冷热电三联供器件及系统的制作方法

本实用新型涉及能源联供领域，尤其涉及一种冷热电三联供器件及系统。

背景技术：

目前的家庭和工业上均对热能和冷能有着巨大的需求，一般热能来源于燃料直接燃烧获得，冷能则多来源于空调的电制冷。以家庭为例，一般有壁挂炉或者集中供暖，使用燃气或者煤炭，提供家庭的采暖和生活热水需求；由空调和冰箱使用电，提供所需的冷能。以上两类的能源需求占据了家庭能源消耗的绝大部分，同时也占据了家庭很大的空间和费用。工商业企业也一样，一方面有着巨大的热能需求，一方面还有巨大的冷能需求，提供热能和冷能的设备不仅占用大量的空间，也增加了保养和维护的开支，投入人力物力巨大。

为了提高能源利用率，目前被广泛应用的技术有冷热电三联供系统，冷热电三联供系统是以天然气为一次能源，产生热、电、冷的联产联供系统。通过对其产生的热水和高温废气的利用，以达到冷-热-电需求的一个能源供应系统，通常由发电机组、溴化锂制冷装置、热交换装置组成。天然气燃烧后获得的高温烟气利用发电机组首先用于发电后，利用余热在冬季供暖，在夏季通过制冷装置供冷，同时还可提供生活热水，充分利用了排气热量。三联供技术使得燃气的热能被充分利用，大大提高了能源的综合利用功效。

但是，利用冷热电三联供系统进行能源供应，需要用到发电机组、制冷装置、供热装置等多个装置，系统一般采用较大的机组，占据了很大的空间。并且，虽然通过这种系统使得一次能源利用率可提高到80％左右，但依旧消耗了大量的天然气能源，且设备初投资费用成本也较高。

技术实现要素：

针对上述现有技术中所存在的问题，本实用新型的实施例提供一种冷热电三联供器件及系统，通过一个器件即可实现冷、热和电三种不同能源的输出，节省了能源、空间和成本，提高了能源利用率。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型的实施例提供一种冷热电三联供器件，所述冷热电三联供器件包括：输入腔室，用于输入第一流体；环设于所述输入腔室外围的输出腔室，用于输出与所述第一流体换热后所产生的第二流体；设置于所述输入腔室与所述输出腔室之间的多个热电模块。

与现有技术相比，本实用新型提供的冷热电三联供器件具有如下有益效果：

上述冷热电三联供器件在工作时，第一流体(可以为外界高温流体)输入到输入腔室中，将热量传递给热电模块，由于外界高温流体的输入，在热电模块的冷端和热端产生了温度差，从而产生电力，实现了电能的输出。外界高温流体的多余热量通过多个热电模块传递给输出腔室中的第二流体，输出腔室中的第二流体通过与所述外界高温流体换热后温度升高，温度升高后的第二流体可与用户的采暖设备或洗浴设施连接，给用户提供采暖和生活热水，实现了热能的输出。

当对热电模块通入直流电时，将在热电模块的两端建立温差。可将输出腔室中的第二流体温度降低后，将冷能输出给用户。并且将热能传递给输入腔室中的第一流体，进而传递给外部或者进行存储，实现了热能和冷能的输出。

因此，本实用新型实现了仅通过一个器件即可实现冷、热和电三种不同能源的输出，节省了空间，降低了成本，且输入能源为电能和外界流体，不消耗诸如天然气等能源，节约了能源和成本，提高了能源利用率。

在一些实施例中，所述冷热电三联供器件还包括：换热器，所述换热器包括换热器壁及设置于所述换热器壁内侧的多个换热柱，所述换热器内的流体通道形成所述输入腔室。

在一些实施例中，所述多个换热柱的位置与所述多个热电模块的位置一一对应。

在一些实施例中，所述多个换热柱等间隔设置。

在一些实施例中，所述冷热电三联供器件还包括：设置于所述换热器壁与所述多个热电模块之间的第一界面导热层。

在一些实施例中，所述第一界面导热层的材料为泡沫金属材料和/或石墨材料。

在一些实施例中，所述冷热电三联供器件还包括：设置于所述多个热电模块与所述第一界面导热层之间的第一绝缘层。

在一些实施例中，所述冷热电三联供器件还包括：设置于所述输出腔室的内壁与所述多个热电模块之间的第二界面导热层。

在一些实施例中，所述第二界面导热层的材料为导热硅胶。

在一些实施例中，所述冷热电三联供器件还包括：设置于所述多个热电模块与所述第二界面导热层之间的第二绝缘层。

在一些实施例中，所述第一流体在所述输入腔室中的流通方向与所述第二流体在所述输出腔室中的流通方向相反。

在一些实施例中，所述多个热电模块包括第1～第N热电模块，N≥2，所述第1～第N热电模块所适用的温度区间依次减小；沿所述第一流体在所述输入腔室中的流通方向，所述第1～第N热电模块依次布置。

第二方面，本实用新型的实施例还提供一种冷热电三联供系统，所述系统包括如本实用新型第一方面的任一项所述的冷热电三联供器件。

上述冷热电三联供系统所能产生的有益效果与第一方面所提供的冷热电三联供器件的有益效果相同，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型的实施例所提供的冷热电三联供器件的纵向剖视图；

图2为图1虚线框处的局部放大图。

附图标记说明：

1-输入腔室； 11-输入腔室的流体入口；

12-输入腔室的流体出口； 2-输出腔室；

21-输出腔室的流体入口； 22-输出腔室的流体出口；

23-输出腔室的内壁； 24-输出腔室的外壁；

3-热电模块腔室； 4-热电模块；

5-换热器； 51-换热柱；

52-换热器壁； 6-第一界面导热层；

7-第二界面导热层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型申请实施例中的附图，对本实用新型申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型申请中的实施例，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，都属于本实用新型申请保护的范围。

本实用新型的实施例提供了一种冷热电三联供器件，如图1所示，该冷热电三联供器件包括：输入腔室1，用于输入第一流体；环设于输入腔室1外围的输出腔室2，用于输出与第一流体换热后所产生的第二流体；设置于输入腔室1与所述输出腔室2之间的多个热电模块4。

本实施例中提供的冷热电三联供器件在工作时，第一流体输入到输入腔室1中，该第一流体可为外界高温流体，外界高温流体中的热量传递给热电模块4，由于高温流体的输入，在热电模块4的冷端和热端产生了温度差，从而产生电力，实现了电能的输出。

外界高温流体的多余热量通过多个热电模块4传递给输出腔室2中的第二流体，输出腔室2中的第二流体通过与第一流体换热后温度升高，温度升高后的第二流体可与用户的采暖设备或洗浴设施连接，给用户提供采暖和生活热水，实现了热能的输出。

当对热电模块4通入直流电时，热电模块4中的材料会消耗电能，将在其两端建立温差，也就是在其冷端产生冷能，其热端产生热能。从而可将输出腔室2中的第二流体温度降低后，将所产生的冷能输出给用户。并且将所产生的热能传递给输入腔室1中的第一流体，进而传递给外部或者进行存储，实现了热能和冷能的输出。

因此，本实用新型实现了仅通过一个器件即可实现冷、热和电三种不同能源的输出，节省了空间，降低了成本，且输入能源为电能和外界流体，不消耗诸如天然气等能源，节约了能源和成本，提高了能源利用率。

上述实施例中，第一流体在输入腔室1中的流通方向与第二流体在输出腔室2中的流通方向相反，以有效保证各热电模块4的冷端和热端之间合理的温差，使得各热电模块4能够较大程度地发挥自身热电效应。

作为一种可能的设计，如图1所示，输入腔室1的一端设有流体入口11，另一端设有流体出口12。输出腔室2的一端设有流体入口21，另一端设有流体出口22。输入腔室的流体入口11和输出腔室的流体出口22位于整个冷热电三联供器件的同一侧，输入腔室的流体出口12和输出腔室的流体入口21位于整个冷热电三联供器件的另外一侧。这样，第一流体在输入腔室1中从输入腔室的流体入口11流向输入腔室的流体出口12，第二流体在输出腔室2中从输出腔室的流体入口21流向输出腔室的流体出口22，第一流体与第二流体能够以相反的方向流动。

需要说明的是，之所以要使第一流体在输入腔室1中的流通方向与第二流体在输出腔室2中的流通方向相反，是因为：在输入腔室1中，由于第一流体在由输入腔室的流体入口11至输入腔室的流体出口12流通的过程中，不断地将热量传输给多个热电模块4，进而传输给输出腔室2中的第二流体，因此第一流体从输入腔室的流体入口11到输入腔室的流体出口12温度逐渐降低，与此同时，在输出腔室2中第二流体从输出腔室的流体入口21到输出腔室的流体出口22温度逐渐升高。

如果输入腔室1中的第一流体与输出腔室2中的第二流体同向流动的话，对于靠近输入腔室的流体出口12的热电模块4，其热端的温度几乎为第一流体在输入腔室1中的最低温度，其冷端的温度几乎为第二流体在输出腔室2中的最高温度；而对于靠近输入腔室的流体入口11的热电模块4，其热端的温度几乎为第一流体在输入腔室1中的最高温度，其冷端的温度几乎为第二流体在输出腔室2中的最低温度。这就造成了靠近输入腔室的流体出口12的热电模块4的热端和冷端的温差，远小于靠近输入腔室的流体入口11的热电模块4的热端和冷端的温差；进一步可以得到，由输入腔室的流体入口11至输入腔室的流体出口12，所对应的热电模块4的热端和冷端的温差逐渐减小。也就是说，若输入腔室1中的第一流体与输出腔室2中的第二流体同向流动，可能会造成各热电模块4的热端和冷端的温差一致性下降。

因此，通过使输入腔室1中的第一流体与输出腔室2中的第二流体反向流动，能够充分保证在各热电模块4的冷端和热端之间建立合理的温差，在一些实施例中，可以提高各热电模块4的冷端和热端之间温差的一致性，从而有效保证各热电模块4充分发挥其热电效应，提升各热电模块4生产电力的效果。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的冷热电三联供器件还包括：换热器5，该换热器5包括换热器壁52及设置于换热器壁52内侧的多个换热柱51，换热器5内的流体通道形成输入腔室1。换热器5是专门用来将热流体的热量传递给冷流体的设备，第一流体中的热量通过换热器5传递给热电模块4，进而传输给输出腔室2中第二流体，从而可大大提升热传递的效率。当外界高温流体进入输入腔室1时，将热量传递给换热柱51，换热柱51通过充分换热后，将热量传递给热电模块4，进而传递给输出腔室2中的第二流体，换热柱51起到加大换热面积和扰动流体运行速度的作用，从而保证充分换热。

作为一种可能的设计，可使所述多个换热柱51的位置与所述多个热电模块4的位置一一对应，这样能够有效地保证输入腔室1中高温流体的热量通过换热柱51充分地传输到热电模块4，增强换热的效果。

作为一种可能的设计，所述多个换热柱51等间隔设置，考虑到第一流体在输入腔室1中是均匀流动的，因此将换热柱51等间隔设置可使单位体积内的第一流体均通过换热柱51充分地进行热传递，增强换热的效果。

由于第一流体在输入腔室1中流通的过程中不断进行换热，因此第一流体的温度沿其流通方向是逐渐降低的，示例性的，在图1中，第一流体的温度从输入腔室的流体入口11到输入腔室的流体出口12是逐渐降低的。作为一种可能的设计，所述多个热电模块4包括第1～第N热电模块，N≥2，第1～第N热电模块所适用的温度环境依次减小；在热电模块腔室3(本文中称位于输入腔室1和输出腔室2之间的，用于放置热电模块4的空间为热电模块腔室3)中，可将第1～第N热电模块沿第一流体在输入腔室1中流通的方向依次布置，使得每个热电模块4可以与其所适用的温度环境相匹配，更好地发挥作用，生产电力。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的冷热电三联供器件还包括：设置于换热器壁52与多个热电模块4之间的第一界面导热层6。换热器壁52通过第一界面导热层6与热电模块4接触，将热量传递给热电模块，使用第一界面导热层6来传递热量，可使热量更加均匀地传输，起到了高效导热的作用，另外，通过第一界面导热层6还可将换热器壁52与多个热电模块4稳定地固定在一起，不易发生脱落等问题。第一界面导热层6的材料可以选为泡沫金属材料和/或石墨材料。

需要说明的是，若直接将热电模块4和换热器壁52焊接在一起，会存在工艺复杂，成本较高的问题，而且将两种不同材料焊接，在长时间反复热应力的影响下易产生脱落，从而影响发电性能。本实施例通过采用泡沫金属材料和/或石墨材料作为第一界面导热层6，泡沫金属材料和石墨材料都具有高导性、高耐温性，可以适应换热器5表面较高的温度。石墨材料具有一定的粘性，可以将换热器壁52与热电模块4稳定地固定在一起，并保证接触。泡沫金属材料具有一定的柔韧性，可以使换热器壁52与热电模块4更加充分地接触，并且通过对泡沫金属材料施加一定压力可以将换热器壁52与热电模块4固定在一起。如此设计，相比于将热电模块4和换热器壁52焊接在一起，可充分保证换热器壁52与热电模块4的良好稳定的接触，保证热高效和均匀的传递。

作为一种可能的设计，所述多个热电模块4与第一界面导热层6之间还设有第一绝缘层。这样可以防止热电模块4因发生漏电现象而通过第一界面导热层6导电，从而增加了器件的安全性。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的冷热电三联供器件中，输出腔室2包括内壁23和外壁24。该冷热电三联供器件还包括：设置于输出腔室的内壁23与所述多个热电模块4之间的第二界面导热层7。热电模块4通过第二界面导热层7与输出腔室的内壁23接触，将热量传递给输出腔室2，使用第二界面导热层7来传递热量，可使热量更加均匀地传输，起到了高效导热的作用，另外，通过第二界面导热层7还可将多个热电模块4与输出腔室的内壁23稳定地固定在一起，不易发生脱落等问题。所述第二界面导热层7的材料为导热硅胶。

需要说明的是，若将输出腔室的内壁23与多个热电模块4采用焊接方式连接，由于温度环境的不同，即从输入腔室的流体入口11到输入腔室的流体出口12，温度逐渐下降，当为了匹配不同温度环境时，需要选用不同型号的热电模块4(第1～第N热电模块)，设置适用于不同温度环境的不同型号的热电模块4时，需要针对不同型号的热电模块4采用不同的焊接温度和焊料，这造成在实际焊接时，操作难度大，工艺复杂，易产生内应力，因此选用焊接的连接方式，会导致器件性能较差。本实施例中，利用导热硅胶片作为第二界面导热层7将多个热电模块4与输出腔室的内壁23粘接，不仅稳固牢靠，而且由于采用粘接固定的方式，也不会受到不同型号的热电模块4的影响，可以方便地在不同温度环境下布置不同型号的热电模块4。

作为一种可能的设计，所述多个热电模块4与第二界面导热层7之间还设有第二绝缘层，这样可以防止热电模块4因发生漏电现象而通过第二界面导热层7导电，从而增加了器件的安全性。

在具体使用过程中，本实用新型实施例提供的冷热电三联供器件在夏季和冬季均能产生良好的效果，以下举两个例子来加以说明。

在夏季时，可以将输出腔室2中流体选为空气，输入腔室1中流体选为水，将热电模块4通电后，热电模块4的冷端为靠近输出腔室2的一端，热端为靠近输入腔室1的一端。热电模块4中的材料通过消耗电能在冷端和热端建立温差，其冷端通过第二界面导热层7将输出腔室2中的空气温度降低，降温后的空气传送给用户，进行制冷；热端通过第一界面导热层6传输热量，将输入腔室1中的水的温度升高，加热后的水可以作为生活热水直接使用，或者进行存储备用。

本冷热电三联供器件在冬季时，可通电对家庭进行供热，代替电采暖和空气源热泵。具体实施方式如下：冬季时，将输入腔室1流体选为室外冷空气，输出腔室2中流体选为水，将热电模块4通电，其电压与在夏季时的电压方向相反，由于热电模块4所具备的热电效应，当通入方向相反的电流后，热电模块4的冷端和热端会发生变化，即热端为靠近输出腔室2的一端，冷端为靠近输入腔室1的一端。通电后热电模块的两端建立温差，可从输入腔室1中的冷空气中吸热，将输入冷空气温度继续降低，将热量传递给输出腔室2中水，除此之外热电模块4通电产生的电阻热也可转递给输出腔室2的水，经验证，其COP(Coefficient Of Performance，制热能效比)大于1，显然上述这种方式要比电阻丝加热效率高。且本冷热电三联供器件不受外界温度的影响，使用场景比空气源热泵广泛。

本实用新型实施例还提供一种冷热电三联供系统，所述冷热电三联供系统包括如上所述的冷热电三联供器件。

所述冷热电三联供系统所能产生的有益效果上述冷热电三联供器件的有益效果相同，此处不再赘述。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。