CN109156946A - 一种基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能转换利用设备相关技术领域，其公开了一种基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，所述空调伞包括基座、多个滑轮、伞杆、出风管、制冷组件及伞面，多个滑轮设置在所述基座的一侧，所述滑轮通过转动来带动所述空调伞移动；所述伞杆竖直设置，其一端连接于所述基座的一侧，另一端连接于所述伞面；所述制冷组件设置在所述基座内，其用于对空气进行制冷，并将冷却加湿后的空气传输给所述出风管；所述出风管的一端连接于所述基座，其位于所述伞面的正下方；所述出风管用于将冷却加湿后的空气喷出，其通过转动来360°调整出风方向及风速以满足伞面预定空间内的冷却。本发明提高制冷效果，实用性较强，节能环保。
Description
技术领域
本发明属于太阳能转换利用设备相关技术领域，更具体地，涉及一种基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞。
背景技术
随着夏季的到来，能源的消耗将迎来高峰期。同时，由于工作岗位的缘故，路口的交警等室外工作者在夏天不得不进行高强度的工作，极易造成中暑、脱水等不良反应。全球暖化、城市热岛效应等相关因素的结合，使得高温更容易成为夏日的常态，这影响了人们的户外活动与工作的舒适程度。
目前，国内外对太阳伞具的改进主要集中在外观和结构方面，其能减少阳光直接照射，但不具备气温调节的功能。现阶段，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利CN107874395A公开了一种利用太阳能电池作电源的空调伞，在伞面上增设喷水装置，在高温环境中能够产生带水雾状的冷风，吹到持伞者脸上及全身，吸收因炎热所产生的大部分热量而使人们感到无比凉爽，解决了夏季炎热的问题，不足之处在于喷水管路紧贴伞面，使得伞面吸收太阳能热量传给水，继而使得水温升高，大大降低了制冷效果，甚至时间久后喷出的水雾为高温水汽；其次，喷水雾会降低人体舒适性，且设计的耗水量大，对水质要求也高。又如专利CN101435611A公开了一种采用半导体制冷的太阳能空调伞，在中空的伞顶支柱中设置半导体模块，通过风扇吹扫翅片将冷量带出以达到空调调节的目的，装置结构简单，稳定性高，不足之处在于半导体制冷的制冷量和制冷效率均较低，冷却空气的效果差，且耗电量较大；此外，所设计的冷风出口，使得一部分冷空气沿伞支柱向上，另一部分冷空气沿伞支柱向下，无法达到冷却伞下人员的效果。相应地，本领域存在着发展一种实用性较好的空调伞的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其基于夏天室外丰富的太阳能资源和蒸发制冷技术，研究及设计了一种基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞。所述空调伞利用太阳能辅助供能，结合热电制冷及直接蒸发制冷，使得三向水帘结构增加了热交换效率，可在温度、湿度较高的情况下达到理想的制冷效果，实用性较强。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，所述空调伞包括基座、多个滑轮、伞杆、出风管、制冷组件及伞面，多个滑轮设置在所述基座的一侧，所述滑轮通过转动来带动所述空调伞移动；所述伞杆竖直设置，其一端连接于所述基座的一侧，另一端连接于所述伞面；所述制冷组件设置在所述基座内，其用于对空气进行制冷，并将冷却加湿后的空气传输给所述出风管；所述制冷组件集成了热电制冷及蒸发制冷方式；
所述出风管的一端连接于所述基座，其位于所述伞面的正下方；所述出风管包括连接于所述基座的轴流式风机、可伸缩软管及球形喷射头，所述可伸缩软管的两端分别连接所述轴流式风机及所述球形喷射头，所述轴流式风机用于将所述基座内的部分空间抽成负压，以迫使空气进入所述基座内而被所述制冷组件进行冷却加湿后依次经所述轴流式风机及所述可伸缩软管进入所述球形喷头；所述球形喷头用于将来自所述可伸缩软管的空气喷出，其通过转动来360°调整出风方向及风速以满足伞面预定空间内的冷却。
进一步地，所述基座包括间隔设置的内箱体及外箱体，所述内箱体设置在所述外箱体内；所述空调伞还包括设置在所述伞面上的太阳能电池板及设置在所述内箱体内的蓄电池，所述蓄电池电性连接于所述太阳能电池板，其用于为所述空调伞提供电能；所述轴流式风机用于将所述内箱体与所述外箱体之间的间隙抽成负压。
进一步地，所述制冷组件包括三个水帘、分水器、散热水箱、翅片管式散热器、散热水泵、制冷水泵、冷端水冷头、制冷水箱、集水器、半导体热电堆及热端水冷头，所述水帘设置在所述外箱体的内侧面上，其位于所述外箱体与所述内箱体之间；所述分水器及所述集水器分别设置在所述水帘相背的上侧及下侧；所述散热水箱、所述翅片管式散热器、所述散热水泵、所述制冷水泵、所述冷端水冷头、所述制冷水箱、所述半导体热电堆及所述热端水冷头分别设置在所述内箱体内。
进一步地，所述散热水泵的入口连接于所述散热水箱，其出口连接于所述热端水冷头的进口；所述热端水冷头的出口连接于所述翅片管式散热器，所述翅片管式散热器设置在所述散热水箱的后侧。
进一步地，所述冷端水冷头的进口连接于所述制冷水泵的出口，所述制冷水泵的进口连接于所述制冷水箱，所述冷端水冷头的出口连接于所述分水器。
进一步地，所述半导体热电堆的冷端与所述冷端水冷头相连接，其热端与所述热端水冷头相连接。
进一步地，所述半导体热电堆为固态的半导体制冷片。
进一步地，所述散热水箱的壳体夹层及所述制冷水箱的壳体夹层均采用福乐斯发泡橡塑绝热材料。
进一步地，所述半导体热电堆与所述冷端水冷头之间的接触面、以及所述半导体热电堆与所述热端水冷头之间的接触面均涂抹有导热硅脂。
进一步地，所述太阳能电池板呈三角形，其数量为四个，四个所述太阳能电池板绕所述伞面的中心轴均匀排布。
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，本发明提供的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞主要具有以下有益效果：
1.所述轴流式风机用于将所述基座内的部分空间抽成负压，以迫使空气进入所述基座内而被所述制冷组件进行冷却加湿后依次经所述轴流式风机及所述可伸缩软管进入所述球形喷头；所述球形喷头用于将来自所述可伸缩软管的空气喷出，其通过转动来360°调整出风方向及风速以满足伞面预定空间内的冷却，如此提高了冷却效果，实用性较强，灵活性较高，节能环保。
2.所述制冷组件集成了热电制冷及蒸发制冷方式，提高了换热效果，可在温度、湿度较高的情况下达到理想的制冷效果，集成度较高，制冷效率及制冷量均较高，且结构紧凑。
3.所述半导体热电堆的冷端与所述冷端水冷头相连接，其热端与所述热端水冷头相连接，如此避免了冷热端温差过大而影响半导体热电堆的制冷效果。
4.所述半导体热电堆与所述冷端水冷头之间的接触面、以及所述半导体热电堆与所述热端水冷头之间的接触面均涂抹有导热硅脂，增强了导热，减小了接触热阻，提高了换热效率。
5.所述基座包括间隔设置的内箱体及外箱体，既便于拆装、运输，又可为交警等工作人员提供站台。
6.所述空调伞的结构简单，易于安装，无制冷剂且利用太阳能电池板和蓄电池供能，无环境污染，适用场合多；与高压喷雾式空调相比，所述空调伞的耗水量较少，对水质要求不高，且制冷效果受环境湿度影响小；与传统移动空调相比，所述空调伞内的机械运动部件少、可靠性高、易于维修和保养、使用寿命长，适合高温的户外工作岗位或游乐场所使用。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式提供的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞的结构示意图。
图2是图1中的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞的基座的内部结构示意图。
图3是图1中的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞的出风管的结构示意图。
图4是图1中的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞的基座的另一内部结构示意图。
图5是图1中的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞的外箱体壳盖的结构示意图。
图6是图1中的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞的内箱体壳盖的结构示意图。
图7是图1中的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞的伞面的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-伞面，2-太阳能电池板，3-出风管，4-伞杆，5-基座，6-滑轮，7-水帘，8-换水管，9-加水管，10-蓄水池，11-分水器，12-散热水箱，13-外箱体，14-内箱体，15-翅片管式散热器，16-散热水泵，17-制冷水泵，18-冷端水冷头，19-制冷水箱，20-外箱盖，21-内箱盖，22-集水器，23-半导体热电堆，24-热端水冷头，25-出风口，26-轴流式风机，27-可伸缩软管，28-球形喷射头，29-第四通孔，30-方形开口，31-第三通孔，32-第二通孔，33-第一通孔。
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。
请参阅图1、图2、图3及图4，本发明较佳实施方式提供的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，所述空调伞包括基座5、多个滑轮6、伞杆4、出风管3、多个太阳能电池板2及伞面1，所述伞杆4的一端垂直连接于所述基座5的一侧，另一端连接于所述伞面1的内侧。多个所述滑轮6连接于所述基座5远离所述伞面1的一侧，所述滑轮6通过转动以带动所述空调伞移动。多个所述太阳能电池板2设置在所述伞面1远离所述基座5的表面上，且绕所述伞面1的中心轴均匀排布。所述出风管3连接于所述基座5，其与所述滑轮6分别位于所述基座5相背的两侧。所述出风管3用于将来自所述基座5的冷空气以任意角度吹出，以对该空调伞的使用者进行降温。所述出风管3及所述基座5均位于所述伞面1的正下方。请参阅图7，本实施方式中，所述太阳能电池板2呈三角形，其数量为四个，四个所述太阳能电池板2绕所述伞面1对称设置，以方便折叠及收纳。
所述基座5包括内箱体14、外箱体13、外箱盖20及内箱盖21，所述内箱体14设置在所述外箱体13内，且两者间隔设置。所述内箱盖21设置在所述内箱体14的开口端，以使得所述内箱体14形成容置空间。所述外箱盖20设置在所述外箱体13的开口端以使所述外箱体13形成容置空间。所述基座5分为所述内箱体14及所述外箱体13，如此既便于拆装及运输，又可以为交警等工作人员提供站台。
请参阅图5及图6，所述外箱盖20基本呈矩形，其开设有方形开口30，所述方形开口30为收容所述蓄电池10的电池槽的开口。所述外箱盖20还开设有出风口25，所述出风口25用于供所述基座5内的冷空气排出。所述外箱盖20还开设有第三通孔31及第四通孔29。本实施方式中，所述第三通孔31、所述第四通孔29、所述出风口25及所述方形开口29间隔设置。所述内箱盖21基本呈n型，其开设有第一通孔31及第二通孔32，所述第一通孔21与所述第二通孔32间隔设置。
所述出风管3包括轴流式风机26、可伸缩软管27及球形喷射头27，所述轴流式风机26连接于所述可伸缩软管27的一端，且其设置于所述出风口25上，以使来自所述基座5的冷空气自所述出风口25经由所述轴流式风机26进入所述可伸缩软管27。所述可伸缩软管27的另一端连接于所述球形喷射头28，所述球形喷射头28用于将冷空气以任意角度喷出以对使用者降温。本实施方式中，所述球形喷射头28可以360°调整出风方向及风速以满足直径2米内空间的冷却；所述球形喷射头28朝向所述基座5设置。
所述空调伞还包括设置在所述基座5内的制冷组件及蓄电池10，所述制冷组件用于对空气进行冷却，并将冷却后的空气传输给所述出风管3。所述太阳能电池板2通过光伏控制器连接于所述蓄电池10，所述蓄电池10通过变压器分别连接于所述出风管3等各部件，以为各个部件提供电能。
所述制冷组件包括三个水帘7、换水管8、加水管9、分水器11、散热水箱12、翅片管式散热器15、散热水泵16、制冷水泵17、冷端水冷头18、制冷水箱19、集水器22、半导体热电堆23及热端水冷头24。
三个所述水帘7嵌装在所述外箱体13的内侧，其布置在所述外箱体13的三个内侧面上，对应的所述外箱体13的内侧面开设有气孔。所述分水器11及所述集水器22分别设置在所述水帘7相背的上侧及下侧，且所述外箱体13的内侧面上设置有所述翅片管式散热器15，所述翅片管式散热器15与所述水帘7间隔设置。本实施方式中，所述水帘7为一种特种纸制蜂窝结构材料，该种特种纸由CELdek5090等具备高湿球效率特性的有机填料制备而成。
所述散热水箱12及所述制冷水箱19分别设置于所述内箱体14内，且两者间隔设置。所述蓄电池10设置在所述散热水箱12与所述制冷水箱19之间，其电性连接于所述轴流式风机26。所述散热水泵16、所述制冷水泵17、所述冷端水冷头18及所述热端水冷头24分别设置于所述内箱体14内。所述散热水泵16电性连接于所述蓄电池10，其入口连接于所述散热水箱12，出口连接于所述热端水冷头24的进口。所述热端水冷头24的出口连接于所述翅片管式散热器15，所述翅片管式散热器15设置在所述散热水箱12的后侧。本实施方式中，所述散热水箱12及所述制冷水箱19上分别设置有换水管8及加水管9，以方便更换所述散热水箱12内的水及向所述制冷水箱19内加水，其中，所述换水管8依次穿过所述第一通孔33及所述第三通孔31而凸出于所述基座5，所述加水管9依次穿过第二通孔32及所述第四通孔29而凸出于所述基座5；所述散热水箱12的壳体夹层及所述制冷水箱19的壳体夹层均采用福乐斯发泡橡塑绝热材料，管道的各接口采用聚氨酯粘结密封胶密封。
所述冷端水冷头18的进口连接于所述制冷水泵17的出口，所述制冷水泵17的进口连接于所述制冷水箱19。所述冷端水冷头18的出口连接于所述分水器11。
所述半导体热电堆23设置在所述内箱体14的后部，其冷端与所述冷端水冷头18相连接，热端与所述热端水冷头24相连接。所述半导体热电堆23能够快速降低喷淋水的温度，以提高人体的舒适性。本实施方式中，所述半导体热电堆23的热端采用水冷散热，便于更好地控制热端的温度，使得所述半导体热电堆23维持较高的制冷效率；所述半导体热电堆23与所述冷端水冷头18及所述热端水冷头24之间的接触面均涂抹有导热硅脂，以增强导热，减小接触热阻；所述半导体热电堆23采用固态的半导体制冷片，并且其热端采用水冷散热，以避免冷热端温差过大影响所述半导体热电堆23的制冷效果。
本实施方式中，所述半导体热电堆23为并列排布的三片半导体制冷片TEC1-12707，其中TEC1-12707的相关参数如下：外形尺寸为40*40*3.6mm；元件对数为127；内部阻值为1.8～2.0Ω(环境温度23±1℃，1kHZ Ac测试)；最大温差△Tmax(Qc＝0)为62℃以上；工作电流Imax＝7A；额定电压DC12V(Vmax：15.5V)；致冷功率Qcmax 67W；装配压力为85N/cm2；工作温度范围为-55℃～83℃(过高的环境温度将直接影响制冷效率)。
所述半导体热电堆23工作时，首先，所述散热水箱12内的水由所述散热水泵16带出，并依次经所述半导体热电堆23、所述热端水冷头24带走热量，再经过所述翅片管式散热器15进行散热后回到所述散热水箱12。
所述空调伞工作时，所述制冷水泵17将所述制冷水箱19内的水自所述制冷水泵17泵出，之后经所述冷端水冷头18带走热量后再由所述分水器22淋到三个所述水帘7上以润湿所述水帘7而形成水膜。位于所述出风口25处的所述轴流式风机26运转以使所述内箱体14与所述外箱体14之间的间隙形成负压，由此迫使空气流经所述水帘7而与所述水帘7上的水膜进行热传递来使得空气被冷却加湿，被冷却加湿后的空气经过所述内箱体14与所述外箱体132之间的间隙来到所述出风口25，并依次经由所述轴流式风机26及所述可伸缩软管27到达所述球形喷射头28，所述球形喷射头28将来自所述可伸缩软管27的空气加速喷出，以对位于所述伞面1下的使用者进行降温。
本发明提供的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，所述空调伞结合了热电制冷及直接蒸发制冷，且结构简单，易于安装，耗水量较少，实用性较强。此外，所述半导体热电堆采用固态的半导体制冷片，并且热端采用了水冷散热，避免冷热端温差过大影响半导体热电堆的制冷效果。
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)
1.一种基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：
所述空调伞包括基座、多个滑轮、伞杆、出风管、制冷组件及伞面，多个滑轮设置在所述基座的一侧，所述滑轮通过转动来带动所述空调伞移动；所述伞杆竖直设置，其一端连接于所述基座的一侧，另一端连接于所述伞面；所述制冷组件设置在所述基座内，其用于对空气进行制冷，并将冷却加湿后的空气传输给所述出风管；所述制冷组件集成了热电制冷及蒸发制冷方式；
所述出风管的一端连接于所述基座，其位于所述伞面的正下方；所述出风管包括连接于所述基座的轴流式风机、可伸缩软管及球形喷射头，所述可伸缩软管的两端分别连接所述轴流式风机及所述球形喷射头，所述轴流式风机用于将所述基座内的部分空间抽成负压，以迫使空气进入所述基座内而被所述制冷组件进行冷却加湿后依次经所述轴流式风机及所述可伸缩软管进入所述球形喷头；所述球形喷头用于将来自所述可伸缩软管的空气喷出，其通过转动来360°调整出风方向及风速以满足伞面预定空间内的冷却。
2.如权利要求1所述的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：所述基座包括间隔设置的内箱体及外箱体，所述内箱体设置在所述外箱体内；所述空调伞还包括设置在所述伞面上的太阳能电池板及设置在所述内箱体内的蓄电池，所述蓄电池电性连接于所述太阳能电池板，其用于为所述空调伞提供电能；所述轴流式风机用于将所述内箱体与所述外箱体之间的间隙抽成负压。
3.如权利要求2所述的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：所述制冷组件包括三个水帘、分水器、散热水箱、翅片管式散热器、散热水泵、制冷水泵、冷端水冷头、制冷水箱、集水器、半导体热电堆及热端水冷头，所述水帘设置在所述外箱体的内侧面上，其位于所述外箱体与所述内箱体之间；所述分水器及所述集水器分别设置在所述水帘相背的上侧及下侧；所述散热水箱、所述翅片管式散热器、所述散热水泵、所述制冷水泵、所述冷端水冷头、所述制冷水箱、所述半导体热电堆及所述热端水冷头分别设置在所述内箱体内。
4.如权利要求3所述的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：所述散热水泵的入口连接于所述散热水箱，其出口连接于所述热端水冷头的进口；所述热端水冷头的出口连接于所述翅片管式散热器，所述翅片管式散热器设置在所述散热水箱的后侧。
5.如权利要求3所述的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：所述冷端水冷头的进口连接于所述制冷水泵的出口，所述制冷水泵的进口连接于所述制冷水箱，所述冷端水冷头的出口连接于所述分水器。
6.如权利要求3所述的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：所述半导体热电堆的冷端与所述冷端水冷头相连接，其热端与所述热端水冷头相连接。
7.如权利要求3所述的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：所述半导体热电堆为固态的半导体制冷片。
8.如权利要求3所述的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：所述散热水箱的壳体夹层及所述制冷水箱的壳体夹层均采用福乐斯发泡橡塑绝热材料。
9.如权利要求3所述的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：所述半导体热电堆与所述冷端水冷头之间的接触面、以及所述半导体热电堆与所述热端水冷头之间的接触面均涂抹有导热硅脂。
10.如权利要求2所述的基于热电制冷及直接蒸发制冷的太阳能半导体空调伞，其特征在于：所述太阳能电池板呈三角形，其数量为四个，四个所述太阳能电池板绕所述伞面的中心轴均匀排布。
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