CN101487614A - 以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统 - Google Patents

Abstract

一种以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统，在支架上设电风扇、半导体制冷电源、温控器以及吸热水箱，吸热水箱下部设进水管、上部设安装有电控阀门和泄压阀以及自来水龙头的出水管，在吸热水箱内设通过导线与温控器相连接的温度传感器，吸热水箱的外侧面与半导体制冷片的热面联接，半导体制冷片的冷面与下端设冷凝水聚集槽的吸热板联接，吸热板与吸热水箱之间的空间设隔热层，半导体制冷片通过导线与半导体制冷电源相连接，电控阀门通过导线与温控器相连接、通过导管与热水存储箱相联通，热水存储箱下部设放水阀。本发明具有制冷效果稳定、便于清洁、无环境污染、无噪声污染、节能效果显著等优点，可在家庭住宅推广使用。

Description

以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统

技术领域

本发明属于半导体空调技术领域，具体涉及一种以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统。

背景技术

目前广泛使用的家用空调，都是机械压缩机式空调，它是用压缩机将易挥发的氟利昂蒸发和冷凝产生热能的交换，通过两种状态的转换实现室内外热能的交换。这种空调明显存在以下问题，其一，氟利昂的使用对大气臭氧层产生的破坏作用，已对人类生存环境造成严重威胁，目前氟利昂R₁₂已被限制使用和生产。其次，压缩机式空调造价高、工作噪声大、结构复杂且不易维修。特别在夏季使用时都将热量排向室外，一方面在室外形成热岛效应，同时造成显著的能源浪费。再者，压缩机式空调机在运转中其蒸发器上往往积存大量污垢，滋生多种病菌且难以清除，因此容易造成对室内空气的二次污染。

针对上述问题，开发无氟节能空调已成为目前空调技术领域的重大课题。半导体制冷片的应用，被认为是制造无氟节能空调最有效的技术方案。基于帕尔帖效应的半导体制冷片用于制冷时，其热端的散热好坏是保证其制冷效果的关键，但由于半导体制冷片的单片厚度一般只有几mm，即冷热面间距仅为几mm，这给散热系统的结构设计带来一定困难，也是半导体空调器实用化的关键之一。目前半导体制冷片使用中的散热方式主要有两种：其一，热端的散热通过散热器直接向空气中散热或再用风扇强化其散热效果。其二，以水为吸热介质，吸收热端热量。前者由于散热效率低，只适合小功率冷却装置采用。后者则因不同的结构设计和工作方式，其散热效果具有显著差异。专利申请号为200610051805.4、发明名称为“电子直接式制冷制热空调”的中国发明专利，其技术特征为以半导体制冷片为制冷器件，设有室内机和室外机，热端的散热通过循环水将热量传向室外散热片由风扇强化散热。该制冷制热空调的主要缺点在于仍然采用传统的分体式结构，结构复杂、耗能大，特别在炎热的夏季，通过有限的水循环向外散热，使用效果难以保证。专利号为02271711.0、发明名称为“分段式半导体空调器”的中国实用新型专利，其特征为整机采用箱式结构，半导体制冷片的热端散热通过风扇吹热端散热器散热。这种结构只能如传统的窗式空调一样使用，散热效率低、耗能大，制冷效果难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术方案在于克服上述半导体制冷空调器的缺点，提供一种结构简单、制冷效果稳定、便于清洁、无环境污染、无噪声污染、不向空间散热、节能效果显著的以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统。

解决上述技术问题采用的技术方案是：在支架上设置有电风扇、半导体制冷电源、温控器以及吸热水箱，吸热水箱下部设置有进水管、上部设置安装有电控阀门和泄压阀以及自来水龙头的出水管，在吸热水箱内设置有通过导线与温控器相连接的温度传感器，吸热水箱的外侧面与半导体制冷片的热面联接，半导体制冷片的冷面与下端设置有冷凝水聚集槽的吸热板联接，吸热板与吸热水箱之间的空间设置有隔热层，半导体制冷片通过导线与半导体制冷电源相连接，电控阀门通过导线与温控器相连接、通过导管与热水存储箱相联通，热水存储箱下部设置有放水阀。

本发明的半导体制冷片至少有1片。本发明的吸热板为：与半导体制冷片相联接的表面为平面、迎风面为上下走向相互平行的横截面为锯齿形结构。

本发明的吸热板的迎风面横截面锯齿形结构为每一个齿边长均等的锯齿形结构，齿尖角β为90°～150°，齿高为10～20mm。

本发明的电风扇安装轴的轴线与吸热板上的齿尖所在面的夹角α为30°～70°。

本发明的特点及有益效果是：

1、本发明直接采用自来水系统对半导体制冷片热端产生的热量进行吸收和储存，以日常自然用水实现了对吸热水体的自动更换，冷却系统简单可靠、冷却效率高，故障率极低，节水效果显著。

2、本发明运行中不向空间(系统外)散热，采用热水存储箱收集的热水，同时解决了夏季频繁的洗澡问题，具有显著的节能效果。

3、本发明采用的吸热板和在其斜上方风扇完全暴露在外，不易藏污纳垢且便于擦洗，维护简单。

4、本发明的吸热板采用的上下走向相互平行横截面为锯齿形的结构，增大了热交换面积，又在反射风扇驱动的气流时产生散射作用，使反射的冷风在空间分布更均匀，人体感觉更舒适。

5、本发明运转与否，对正常的自来水使用无任何影响，并且可由吸热水箱提供洗涤热水。

6、本发明安装简单，将吸热水箱和热水存储箱镶嵌在墙壁中，既不占空间，又安全美观，特别适合家庭使用。

附图说明

图1是发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1中吸热板5的结构示意图。

图3是图2的A-A剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实施例的以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统由支架1、电风扇2、半导体制冷电源3、温控器4、吸热板5、温度传感器6、吸热水箱7、出水管8、电控阀门9、泄压阀10、热水存储箱11、自来水龙头12、放水阀13、保温层14、进水管15、半导体制冷片16、冷凝水聚集槽17、隔热层18联接构成。

在支架1上用螺纹紧固联接件固定联接有电风扇2、半导体制冷电源3、温控器4以及吸热水箱7，吸热水箱7下部通过螺纹联接安装有进水管15、上部通过螺纹联接安装有出水管8，进水管15与自来水管相联通，吸热水箱7内装有水，使用时吸热水箱7镶嵌在室内的墙壁上，在吸热水箱7内上部内侧壁上安装有温度传感器6，温度传感器6通过导线与温控器4相连接，温度传感器6将接收到吸热水箱7内水的温度信号转换成电信号输出到温控器4。吸热水箱7的外侧面上用导热硅胶与半导体制冷片16的热端面紧密粘贴，本实施例半导体制冷片16采用功耗为120W陶瓷平板型一级半导体制冷片6片，也可用其它类型的半导体制冷片，半导体制冷片16的具体片数应按照房子的居住面积来确定，半导体制冷片16通过导线与半导体制冷电源3相连接，半导体制冷电源3为半导体制冷片16提供电源，半导体制冷片16与半导体制冷电源3的电路接通后，半导体制冷片16的一端面成为热端面、另一端面成为冷端面，半导体制冷片16热面的热量与吸热水箱7内的水进行热交换而散热。这种结构的制冷器件，没有噪声污染，克服了压缩机空调噪声污染的弊端，半导体制冷片16的冷面上用导热硅胶与吸热板5紧密粘贴，吸热板5与吸热水箱7之间的空间填充有隔热层18，隔热层18起隔热作用，吸热板5与半导体制冷片16冷端面相粘接的面为平面结构。本实施例的吸热板5的迎风面是上下走向相互平行、且横截面为每一个齿边长均等的锯齿形结构，齿尖角β为120°，齿高为15mm。这种结构的吸热板5，增大了热交换面积，同时对气流反射时产生散射作用。半导体制冷片16与半导体制冷电源3接通后，半导体制冷片16的冷端面的温度迅速降低，使得吸热板5变为低温，吸热板5吸收所在空间的热量，并与吹到其上的气流进行热交换，使得所在空间的温度降低，起到调节温度的作用。电风扇2安装轴的轴线与吸热板5上的齿尖所在面的夹角α为45°，电风扇2吹在吸热板5上的气流与吸热板5进行热交换，反射气流变为冷风，使室内气温降低。吸热板5的下端用螺纹紧固联接件固定联接有冷凝水聚集槽17，吸热板5上的冷凝水流到冷凝水聚集槽17内。在出水管8上通过螺纹联接安装有电控阀门9和泄压阀10以及自来水龙头12，自来水龙头12通过出水管8与吸热水箱7内相联通，以日常生活用水实现对吸热水箱7内水体的自动更换，吸热水箱7通过电控阀门9和泄压阀10与热水存储箱11相联通，电控阀门9通过导线与温控器4相连接，热水存储箱11与大气相通。热水存储箱11设置在住宅房的卫生间内，热水存储箱11的侧壁下部通过螺纹联接安装有放水阀13，热水存储箱11的夹层中填充有保温层14，热水存储箱11为居住者洗澡提供热水。温控器4上设定吸热水温控制值，当吸热水箱7内的水温达到设定的温度时，温度传感器6将所接收到的温度信号转换成电信号输出到温控器4，温控器4按照事先设定的水温控制值控制电控阀门9的电路接通，电控阀门9打开，在自来水的压力下，吸热水箱7内的热水流到热水存储箱11内，同时自来水从进水管15补充到吸热水箱7内。当吸热水箱7内的水温低于设定的温度时，温度传感器6将所接收到的温度信号转换成电信号输出到温控器4，温控器4控制断开电控阀门9的电路，电控阀门9关闭。泄压阀10的作用是：当吸热水箱7内水温升高时，水的体积膨胀，吸热水箱7内压力增大，达到泄压阀10动作压力时，泄压阀10自动打开，排出吸热水箱7内的少量水，以稳定吸热水箱7内压力在安全范围内，压力低于泄压阀10动作的压力时，泄压阀10关闭。

实施例2

本实施例吸热板5的迎风面是上下走向相互平行、且横截面为每一个齿边长均等的锯齿形结构，齿尖角β为90°，齿高为20mm。电风扇2安装轴的轴线与吸热板5上的齿尖所在面的夹角α为30°。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例吸热板5的迎风面是上下走向相互平行、且横截面为每一个齿边长均等的锯齿形结构，齿尖角β为150°，齿高为10mm。电风扇2安装轴的轴线与吸热板5上的齿尖所在面的夹角α为70°。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例4

在以上的实施例1～3中，在吸热水箱7的外侧面上用导热硅胶粘贴有功耗为120W陶瓷平板型一级半导体制冷片1片。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

本发明的工作原理如下：

半导体制冷片16电源接通后，吸热板5温度迅速降低，通过风扇对吹在吸热板5上的气流与吸热板5产生热交换，反射气流变为凉爽的冷风。吸热板5与吸热水箱7间产生热交换。一方面，凝结在吸热板5上的冷凝水收集在吸热板5下方的冷凝水聚集槽17中，同时吸热水箱7中的水不断吸收半导体制冷片16热端的热量，使吸热水温逐步升高。当吸热水箱7水温达到设定值后，温度传感器6将接收到吸热水箱7内水的温度信号转换成电信号输出到温控器4，由温控器4控制打开电控阀门9，在自来水压力下，将热水排入热水存储箱11保存备用，同时自来水由进水管15充入吸热水箱7，吸热水箱7水温低于设定温度时，温控器4控制关闭电控阀门9。泄压阀10的作用是：当吸热水箱7内水温升高时，水的体积膨胀，吸热水箱7内压力增大，达到泄压阀10动作压力时，泄压阀10自动打开，排出吸热水箱7内的少量水，以稳定吸热水箱7内压力在安全范围内，压力低于泄压阀10动作的压力时，泄压阀10关闭。以此保证空调系统的正常工作。本发明运行与否，家庭的正常用水不受影响，并在空调系统运行时吸热水箱7可提供洗涤用热水。

Claims (4)

1、一种以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统，其特征在于：在支架(1)上设置有电风扇(2)、半导体制冷电源(3)、温控器(4)以及吸热水箱(7)，吸热水箱(7)下部设置有进水管(15)、上部设置安装有电控阀门(9)和泄压阀(10)以及自来水龙头(12)的出水管(8)，在吸热水箱(7)内设置有通过导线与温控器(4)相连接的温度传感器(6)，吸热水箱(7)的外侧面与半导体制冷片(16)的热面联接，半导体制冷片(16)的冷面与下端设置有冷凝水聚集槽(17)的吸热板(5)联接，吸热板(5)与吸热水箱(7)之间的空间设置有隔热层(18)，半导体制冷片(16)通过导线与半导体制冷电源(3)相连接，电控阀门(9)通过导线与温控器(4)相连接、通过导管与热水存储箱(11)相联通，热水存储箱(11)下部设置有放水阀(13)。

2、按照权利要求1所述的以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统，其特征在于：所说的半导体制冷片(16)至少有1片；所说的吸热板(5)为：与半导体制冷片(16)相联接的表面为平面、迎风面为上下走向相互平行的横截面为锯齿形结构。

3、按照权利要求2所述的以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统，其特征在于：所说的吸热板(5)的迎风面横截面锯齿形结构为每一个齿边长均等的锯齿形结构，齿尖角(β)为90°～150°，齿高为10～20mm。

4、按照权利要求1或2或3所述的以自来水为吸热储能介质的半导体制冷空调系统，其特征在于：所说的电风扇(2)安装轴的轴线与吸热板(5)上的齿尖所在面的夹角(α)为30°～70°。

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