CN209246380U - 基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，包括制水装置及控制电路，制水装置包括机架、注水装置、导水柱、底座、水箱、第一进水管、半导体热端、半导体冷端、太阳能集热盘管、热水集水器、电加热丝、温度控制器、温度传感器探头、第二进水管、冷水集水器和排气管，控制电路包括太阳能发电模块、第一蓄电模块、压电能收集模块、第二蓄电模块、控制器、第一断路器、熔断器、第一温度控制器模块、第二温度控制器模块、电加热丝、第二断路器和半导体件，本实用新型既能供应热水又能供应冷水，半导体制冷片的电源、电加热丝的电源、温度控制器的电源均来自太阳能发电模块或压电能收集模块，取代了对电网电路的依赖，实现了太阳能、振动能的利用，提高了半导体冷热两端热量的利用率，能够达到节能环保的效果。

Description

基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置

技术领域：

本实用新型属于新能源技术领域，具体为基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置。

背景技术：

生活中水是人体必不可缺少的元素之一，尤其是炎热的夏季人体对水的需求量非常高。在户外设置冷热饮水装置成为公共场合解决饮水问题的新方法。目前，已有饮用水装置对市政电网供电依赖较高，同时内部热量未能得到充分利用，不仅增加了经济成本，而且对环境不够友好。

实用新型内容：

针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置。

本实用新型的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，包括制水装置及控制电路，所述制水装置包括机架、注水装置、导水柱、底座、水箱、第一进水管、半导体制冷片热端、半导体制冷片冷端、太阳能集热盘管、热水集水器、电加热丝、温度控制器、温度传感器探头、第二进水管、冷水集水器和排气管，所述机架顶端表面设置有底座，所述导水柱安装在底座的底端，所述水箱固定在导水柱正下端，所述底座上方设有注水装置，所述注水装置通过导水柱与水箱连通，所述半导体制冷片热端和半导体制冷片冷端设置在水箱的右下角且固定在机架的侧壁上，所述太阳能集热盘管固定在机架侧壁与后壁上，所述机架的最底端安装有热水集水器和冷水集水器，所述水箱、半导体制冷片热端、太阳能集热盘管、热水集水器通过第一进水管依次连接，所述水箱、半导体制冷片冷端和冷水集水器通过第二进水管依次连接，所述水箱顶端设有排气管，水箱通过排气管分别与热水集水器和冷水集水器连接，所述热水集水器和冷水集水器分别连接有第一出水阀和第二出水阀，所述热水集水器侧壁上设有温度控制器和超温熔断器，内部设有电加热丝和温度传感器探头，所述控制电路包括太阳能发电模块、第一蓄电模块、压电能收集模块、第二蓄电模块、控制器、第一断路器、熔断器、第一温度控制器模块、第二温度控制器模块、电加热丝、第二断路器和半导体件，所述太阳能发电模块、第一蓄电模块、控制器、第一断路器、熔断器、第一温度控制器模块和电加热丝依次连接，所述压电能收集模块、第二蓄电模块、控制器、第一断路器、熔断器、第一温度控制器模块和电加热丝依次连接，所述第一温度控制器模块并联有半导体件，所述半导体件前设置有第二断路器，所述第一温度控制器模块连接有第二温度控制器模块，所述太阳能发电模块设置于机架顶部，所述压电能收集模块设置于机架附近的地面之下。

优选的，所述太阳能集热盘管通过固定螺栓安装在机架侧壁与后壁上。

优选的，所述水箱与半导体制冷片热端之间的第一进水管上设置有第一进水单向阀，所述半导体制冷片热端与太阳能集热盘管之间的第一进水管上设置有止回阀。

优选的，所述半导体制冷片冷端与冷水集水器之间的第二进水管上设置有第二进水单向阀。

优选的，所述排气管上设置有第一排气单向阀和第二排气单向阀。

优选的，所述热水集水器和冷水集水器固定在机架最底端且与地面有一定高度。

本实用新型的有益效果：本实用新型的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，充分利用了自然界可再生能源太阳能，对热能形式的太阳能利用效率非常高，充分利用了半导体制冷片热端能量，提高了半导体制冷片冷端的工作效率，充分利用了太阳能转化的电能，充分利用了存在密度较高的振动能，将其转化成电能，补充了受环境因素影响太阳能的不确定性。太阳能、压电能完全替代了对市政电网的依赖，实现新能量的开发和能量的充分利用，依据本实用新型设计的装置科学合理，结构简单，使用方便。

附图说明：

为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施例及附图作以详细描述。

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2本实用新型的原理流程图；

图3为本实用新型的控制电路原理框图；

图4为本实用新型的半导体制冷片冷端电源电路图；

图5为本实用新型的半导体制冷片冷端单片机控制电路图。

图中：1-太阳能发电模块；2-压电能收集模块；3-机架；4-注水装置；5-导水柱；6-底座；7-水箱；8-第一进水管；9-第一进水单向阀；10-半导体制冷片热端；11-半导体制冷片冷端；12-止回阀；13-太阳能集热盘管；14-固定螺钉；15-热水集水器；16-第一出水阀；17-电加热丝；18-温度控制器；19-温度控制器探头；20-第二进水管；21-第二进水单向阀；22-冷水集水器；23-第二出水阀；24-排气管；25-第一排气单向阀；26-第二排气单向阀；27-第一蓄电模块；28-第二蓄电模块；29-控制器；30-第一断路器；31-熔断器；32-第一温度控制器模块；33-第二温度控制器模块；34-第二断路器；35-半导体件。

具体实施方式：

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1-5所示，本实用新型的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，包括制水装置及控制电路，所述制水装置包括机架3、注水装置4、导水柱5、底座6、水箱7、第一进水管8、半导体制冷片热端10、半导体制冷片冷端11、太阳能集热盘管13、热水集水器15、电加热丝17、温度控制器18、温度传感器探头19、第二进水管20、冷水集水器22和排气管24，所述机架3顶端表面设置有底座6，所述导水柱5安装在底座6的底端，所述水箱7固定在导水柱5正下端，所述底座6上方设有注水装置4，所述注水装置4通过导水柱5与水箱7连通，所述半导体制冷片热端10和半导体制冷片冷端11设置在水箱7的右下角且固定在机架3的侧壁上，所述太阳能集热盘管13固定在机架3侧壁与后壁上，所述机架3的最底端安装有热水集水器15和冷水集水器22，所述水箱7、半导体制冷片热端10、太阳能集热盘管13、热水集水器15通过第一进水管8依次连接，所述水箱7、半导体制冷片冷端11和冷水集水器22通过第二进水管20依次连接，所述水箱7顶端设有排气管24，水箱7通过排气管24分别与热水集水器15和冷水集水器22连接，所述热水集水器15和冷水集水器22分别连接有第一出水阀16和第二出水阀23，所述热水集水器15侧壁上设有温度控制器18和超温熔断器，内部设有电加热丝17和温度传感器探头19，所述控制电路包括太阳能发电模块1、第一蓄电模块27、压电能收集模块2、第二蓄电模块18、控制器29、第一断路器30、熔断器31、第一温度控制器模块32、第二温度控制器模块33、电加热丝17、第二断路器34和半导体件35，所述太阳能发电模块1、第一蓄电模块27、控制器29、第一断路器30、熔断器31、第一温度控制器模块32和电加热丝17依次连接，所述压电能收集模块2、第二蓄电模块18、控制器29、第一断路器30、熔断器31、第一温度控制器模块32和电加热丝17依次连接，所述第一温度控制器模块32并联有半导体件35，所述半导体件35前设置有第二断路器34，所述第一温度控制器模块32连接有第二温度控制器模块33，所述太阳能发电模块1设置于机架3顶部，所述压电能收集模块2设置于机架3附近的地面之下。

具体地，热水集水器15侧壁上设有温度控制器18和超温熔器对热水集水器15实行控制，保证了整个系统的安全性。水箱7里的水在重力作用下沿着第一进水管8进入半导体制冷片热端10，再进入太阳能集热盘管13，再进入热水集水器15，热水集水器15内部设有电加热丝17。

具体地，管路设计中第一进水单向阀9防止热水集水器15水蒸汽进入水箱7。止回阀12防止太阳能集热盘管13中热水蒸汽倒进入半导体制冷片热端10。为了使热水集水器15的热水成功供给用户，在水箱7顶端设有排气管24，为了防止水蒸汽泄露，在其排气管24的管道中设有第一排气单向阀25和第二排气单向阀26，冷水集水器22同热水集水器15原理相同。

具体地，热水集水器15和冷水集水器22固定在机架3下端，并且与地面有一定高度。

具体地，水箱7向太阳能集热盘管13依靠重力供给，若压力不够，可加设水泵。注水装置可以为瓶装水或其他可引入水源的装置。

具体地，太阳能发电模块1置于机架3顶部，太阳能经太阳能发电模块1转换成电能，储存在第一蓄电模块27中，压电能收集模块2置于地面下，振动能通过压电能收集模块2转换成电能，储存在第二蓄电模块28中。经过控制器29判定，优先使用第一蓄电模块27中电能。第一蓄电模块27中储存电能经过第一断路器30、熔断器31，连通温度控制器模块，通过温度控制器模块判定，是否给电加热丝17供电。半导体件35与温度控制器并联，半导体件35前设置第二断路器34。温度传感器探头19置于热水集水器15中，当温度传感器探头19所测温度低于设定值时，电加热丝17工作，当温度传感器探头19所测温度高于设定值时，电加热丝17停止工作。

本实用新型的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取方法，包括以下步骤：

（1）当需要饮用热水时，常温的注水装置4经过半导体制冷片热端10吸收热量成为热水A；

（2）热水A经过太阳能集热器盘管13吸收太阳能成为热水B后进入热水集水器15；

（3）当热水集水器15中热水的温度满足温度控制器设定要求时，作为饮用热水的供水排出，否则，启动热水集水器15中的电加热丝17加热，直到热水集水器15中的热水温度满足设定要求时，作为饮用热水的供水排出；

（4）当需要饮用冷水时，常温的注水装置4通过另一管路经过半导体制冷片冷端11，放出热量成为冷水，作为饮用冷水的供水排出。

具体地，夏季光照时间长，太阳能电量充足，但考虑环境因素的不确定性，通过压电能收集模块2的振动能对电能补充。所述控制器29对太阳能收集电量判断，判断是否需要开启压电能收集模块2进行电量补充。

具体地，半导体制冷片冷端11制取冷水，在冬季可以通过第二断路器34停止使用，仅供热水。

具体地，如图4为本实用新型方法的半导体制冷片冷端11电源电路图。半导体制冷片冷端11的电源电路由压电采集电路与太阳能发电电路两个独立电路组成，其中太阳能发电电路为主电路，压电采集电路为备用电路。两种电源通过选择开关控制，在太阳能发电模块的发电板上装置光敏传感器RL，当日照强度低于某一设定值时，选择开关导通备用电源。

压电采集电路原理为：压电陶瓷（PZT）电路采集15V交流电源，由熔断器Fu101、抗干扰电容C103、防过压压敏电阻RV102、超温保护热敏电阻RT103等组成前端电源保护电路及抗干扰电路，经过VD101～VD104这4个二极管整流，电容C109、C110滤波，由三端稳压集成块7812稳压输出12V直流电源。12V直流电对蓄电池1充电，作为备用电源给半导体制冷片冷端供电。

太阳能发电采集电路原理为：由电流为I_PH恒流电源、二极管、总串联电阻R_s、旁路电阻R_sh组成太阳能发电电路，获得18V直流电源，IGBS、二极管、电感L、电阻R构成直流斩波电路，将18V直流电压输出为12V直流电压，12V直流电对蓄电池2充电，作为主电源给半导体制冷片冷端供电。

具体地，如图5为本实用新型方法的半导体制冷片冷端单片机控制电路图。单片机通过引脚P_1.0控制太阳能发电电路中的IGBS，将直流斩波电路总的占空比控制为12:18，单片机通过引脚P_1.1控制图4中的选择开关，根据设定条件切换电源，单片机通过引脚P_1.3，将选择开关的的闭合条件设定为当日照强度低于某一设定值时，选择开关导通备用电源。

本实用新型的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，使常温饮用水经过半导体制冷片热端吸收热量成为热水A，再经过太阳能集热器盘管吸收太阳能成为热水B进入热水集水器，当热水集水器中热水的温度满足设定要求时，作为饮用热水的供水排出。否则，启动热水集水器中的电加热丝加热，直到热水集水器中的热水温度满足设定要求时，作为饮用热水的供水排出；或使常温饮用水通过另一管路经过半导体制冷片冷端，放出热量成为冷水，作为饮用冷水的供水排出；使太阳能经过光伏发电装置，储存于蓄能装置，优先对半导体制冷片、电加热丝、温度控制器供电；同时，使环境中的振动能量经过压电能收集模块，储存于蓄能装置，作为补充电源。本实用新型取代了对电网电路的依赖，实现了太阳能、振动能的利用，提高了半导体冷热两端热量的利用率，能够达到节能环保的效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，其特征在于：包括制水装置及控制电路；

所述制水装置包括机架、注水装置、导水柱、底座、水箱、第一进水管、半导体制冷片热端、半导体制冷片冷端、太阳能集热盘管、热水集水器、电加热丝、温度控制器、温度传感器探头、第二进水管、冷水集水器和排气管，所述机架顶端表面设置有底座，所述导水柱安装在底座的底端，所述水箱固定在导水柱正下端，所述底座上方设有注水装置，所述注水装置通过导水柱与水箱连通，所述半导体制冷片热端和半导体制冷片冷端设置在水箱的右下角且固定在机架的侧壁上，所述太阳能集热盘管固定在机架侧壁与后壁上，所述机架的最底端安装有热水集水器和冷水集水器，所述水箱、半导体制冷片热端、太阳能集热盘管、热水集水器通过第一进水管依次连接，所述水箱、半导体制冷片冷端和冷水集水器通过第二进水管依次连接，所述水箱顶端设有排气管，水箱通过排气管分别与热水集水器和冷水集水器连接，所述热水集水器和冷水集水器分别连接有第一出水阀和第二出水阀，所述热水集水器侧壁上设有温度控制器和超温熔断器，内部设有电加热丝和温度传感器探头；

所述控制电路包括太阳能发电模块、第一蓄电模块、压电能收集模块、第二蓄电模块、控制器、第一断路器、熔断器、第一温度控制器模块、第二温度控制器模块、电加热丝、第二断路器和半导体件，所述太阳能发电模块、第一蓄电模块、控制器、第一断路器、熔断器、第一温度控制器模块和电加热丝依次连接，所述压电能收集模块、第二蓄电模块、控制器、第一断路器、熔断器、第一温度控制器模块和电加热丝依次连接，所述第一温度控制器模块并联有半导体件，所述半导体件前设置有第二断路器，所述第一温度控制器模块连接有第二温度控制器模块，所述太阳能发电模块设置于机架顶部，所述压电能收集模块设置于机架附近的地面之下。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，其特征在于：所述太阳能集热盘管通过固定螺栓安装在机架侧壁与后壁上。

3.根据权利要求1所述的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，其特征在于：所述水箱与半导体制冷片热端之间的第一进水管上设置有第一进水单向阀，所述半导体制冷片热端与太阳能集热盘管之间的第一进水管上设置有止回阀。

4.根据权利要求1所述的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，其特征在于：所述半导体制冷片冷端与冷水集水器之间的第二进水管上设置有第二进水单向阀。

5.根据权利要求1所述的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，其特征在于：所述排气管上设置有第一排气单向阀和第二排气单向阀。

6.根据权利要求1所述的基于太阳能与压电能的半导体式冷热水制取装置，其特征在于：所述热水集水器和冷水集水器固定在机架最底端且与地面有一定高度。