通过热电装置20可利用废热 Q度弃为另 一热电装置20和/或负载26供电。
参照图5，其示出示例性压缩机的各部分的示意图，其中在作为非限 定性示例的此种涡旋压缩机34通常包括圆筒形密封壳体37，圆筒形密封 壳体37具有焊接在其上端部的罩38以及焊接在其下端部的基座58。其中 可带有排放阀(未示出)的制冷剂排放通道39附连到軍38。固定在壳体 37上的其它主要元件包括横向延伸的隔离部40，隔离部40绕其外周焊 接到軍38焊接于壳体37的相同处；上、下轴承组件(未示出)；以及压配 合于壳体37中的电动机定子41。驱动轴或曲轴42的轴颈能够在上、下轴 承组件中转动。壳体37的下部部分形成充满润滑油的油池43，在运行过 程中润滑油分布于整个压缩机34内部。
曲轴42由电动机驱动而进行转动，电动机包括线圏穿过其中的定子 41以及压配合到曲轴42上的转子44。转子44的上、下表面上分别具有上、 下配重45、 46。利用十字滑块联轴器(未示出)将曲轴42耦联到其上表面具有螺旋叶片或涡旋巻48的动涡旋构件47。还设置静涡旋构件49,其 具有布置成与动涡旋构件47的涡旋巻48相啮合的涡旋巻50。静涡旋构件 49具有中心设置的排放通道51 ，排放通道51可与由罩38和隔离部40所 限定的排放消声腔52流体连通。壳体37上的入口 53允许制冷剂流进^U^ 端或入口腔54。
压缩机34还包括多个传感器；诊断模块；印刷电路板组件；螺线管， 例如内外容量调节螺线管；开关，例如改变电动机36的电阻以提供用于启 动的第一电阻和用于连续运转的第二电阻的开关；以及其它电力致动装置 或负载26。这些电力装置可位于压缩机的内部或外部，可以是固定不动的 或随压缩机的转动部件转动的。
运行过程中，电动机36致使转子44相对定子41转动，从而致使曲轴 42转动。曲轴42的转动致使动涡旋构件47相对于静涡旋部件49转动。 吸入腔54内的工作流体被抽入至涡旋巻48、 50之间的空间，并且由于涡 旋巻48、 50之间的相对运动而使工作流体朝向中央部分行进。
被压缩的工作流体经由排放通道51从涡旋构件47、 49排放并且流进 排放腔52中。排放腔52内的工作流体处于相对高温和高压的状态。,iL^ 缩的高温、高压工作流体经由排放通造39从排放腔52中流出并流到其内 部采用压缩机34的蒸汽压缩回路的其它部件上。
在运行过程中，整个压缩机34产生废热Q終。可将该废热Q^传导 至热电装置20。废热Q废弃可由转子44产生，转子转动时变热并由内部分 布的润滑油以及^w腔54内的工作流体(^UV气体)来冷却。从转子44 到润滑油和/或pA7v端的工作流体的热流代表可传导至热电装置20的废热 0废弃^^、。
如图5所示，可附连到转子44的热电模块33a包括带有热端22a的热 电装置20a。热端22a与转子44具有传热关系，而冷端24a与润滑油和吸 入腔54内的工作流体具有传热关系。热端22a和冷端24a之间的温度差致 使热量Qa流过热电模块33a，因此产生供应给负载26a的电流。附连到 运动的转子44的热电模块33a为同样随着转子44或轴42 —起转动的负载 26a供电。例如，负载26a可包括电阻开关一一用来改变转子的电阻从 而实现启动时的高电阻和正常运行时的低电阻、温度传感器、RPM传感 器等。尽管所示的热电模块33a附连到转子44的上部，应当理解，热电模块33a能够附连到转子44的例如中部、下部或内部的其它部位、可与上或 下配重45、 46整合为一体、或与油池43中的润滑油直楱接触。
将排放腔52内相对较热的排放气体与Pil7v腔54内相对较冷的吸入气 体隔离的隔离部40可传导废热Q废弃，该废热可用来在热电装置20内产生 电能。通过将热电模块33b附连到隔离部40,其中使热导热体30b与隔离 部40具有传热关系并使冷导热体32b与吸入腔54内的^X气体具有传热 关系，从而废热Q庞弃可从隔离部40经过热电模块33b并传送到吸入腔54 内的吸入气体中。废热Qb在热电模块33b的热电装置20b中产生电流。 热电模块33b可连接到内部的电力负载261^或外部的电力负栽26b2。热电 模块33b可以以固定连接的方式附连到例如隔离部40的固定部件，这样 有助于使其附连到压缩机34内部或外部的固定负载。通过将热电装置20 设置成与传导废热Q度弃的固定部件具有传热关系，可产生为压缩机34内 部或外部的负载26供电的电流。
来自排放腔52内相对较热的排放气体的废热Q庞弃通过罩38传导至其 中设有压缩机34的周围环境。热电模块33c可附连到罩38，使热导热体 30c与罩38c的外表面具有传热关系同时使冷导热体32c与周围环境具有 传热关系。如图5所示，冷导热体32c包括空气在其上流经的鳍片，而热 导热体30c包括与罩38的外部轮廓相匹配的轮廓表面。热导热体30c与罩 38的接触面积大于其与热电装置20c的热端22c的接触面积。周围空气与 軍38之间的温度差致使废热Qe流经热电模块33c并产生为负载26c供电 的电流，该负栽可位于压缩机34的外部(26d)或内部(26c2)。热电装 置20可设置成与排放腔52内相对较热的排放气体(经由軍38 )以及相对 较冷的周围具有传热关系，从而提供可用来产生为负载供电的电流的温度 梯度。
由于排放通道39内的排放气体与周围环境之间的温度差，将热电模块 33d耦联到排放通道39,使热电模块33d的热导热体30d与排放通道39 具有传热关系并使其冷导热体32d与周围环境具有传热关系，从而致使热 量Qd流经热电模块33d。热电模块33d的热电装置20d产生用于为负栽 26d供电的电流。因此，热电装置20可设置成与排放通道内相对较热的气 体以及与周围环境具有传热关系，从而产生可用来为负载供电的电流。
在位于动涡旋构件和静涡旋构件47、 49的涡旋巻48、 50之间的制冷 剂受到压缩的过程中，当工作流体接近中央排放通道51时其温度和压力增高。其结果是在动涡旋构件47的一侧的相对较冷的^UV气体和靠近排放通 道51的相对较热的排放气体之间的温度差产生废热Qe。热电模块33e可 附连到动涡旋构件47的与排放通道51相邻或相对的部分。具体地，热电 模块33e的热导热体30e设置成与通常和排放通道51相对的动涡旋构件 47的底面具有传热关系。热电模块33e的冷导热体32e设置成与吸入腔54 内的吸入气体和流经的润滑油具有传热关系。当废热Qe流经热电模块33e 时，热电模块33e的热电装置20e产生可用来为负载26e供电的电流。因 此，热电装置20可设置成与邻近动涡旋构件的排放气体和^^气体具有传 热关系，从而产生可用来为负栽供电的电流。
在运行过程中，定子41产生废热Qf，该废热Qf被传送至在^l^腔54 内部分布的润滑油和/或吸入气体。热电模块33f附连到定子41，热电模块 33f的热导热体30f与定子41具有传热关系并且其冷导热体32f与^v腔 54内的润滑油和/或^^气体具有传热关系。定子41与^UV腔54内的润 滑油和/或吸入气体之间的温度差致使废热Qf流经热电模块33f,其中，热 电装置20f产生可用来为负载26f供电的电流。虽然图示的热电才莫块33f 附连到定子41的上部部分，应当理解，热电模块33f可附连到定子41的 例如中部、下部或内部的其它部分、或直接与油池43内的润滑油接触。因 此，热电装置可设置成与定子以及润滑油或吸入气体具有传热关系，从而 产生用来为负载供电的电流。
压缩机34的油池43内的润滑油相对较热(相对于周围环境而言)，并 且废热Qg从润滑油通过壳体37传导至周围环境。可设置热电模块33g, 使其冷导热体32g与周围环境具有传热关系并使其热导热体30g与油池43 内的润滑油具有传热关系。这可通过将热电装置33g整合到壳体37的壁内 来实现。润滑油和周围环境之间的温度差致使废热Qg流经热电模块33g 中的热电装置20g,并产生能用来为负载26g供电的电流。因此，设置成 与相对较热的润滑油以及相对较冷的周围环境具有传热关系的热电装置 20可用来产生为负载供电的电流。
参照图6,其示出另一示例性压缩机的顶部部分的局部示意视图，其 中作为非限制性示例示出直接排放的涡a缩机34，。压缩机34，与上述参 照图5所讨论的压缩机34类似。然而，在压缩机34，中，排放通道39，直 接与静涡旋构件49，的排放通道51，连通，从而压缩的工作流体(排放气体) 直接从排放通道39，流进排放通道51，中。消音器56，附连到排放通道39，。体流经消音器56，。来自消音器56，内相对较热的 排放气体的废热Q度弃经由消音器56，的壁传导至其中设有压缩机34，的周围 环境。热电模块33，可附连到消音器56，，使热电模块33，的热导热体30， 与消音器56，的外表面具有传热关系并使其冷导热体32，与周围环境具有传 热关系。冷导热体32，可包括周围空气在其上流经的鳍片，并且热导热体 30，可包括与消音器56，的外部轮廓相匹配的轮廓表面用以加强传热。周围 空气和消音器56，之间的温度差致佳直热Q流经热电模块33，并产生为负载 26，供电的电流。因此，热电装置20，可设置成与消音器56，内相对较热的排 放气体(经由消音器56，的外部表面)以及与相对较冷的周围环境具有传 热关系，从而提供可用于产生为负载供电的电流的温度梯度。
参照图7所示，多压缩机系统60包括并联设置的压缩机34i-34n，其 中来自每个压缩机34的相对较热、高压的排放气体流进共同的排放集管 61。排放气体和周围环境之间的温度差致使废热Q经由集管61从排放气 体流到周围环境中。热电模块33设置成与排放集管61相邻，使热电模块 33的热导热体30与排放集管61具有传热关系并使其冷导热体32与排放 集管61附近的周围空气具有传热关系，从而可从流经热电模块33内的热 电装置20的废热Q中产生电流。电流可用来为负载26供电。因此，在具 有共同的排放集管的多压缩机系统中，热电装置可设置在集管内相对较热 的排放气体和周围环境之间，从而从废热Q中产生为负载26供电的电流。
参照图8，示例性制冷系统64包括压缩机65、冷凝器66、膨胀装置 67和蒸发器68，所述压缩机65、冷凝器66、膨胀装置67和蒸发器68连 接在一起从而形成蒸汽压缩回路69。冷凝器66将热量Q3从流经其中的相 对较热的工作流体传送至流经的气流并且冷凝工作流体。蒸发器68用于从
流经的气流中提取热量Q4并将热量Q4传送至流经其中的相对较冷且膨胀
的工作流体。
制冷系统64包括多种需要电力来运行的负载26。负载26可包括电力 驱动的风扇70、 71 ——其推动空气分别穿过冷凝器66和蒸发器68、各种 阀、螺线管或致动器72以及各种传感器73。另外，负载26可包括控制器 74，控制器74可用来控制或与阀72、传感器73、压缩机65、风扇70、 71 以及制冷系统64的其它部件进行通讯。制冷系统64的不同的电力需求可 由供应电流的电力分配构件75来满足，从而为制冷系统64的不同的负载 26供电。不同负载26的电力需求可通过电源76来提供，电源76可通过电力分 配模块75提供交流电和直流电。通过直接连接到电源76上的一个或多个 电力分配装置和/或控制器74可以供应电流。
由制冷系统64产生的废热Q废弃可被传导至一个或多个热电装置20从 而产生供应给负载26的电流。如图8所示，热电模块33a可从压缩机65 获得废热Qi并产生供应到电力分配模块75的电流I。另夕卜，热电模块33b 可从流经蒸汽压缩回路69的相对高温的工作流体、特别是未被冷凝的压缩 的工作流体中提取废热Q2，并且产生供应到电力分配模块75的电流I。
在制冷系统64的启动过程中，热电模块33不产生供应给负载26的电 能。相反地，在启动过程中，由电源76供应电能。 一旦制冷系统达到稳态 (正常)运行，将产生废热Q M并且热电才莫块33可产生电流。
随着由 一个或多个热电模块33所产生的电流的增加，可以降低对电源 76的使用。负载26的电力需求可部分或全部通过由一个或多个热电模块 33产生的电流来满足，热电模块33也可为一个或多个低能耗部件提供电 流，而由电源76来满足例如压缩机65的高能耗部件的电力需求。
能量存储装置78可对制冷系统64中一个或多个部件提供临时的启动 电能。例如可充电电池、超级电容器等的能量存储装置可存储足够量的电 能来满足制冷系统64的部分或全部部件的需求，特别是在系统启动阶段的 需求，直至热电模块33能产生足够电流来为这些部件供电。由热电模块 33产生的多余电流可用来为能量存储装置78充电以用于以后的启动运行。 因此，能量存储装置78可以是负栽26的一部分。
在制冷系统64中，热电装置20可利用废热Q废弃来产生为制冷系统64 的不同部件供电的电流。由热电装置供应的电流可用来补充电源76的电流 和/或满足制冷系统的需求。另外，能量存储装置78可为制冷系统64提供 初始的启动能量，直至一个或多个热电装置20能取代能量存储装置78来 供应电能。
参照图9，制冷系统164包括蒸汽压缩回路169和热电模块133。产生 为负载126供电的电流I的热电模块133可从流经位于压缩机165和冷凝 器166之间的蒸汽压缩回路中的相对高温、未冷凝的工作流体中提取热量 Q102，从而为流进冷凝器166中的工作流体降温。
作为非限定性示例，工作流体可以以182°F流出压缩机165并以约170。F抵达热电模块133。如果周围环境的温度是95。F的话，则横跨热电 模块133的75°F的温差将产生废热Q1()2，废热Q皿经由热电模块133从 工作流体流到周围环境，这样在工作流体流进冷凝器166之前将工作流体 的温度降低。由于所需由冷凝器166提取以满足蒸发器168要求的热量 Qm降低，所以压缩机165可以以更高效率、或以更低容量、更低温度一一 如作为非限定性示例的115°f来运行。热电装置20可以在给未冷凝的工作 流体降温时为负载126供电，从而满足部分或全部的电力需求并提高系统 的效率。为工作流体降温使得冷凝器以更高效率运行或使其尺寸比工作流 体未进行降温时所需的尺寸小，进一步帮助热电装置满足系统的电力需 求。
参照图10，制冷系统264包括一对热电模块233a、 233b,热电模块 233b用来低温冷却流出冷凝器266的冷凝的工作流体。第一热电模块233a 从压缩机265提取废热Q2Q1,并产生供应给与蒸汽压缩回路269具有传热 关系的第二热电模块233b的电流I。由第一热电模块233a供应的电流驱 使第二热电模块233b产生温度梯度，从而允许从蒸汽压缩回路269中的 冷凝的工作流体中除去热量Q2。5。热电装置220b的冷端224b与流出冷凝 器266的蒸汽压缩回路269内的冷凝的工作流体具有传热关系，其中从冷
凝的工作流体中提取热量Q2。5并将热量Q2。s传送至周围环境。为促进将从
冷凝的工作流体中除去的热量Q2。5传送至周围环境，由风扇270产生的气 流可直接吹向第二热电模块233b的热导热体230b。
第二热电模块233b可除去热量Q2。s从而低温冷却制冷系统264中的 冷凝的工作流体，并提高制冷系统264的冷却能力。冷凝器266可将工作 流体的温度降至接近周围环境的温度，而第二热电模块233b通it^工作
流体中提取热量Q205而进一步将冷凝的工作流体冷却至低于周围环境的温
度。低温的冷凝的工作流体为蒸发器268提供较大的冷却能力，因为其可 从流经蒸发器268的空气中提取大量的热量Q2。4,因此而实现较大的冷却 能力。
参照图11,其示出作为热泵运行的制冷系统364。在该系统中，利用 热电才莫块333来加强制冷系统364的加热能力。热电模块333的热导热体 330与流出压缩机365并流经辅助流动通路380的相对高温、高压的工作 流体的一部分具有传热关系。热电模块333的冷导热体332与流出冷凝器 366的冷凝的工作流体具有传热关系。电源376有选择地将电流供应到热电模块333，从而形成横跨热电模块333的温度梯度，热电模块333从冷
凝的工作流体中提取热量Q3G6并将热量Q3。6传送至流经辅助流动通路380
的相对高温、高压的工作流体，进一步提高工作流体的温度。
该高温工作流体被引导通过辅助冷凝器382以补充传送至流过冷凝器 366的空气的热量。由风扇370产生的气流流过冷凝器366然后流过辅助 冷凝器382。辅助冷凝器382将热量Qw从流经其中的高温工作流体传送 至流过的空气，从而提高气流的温度并提供对于气流的额外传热。
流出辅助冷凝器382的冷凝的工作流体和流出冷凝器366的冷凝的工 作流体在流过热电模块333之前汇合。冷凝的工作流体流经膨胀装置367 和蒸发器368，其中从流经蒸发器368的空气中提取热量Q304。从而，制 冷系统364中的热电装置将热量传送至流出压缩机的相对高温、高压的工 作流体的一部分，随后该热量,皮传送至流经辅助冷凝器的气流，从而补充 传送至气流的总热量。调节供应给热电装置的电流从而提供传送至流过冷 凝器和辅助冷凝器的气流的不同大小的补充热量Q312。
参照图12，其示出作为作为热泵运行的制冷系统464。在制冷系统464 中，热电模块433有选择地将热量传送至流经单相传热回路486的单相流 体，从而增加了制冷系统464的加热能力。传热回路486包括泵487以及 热交换器483，热交换器483设置成与冷凝器466相邻，使得由风扇470 产生的气流既流经冷凝器466又流经热交换器483。
冷导热体432与流出冷凝器466的冷凝的工作流体具有传热关系，从 而从工作流体中提取热量Q4。6。热导热体430与流经传热回路486的单相 流体具有传热关系并将热量Q训6传送至传热回路486。电源476调节流至 热电模块433内的热电装置420的电流，以产生和维持所需的;^跨热电装 置420的温度梯度，从而产生传送至单相流体的所需大小的热量Q4。6并将 单相流体的温度提高至所需温度。泵487泵送单相流体经过热交换器483, 热交换器483将热量Q化从单相流体传送至流经的气流，这样提高了气流 的温度。在传热回路486内可使用多种单相流体。作为非限定性示例，单 相流体可为曱酸钾或其他类型的次级传热流体，例如可从英国剑桥郡的 Environmental Process Systems Limited (环境处理系统有限公司)获得并 以Tyfo⑧商标出售的单相流体等。在制冷系统464中，热电装置将热量Q406 从流出冷凝器的冷凝的工作流体传送至流经传热回路的单相流体，传热回 路将热量Q"2传送至流经热交换器483的空气。参照图13,其示出作为热泵运行的制冷系统564。制冷系统564与制 冷系统464类似，但其多出第二单相传热回路588。第二传热回路588包 括泵589和低温冷却器5卯。低温冷却器590与流出冷凝器566的冷凝的 工作流体以及流经传热回路588的单相流体具有传热关系。低温冷却器5卯
将热量Q5。7从流经其中的冷凝的工作流体传送至流经其中的单相流体，从
而提高单相流体的温度。
热电模块533的冷导热体532与流经传热回路588的单相流体具有传 热关系。热电模块533的热导热体530与流经传热回路586的单相流体具 有传热关系。电源576调节流到热电装置520的电流以维持所需的横跨热 电装置520的温度差，经由热电装置520将热量Q5Q8从传热回路588中的 单相流体传送至传热回路586中的单相流体。热量Qs。8使得流经传热回路 586的单相流体的温度提高。热量Qw从流经传热回路586的单相流体被 传送至流过热交换器583的空气，从而提高气流的温度。制冷系统564利 用了彼此之间经由热电装置520而具有传热关系的两个单相流体传热回路 586、 588，从而补充了对流过冷凝器566的气流的加热。
参照图14所示，制冷系统664能够对由其所提供的冷空气进4亍除湿和 重加热。制冷系统664包括带有流经其中的工作流体的蒸汽压缩回路669。 蒸发器668以非常低的温度运行并从流过的气流中提取热量Q6Q4，这样可 降低气流的湿度和温度。经由热电才莫块633而具有传热关系的第一和第二 传热回路691、 692将热量传送至气流以提升气流的温度，从而使气流适合 于其预期的应用。
笫一传热回路691包括泵693和低温冷却器694并具有流经其中的单 相流体。低温冷却器694将热量Q辦从流出冷凝器666的冷凝的工作流体 传送至流经第一传热回路691的单相流体，这样提高了单相流体的温度。 冷导热体632与流经第一传热回路691的单相流体具有传热关系，而热导 热体630与流经第二传热回路692的单相流体具有传热关系。电源676调 节流到热电模块633中的热电装置620的电流，以维持所需的横跨热电装 置620的温度梯度，并经由热电装置620将热量Q咖从流经第一传热回路 691的单相流体传送至流经第二传热回路692的单相流体。
热量Q6K)使得流经第二传热回路692的单相流体的温度提高。泵695 泵送第二传热回路692中的单相流体经过再热器696。由风扇671所引起 的气流既流过蒸发器668又流过再热器696。再热器696将热量Q化从流经其中的单相流体传送至流过的气流。热量Q组在不会增加湿度的情况下 提高了气流温度。制冷系统664采用了利用热电装置而在彼此间具有传热 关系的两个单相传热回路691 、 692来对由蒸汽压缩回路的蒸发器除湿和冷 却的气流进行再加热。
尽管已参照附图和示例对本发明进行了描述，但是在不背离本发明的 精神和范围的情况下能够做出改变。应当理解，图5和6所示的涡旋压缩 机仅作为非限定性示例，并且可能无法示出其中所有的部件。在下面的专
利文献中更加详细地示出和描述了涡旋压缩机标题为"Horizontal Scroll CompressoK水平式涡旋压缩机)"的美国专利No. 6,264,446;标题为"Scroll Compressor Having a Clearance for the Oldham Coupling (具有用于十字 滑块联轴器的间隙的涡旋压缩机)"的美国专利No. 6,439,867;标题为 "Scroll Compressor with Vapor Injection"(带有蒸汽喷射的涡旋压缩机)" 的美国专利No. 6,655,172;标题为"Dual Volume-Ratio Scroll Machine (双 容积比的涡旋式机械)"的美国专利No. 6,679,683;以及标题为"Capacity Modulated Scroll Compressor"(功率调节式涡旋压缩机)"的美国专利No. 6,821,092，上述专利都转让给本发明的受让人，并且其全部内容以参引的 方式纳入本文。其它类型的压缩机产生的废热能够通过一个或多个热电装 置进行利用，从而产生用于其它地方的电流。例如，压缩机可为内驱动或 外驱动压缩机，并且可以包括旋转压缩机、螺杆式压缩机、离心式压缩机
等。另夕卜，尽管所示的热电模块33g是与壳体37的壁整合为一体，应当理 解，热电模块可与其它部件整合为一体，如需要的话可直接与热源或吸热 装置接触。此外，尽管冷凝器和蒸发器被描述成线圏单元，应当指出，可 采用其它类型的蒸发器和冷凝器。另外，尽管本发明根据特定的温度进行 描述，应当理解，这些温度仅作为制冷系统性能的非限定性示例。从而， 不同制冷系统内的不同部件的温度可不同于所示的温度。
另外，应当理解，如需要的话可在所示的制冷系统中使用额外的阀、 传感器、控制装置等。此外，可利用隔热来提高热量传送的方向性，从而 实现热电装置的热端和冷端。从而，；M^述仅为示例性描述，且其变化不 应视为背离本发明的精神和范围。
权利要求
1. 一种包括蒸汽压缩回路的系统，所述蒸汽压缩回路包括废热源和热电装置，所述热电装置定位成与所述废热源具有传热关系并且所述热电装置从所述废热源产生电流。
2. 如权利要求l所述的系统，其中所述蒸汽压缩回路包括压缩工作流 体的压缩机。
3. 如权利要求2所述的系统，其中所述压缩机包括将高压工作流体和 低压工作流体隔离的构件，并且所述热电装置定位成与所述高压工作流体 以及与所述低压工作流体具有传热关系。
4. 如权利要求3所述的系统，其中所述构件为涡旋构件并且所述热电 装置邻近所述涡旋构件定位。
5. 如权利要求4所述的系统，其中所述涡旋构件为动涡旋构件和静涡 旋构件中的一个，并且所述热电装置邻近所述动涡旋构件定位。
6. 如权利要求3所述的系统，其中所述构件为隔离部并且所述热电装 置邻近所述隔离部定位。
7. 如权利要求3所述的系统，其中所述构件为压缩构件并且所述热电 装置邻近所述压缩构件定位。
8. 如权利要求2所述的系统，其中所述压缩机包括电动机，并且所述 废热源包括所述电动机。
9. 如权利要求8所述的系统，其中所述压缩机使用润滑油，所述电动机包括转子，并且所述热电装置设置成与所述压缩机内的所述润滑油和所 述工作流体中的至少一种以及与所述转子具有传热关系。
10. 如权利要求8所述的系统，其中所述压缩机使用润滑油，所述电 动机包括定子，并且所述热电装置设置成与所述压缩机内的所述润滑油和 所述工作流体中的至少 一种以及与所述定子具有传热关系。
11. 如权利要求2所述的系统，其中所述蒸汽压缩回路还包括蒸发所 述工作流体的蒸发器以及冷凝所述工作流体的冷凝器。
12. 如权利要求ll所述的系统，还包括另一热电装置，其由所述电流 供电并将热量从所述工作流体传送至周围环境。
13. 如权利要求12所述的系统，其中所述另一热电装置对所述蒸汽压 缩回路中的所述冷凝器下游的所述工作流体进行低温冷却。
14. 如权利要求2所述的系统，其中所述压缩机包括壳体并且所述热 电装置邻近所述壳体设置。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述压缩机包括排放腔，所述排 放腔容纳处于排放压力下的工作流体且利用所述壳体与周围环境隔离，并 且所述热电装置设置成与所述工作流体以及与所述周围环境具有传热关 系。
16.如权利要求2所述的系统，其中所述热电装置与所述压缩机的部 件具有传热关系。
17.如权利要求2所述的系统，其中所i^a缩机包括壳体和容纳有润滑油的油池，并且所述热电装置设置成与所述润滑油以及与所迷周围环境 具有传热关系。
18. 如权利要求2所述的系统，其中所述压缩机包括用于压缩的工作 流体的排放通道，并且所述热电装置设置成与所述压缩的工作流体以及与 所述周围环境具有传热关系。
19. 如权利要求2所述的系统，其中所述压缩机通过所述压缩机外部 的消音器来排放压缩的工作流体，并且所述热电装置设置成与所述消音器 内的所述压缩的工作流体以及与周围环境具有传热关系。
20. 如权利要求1所述的系统，其中由所述热电装置产生的所述电流 能够用来为负载供电。
21. 如权利要求20所述的系统，其中所述负载为另一热电装置。
22. 如权利要求21所述的系统，其中所述另一热电装置将热量从所述 工作流体传送至周围环境。
23. 如权利要求20所述的系统，其中所述蒸汽压缩回路包括压缩工作 流体的压缩机，并且所述负载位于所述压缩机的内部。
24. 如权利要求l所述的系统，还包括负载，并且其中由所述热电装 置产生的所述电流能够用来为所述负载供电。
25. 如权利要求24所迷的系统，其中所述负载为另一热电装置。
26. 如权利要求25所迷的系统，其中所述另一热电装置将热量从所迷蒸汽压缩回路中的工作流体传送至周围环境。
27.如权利要求24所述的系统，其中所述负载为系统电源，并且所述 热电装置至少补充所述电源。
28. —种包括如权利要求1所述的系统的制冷系统。
29. —种包括如权利要求l所述的系统的空调系统。
30. —种包括如权利要求1所述的系统的制冷机。
31. —种系统包括蒸汽压缩回路，其具有流经其中的工作流体；热 电装置，其定位成与所述工作流体具有传热关系；以及电源，其为所述热 电装置提供电流从而产生流经所述热电装置的热量。
32. —种包括如权利要求31所述的系统的热泵系统。
33. 如权利要求32所述的热泵系统，其中所述热泵系统包括压缩所 述工作流体的压缩机、冷凝所述工作流体的第一部分的第一冷凝器、流过所述第一冷凝器的气流、以及冷凝所述工作流体的第二部分的第二冷凝 器，所述气流流过位于所述第一冷凝器下游的所述第二冷凝器，并且所述 热电装置与所述第一冷凝器下游的冷凝的工作流体以及与所述工作流体 的所述第二部分具有传热关系并将所述热流传送至所述工作流体的所述 第二部分。
34. 如权利要求32所述的热泵系统，其中所述热泵系统包括压缩所 述工作流体的压缩机、冷凝所述工作流体的冷凝器、流过所述冷凝器的气 流、具有流经其中的传热流体的传热回路、以及位于所述冷凝器下游的热交换器，所述气流流过所述热交换器，所述热电装置与冷凝的工作流体以 及与所述传热流体具有传热关系并将所述热流传送至所述传热流体中。
35. 如权利要求34所述的系统，其中所述传热回路为单相传热回路， 并且所述传热流体为单相流体。
36. 如权利要求32所述的热泵系统，还包括 压缩所述工作流体的压缩机； 冷凝所述工作流体的冷凝器； 流过所述冷凝器的气流，第一传热回路，所述第一传热回路具有流经其中并与冷凝的工作流体 具有传热关系的第一传热流体；以及第二传热回路，所述第二传热回路具有流经其中的第二传热流体以及 位于所述冷凝器下游的热交换器，所述气流流过所述热交换器，其中所述热电装置通过所述第一传热流体与所述冷凝的工作流体具 有传热关系，且所述热电装置与所述第二传热流体具有传热关系，并且将 所述热流传送至所述第二传热流体中。
37. 如权利要求36所述的系统，其中所述第一传热回路和第二传热回 路中的至少一个为具有流经其中的单相流体的单相传热回路。
38. 如权利要求37所述的系统，其中所述第一传热回路和第二传热回 路均为具有相应的流经其中的第 一单相流体和第二单相流体的单相传热 回路。
39. 如权利要求32所述的热泵系统，还包括 压缩所述工作流体的压缩机； 冷凝所述工作流体的冷凝器；蒸发所述工作流体的蒸发器； 流过所述蒸发器的气流；笫一传热回路，所述第一传热回路具有流经其中并与冷凝的工作流体 有传热关系的第一传热流体；笫二传热回路，所述第二传热回路具有流经其中的第二传热流体以及 位于所述蒸发器下游的热交换器，所述气流流过所述热交换器；其中所述热电装置通过所述第 一传热流体与所述冷凝的工作流体具 有传热关系，且所述热电装置与所述第二传热流体具有传热关系，并且将 所述热流传送至所述第二传热流体中。
40.如权利要求39所述的系统，其中所述第一传热回路和第二传热回 路中的至少一个为具有流经其中的单相流体的单相传热回路。
41.如权利要求39所述的系统，其中所述第一传热回路和第二传热回 路均为具有相应的流经其中的第 一单相流体和第二单相流体的单相传热 回路。
42. —种方法，包括通过热电装置从蒸汽压缩回路中的废热源传送热量;从所述热量产生电流；利用所述电流为负载供电。
43.如权利要求42所述的方法，其中所述传送包括通过所述压缩机内 使相对较热的工作流体与相对较冷的工作流体隔离的部件将热量从所述 压缩机中的所述相对较热的工作流体传送至所述压缩机中的所述相对较 冷的工作流体。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述传送包括通过与所勤目对较热的工作流体和相对较冷的工作流体均具有传热关系的压缩部件以及通 过所述热电装置来传送热量。
45. 如权利要求44所述的方法，其中所述压缩构件为动涡旋构件和静 涡旋构件中的一个。
46. 如权利要求43所述的方法，其中所述传送包括通过将所i^目对较 热的工作流体与所述相对较冷的工作流体隔离的隔离部以及通过所述热 电装置来传送热量。
47. 如权利要求42所述的方法，其中所述传送包括传送来自压缩机内 的电动才几的热量。
48. 如权利要求47所述的方法，其中所述传送包括通过所述热电装置 将热量从所述电动机的转子传送至所述压缩机中的润滑油和吸入气体中 的至少一种。
49. 如权利要求47所述的方法，其中所述传送包括通过所述热电装置 将热量从所述电动机的定子传送至所述压缩机中的润滑油和吸入气体中 的至少一种。
50. 如权利要求42所述的方法，其中所述热电装置为第一热电装置， 且所述负载为第二热电装置。
51. 如权利要求50所述的方法，还包括通过使用由所述热电装置产生 的所述电流的所述第二热电装置对流出蒸汽压缩回路中的冷凝器的冷凝 的工作流体进行低温冷却。
52. 如权利要求51所述的方法，其中对所述工作流体进4亍低温冷却包 括利用所述第二热电装置从所述工作流体提取热量，并将所述提取的热量 传送至周围环境。
53. 如权利要求42所述的方法，其中所述传送包括将热量从流经所述 蒸汽压缩回路的相对较热的压缩的工作流体传送至周围环境。
54. 如权利要求53所述的方法，其中所述传送包括通过所述排放通道 的壁以及通过所述热电装置将热量从压缩机的排放通道内的相对较热的 压缩的工作流体传送至所述周围环境。
55. 如权利要求53所述的方法，其中所述传送包括通过所述压缩机的 壳体以及通过所述热电装置将热量从压缩机内的相对较热的压缩的工作 流体传送至所述周围环境。
56. 如权利要求42所述的方法，其中所述传送包括将热量从流经所述 蒸汽压缩回路的相对较热的工作流体传送至流经所述蒸汽压缩回路的相 对较冷的工作流体。
57. 如权利要求42所述的方法，其中所述为负载供电包括为所述蒸汽 压缩回路中的压缩机内的负载供电。
58. 如权利要求42所述的方法，其中所述为负载供电包括为电源供电。
59. 如权利要求42所述的方法，其中所述为负载供电包括为风扇供电。
60. 如权利要求42所述的方法，其中所述为负载供电包括为传感器供电。
61.如权利要求42所述的方法，其中所述为负载供电包括为流量控制 装置供电。
62.如权利要求42所述的方法，其中所述为负载供电包括为致动器供电。
63.如权利要求42所述的方法，其中所述为负载供电包括为控制器供电。
64. 如权利要求42所述的方法，其中所述为负载供电包括为能量存储 装置充电。
65. 如权利要求42所述的方法，其中所述传送包括通过所述热电装置 将热量从压缩机内相对较热的润滑油传送至周围环境。
66. 如权利要求42所述的方法，其中所迷传送包括通过所述热电装置 将热量从流经位于压缩机外部的消音器的压缩的工作流体传送至周围环 境。
67. —种方法，包括利用与流经蒸汽压缩回路的工作流体具有传热关系的热电装置产生 热流；将来自所述工作流体的所迷热量传送至第一流体介质； 将来自所述第一流体介质的所述热量传送至第二流体介质。
68.如权利要求67所述的方法，其中所述传送来自所述第一流体介质 的所述热量包括将所述热量传送至流过热泵系统的冷凝器并流向所述冷凝器下游的气流。
69. 如权利要求68所述的方法，其中所述传送来自所述工作流体的所 述热量包括将所述热量传送至流经所述热泵系统的蒸汽压缩回路的所述 工作流体的未冷凝的压缩的部分，并且传送来自所述第一流体^h质的所述 热量包括将来自所述工作流体的所述部分的所述热量传送至流过所述热 泵系统的所述冷凝器并流向所述冷凝器下游的所述气流。
70. 如权利要求68所述的方法，其中所述传送来自所述工作流体的所 述热量包括将所述热量传送至流经传热回路的传热流体，并且所述传送来 自所述第一流体介质的所述热量包括将来自所述传热流体的所述热量传 送至流过所述热泵系统的所述冷凝器并流向所述冷凝器下游的所述气流。
71. 如权利要求70所述的方法，其中所述传热流体为所述传热回路中 的单相流体。
72. 如权利要求68所述的方法，其中所迷热电装置通过第一传热回路 与所述工作流体具有所述传热关系，所述的产生所述热流包括将热流从冷 凝的工作流体传送至流经所述第一传热回路的第一传热流体，所述将来自 所述工作流体的所述热量传送至笫 一流体介质包括通过所述热电装置将 来自所述第一传热流体的所述热量传送至流经第二传热回路的第二传热 流体，并且所述传送来自所述第一流体介质的所述热量包括将来自所述第 二传热流体的所述热量传送至流过所述热泵系统的所述冷凝器并流向所 述冷凝器下游的所述气流。
73. 如权利要求72所述的方法，其中所述第一传热流体和第二传热流 体中的至少一种为相应的第一传热回路和第二传热回路中的单相流体。
74. 如权利要求73所述的方法，其中所述第一传热流体和第二传热流体均为相应的第一传热回路和第二传热回路中的单相流体。
75. 如权利要求67所述的方法，其中所述传送来自所述第一流体^h质 的所述热量包括将所述热量传送至流过制冷系统的蒸发器并流向所述蒸 发器下游的气流。
76. 如权利要求75所述的方法，其中所述热电装置通过第一传热回路 与所述工作流体具有所述传热关系，所述的产生所述热流包括将热流从冷 凝的工作流体传送至流经所述第一传热回路的第一传热流体，所述将来自 所述工作流体的所述热量传送至第 一流体介质包括通过所述热电装置将 来自所述第一传热流体的所述热量传送至流经第二传热回路的第二传热 流体，并且所述传送来自所述第一流体介质的所述热量包括将来自所述第 二传热流体的所述热量传送至流过所述制冷系统的所述蒸发器并流向所 述蒸发器下游的所述气流。
77. 如权利要求76所述的方法，其中所述第一热流体和第二传热流体 中的至少一种为相应的笫一传热回路和第二传热回路中的单相流体。
78. 如权利要求77所述的方法，其中所述第一传热流体和第二传热流 体均为相应的第一传热回路和第二传热回路中的单相流体。
79. 如权利要求67所述的方法，其中所述利用所述热电装置来产生所 述热流包括调节供应到所述热电装置的电能。
全文摘要
蒸汽压缩回路可以用来满足对于一个或多个空间进行温度调节的温度/负载要求。蒸汽压缩回路中产生的多余热量可用来产生为蒸汽压缩回路中的其它部件供电的电流。热电装置设置成与多余热量进行传热接触并产生电流。所产生的电流可用来为其它热电装置供电以及可对与热电装置具有传热关系的流体进行进一步冷却或加热，从而满足蒸汽压缩回路的电力需求和调节空间的温度。
文档编号F25B30/02GK101305248SQ200680041476
公开日2008年11月12日 申请日期2006年10月11日 优先权日2005年11月9日
发明者亨格·M·范, 基里尔·M·伊格纳季耶夫, 纳加拉杰·贾扬蒂, 让-吕克·M·卡伊拉特, 马桑·阿凯 申请人:艾默生环境优化技术有限公司