CN1504702A - 太阳能－半导体温差电效应的发电与致冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用太阳能发电与制冷的装置，其中有一抛物面形状用铝或合金材料制成的太阳能聚集器(1)将太阳能聚集到以焦点位置为中心的热气流发生器的外壳层(2)上，在热气流发生器的外壳层(2)与内壳层(3)之间安装了一组半导体温差电致冷/致热装置，外壳层(2)是它的吸热致冷端的吸热片，内壳层(3)是它放热端的散热片，采用大功率半导体温差电致冷/致热装置，足以将外壳层(2)上所接受到的太阳能全部或大部分吸收，而在作为放热端散热片的内壳层连同电流所发生的热一起排放出来，形成热气流驱动涡轮叶片带动发电机线圈旋转而发电，还使溴化锂吸收式冷水机产生冷水作为另一套半导体温差电致冷装置的冷却水而提高其致冷效率；本系统还附带有利用风力发电的装置。

Description

太阳能—半导体温差电效应的发电与致冷系统

(一)技术领域：本发明涉及一种利用太阳能发电的装置，聚集的太阳能采用半导体温差电致冷/致热装置集中到热气流发生器的内壳层形成热气流驱动涡轮叶片，带动发电机线圈旋转而发电，还使溴化锂吸收式冷、热水机产生冷、热水，用冷水作为另一套半导体温差电致冷装置的冷却水而提高其致冷效率；本系统还附带有利用风力发电的装置。

(二)背景技术：1996年提出的专利申请，申请号96103179.4曾提出过一种利用太阳能—半导体温差电效应发电与致冷的技术方案，但说明书仅一页，过于简单，而且以为发明专利可以没有附图而略去附图，现经六年研究，对于原先的技术方案全面进行了改进及重大发展再重新申请发明专利。

(三)发明内容：夏季酷热时各大城市都有数十万台空调耗电数千万[千瓦时]将室内热量吸收而从室外机排放到室外，使整个城市更热。本发明就是要提供一种利用太阳能发电用于半导体温差电致冷空调的装置，既不耗费发电厂供给的电不化电费，而吸收的热由放热端放出时，用通入冷却水箱的冷水吸收而带走，不会使整个城市更热，也不会侵扰邻居，本发明利用太阳能发电，还附带风力发电装置。本发明的特征是在利用太阳能发电的装置中有一抛物面形状用铝或合金材料制成的太阳能聚集器(1)将太阳能聚集到以焦点位置为中心的热气流发生器的外壳层(2)上，在热气流发生器的外壳层(2)与内壳层(3)之间安装了一组半导体温差电致冷/致热装置，外壳层(2)是它的吸热致冷端的吸热片，内壳层(3)是它的放热端的散热片，热气流发生器的外壳层(2)及内壳层(3)既然作为吸热片及散热片，都是用铜或传热较好的合金材料制成的。所用的一组半导体温差电致冷/致热装置采用功率为数千瓦甚至数十千瓦的2级或3级半导体温差电致冷/致热装置，例如采用20套功率为290瓦的3级半导体温差电致冷/致热装置，足以将外壳屋(2)上所接受到的太阳能全部或大部分吸收，而在作为放热端的散热片的内壳层连同电流所发生的热一起排放出来，这就相当于一个“热放大镜”将热量从大面积的外壳聚焦到小面积的内层，使内层温度可以升高到我们希望达到的摄氏温度一百度以上，而外壳层(2)在太阳暴晒下，又受到抛物面反射来的太阳能加热本来要升高到摄氏温度70-80度甚至更高，现在经大功率半导体温差电致冷，温度就不会升高而甚至会降低，可保持在摄氏30-35度。

圆球形的内壳层(3)是半导体温差电致冷/致热装置放热端的散热片，从外壳层(2)吸收的太阳能以及通入半导体器件的电流所产生的热都在内壳层上放出，使它的温度上升到摄氏一百多度，可以调节通电半导体温差电致冷/致热装置的套数，控制内壳层(3)的温度保持在某一适当温度例如摄氏108度，可以在内壳层(3)处安装测温元件用测温仪测出温度。内壳层(3)有两层，由底部连在一起的大、小两个球壳组成，夹层中的空气受热后向上升，由于下面的空气从空气进口(4)不断补充进来，因而形成不断向上升的热气流，由通向上面的管子(5)向上冲，驱动涡轮叶片旋转，带动装在同一根转轴上的发电机线圈在强磁场中转动而发电。在内壳层里面的小圆球壳内，是溴化锂吸收式冷水机的发生器，装在里面的溴化锂—水溶液在一定温度下受热即沸腾产生水蒸汽，这些蒸汽是溴化锂吸收式冷水机的制冷循环中的媒质，所以称为制冷媒质蒸汽，由管道通向冷凝器，发生器中产生水蒸汽以后剩下来的含溴化锂较浓的溶液由下面的管道流到吸收器中去吸收水，吸收水后的溴化锂—水溶液含水量已增多再用泵抽运送回到发生器来，流下去的浓溶液温度较高，抽运上来的溴化锂—水溶液温度较低，常用的溴化锂冷水机都将这两根管道经过一热交换器，使流下去的溶液把热传给抽运上来的溶液，这样，流下去的溶液温度降低，抽上来的溶液温度升高，在本系统中采用一组半导体温差电致冷/致热装置从外壳层吸热而向内壳层放热，因而可以将浓溶液流下去的管道经过外壳层底部半导体装置的吸热端处再通向溴化锂吸收式冷水机的吸收器，而将溶液抽运上来的管道先经过内壳层底部半导体装置的放热端处，使溶液的温度升高后再通向发生器，这些抽上来的溶液受热后温度已相当高，送入发生器后很快就达到沸腾的温度而产生水蒸汽，使溴化锂吸收式冷水机的运转比普通的机型更快。溴化锂吸收式冷水机的其余部分均与普通的溴化锂吸收式冷水机相同，是现有技术，在此不必多说，在普通的溴化锂冷水机的发生器中常用一蒸汽管道通入蒸汽用来加热，这一管道中的蒸汽称为工作蒸汽，本系统中利用太阳能加热，可以不要用工作蒸汽，也可制造两种机型，其中一种型号仍装有通入蒸汽的管道以备在阴天下雨及晚上无太阳能时通入工作蒸汽，工作蒸汽可由辅助锅炉或利用其他废热产生，如天津有地热资源可加利用。溴化锂冷水机制取的冷水是用来供给另一组半导体温差电致冷装置作为放热端的冷却水的，这样使其吸热致冷端能够达到较好的致冷降温的效果。

本系统附带有一风力发电装置，风力转动的叶片采用比太阳能聚集器大一号的抛物面分割成相同的5～6片围在太阳能聚集器的外围组成，所有的叶片都顺时针方向或逆时针方向倾斜安装在一圆环状的底盘上，这一圆环状的转盘装在太阳能聚集器底盘的后面，转盘的内圈装有三个小转盘，由齿轮或橡皮轮带动，转盘转一转，小转盘转3～4转，小转盘转一转，中心轴转3～4转，这就是常用的提速器，可以使装在中心轴上的发电机线圈在风力的驱动下在磁场中旋转而发电，因为在风力转动的叶片中央还有利用太阳能产生热气流驱动涡轮叶片转动使另外一发电机发电，涡轮叶片转动就产生了风，所以很容易使风力叶片转动发电，一般情况，风力发电功率较小，利用太阳能发电5千瓦，利用力发电约800～900瓦，有时风很小根本发不出电，但可配装适当功率的汽油发动机或柴油发动机，这样本系统就可在边远地区或山区使用，有太阳能时用太阳能发电，有风时用风力发电，既无太阳能又无风时，可用汽油或柴油发电，对我国西部开发极为适用。

(四)附图说明：图1是本系统的主体结构图(1)是用铝或合金材料制成的抛物面形状的太阳能聚集器，像一个大碗，碗口的直径决定了它接受太阳能的面积例如直径12米，则其接受太阳能的面积约为108平方米，如正对着太阳接受到的太阳能的功率约108千瓦，利用太阳能发电的功率约为6～11千瓦，如果用效率最高达到31％～32％的太阳能电池，发电功率可高达32千瓦但其造价较高，每千瓦约需3万元，而用本系统，每千瓦约需1万元，在设计时太阳能聚集器可造得大一些，可多发电，造价增加却不太多。(2)是热气流发生器的外壳层，(3)是热气流发生器的内壳层都是用铜或导热性能良好的金属制成的圆球壳，内壳层(3)有两层由大、小两个圆球壳底部连在一起组成的，在内、外两壳层之间安装了一组半导体温差电致冷/致热装置，外壳层(2)是它吸热端的吸热片，内壳层(3)是它放热端的散热片，这一组半导体温差电致冷/致热装置的功率在数千瓦～数十千瓦之间约为利用太阳能发电总功率的一半左右，其作用是把外壳层(2)上吸收的太阳能的大部分转移到内壳层(3)上去，使内壳层(3)的夹层中的空气受热后向上升，下面的空气由进口(4)补充进来，就形成不断上升的热气流由向上的管子(5)向上冲，驱动涡轮叶片旋转带动装在同一根轴上的发电机线圈在强磁场中旋转而发电，图中发电机未画出来，可选用稀土永磁式直流发电机，所发之电能先输入蓄电池组备用。图2说明装在外壳层(2)与内壳层(3)之间的半导体温差电致冷/致热装置，实际上使用的是一组10～20套的半导体装置，总功率为数千瓦至数十千瓦，半导体装置两边均有氧化铝薄层保护，以免连接p-型半导体与n-型半导体的铜片与吸热片或散热片接触而短路。图3是另一组半导体温差电致冷装置，它的放热端有一水箱，用溴化锂冷水机提供的冷水为冷却水以提高其致冷的效率。

(五)具体实施方式：实现本发明的优选方式是用一直径12米口径的太阳能聚集器，在外壳层与内壳层之间安装10套290瓦的半导体温差电致冷/致热装置，调节通电的半导体装置的套数使内壳层温度保持在摄氏108～109度，产生热气流发电的功率可达5千瓦，发电机采用稀土直流发电机，额定功率5千瓦，最大功率6千瓦，附带的风力发电叶片用一直径16米口径的大抛物面等分为五片包围在太阳能聚集器外面做风力叶片，转盘内装提速器，风力叶片转盘转一转，中心轴转10转，风力发电机采用稀土交流发电机附带汽油发动机，额定功率900瓦，最大功率1千瓦，另有一组半导体温差电致冷装置功率为2900瓦，放热端用溴化锂冷水机提供冷水为冷却水，以提高其致冷效率。

Claims (2)

1.一种利用太阳能—半导体温差电效应发电与致冷的装置，有一太阳能聚集器(1)将太阳能聚集到热气流发生器的外壳层(2)上，外壳层(2)与内壳层(3)之间安装了一组半导体温差电致冷/致热装置，外壳层是它吸热致冷端的吸热片，内壳层(3)是它放热端的散热片，所用的一组半导体温差电致冷/致热装置采用功率为数千瓦至数十千瓦的2级或3级半导体温差电致冷/致热装置，可以调节通电半导体装置的套数，控制内壳层(3)的温度，内壳层有两层，由底部连在一起的大、小两个球壳组成，夹层中的空气受热后向上升，由于下面的空气从空气进口不断补充进来，因而形成不断向上升的热气流，由通向上面的管子向上冲，驱动涡轮叶片旋转，带动装在同一根转轴上的发电机线圈在磁场中转动而发电。

2.权利要求1所述的一种利用太阳能发电的装置，在热气流发生器的内壳层里面的小圆球壳内，是溴化锂吸收式冷水机的发生器，装在里面的溴化锂—水溶液在一定温度下受热即沸腾产生水蒸气，剩下来的含溴化锂较浓的溶液由下面的管道流到吸收器中去吸收水，将浓溶液流下去的管道经过外壳层底部半导体装置的吸热端处再通向溴化锂吸收式冷水机的吸收器，吸收水后的溴化锂—水溶液含水量已增多再用泵抽运送回到发生器来，而将溶液抽运上来的管道先经过内壳层底部半导体装置的放热端处，使溶液的温度升高后再通向发生器，溴化锂吸收式冷水机产生冷水作为另一组半导体温差电致冷装置的冷却水而提高其致冷效率；本系统还附带有利用风力发电的装置。

Images