CN103225941B - 一种太阳能公共冷热直饮水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能公共冷热直饮水装置，针对现有半导体制冷采用风冷散热的能量浪费和高温对太阳能光电转换效率的限制等技术缺陷，将太阳能光电转换，集热利用以及半导体冷热联产结合为一体，为不同人群提供不同水温需求的直饮水，并进行亭式一体化设计，组合成能提供遮阳、避雨等多功能休闲公共设施。该***通过太阳能光伏光热一体化遮阳板产生的直流电直接驱动半导体制冷，获取冷直饮水；循环水路冷却半导体制冷片热端，回收热量以预热一级热水箱中直饮水；流经太阳能光伏光热一体化遮阳板集热通道的循环水在二级热水箱对热直饮水进一步加热升温，提高半导体制冷效率和太阳能综合利用效率的同时，为不同人群提供了冷热直饮水。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能亭式公共冷热直饮水装置，属于太阳能利用、制冷与节能技术。
背景技术
随着中国城市化和现代化进程的不断加快，人们对基础设施尤其是公共场所的设施的要求越来越高，这其中，公共直饮水台以其卫生、安全、便民等特点，早已成为西方发达国家公共基础设施的重要组成部分。2010年，上海世博会的公共直饮水设施，作为健康便民的公共设施，第一次真正大规模地进入了国人的视野，赢得了国内外游客的一致赞誉。然而，目前中国的绝大部分公共场所，如旅游景区、公园、博览会等，仍然缺乏一套安全、环保、节能、时尚、人性化的公共直饮水设施。即便是西方发达国家和国内少数一些有公共直饮水设施的地区，其公共直饮水***也仅是通过简单的饮水台提供单一温度的直饮水，难以满足复杂人群对不同水温的需求，也缺乏现代化基础设施的科技时尚感和人性化特点。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种太阳能亭式公共冷热直饮水装置，改变传统半导体制冷的风冷散热方式，以水冷循环并进行热回收利用，结合太阳能光伏热电联产技术及热利用，将太阳能光电转换、集热利用以及半导体冷热联产结合为一体，为室外公共场合提供满足不同水温需求的直饮水。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种太阳能公共冷热直饮水装置，包括直饮水供给机构、半导体冷热联产循环机构和太阳能光伏热电联产机构，
所述直饮水供给机构包括总水箱、冷饮水箱、一级热水箱和二级热水箱，所述总水箱的出水口分别接入冷饮水箱和一级热水箱的入水口，所述一级热水箱的出水口接入二级热水箱的入水口，所述冷饮水箱的出水口接冷饮水头Ⅰ，二级热水箱的出水口接热饮水头Ⅱ；
所述半导体冷热联产循环机构包括半导体制冷片、冷端水冷换热器和热端水冷循环回路；所述冷端水冷换热器与半导体制冷片的冷端紧密接触，所述冷端水冷换热器设置在冷饮水箱中；所述热端水冷循环回路包括由水冷头、水冷循环水泵、一级浸入式换热盘管和辅助风冷式散热器依次通过管道连接形成的回路，所述水冷头设置在半导体制冷片的热端，所述一级浸入式换热盘管设置在一级热水箱中；
所述太阳能光伏热电联产机构包括太阳能光伏光热一体化遮阳板和二级浸入式换热盘管，所述太阳能光伏光热一体化遮阳板包括光伏板和集热通道，所述光伏板光电转化产生的电能作为电源，所述集热通道和二级浸入式换热盘管通过管道和光热循环水泵连接形成回路，所述二级浸入式换热盘管设置在二级热水箱中。
上述装置在工作时，光伏板能够将太阳能转换为稳压直流电作为整个装置的电源，配备相应的蓄电池和控制器为整个装置的运行提供电能，包括为半导体制冷片以及泵、电磁阀等，让整个装置能够脱离市电独立运行。半导体制冷片的冷端将冷量通过冷端水冷换热器传递给冷饮水箱中的水。半导体制冷片的热端通过水冷头传递至热端水冷循环回路中，首先将热量通过一级浸入式换热盘管传递给一级热水箱中的水，实现半导体制冷片冷热联产。一级热水箱中的水流入二级热水箱，集热通道和二级浸入式换热盘管对二级热水箱中的水进行进一步的加热，使得二级热水箱中的水的温度高于一级热水箱中水的温度，降低了半导体制冷片热端水冷循环水温度，从而保证了半导体制冷片的效率。
优选的，所述热端水冷循环回路上设置有温控器，所述辅助风冷式散热器并列设置有一个旁路；所述温控器对一级浸入式换热盘管流出的水进行温度检测并判断是否高于设定阈值：若高于设定阈值，则关闭旁路、开启辅助风冷式散热器；否则关闭辅助风冷式散热器、开启旁路。至于旁路和辅助风冷式散热器的启闭可以通过阀实现。
优选的，所述一级热水箱位于二级热水箱的上方，一级热水箱中的水通过自重进入二级热水箱内。基于该结构实现的原理，可以将一级热水箱和二级热水箱加工为一个整体，通过在竖向中部设置隔板形成两个腔室实现，其中位于上方的腔室作为一级热水箱，位于下方的腔室作为二级热水箱。
优选的，所述冷端水冷换热器为翅片式换热器，比如在紫铜管外加装超薄铝制鳍片形成的结构。
优选的，还包括亭建筑，直饮水供给机构、半导体冷热联产循环机构和太阳能光伏热电联产机构均依托亭建筑布置。太阳能光伏光热一体化遮阳板可直接作为亭建筑的、遮雨顶棚，该结构将建筑结构与功能结构进行巧妙结合，形成一种集提供冷热直饮水、遮阳避雨等休闲功能的光伏一体化建筑。
有益效果：本发明提供的太阳能公共冷热直饮水装置，具有如下优点：1、在半导体制冷片制冷的同时通过水冷循环回路回收利用半导体热端散热，在保证制冷片效率的同时，预热常温水，提高了能源利用率；2、光伏板产生的直流电可直接驱动半导体制冷片工作，无需逆变；同时通过循环水冷却太阳能电池板，在提高太阳光电转换效率的同时，能将废热回收，加热饮水，进一步提高了能源利用率；3、将半导体热电制冷循环与太阳能热电联产装置结合为一体，利用水路循环布置实现能量的高效综合利用，并将整个***设计成结构新颖的亭子造型，在提供冷热直饮水的同时，可起遮阳、避雨作用，组合成多功能休闲公共设施。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种太阳能公共冷热直饮水装置，包括直饮水供给机构、半导体冷热联产循环机构、太阳能光伏热电联产机构和亭建筑，下面就各个机构加以详细说明。
所述直饮水供给机构包括总水箱1、冷饮水箱2、一级热水箱3和二级热水箱4，所述总水箱1的出水口分别接入冷饮水箱2和一级热水箱3的入水口，所述一级热水箱3的出水口接入二级热水箱4的入水口，所述冷饮水箱2的出水口接冷饮水头Ⅰ，二级热水箱4的出水口接热饮水头Ⅱ。其中总水箱1的出水口和冷饮水箱2的入水口之间设置有A阀门，总水箱1的出水口和一级热水箱3的入水口之间设置有B阀门，一级热水箱3的出水口和二级热水箱4的入水口之间设置有C阀门。一级热水箱3和二级热水箱4通过在一个大的水箱竖向中部设置隔板16，将大的水箱容腔分成两个密封腔实现，其中位于上方的密封腔作为一级热水箱3，位于下方的密封腔作为二级热水箱4，一级热水箱3中的水通过自重进入二级热水箱4内。
所述半导体冷热联产循环机构包括半导体制冷片5、冷端水冷换热器7和热端水冷循环回路。所述冷端水冷换热器7与半导体制冷片5的冷端紧密接触，所述冷端水冷换热器7设置在冷饮水箱2中；所述冷端水冷换热器7为翅片式换热器，具体为在紫铜管外加装超薄铝制鳍片结构。所述热端水冷循环回路包括由水冷头6、水冷循环水泵8、一级浸入式换热盘管14和辅助风冷式散热器10依次通过管道连接形成的回路，与辅助风冷式散热器10并列设置有一个旁路；所述热端水冷循环回路上设置有温控器11，所述温控器11对一级浸入式换热盘管14流出的水进行温度检测并判断是否高于设定阈值：若高于设定阈值，则关闭旁路、开启辅助风冷式散热器10；否则关闭辅助风冷式散热器10、开启旁路；所述旁路的启闭通过D阀门13控制，所述辅助风冷式散热器10的启闭通过E阀门12控制。所述水冷头6设置在半导体制冷片5的热端，所述一级浸入式换热盘管14设置在一级热水箱3中。所述水冷头6为铝制水冷头。
所述太阳能光伏热电联产机构包括太阳能光伏光热一体化遮阳板17和二级浸入式换热盘管15，所述太阳能光伏光热一体化遮阳板17包括光伏板和集热通道，所述光伏板光电转化的电能作为电源，能量存储在蓄电池19中，控制器18进行充放电控制；所述集热通道和二级浸入式换热盘管15通过管道和光热循环水泵9连接形成回路，所述二级浸入式换热盘管15设置在二级热水箱4中。
所述直饮水供给机构、半导体冷热联产循环机构和太阳能光伏热电联产机构均依托亭建筑布置，其中太阳能光伏光热一体化遮阳板17作为亭建筑的顶棚，光伏板位于上方，集热通道位于光伏板的下方，集热通道中的循环水能够对光伏板进行降温。
上述装置以安全、环保、节能、时尚、人性化为设计理念，以太阳能驱动半导体联合制冷制热为技术特色，以太阳能光伏/光热一体化装置、太阳能亭式饮水台的整体化为目标设计的一套公共直饮水***。该***针对现有半导体制冷装置结构简单、小巧的优势，但采用风冷散热的能量浪费和高温对太阳能光电转换效率的限制等技术缺陷，创造性地以循环水***耦合了半导体冷热联产和太阳能光伏热电联产装置，提升了太阳能光电转换和半导体制冷效率，为该饮水***提供了冷热两种不同温度的直饮水，满足不同人群、不同季节的需要。在此基础上，将太阳能电池板与饮水台设计成一体化的亭式直饮水设施，充分体现出现代公共设施节能、环保、人性化的趋势，具有广泛的应用前景和市场。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种太阳能公共冷热直饮水装置，其特征在于：包括直饮水供给机构、半导体冷热联产循环机构和太阳能光伏热电联产机构，
所述直饮水供给机构包括总水箱(1)、冷饮水箱(2)、一级热水箱(3)和二级热水箱(4)，所述总水箱(1)的出水口分别接入冷饮水箱(2)和一级热水箱(3)的入水口，所述一级热水箱(3)的出水口接入二级热水箱(4)的入水口，所述冷饮水箱(2)的出水口接冷饮水头Ⅰ，二级热水箱(4)的出水口接热饮水头Ⅱ；
所述半导体冷热联产循环机构包括半导体制冷片(5)、冷端水冷换热器(7)和热端水冷循环回路；所述冷端水冷换热器(7)与半导体制冷片(5)的冷端紧密接触，所述冷端水冷换热器(7)设置在冷饮水箱(2)中；所述热端水冷循环回路包括由水冷头(6)、水冷循环水泵(8)、一级浸入式换热盘管(14)和辅助风冷式散热器(10)依次通过管道连接形成的回路，所述水冷头(6)设置在半导体制冷片(5)的热端，所述一级浸入式换热盘管(14)设置在一级热水箱(3)中；
所述太阳能光伏热电联产机构包括太阳能光伏光热一体化遮阳板(17)和二级浸入式换热盘管(15)，所述太阳能光伏光热一体化遮阳板(17)包括光伏板和集热通道，所述光伏板光电转化产生的电能作为电源，所述集热通道和二级浸入式换热盘管(15)通过管道和光热循环水泵(9)连接形成回路，所述二级浸入式换热盘管(15)设置在二级热水箱(4)中。
2.根据权利要求1所述的太阳能公共冷热直饮水装置，其特征在于：所述热端水冷循环回路上设置有温控器(11)，所述辅助风冷式散热器(10)并列设置有一个旁路；所述温控器(11)对一级浸入式换热盘管(14)流出的水进行温度检测并判断是否高于设定阈值：若高于设定阈值，则关闭旁路、开启辅助风冷式散热器(10)；否则关闭辅助风冷式散热器(10)、开启旁路。
3.根据权利要求1所述的太阳能公共冷热直饮水装置，其特征在于：所述一级热水箱(3)位于二级热水箱(4)的上方，一级热水箱(3)中的水通过自重进入二级热水箱(4)内。
4.根据权利要求1所述的太阳能公共冷热直饮水装置，其特征在于：所述冷端水冷换热器(7)为翅片式换热器。
5.根据权利要求1所述的太阳能公共冷热直饮水装置，其特征在于：还包括亭建筑，直饮水供给机构、半导体冷热联产循环机构和太阳能光伏热电联产机构均依托亭建筑布置。
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Feng Yi Road Jiangning District moling streets in Nanjing City, Jiangsu province 211100 No. 4 Applicant after: SOUTHEAST University Address before: 211189 Jiangsu Road, Jiangning District, Southeast University, No. 2, No. Applicant before: Southeast University |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150128 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |