專利名稱：混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱與冷卻系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明提供一種用于 具有蒸汽壓縮和熱電加熱與冷卻的加熱與冷卻系統(tǒng)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般而言，加熱與冷卻系統(tǒng)通過蒸汽壓縮循環(huán)而產(chǎn)生加熱的或冷 卻的空氣。在較大負荷的情況下，蒸汽壓縮循環(huán)是理想的。然而，對 于較小負荷，顯然熱電冷卻可是優(yōu)選的。這是基于熱電冷卻裝置的容 易模塊化，與被設(shè)計用于較大負荷運行的傳統(tǒng)蒸汽壓縮循環(huán)相比，熱電冷卻裝置在較低負荷下提供增加的性能系數(shù)(COP)。熱電冷卻4是供優(yōu)于蒸汽壓縮循環(huán)的優(yōu)點，諸如低噪聲運行，由于 較少的移動零件和減少的部件維護的更高的可靠性，溫度的細微調(diào)諧 控制，對溫度控制設(shè)定更快的響應(yīng)，減小的尺寸，以及導(dǎo)致減小的環(huán) 境影響的減'J 、的制冷劑使用。因此，用以將區(qū)域維持在所希望的溫度的加熱與冷卻系統(tǒng)包括具 有蒸汽壓縮循環(huán)的蒸汽壓縮系統(tǒng)和熱電裝置，其可用于提供能量有效運行模式，在該模式中動態(tài)COP增加。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有動態(tài)運行模式的混合的熱 電-蒸汽壓縮系統(tǒng)。本發(fā)明的又一 目的在于提供一種具有動態(tài)運行4莫式的混合的熱 電-蒸汽壓縮系統(tǒng)，其使用具有蒸汽壓縮循環(huán)的蒸汽壓縮系統(tǒng)和熱電裝 置。本發(fā)明的又 一 目的在于提供 一 種具有動態(tài)運行;漠式的混合的熱 電-蒸汽壓縮系統(tǒng)，其帶有具有蒸汽壓縮循環(huán)的蒸汽壓縮系統(tǒng)和熱電裝 置，其中具有蒸汽壓縮循環(huán)的蒸汽壓縮系統(tǒng)通過運行以滿足較大負 荷，而且該熱電裝置用以滿足較小負荷。本發(fā)明的還一 目的在于提供一種具有動態(tài)運行才莫式的混合的熱 電-蒸汽壓縮系統(tǒng)，其帶有具有蒸汽壓縮循環(huán)的蒸汽壓縮系統(tǒng)和熱電裝 置，其中具有蒸汽壓縮循環(huán)的蒸汽壓縮系統(tǒng)通過運行以滿足大于或等 于1千瓦的負荷，而且該熱電裝置用于滿足小于1千瓦的負荷。本發(fā)明的再一 目的在于提供一種混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)來優(yōu) 化COP以節(jié)約能量。本發(fā)明的再一 目的在于提供一種混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)來減 小噪聲。本發(fā)明的再一 目的在于提供一種混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)以提 供更高的可靠性，更高的可靠性是由于在蒸汽壓縮循環(huán)中較少使用移 動的零件，移動的零件在正常單獨蒸汽壓縮冷卻系統(tǒng)中幫助滿足瞬態(tài) 負荷。本發(fā)明的再 一 目的在于提供 一 種混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)用于 溫度的細微調(diào)諧控制。本發(fā)明的再一 目的在于提供一種混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)來對 溫度控制i殳定產(chǎn)生豐支快的響應(yīng)。本發(fā)明的再一目的在于提供一種混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)來減 小制冷劑的使用和環(huán)境影響。通過一種將區(qū)域維持在所希望溫度的加熱與冷卻系統(tǒng)來提供這 些和其它目的，該加熱與冷卻系統(tǒng)包括熱電裝置、蒸汽壓縮系統(tǒng)和控 制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可操作地連接至該熱電裝置和該蒸汽壓縮系統(tǒng)。 該控制系統(tǒng)具有溫度傳感器來監(jiān)控該區(qū)域的溫度。該控制系統(tǒng)評估該 區(qū)域的熱負荷。當在該區(qū)域中的熱負荷大于運行負荷時，該控制系統(tǒng) 啟動該蒸汽壓縮系統(tǒng)。當在該區(qū)域中的熱負荷小于該運行負荷時，該控制系統(tǒng)啟動該熱電裝置。本發(fā)明還提供一種將區(qū)域加熱和冷卻到所希望的溫度的方法。該 方法包括監(jiān)控該區(qū)域的溫度，比較該溫度與所希望的溫度，基于該溫 度與所希望的溫度的比較來確定調(diào)整負荷，當該調(diào)整負荷大于或等于 預(yù)定負荷時啟動蒸汽壓縮系統(tǒng)來滿足該調(diào)整負荷，以及當該調(diào)整負荷 小于該預(yù)定負荷時啟動熱電裝置來滿足該調(diào)整負荷。通過下文具體的介紹、附圖和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的上文所介 紹的目的和其它特征和優(yōu)點將會被本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地了解和理 解。


圖1示意性地描繪了本發(fā)明的混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)。
具體實施方式
參看附圖且特別地參看圖1，示出了本發(fā)明的混合的熱電-蒸汽壓縮系統(tǒng)的示范性實施例，其整體上用標號100表示。系統(tǒng)100執(zhí)行溫 度調(diào)整或者加熱和冷卻，優(yōu)選地，在存在著較大的降低負荷(pulldown loads)和較小的穩(wěn)態(tài)負荷的情況下，例如，用于飲料冷柜、超市食品和 飲料箱，熱的和冷的飲料出售機，以及固定與移動的室內(nèi)結(jié)構(gòu)。在該示范性實施例中，系統(tǒng)100具有控制系統(tǒng)104以提供動態(tài)運 行模式?？刂葡到y(tǒng)104通過使用溫度傳感器等來監(jiān)控溫度控制區(qū)105 的控制溫度。可將預(yù)定的希望的溫度輸入到控制系統(tǒng)104內(nèi)。在區(qū)域 105的控制溫度不在預(yù)定溫度范圍內(nèi)的情況下，控制系統(tǒng)104啟動蒸 汽壓縮系統(tǒng)106或熱電裝置102以將控制溫度調(diào)整到預(yù)定溫度或者預(yù) 定溫度的范圍。預(yù)定溫度的范圍可(例如)是高于和低于該預(yù)定溫度1 度。在優(yōu)選實施例中，蒸汽壓縮系統(tǒng)106和熱電裝置102包括在這種 系統(tǒng)的領(lǐng)域中已知的部件，諸如，用于蒸汽壓縮系統(tǒng)106的壓縮機、 蒸發(fā)器和冷凝器和用于熱電裝置102的電源和熱電材料?；蛘?，從熱管理的角度而言，可能存在若千種方法來實施系統(tǒng)100。 一個這種方法為熱電裝置102可利用蒸汽壓縮系統(tǒng)106的冷卻 回路來移除熱電裝置102在冷卻沖莫式系統(tǒng)運行期間所產(chǎn)生的熱，因此 消除了外圍熱交換器裝置的冗余性?；蛘?，蒸汽壓縮系統(tǒng)106以及熱 電裝置102的一個或多個可是單獨系統(tǒng)，其獨立地或合作地運行以滿 足必要的冷卻負荷。熱電裝置102可通過加熱或冷卻周圍空氣或者通過與溫度控制區(qū) 直接接觸而向溫度控制區(qū)105提供熱(由箭頭113表示)或者可提供冷 卻(由箭頭114表示)。熱電裝置102可是本領(lǐng)域已知的任何熱電裝置。 優(yōu)選地，熱電裝置102可以小于或等于300瓦且更優(yōu)選地1千瓦的負 荷運行。然而，在COP方面改進的熱電技術(shù)可在同樣的功率消耗下增 加熱電裝置102的加熱和冷卻能力。熱電裝置102可提供加熱(例如) 來滿足冬季月份期間的加熱負荷的一部分。熱電裝置102可是傳統(tǒng)的 熱電才莫塊并且也可是整體形成于各種熱交換器設(shè)計(包括，空氣-空氣、 空氣-液體、液體-液體等)內(nèi)的熱電裝置。蒸汽壓縮系統(tǒng)106可是任何已知的系統(tǒng)，其使用蒸汽壓縮循環(huán)或 蒸汽壓縮加熱或冷卻來向受控溫度區(qū)105周圍的空氣提供加熱113或 者提供冷卻114。優(yōu)選地，蒸汽壓縮系統(tǒng)106可以至少1千瓦且更優(yōu) 選地大于5千瓦的負荷來運行?？刂葡到y(tǒng)10 4基于所需的調(diào)整負荷來啟動蒸汽壓縮系統(tǒng)10 6或熱 電裝置102來將該區(qū)域105的控制溫度調(diào)整到預(yù)定溫度或者預(yù)定溫度 范圍內(nèi)。對于超過預(yù)定或運行負荷(例如，l千瓦)的調(diào)整負荷，控制系 統(tǒng)104可啟動蒸汽壓縮系統(tǒng)106來纟丸行加熱和冷卻運行。對于4氐于預(yù) 定或運行負荷的調(diào)整負荷，控制系統(tǒng)104可啟動熱電裝置102來4^l行 加熱和冷卻運行。預(yù)定或運行負荷的特定值可通過運行控制系統(tǒng)104來確定或者可^皮輸入到該控制系統(tǒng)內(nèi)。優(yōu)選地，對于較大調(diào)整負荷和溫度變化，蒸汽壓縮系統(tǒng)106執(zhí)行 加熱和冷卻運行，例如，在啟動系統(tǒng)100時。對于較小調(diào)整負荷和溫度變化，熱電裝置102優(yōu)選地執(zhí)行加熱和冷卻運行以維持預(yù)定溫度或 細微地控制區(qū)域105的控制溫度。這種雙系統(tǒng)特別適合于其中存在較 大降低負荷但較小穩(wěn)態(tài)負荷的需要的制冷或加熱需求。
在滿足預(yù)定溫度或者調(diào)整負荷被減小到低于預(yù)定負荷的情況下， 控制系統(tǒng)104可停用蒸汽壓縮系統(tǒng)106。在控制溫度等于預(yù)定溫度或 者控制溫度在預(yù)定溫度范圍內(nèi)的情況下，控制系統(tǒng)104可停用熱電裝 置102。因此，蒸汽壓縮循環(huán)和溫度變化減小同時COP可^皮優(yōu)化。而 且，當加熱或冷卻要求允許通過熱電裝置102來進行溫度控制時，通 過使用更有效的熱電裝置102,系統(tǒng)100可通過運行以減小噪聲，由 于減少的部件維護而提供更高的可靠性，提供溫度的細微調(diào)諧控制， 提供對溫度控制設(shè)定更快的響應(yīng)，減小的尺寸，以及減小制冷劑使用 從而導(dǎo)致減小的污染?？刂葡到y(tǒng)104還監(jiān)控區(qū)域105的溫度并且提供 該區(qū)域105的加熱或冷卻控制以便避免或限制循環(huán)。
系統(tǒng)IOO可具有電源108，其向熱電裝置102和蒸汽壓縮系統(tǒng)106 供應(yīng)電力。在優(yōu)選實施例中，電源108還向控制系統(tǒng)104供應(yīng)電力。 電源108可是將系統(tǒng)100連接至現(xiàn)有電網(wǎng)的組件，或者任何移動電源， 諸如燃料電池，燃料或熱驅(qū)動發(fā)電機、內(nèi)燃燒(intemal combustion)、 太陽能電力、蓄電池組或它們的任何組合。
雖然已經(jīng)參看示范性實施例介紹了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 了解在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可能做出各種變化而且可利用 等同物來代替本發(fā)明的元件。此外，在不背離本發(fā)明的基本范圍的情 況下，可能對本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容做出許多修改來適應(yīng)特定情形或材 料。因此，預(yù)期本發(fā)明并不限于所公開的特定實施例，這些實施例被 認為是執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式，而是本發(fā)明將包括屬于所附權(quán)利要求 的范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種將區(qū)域維持在所希望的溫度的加熱與冷卻系統(tǒng)(100)，包括熱電裝置(102)；蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)；控制系統(tǒng)(104)，可操作地連接至所述熱電裝置(102)和所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)，并且具有溫度傳感器以監(jiān)控所述區(qū)域的溫度，其中，所述控制系統(tǒng)(104)評估所述區(qū)域的熱負荷，當在所述區(qū)域中的熱負荷大于運行負荷時，所述控制系統(tǒng)(104)啟動所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)，并且當所述區(qū)域的所述熱負荷小于所述運行負荷時，所述控制系統(tǒng)(104)啟動所述熱電裝置(102)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(IOO),其特征在于，所述系統(tǒng)(IOO) 還包括連接至所述熱電裝置(102)和所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)的電源 (108)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100),其特征在于，所述電源(108) 選自電網(wǎng)、燃料電池、燃料或熱驅(qū)動發(fā)電機、內(nèi)燃燒、太陽能電力、 蓄電池組和它們的任何組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(IOO),其特征在于，所述運行負 荷是l千瓦。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(IOO)，其特征在于，當所迷熱負 荷小于1千瓦時，所述控制系統(tǒng)(104)停用所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(IOO),其特征在于，所述蒸汽壓 縮系統(tǒng)(106)包括壓縮機、蒸發(fā)器和冷凝器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的系統(tǒng)(IOO)，其特征在于，所述控制系 統(tǒng)(104)基于來自所述溫度傳感器的數(shù)據(jù)和所希望的溫度的使用者輸 入來確定所述熱負荷。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(IOO),其特征在于，所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)以及所述熱電裝置(102)中的一個或多個是單獨的系統(tǒng)，它 們獨立地或者合作地運行來滿足所述熱負荷。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(IOO)，其特征在于，所述熱電裝 置(102)利用所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)的冷卻回路來移除所述熱電裝置 (106)在冷卻才莫式系統(tǒng)運行期間所產(chǎn)生的熱。
10. —種用于將區(qū)域加熱和冷卻到所希望的溫度的方法，包括 監(jiān)控所述區(qū)域的溫度；比較所述溫度與所希望的溫度；基于所述溫度與所希望的溫度的比較來確定調(diào)整負荷； 當所述調(diào)整負荷大于或等于預(yù)定負荷時啟動蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)來滿足所述調(diào)整負荷；以及當所述調(diào)整負荷小于所述預(yù)定負荷時啟動熱電裝置(102)來滿足所述調(diào)整負荷。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括 輸入所希望的溫度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還包 括輸入所述預(yù)定負荷。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包 括在所述調(diào)整負荷小于所述預(yù)定負荷的情況下停用所述蒸汽壓縮系 統(tǒng)(畫)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包 括在所述調(diào)整負荷大于所述預(yù)定負荷的情況下停用所述熱電裝置 (102)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包 括從單個電源(108)向所述熱電裝置(102)和所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)提 供電力。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述電源(108) 選自電網(wǎng)、燃料電池、燃料或熱驅(qū)動發(fā)電機、內(nèi)燃燒、太陽能電力、蓄電池組和它們的任何組合。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定負荷是l千瓦。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述蒸汽壓縮 系統(tǒng)(106)使用通過彼此連接的冷凝器、壓縮機和蒸發(fā)器所產(chǎn)生的蒸汽 壓縮力。熱和/或冷卻。
19. 一種在本文中參照附圖的圖1所介紹的加熱與冷卻方法。
20. —種在本文中參照附圖的圖1所介紹的加熱與冷卻系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于將區(qū)域維持在所希望的溫度的加熱與冷卻系統(tǒng)，其包括熱電裝置(102)、蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)和控制系統(tǒng)(104)，該控制系統(tǒng)(104)可操作地連接至該熱電裝置(102)和該蒸汽壓縮系統(tǒng)(106)。
文檔編號F25B1/00GK101283225SQ200580051791
公開日2008年10月8日 申請日期2005年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月15日
發(fā)明者R·拉哈克里什南, 于笑梅, 蔡崇義 申請人:開利公司