CN104964369A - 一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置，包括空调组件和太阳能组件，该空调组件包括钢板、半导体热电堆和水冷式换热器，所述半导体热电堆嵌装在钢板和水冷式换热器之间；半导体热电堆由多组半导体组件构成，每组半导体组件均由多个半导体制冷片并联而成；该太阳能组件包括依次相连的光伏组件、控制器、蓄电池组、逆变器和水泵；所述光伏组件将太阳能转化为电能储存在蓄电池组中，该蓄电池组为半导体热电堆和水泵提供电能；所述水泵与水冷式换热器相连。本发明通过改变半导体制冷片的电流方向及数量，实现辐射板温度及制冷制热模式的调节和切换，解决现有辐射空调结露现象和热惰性问题，具有热舒适性好、经济性好、效率高等优点。

Description

一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置

技术领域

本发明属于空调设备领域，更具体地，涉及一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置。

背景技术

空调是一种能进行空气调节的装置，是指用人工手段，对建筑物内环境空气的温度、湿度、洁净度、速度等参数进行调节和控制的过程。在夏天，因为十分炎热，人们需要凉爽的舒适环境，在寒冷的冬天，人们需要温暖的适宜环境。为满足人在不同的季节、不用的环境所需要的环境温度、空气质量以及湿度的不同，出现了空调装置，并逐渐发展并普及起来。空调能在夏季提供冷风，在冬季提供热风，并带有除湿功能和空气净化功能，可提高生活质量和空气品质。

国内外现有的辐射空调装置，按媒介可分为水媒辐射空调和电热辐射采暖空调，其利用地源热泵、压缩制冷机组等提供冷水、热水通入吊顶、地板或墙壁等为房间提供冷、热能量。传统的水媒辐射空调存在破坏臭氧层或土壤等环境问题，以及冷凝结露或热惰性等技术问题，而电热辐射则存在采暖耗电量大的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其中通过设置半导体热电堆，并在其两个端面分别安装换热器和钢板，扩大了对流换热面积和辐射换热面积，提高换热效率，同时通过控制电流大小、电流方向及半导体制冷片工作数量，实现辐射板表面温度的快速调节及空调制冷制热模式的切换，具有调节精度准确的优点，此外，还通过利用太阳能转变电能为空调装置提供能量，解决目前辐射空调自主供能问题和耗电量大的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，包括空调组件和太阳能组件，其中：

该空调组件包括钢板、半导体热电堆和水冷式换热器，所述半导体热电堆嵌装在所述钢板和所述水冷式换热器之间；所述半导体热电堆由多组半导体组件构成，其中，每组半导体组件均由多个半导体制冷片并联而成，并且各组半导体组件之间相互独立控制；

该太阳能组件包括依次相连的光伏组件、控制器、蓄电池组、逆变器和水泵；其中，所述光伏组件将太阳能转化为电能储存在所述蓄电池组中，该蓄电池组为所述半导体热电堆和所述水泵提供电能；此外，所述水泵与所述水冷式换热器的入口相连。

作为进一步优选的，所述半导体组件优选为3组，每组半导体组件优选为由4个竖向排列的半导体制冷片构成。

作为进一步优选的，所述蓄电池组通过导线将其产生的直流电流提供给所述半导体热电堆使用；所述导线上设置有开关，通过调节所述开关以控制直流电流的方向。

作为进一步优选的，通过调节所述半导体制冷片的工作数量以控制所述半导体热电堆的温度；在制冷模式下，所述半导体制冷片全部参与工作；在制热模式下，所述半导体制冷片部分参与工作。

作为进一步优选的，所述蓄电池组将产生的直流电流通过所述逆变器产生交流电流以供所述水泵使用。

作为进一步优选的，所述半导体热电堆与所述钢板以及所述水冷式换热器的接触面上涂抹有导热硅脂，以增强导热、减小接触热阻。

作为进一步优选的，所述钢板为导热板，其与室内进行辐射换热和对流换热；所述水冷式换热器与室外的空气进行对流换热。

作为进一步优选的，该空调装置还设置有与所述水冷式换热器的出口相连的水箱。

作为进一步优选的，所述半导体热电堆与所述钢板以及所述水冷式换热器之间的空隙中设置有绝热材料，以在所述钢板与所述水冷式换热器之间形成绝热层。

作为进一步优选的，所述绝热材料采用气凝胶粘硬性板状绝热材料、福乐斯发泡橡塑绝热材料、泡沫混凝土或玻璃纤维。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明提出的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，属于辐射空调设备，利用太阳能转变电能为整个空调装置提供能量，解决目前辐射空调自主供能问题和经济性问题；利用半导体热电堆，使其无需额外添加制冷剂就能实现制冷制热，解决现有辐射空调氟利昂制冷剂造成的臭氧层空洞和温室效应的问题；采用绝热材料将热电制冷片冷端隔离，解决目前辐射空调冷凝结露和热惰性问题；利用水冷式换热器提高了半导体辐射板的效率，且能够迅速精确控制辐射板的温度和提高房间的热舒适性。

2.本发明的半导体热电堆采用半导体制冷片以一定的排列方式制成，其两个端面分别安装有换热器和钢板，以扩大对流换热面积和辐射换热面积，提高换热效率，使房间温度分布均匀，热舒适性好；本发明还对半导体热电堆的具体工作方式进行了研究与设定，通过室内温度的变化实时控制半导体制冷片的工作数量，以准确调节室内的温度，从而使其适用于任何环境；此外，通过改变电流方向可快速切换空调的制热模式和制冷模式，半导体制冷随电流的变化迅速达到稳定状态，解决现有辐射空调的热惰性问题。

3.本发明的空调装置结构紧凑、易于安装、无环境污染、可自主供能运行；与电加热和PTC加热式空调设备相比，其可将太阳能转换为装置运作所需电能，装置耗电量较小，节约能源，并且具有制冷与制热双重模式；整个装置机械运动部件少、可靠性高、易于维修和保养、使用寿命长、热惰性小、经济性好、无制冷剂、易于控制。

附图说明

图1是本发明的一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置示意图；

图2是半导体热电堆结构示意图；

图3是水冷式换热管结构示意图；

图4是房间用半导体辐射空调装置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置，半导体制冷(制热)是一种基于帕尔贴效应的电子制冷(热)技术，其基本原理是：给一个闭合的热电偶回路通上直流电，就会在回路的结点处一端放出热量，另一端吸收热量，如果电流反向，则放热端和吸热端刚好相反。

如图1所示，一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置包括空调组件和太阳能组件，其中：该空调组件包括钢板1、半导体热电堆2和水冷式换热器3，所述半导体热电堆2嵌装在所述钢板1和所述水冷式换热器3之间，即半导体热电堆2一端与钢板1一端面连接，半导体热电堆2的另一端与水冷式换热器3的一端连接；所述半导体热电堆2由多组半导体组件构成，其中，每组半导体组件均由多个半导体制冷片并联而成，并且各组半导体组件之间相互独立控制；该太阳能组件包括依次相连的光伏组件9、控制器10、蓄电池组11、逆变器12和水泵4；所述光伏组件9将太阳能转化为电能储存在所述蓄电池组11中，所述蓄电池组11通过导线8与所述半导体热电堆2的两端相连，通过该导线8蓄电池组11将产生的直流电流提供给半导体热电堆2使用，导线8上设置有开关一13、开关二14，通过调节所述开关一和二控制直流电流的方向；所述蓄电池组11将产生的直流电流通过所述逆变器12产生交流电流以供所述水泵4使用，减小能耗，装置可独立运作；通过控制器10可防止蓄电池组11过充电和过放电的发生；所述水泵4与所述水冷式换热器3的入口相连，所述水冷式换热器3的出口连接有水箱5。

其中，半导体组件及半导体制冷片的数量和排列方式根据空调的最大制冷制热功率以及热电制冷片的功率进行选定，本实施例中半导体组件优选为3组，每组半导体组件优选为由4个竖向排列的半导体制冷片构成，如图2所示；半导体制冷片的型号优选为TEC1-12706，每组半导体组件之间独立驱动控制，半导体制冷片按几何特征均匀排列；所述水冷式换热器3优选为盘管式换热器。

为减少各接触面之间的热阻，半导体热电堆2与所述钢板1以及所述水冷式换热器3的接触面上涂抹有导热硅脂，以增强导热、减小接触热阻。钢板1为导热板，其与室内进行辐射换热和对流换热；所述水冷式换热器3与室外的空气进行对流换热。所述半导体热电堆2与所述钢板1以及所述水冷式换热器3之间的空隙中设置有绝热材料6，以在所述钢板1与所述水冷式换热器3之间形成绝热层。该绝热材料6可采用气凝胶粘硬性板状绝热材料、福乐斯发泡橡塑绝热材料、泡沫混凝土或玻璃纤维。

本发明的工作方式如下：首先光伏组件9(也叫太阳能电池板)将太阳能转化为电能储存在蓄电池组11中，控制器10使光伏组件9始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率；蓄电池11可存储多余电能，为两部分供电，一是为半导体热电堆2提供直流电，半导体热电堆2获得直流电流后，一端为冷端，一端为热端，改变钢板的表面温度；钢板面向室内表面与房间内其它可见表面进行辐射换热，与室内空气进行对流换热，在不同的工作模式，可升高室内温度或者降低室内温度；二是为水泵提供电能，逆变器12能转换蓄电池组11中的直流电为交流电提供给水泵4，水泵4为水流动提供动力，水通过管道7流入水冷式换热器3，管道7的各接口可采用聚氨酯粘结密封胶密封。

本发明的空调组件共有两种工作模式，通过改变接入半导体热电堆的电流方向改变热电堆的冷端和热端，切换制冷制热模式。在制冷模式，闭合开关一13，打开开关二14，首先3组共12个半导体制冷片均接通直流电源，半导体热电堆2连接钢板1的一端为冷端，使钢板1温度降低到17～20°C的范围内，钢板(即导热板)面向室内表面与房间内其它可见表面进行辐射换热，与室内空气进行对流换热，达到冷却空气和室内物体的目的，当室内人员变化，即冷负荷变化时，可通过控制半导体制冷片的工作数量来调节导热板表面温度，半导体热电堆的热端与水冷式换热器3平板连接，水冷式换热器中的水带走热端热量，降低热端温度，提高半导体热电堆2的制冷效率，水变为热水从水冷式换热器的出口流进水箱5以作为生活热水，同时达到预热生活热水回收热量的目的，水箱5相当于生活热水的一个储存箱。在制热模式，闭合开关二14，打开开关一13，此时流入半导体热电堆2的电流反向，半导体热电堆2的冷热端也改变，原冷端变为热端，原热端变为冷端，选择中间一组的4个半导体制冷片接通直流电源，此时连接钢板1的一端为热端，使钢板温度加热到40～100℃的范围内，钢板(即导热板)面向室内表面与房间内其它可见表面进行辐射换热，与室内空气进行对流换热，达到加热空气和室内物体的目的，当室内人员变化，即热负荷变化时，可通过控制电流大小或半导体制冷片的工作数量来调节导热板表面温度，半导体热电堆的冷端与水冷式换热器3平板连接，水的温度高于环境的温度，可加热半导体热电堆的冷端，降低冷热端温差，提高制热效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，包括空调组件和太阳能组件，其中：

该空调组件包括钢板(1)、半导体热电堆(2)和水冷式换热器(3)，所述半导体热电堆(2)嵌装在所述钢板(1)和所述水冷式换热器(3)之间；所述半导体热电堆(2)由多组半导体组件构成，其中，每组半导体组件均由多个半导体制冷片并联而成，并且各组半导体组件之间相互独立控制；

该太阳能组件包括依次相连的光伏组件(9)、控制器(10)、蓄电池组(11)、逆变器(12)和水泵(4)；其中，所述光伏组件(9)将太阳能转化为电能储存在所述蓄电池组(11)中，该蓄电池组(11)为所述半导体热电堆(2)和所述水泵(4)提供电能；此外，所述水泵(4)与所述水冷式换热器(3)的入口相连。

2.如权利要求1所述的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，所述半导体组件优选为3组，每组半导体组件优选为由4个竖向排列的半导体制冷片构成。

3.如权利要求1或2所述的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，所述蓄电池组(11)通过导线将其产生的直流电流提供给所述半导体热电堆(2)使用；所述导线上设置有开关，通过调节所述开关以控制直流电流的方向。

4.如权利要求3所述的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，通过调节所述半导体制冷片的工作数量以控制所述半导体热电堆(2)的温度；在制冷模式下，所述半导体制冷片全部参与工作；在制热模式下，所述半导体制冷片部分参与工作。

5.如权利要求4所述的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，所述蓄电池组(11)将产生的直流电流通过所述逆变器(12)产生交流电流以供所述水泵(4)使用。

6.如权利要求4或5所述的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，所述半导体热电堆(2)与所述钢板(1)以及所述水冷式换热器(3)的接触面上涂抹有导热硅脂，以增强导热、减小接触热阻。

7.如权利要求6所述的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，所述钢板(1)为导热板，其与室内进行辐射换热和对流换热；所述水冷式换热器(3)与室外的空气进行对流换热。

8.如权利要求7所述的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，该空调装置还设置有与所述水冷式换热器(3)的出口相连的水箱(5)。

9.如权利要求7或8所述的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，所述半导体热电堆(2)与所述钢板(1)以及所述水冷式换热器(3)之间的空隙中设置有绝热材料(6)，以在所述钢板(1)与所述水冷式换热器(3)之间形成绝热层。

10.如权利要求9所述的太阳能驱动的半导体辐射空调装置，其特征在于，所述绝热材料(6)采用气凝胶粘硬性板状绝热材料、福乐斯发泡橡塑绝热材料、泡沫混凝土或玻璃纤维。