基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器的制造方法
【專利摘要】基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，包括太陽能發(fā)電系統(tǒng)以及與太陽能發(fā)電系統(tǒng)電源輸出接口相連的半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)，半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的半導(dǎo)體制冷片,半導(dǎo)體制冷片連接有溫度控制器,殼體的進(jìn)口和出口分別通過管道與水箱相連,水箱內(nèi)設(shè)置有與溫度控制器的傳感器接口相連的溫度傳感器。由于太陽能發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠?yàn)楸緦?shí)用新型提供電能，使其具有節(jié)能、離網(wǎng)兩大特性；而半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)負(fù)責(zé)冷熱水功能的具體實(shí)現(xiàn)；在實(shí)際使用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)制冷、制熱、恒溫三種工作模式,因此，本實(shí)用新型可滿足多種不同的制冷制熱需求。
【專利說明】基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于戶外用品領(lǐng)域，涉及一種冷熱水器，具體涉及一種基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能發(fā)電技術(shù)簡介:近些年來，隨著能源消耗的加劇和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，對太陽能的利用越來越受到人們的重視。太陽能作為一種新型的可再生能源，具有無污染、儲量豐富等優(yōu)點(diǎn)，有希望為人類創(chuàng)造了一種全新的節(jié)約能源、減少污染的生活生產(chǎn)方式。
[0003]在太陽能的利用當(dāng)中，太陽能發(fā)電技術(shù)是發(fā)展最為迅猛的領(lǐng)域之一，太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種形式，光熱發(fā)電是用太陽能集熱器將液體工質(zhì)轉(zhuǎn)化為蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動(dòng)透平機(jī)械帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，該類型設(shè)備的體積往往較為龐大、系統(tǒng)較為復(fù)雜，不太適合于小型的用電設(shè)備。
[0004]半導(dǎo)體制冷制熱技術(shù)簡介:半導(dǎo)體制冷制熱的理論基礎(chǔ)是發(fā)現(xiàn)于1834年的帕爾貼效應(yīng)，即當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B組成的電路通有直流電時(shí)，在其中一個(gè)接頭處釋放熱量，而在另一個(gè)接頭處吸收熱量；這種現(xiàn)象是可逆的，即在改變電流方向時(shí)，放熱和吸熱的接頭也隨之改變，吸收和放出的熱量與電流強(qiáng)度、導(dǎo)體的性質(zhì)、接頭溫度有關(guān)。該制冷方式又被稱熱電制冷，它與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為三大制冷方式。與另外兩者相比，它的制冷量一般較小，不適宜于大規(guī)模、大制冷量的使用，但它也具有許多其他制冷方式所不具有的優(yōu)勢如:裝置簡潔、無機(jī)械傳動(dòng)部分、工作中無噪音、不污染環(huán)境、制冷參數(shù)不受空間方向以及重力的影響、制冷制熱模式可互相轉(zhuǎn)化、作用速度快等，由于以上優(yōu)點(diǎn)，它非常適宜于微型制冷領(lǐng)域或有特殊要求的用冷場所。
[0005]目前已有的半導(dǎo)體控溫設(shè)備包括車載空調(diào)、飲水機(jī)、電腦散熱設(shè)備等小型電器，這些產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)往往在于工業(yè)化生產(chǎn)保證了它們工藝性能和指標(biāo)，如保溫密封性能往往較好，但它們同時(shí)也存在缺點(diǎn)如:(I)大多依賴于交流電網(wǎng)供電，使用范圍有局限性；(2)換熱方式單一，換熱效率有較大提升空間；(3)多數(shù)產(chǎn)品功能較為單一。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，該基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器能夠離網(wǎng)使用且滿足多種不同的制冷制熱需求。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:包括太陽能發(fā)電系統(tǒng)以及與太陽能發(fā)電系統(tǒng)電源輸出接口相連的半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)，半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片連接有溫度控制器，殼體的進(jìn)口和出口分別通過管道與水箱相連，水箱內(nèi)設(shè)置有與溫度控制器的傳感器接口相連的溫度傳感器。
[0008]所述的半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)還包括設(shè)置在管道上的水泵以及設(shè)置在殼體外壁上的換熱風(fēng)扇，換熱風(fēng)扇、水泵以及半導(dǎo)體制冷片并聯(lián)在溫度控制器的電源輸出接口上。
[0009]所述的換熱風(fēng)扇位于半導(dǎo)體制冷片散熱端。[0010]所述的水箱包括外箱體以及套在外箱體內(nèi)的內(nèi)箱體，外箱體和內(nèi)箱體之間設(shè)置有保溫層；所述的內(nèi)箱體上分別開設(shè)有入水口和出水口，出水口通過出水管與殼體的進(jìn)口相連，殼體的出口通過入水管與入水口相連，水泵設(shè)置在出水管或入水管上。
[0011]所述的保溫層采用由聚氨酯泡沫制成的保溫層。
[0012]所述的出水管和入水管暴露在空氣中的部分包裹有泡沫保溫層。
[0013]所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的蓄電池、太陽能充放電控制器以及太陽能電池板；所述的太陽能充電控制器上設(shè)有電源輸出接口，電源輸出接口與溫度控制器的電源輸入接口相連。
[0014]所述的溫度控制器采用數(shù)字式溫度控制器。
[0015]所述的蓄電池為免維護(hù)鉛酸蓄電池。
[0016]所述的太陽能電池板為兩塊，且兩塊電池板并聯(lián)后與太陽能充電控制器相連。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型包括太陽能發(fā)電系統(tǒng)以及與太陽能發(fā)電系統(tǒng)電源輸出接口相連的半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)；由于太陽能發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備簡練、可靠穩(wěn)定、安裝方便，具有廣泛的使用面，能夠提供電能，且本實(shí)用型新能夠?qū)⑻栞椛淠苻D(zhuǎn)化為電能，因此，本實(shí)用新型具有節(jié)能、離網(wǎng)兩大特性；半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)負(fù)責(zé)冷熱水功能的具體實(shí)現(xiàn)；在實(shí)際使用過程中，水通過管道從半導(dǎo)體制冷片表面流過，通過強(qiáng)制對流換熱的方式從半導(dǎo)體制冷片上吸收冷量或熱量以達(dá)到制冷制熱效果、優(yōu)化了裝置的整體性能，且本實(shí)用新型通過溫度傳感器對水箱內(nèi)水溫的監(jiān)控，然后將溫度信息反饋給溫度控制器，溫度控制器根據(jù)水箱內(nèi)溫度的高低對半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)制冷、制熱、恒溫三種工作模式，因此，本實(shí)用新型可滿足多種不同的制冷制熱需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型體結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型的電路圖；
[0020]圖3制熱溫度隨時(shí)間的變化曲線圖；
[0021 ] 圖4制冷溫度隨時(shí)間的變化曲線圖；
[0022]其中，1、外箱體，2、保溫層，3、內(nèi)箱體，4、溫度控制器，5、水泵，6、入水管，7、出水管，8、半導(dǎo)體制冷片，9、換熱風(fēng)扇，10、出水口，11、入水口，12、溫度傳感器，13、蓄電池，14、太陽能充放電控制器，15、太陽能電池板。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]參見圖1-2，本實(shí)用新型包括太陽能發(fā)電系統(tǒng)、半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)以及與半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)形成水循環(huán)回路的水箱；水箱包括外箱體I以及套設(shè)在外箱體I內(nèi)的內(nèi)箱體3，內(nèi)箱體3的尺寸為150mmX 150mmX 150mm,容積為3L，外箱體I的尺寸為240mm X 240mm X 240mm ;外箱體I和內(nèi)箱體3之間設(shè)置有保溫層2，保溫層2具體采用由聚氨酯泡沫制成的保溫層，由聚氨酯泡沫制成的保溫層能夠減少水箱內(nèi)水熱量或冷量的損失。
[0025]太陽能發(fā)電系統(tǒng)為小型直流系統(tǒng)，它為整個(gè)裝置提供電能，由依次連接的太陽能電池板15、太陽能充放電控制器14、蓄電池13組成，太陽能充放電控制器14上設(shè)有電能輸出接口 ；進(jìn)一步，所述的蓄電池13為免維護(hù)鉛酸蓄電池。本實(shí)用新型將半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)與太陽能發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合，由于太陽能發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備簡練、可靠穩(wěn)定、安裝方便，具有廣泛的使用面，能夠?yàn)楸緦?shí)用新型提供電能，保證了裝置節(jié)能、離網(wǎng)兩大特性；而且由于本裝置能夠離網(wǎng)使用，所以，本裝置對于戶外活動(dòng)及偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的控溫需求具有極大優(yōu)勢，另外，本裝置將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，因此具有節(jié)能性、無污染等特點(diǎn)，符合對人們節(jié)能減排的倡議，在要求不高的家庭控溫場合也具有極大的潛在使用價(jià)值。
[0026]半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的半導(dǎo)體制冷片8，殼體外壁上安裝有位于半導(dǎo)體制冷片散熱端的換熱風(fēng)扇9,換熱風(fēng)扇9通過半導(dǎo)體速制冷片8非工作端的翅片與空氣的換熱從而穩(wěn)定制冷片非工作端的溫度并加強(qiáng)控溫效率；所述的內(nèi)箱體3上分別開設(shè)有入水口 11和出水口 10，殼體的出口通過入水管6經(jīng)水泵5與內(nèi)箱體的入水口11相連，出水口 10通過出水管7與殼體的進(jìn)口相連，入水管6和出水管7與外箱體的接口處分別采用中性膠予以密封以防止漏水，水泵5位于其間提供水循環(huán)動(dòng)力；進(jìn)一步，出水管7和入水管6均由橡膠制成；水泵5采用微型水泵。
[0027]所述的半導(dǎo)體制冷片8連接有位于殼體外的溫度控制器4，溫度控制器4的傳感器接口與伸入內(nèi)箱體3中的溫度傳感器12相連，換熱風(fēng)扇9、水泵5以及半導(dǎo)體制冷片8并聯(lián)在溫度控制器4的電源輸出接口上，太陽能充電控制器14的電源輸出接口與溫度控制器4的電源輸入接口相連；進(jìn)一步，所述的溫度控制器4采用數(shù)字式溫度控制器。在實(shí)際使用過程中，水通過管道從半導(dǎo)體制冷片8表面流過，通過強(qiáng)制對流換熱的方式從制冷片上吸收冷量或熱量以達(dá)到制冷制熱效果、優(yōu)化整體性能，且本實(shí)用新型通過溫度傳感器12對內(nèi)箱體3內(nèi)的水溫進(jìn)行監(jiān)控，然后將溫度信息反饋給溫度控制器4，溫度控制器4根據(jù)內(nèi)箱體3內(nèi)溫度的高低對半導(dǎo)體制冷片8進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了制冷、制熱、恒溫三種工作模式。而且，在室溫條件經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其控溫區(qū)間為5?89°C，最大控溫速率可達(dá)3.370C /L/min。因此，本實(shí)用新型裝置換熱效果好，整體控溫性能極佳，性能優(yōu)良、控溫范圍大、控溫精確，可滿足多種不同的制冷制熱需求。
[0028]本實(shí)用新型中帶有殼體的半導(dǎo)體制冷片8、水泵5、溫度控制器4皆粘結(jié)在水箱外箱體I上，連接半導(dǎo)體制冷片8、水泵5、以及溫度控制器4的導(dǎo)線也被膠帶紙固定在水箱外壁面上以防止晃動(dòng)；裸露在外箱體I外部的出水管7和入水管6上均包裹有黑色泡沫保溫層，以減少橡膠管中水在流動(dòng)時(shí)熱量或冷量的損失。太陽能充電控制器14與免維護(hù)鉛酸蓄電池粘結(jié)在一起作為一個(gè)整體與太陽能電池板15和溫度控制器4相連，相互之間采用
2.5mm2銅導(dǎo)線連接。
[0029]參見圖2，本實(shí)用新型的中涉及到兩部分的電器控制，一為太陽能充放電控制電路；二為半導(dǎo)體控溫及測溫電路。
[0030]太陽能充放電電路包括依次相連的太陽能電池板15、太陽能充放電控制器14、免維護(hù)鉛酸蓄電池，太陽能充放電控制器14上設(shè)有電源輸出接口 ；其中，所使用的太陽能電池板15為兩塊60W的電池板并聯(lián)，太陽能充放電控制器14的額定參數(shù)為12V20A，免維護(hù)鉛酸蓄電池額定電壓12V、容量為20AH ；
[0031]半導(dǎo)體控溫測溫電路包括數(shù)字式溫度控制器4、換熱風(fēng)扇9、水泵5以及半導(dǎo)體制冷片8，換熱風(fēng)扇9、微型水泵以及半導(dǎo)體制冷片8并聯(lián)在數(shù)字式溫度控制器4的電源輸出接口上，太陽能充放電控制器14的電源輸出接口與數(shù)字式溫度控制器4的電源輸入接口相連，數(shù)字式溫度控制器的傳感器接口與溫度傳感器12相連；其中，所使用的數(shù)字式溫度控制器額定參數(shù)為12V20A，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷片電壓方向的功能，從而可以實(shí)現(xiàn)在制冷和制熱模式之間的自動(dòng)切換；數(shù)字式溫度控制器上配有一個(gè)防水探頭即溫度傳感器12用以監(jiān)測水箱中的水溫；半導(dǎo)體制冷片8及換熱風(fēng)扇9總的額定功率為120W、額定電壓12V，實(shí)際制冷功率為75W，微型水泵5額定參數(shù)為12V300mA，做功能力為2L/min。
[0032]本實(shí)用新型的理論基礎(chǔ)在于太陽能發(fā)電原理、半導(dǎo)體制冷制熱原理以及強(qiáng)制對流換熱原理，在三大原理的基礎(chǔ)上分別設(shè)計(jì)制作了太陽能發(fā)電系統(tǒng)、半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)以及循環(huán)式強(qiáng)制對流換熱系統(tǒng)(循環(huán)式強(qiáng)制對流換熱系統(tǒng)由半導(dǎo)體制冷片、水箱、微型水泵和其間起連接作用的橡膠管組成)，對三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組裝拼接便形成了本實(shí)用新型基于半導(dǎo)體的太陽能熱水器。
[0033]本實(shí)用新型的使用方法為:使用過程中按照安裝并接通電源-設(shè)定溫度-自動(dòng)控溫的順序進(jìn)行，即將溫度控制器4連接在太陽能充放電控制器14的電源輸出接口上，然后設(shè)定溫度控制器4上的目標(biāo)溫度，最后溫度傳感器12感應(yīng)內(nèi)箱體3內(nèi)的水溫，如果在使用過程發(fā)現(xiàn)設(shè)定溫度遠(yuǎn)高于實(shí)際溫度時(shí)，半導(dǎo)體制冷片8為制熱模式；當(dāng)設(shè)定溫度遠(yuǎn)低于實(shí)際溫度時(shí)，溫度控制器4自動(dòng)改變半導(dǎo)體制冷片8電壓方向，此時(shí)為制冷模式；當(dāng)實(shí)際溫度進(jìn)入設(shè)定溫度正負(fù)1°C范圍內(nèi)時(shí)，裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入穩(wěn)定工作模式(穩(wěn)態(tài)模式)，當(dāng)溫度再一次超出設(shè)定值正負(fù)1°C時(shí)，裝置又自動(dòng)開始運(yùn)行。
[0034]本實(shí)用新型創(chuàng)新性的將太陽能發(fā)電和半導(dǎo)體控溫相結(jié)合，并采用了強(qiáng)制對流換熱以加強(qiáng)換熱效率， 在確定保溫層厚度等設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)采用了計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化的方法。在此基礎(chǔ)上，為了解本實(shí)用新型的實(shí)際性能，分別對其進(jìn)行了制熱、制冷、穩(wěn)態(tài)工作性能的測試并對其結(jié)果進(jìn)行了整理分析，以下給出實(shí)驗(yàn)測試過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和參數(shù)及性能分析:
[0035](一)實(shí)驗(yàn)測試過程:
[0036]1、制熱實(shí)驗(yàn)
[0037]實(shí)驗(yàn)條件:室溫24.8°C、水箱中水量3L ；
[0038]實(shí)驗(yàn)過程:接通電源，設(shè)置溫度為100°C，每隔Imin記錄一次溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)水溫在5min內(nèi)不發(fā)生變化時(shí)，認(rèn)為達(dá)到最高溫度，此時(shí)關(guān)閉電源，實(shí)驗(yàn)結(jié)束；
[0039]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:溫度變化的原始數(shù)據(jù)見表1 (制熱過程前90min，每5min選取一個(gè)記錄點(diǎn)、后45min每IOmin選取一個(gè)記錄點(diǎn))，相應(yīng)的溫度變化曲線圖見圖3。
[0040]表1制熱溫度隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)
[0041]
【權(quán)利要求】
1.基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:包括太陽能發(fā)電系統(tǒng)以及與太陽能發(fā)電系統(tǒng)電源輸出接口相連的半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)，半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的半導(dǎo)體制冷片(8)，半導(dǎo)體制冷片(8)連接有溫度控制器(4)，殼體的進(jìn)口和出口分別通過管道與水箱相連，水箱內(nèi)設(shè)置有與溫度控制器(4)的傳感器接口相連的溫度傳感器(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:所述的半導(dǎo)體制冷制熱系統(tǒng)還包括設(shè)置在管道上的水泵(5)以及設(shè)置在殼體外壁上的換熱風(fēng)扇(9)，換熱風(fēng)扇(9)、水泵(5)以及半導(dǎo)體制冷片(8)并聯(lián)在溫度控制器(4)的電源輸出接口上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:所述的換熱風(fēng)扇(9)位于半導(dǎo)體制冷片(8)散熱端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:所述的水箱包括外箱體(I)以及套在外箱體(I)內(nèi)的內(nèi)箱體(3)，外箱體(I)和內(nèi)箱體(3)之間設(shè)置有保溫層(2 );所述的內(nèi)箱體(3 )上分別開設(shè)有入水口( 11)和出水口( 10 )，出水口( 10 )通過出水管(7)與殼體的進(jìn)口相連，殼體的出口通過入水管(6)與入水口(11)相連，水泵(5)設(shè)置在出水管(7)或入水管(6)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:所述的保溫層(2)采用由聚氨酯泡沫制成的保溫層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:所述的出水管(7 )和入水管(6 )暴露在空氣中的部分包裹有泡沫保溫層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的蓄電池(13)、太陽能充放電控制器(14)以及太陽能電池板(15)；所述的太陽能充電控制器(14)上設(shè)有電源輸出接口，電源輸出接口與溫度控制器(4)的電源輸入接口相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:所述的溫度控制器(4)采用數(shù)字式溫度控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:所述的蓄電池(13)為免維護(hù)鉛酸蓄電池。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于半導(dǎo)體的太陽能冷熱水器，其特征在于:所述的太陽能電池板(15)為兩塊，且兩塊電池板并聯(lián)后與太陽能充電控制器(14)相連。
【文檔編號】H02J7/00GK203478684SQ201320404498
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】吳帆, 馬朝 申請人:西安交通大學(xué)