CN2515604Y - 利用太阳能发电用于半导体温差电致冷空调的装置 - Google Patents

Abstract

一种利用太阳能发电用于半导体温差电致冷空调的装置,有一个太阳能聚集器,还安装三组半导体温差电致冷/致热装置吸收多一些的热,在热气流发生器放出。用第四组半导体温差电致冷/致热装置来制取冷水,所吸收的热量被加在聚集的太阳能一起对热气流发生器加热,形成热气流驱动涡轮叶片旋转而使发电机发电。用第五组半导体装置11温差电致冷,达到空调降温的效果。

Description

利用太阳能发电用于半导体温差电致冷空调的装置

本实用新型涉及一种利用太阳能再加上空调所吸收的热量一起用来发电，将所发之电用于半导体温差电致冷空调的装置。利用太阳能发电节约了大量电能，又将空调吸收的热量也用来发电减少热污染。

每当夏季酷暑，各大城市都使用数十万台空调，吸收室内热量使室温降低到人们感到舒适的温度。但是，从室内吸收的热量和每天使用空调耗费掉的数百万[千瓦时]的电能都转变为热量由空调的室外机排放到城市的空气中去，实际上使整个城市更热！而且，也使我们的地球表面平均气温上升！如此浪费能源造成严重热污染，急待改善！

本实用新型的目的提供一种利用太阳能再加上空调所吸收的热一起用来发电，将所发之电用于半导体温差电致冷空调的装置。利用太阳能发电为了节省电能，又将空调吸收的热量也用来发电减少热污染。

本实用新型的目的是这样来实现的：在利用太阳能发电的装置中，有一个铜或铝等导热性能良好的金属或合金制成的抛物面形状而具有平底的太阳能聚集器，其作用是将太阳能反射聚焦于焦点位置。太阳能聚集器将大量的太阳能聚集到中心(线)处于抛物面焦点(线)位置的热气流发生器上。热气流发生器有两层用铜或铝或合金制成的钟罩形状或圆筒形状有底盘的外壳。由太阳能聚集器反射聚集到热气流发生器外壳上的太阳能只是太阳能聚集器接受到的全部太阳能的一部分。我们要尽量增大这一部分的比率，把太阳能聚集器的表面做得很光亮以增大它的反射系数。太阳能聚集器被太阳晒得很烫，很多热量被散发到空气中去。要使利用太阳能发电的效率高，第一，要聚集到较多的太阳能，越多越好，第二，利用太阳能热能发电，要使受太阳能加热的热气流发生器(传统的方法是用水蒸气发生器)的温度适当地高，要超过摄氏温度一百度。这样就可以利用太阳能的热能加热热气流发生器中的气体，使空气受热上升，从热气流发生器顶上的管子冲上去，驱动上面涡轮叶片旋转，带动发电机的转子也旋转而发电。冷空气由热气流发生器外壳层底板周边的进气口进入内外两壳层的夹层中补充已上升的热空气进入的空气在夹层中受到温度高于摄氏一百度的内外两层壳散发热量的加热，就向上升，形成热气流。内外两层壳的温度越高，产生的热气流的流速就越快。为了使有更多一些的热量从太阳能聚集器传到热气流发生器，我们采取的第一个办法是在太阳能聚集器的平底与热气流发生器的内壳层的底盘之间安装一组(6～8套)半导体温差电致冷/致热装置，采用二级致冷/致热，热端与冷端的温差最大可达七十余摄氏度，它的吸热(致冷)端装在太阳能聚集器的平底上，整个太阳能聚集器就成了它的吸热片。它的放热(致热)端装在热气流发生器内壳层的底盘下面。在热气流发生器外壳层底盘的中央部位开一个圆洞让一组(6～8套)按圆环形排列的半导体温差电致冷/致热装置透过圆洞与上面的内壳层的底盘连接。(注意：中央圆周部分留作别用，下文说明。至于各器件的尺寸，应接入的电压、允许的最大电流及电功率等在下文中对最佳实施例的具体情况将作详细说明。)在这一半导体温差电致冷/致热装置中，整个热气流发生器的内壳层是放热端的散热片。太阳能聚集器是吸热端，将它接受到的太阳能除反射聚集之外再被吸收一部分与电流转变的热量一起都从半导体温差电致冷/致热装置放热端的散热片排放出来，热气流发生器的内壳层作为散热片散发热量，它本身的温度当然升高，因为它的体积小而散热的表面积也不大，又被外壳层包围在内层，所以温度会升到摄氏118度以上，使内壳层与外壳层之间夹层中的空气受到加热，空气受热膨胀后向上升，下面的冷空气从外壳层底盘边上的进气口补充进来，受热后再上升，如此就形成不断由下向上流动的热气流。为使更多的热量从太阳能聚集器转移到热气流发生器去，我们采取的第二个办法是在太阳能聚集器的平底与热气流发生器的外壳层的底盘之间安装第二组(6～8套)半导体温差电致冷/致热装置(一级致冷/致热，热端与冷端的温差最大可达50摄氏度)，它的吸热(致冷)端也是装在太阳能聚集器的平底上，也是要从太阳能聚集器再吸收一部分热量。它的放热(致热)端接在热气流发生器的外壳层的底盘圆洞外围圆环形的周边底板的下面(在这一圆环周边外还有冷空气进气口)，整个外壳层就是放热端的散热片。因此，这一组半导体温差电致冷/致热装置通入电流后可以把吸热端从太阳能聚集器吸收的热量连同电流发的热转移到热气流发生器的外壳层散发出来，使它的温度也上升到摄氏113度以上。热气流发生器的外壳层温度太高也不好，容易把热量散发到周围的空气中去。因此，我们采取第三个办法，再在热气流发生器的内壳层与外壳层两个底盘之间安装第三组(6～8套)半导体温差电一级致冷/致热装置，这次要从外壳层吸热，吸热端装在外壳层底盘圆洞外的圆环形周边底板上，放热端接在内壳层的底盘下面，整个内壳层又是散热片。通电后，它对热气流发生器的外壳层吸热而对内壳层放热，使外壳层温度保持在摄氏105-108度不再升高而使内壳层温度再升得高一些，约为摄氏122度或更高，在产生热气流以后，热量传给空气被气流带上高空，内壳层的温度可略降至摄氏116-118度。另外，很重要的一点，我们还要用第四组(6-8套)半导体温差电致冷/致热装置(采用三级致冷/致热，热端与冷端的温差最大可达100摄氏度)来制取冷水，就是在吸热(致冷)端装一水箱，用吸热片从流入水箱的水中吸收热量，使水的温度降低到摄氏15-20度再流出。这一组半导体温差电致冷/致热装置的放热(致热)端接在热气流发生器内壳层底盘中央圆周部位的下面，在通电后，热气流发生器的内壳层就是它放热端的散热片，把从水里吸收的热量与电流发的热一起都由热气流发生器的内壳层(作为散热片)排放到内外两壳层的夹层中去，加热那里的空气产生热气流。因此，吸热致冷(制冷水)所吸收的热量被我们用来加在聚集的太阳能一起用来加热空气形成热气流发电了。热气流把热带到上空排放，而热气本身温度逐渐降低，减少了热污染。所制造的摄氏15-20度的冷水是用来供给另一组(第五组)半导体温差电致冷(用于夏季酷暑时降低温度)的空调装置作为冷却水用的。因为仅靠摄氏15-20度的冷水远不能满足盛夏酷暑时空调降温的要求，因而，要用第五组半导体温差电二级致冷装置作为空调装置，它的吸热(致冷)端装在一个模型“亭子”或“楼阁”的顶端。吸热致冷的吸热片是用铜或铝等导热性能良好的金属或合金薄片制成的“亭子”或“楼阁”的顶，它就是致冷端的吸热片，半导体温差电致冷装置通电后，它就吸收热量使“亭子”或“楼阁”的顶温度降低到摄氏零下20-30度，在“亭子”或“楼阁”的顶上洒一些水，很快就结成一层薄冰，好像在顶上加了一层“水晶”。半导体温差电致冷装置吸热片周围的空气也被吸收热量而降温。在半导体温差电致冷装置的放热端(在下面)装有一水箱，用前面制取的摄氏15-20度的冷水流入这个水箱中作冷却水。整个模型“亭子”或“楼阁”装在一个大盆子中成为一个能吸热致冷的“大盆景”。“亭子”或“楼阁”的周围布置一个小池塘或一条小溪，还有小桥流水假山瀑布等。从水箱中流出的水可使它成为从假山上流下来的瀑布流入小溪或池塘。然后，由边上出口流出，经过一过滤净化装置处理后回收利用。小池塘或小溪中可栽一些荷花，养一些金鱼，假山洞里安装一空气净化器及小电风扇，使阵阵凉风吹来。“亭子”或“楼阁”顶的角上安装一些小电珠(灯)，半导体温差电致冷装置是P型与N型半导体连接成对组成的，当两端有温差时将产生温差电动势，虽然电压很低，产生的电流很弱，但可以配备适当的小电珠，使小电珠发光，使“大盆景”夜间更美观。

本实用新型的特征是在利用太阳能发电的装置中有一抛物面形状的用铜或铝或合金制成的太阳能聚集器将太阳能聚集到在焦点位置上的热气流发生器的外壳层上，在太阳能聚集器的平底与热气流发生器的内壳层之间安装了第一组半导体温差电二级致冷/致热装置，太阳能聚集器是它吸热(致冷)端的吸热片，热气流发生器的内壳层是它放热(致热)端的散热片，对于太阳能聚集器吸热而对于热气流发生器的内壳层放热，又在太阳能聚集器的平底与热气流发生器的外壳层的底板之间安装了第二组半导体温差电致冷/致热装置，太阳能聚集器也是它吸热端的吸热片，热气流发生器的外壳层是它放热端的散热片，对于太阳能聚集器吸热而对于热气流发生器的外壳层放热，还在热气流发生器的内、外两壳层之间安装了第三组半导体温差电致冷/致热装置，对于外壳层吸热而对于内壳层放热。这三组半导体温差电致冷/致热装置的作用是在聚集的太阳能之外再从太阳能聚集器吸收多一些的热量在热气流发生器的内、外壳层上及两壳层的夹层中排放出来使内外两壳层温度升高到摄氏一百度以上，使两壳层夹层中的空气被加热后向上流动形成热气流驱动涡轮叶片旋转使发电机发电。本实用新型另一重要特征是用另一组(第四组)半导体温差电三级致冷/致热装置制取摄氏15-20度的冷水，即在它的吸热(致冷)端装有一水箱用吸热片从水吸收热量使水温度降低到摄氏15-20度再流出，供给另一组(第五组)半导体温差电致冷装置作为冷却水，而第四组半导体温差电致冷/致热装置吸热端的吸热片从水吸收的热量与电流所发的热量一起由放热端的散热片(热气流发生器的内壳层)排放出来，加在聚集的太阳能一起对热气流发生器中的空气加热形成热气流驱动涡轮叶片旋转而使发电机发电。本实用新型的重要特征还在于用另一组(第五组)半导体温差电二级致冷装置作为夏季降温的空调装置，它的吸热(致冷)端安装在一模型“亭子”或“楼阁”的顶端，用铜或铝或合金的薄片制成的吸热致冷端的吸热片就做成“亭子”或“楼阁”的顶，它的放热端在下面，装有一水箱，将前面制取的摄氏15-20度的冷水流入水箱作冷却水，从水箱流出的水温度已略升高但还是冷水，可以用流出的水形成一模型“瀑布”流入“亭子”或“楼阁”旁的小溪或池塘。由于半导体温差电致冷装置的致冷吸热以及冷水的流动达到空调降温的效果。到了冬季，只要将通入第五组半导体温差电装置的电流倒转方向，并改用太阳能热水器提供热水流入水箱，这时水箱已成为吸热端，而模型“亭子”或“楼阁”的顶已成为放热端的散热片，不断散发热量使周围空气变暖。本实用新型中五组半导体温差电致冷/致热装置所需接入的总电功率应正好等于利用太阳能及空调吸收的热量加热空气形成热气流驱动发电机发出的电的总功率或略低于所发之电的总功率而留有剩余。

附图1是本实用新型所包含的利用太阳能发电装置的简图，附图2是本实用新型所包含的利用半导体温差电致冷空调装置的结构简图，以下对附图及本实用新型的最佳实施例进行说明：图1是一剖面图，其中1是一抛物线(绕中轴线旋转180度即是一抛物面)表示一个用铜或铝等导热性能良好的金属或合金制成的抛物面形状的太阳能聚集器，它的作用是把接受到的太阳能反射而聚集到处于它聚焦中心位置的热气流发生器上，2是一钟罩形状的金属壳，是热气流发生器的外壳层，它的底盘中央有一圆洞，边缘有空气进口，冷空气可由下面从进气口进入外壳层与内壳层夹层空间中，空气受热上升，形成热气流，3是略小一些的钟罩形金属壳，是热气流发生器的内壳层，4是外壳层底盘边缘的进气口，5是太阳能聚集器的平底，6是在太阳能聚集器的平底与热气流发生器的内壳层之间安装着第一组半导体温差电致冷/致热装置，它的吸热端装在太阳能聚集器的平底上，放热端接在热气流发生器的内壳层的底盘上，内壳层就是它的散热片，它的作用是从太阳能聚集器吸收热量排放到热气流发生器的内壳层及内外两壳层的夹层空间去加热空气，形成热气流，7是第二组半导体温差电致冷/致热装置，它的吸热端装在太阳能聚集器的平底上，它的放热端接在热气流发生器外壳层的底盘上，外壳层是它的散热片，它的作用是从太阳能聚集器吸收热量排放到外壳层及内外两壳层之间的夹层中去加热空气，形成热气流，8是第三组半导体温差电致冷/致热装置，它的吸热端装在热气流发生器外壳层的底盘上，放热端接在内壳层的底盘上，它的作用是从外壳层吸收热量而在内壳层上排放出来，使外壳层的温度保持在略高与摄氏一百度而不再继续上升，使内壳层的温度升高到更高一些的温度(摄氏116-118度)，使空气受热上升的流速比较快，形成的热气流足以驱动涡轮叶片旋转而带动发电机转子在磁场中旋转而发电，9是第四组半导体温差电三级致冷/致热装置，它的吸热致冷端在下面装有一水箱，它的放热端在上面接在热气流发生器内壳层底盘的中央部位，内壳层是它放热端的散热片，它的作用是从流入水箱的水中吸收热量制备冷水(使水温降到摄氏15-20度或更低再流出)，并把从水吸收的热量在放热端排出(对于热气流发生器的内壳层是致热)，加在聚集的太阳能一起对热气流发生器中的空气加热，形成热气流而发电，10是半导体温差电致冷/致热装置吸热端的致冷水箱(水箱中装有许多吸热片)，流入水箱的水被半导体温差电致冷而降低温度，从水箱中流出的冷水用来供给第五组半导体温差电致冷/致热装置的放热端作为冷却水，使放热端的温度保持在摄氏25度或更低，它的吸热端就可吸收较多的热量而降到较低的温度(摄氏零下20-30度甚至更低)。图2中，11是第五组半导体温差电致冷/致热装置，它的吸热致冷端装在一模型“亭子”的顶端，12是“亭子”的顶，是用铜或铝等金属片制成的，就是半导体温差电致冷的吸热片，13是半导体温差电装置下面放热端装有一冷却水箱，用前面制备的冷水通入水箱作为放热端的冷却水，流出的水温已升高但还是冷水，可以从模型“假山”上作为“瀑布”流入“亭子”旁边的小溪或池塘中。由于“亭子”的顶温度降至摄氏零下20-30度从周围空气吸热，流动的冷水也吸热，使周边的环境凉爽宜人。本实用新型的最佳实施例是发电功率3.8-4.6[千瓦]的小型装置，它的太阳能聚集器抛物面形状的“大碗”的碗口直径约为9.2[米]，接受太阳能的面积约为66[平方米]，接受到的太阳能功率约为66[千瓦]，太阳能聚集器平底圆盘直径为4.5[米]，热气流发生器外壳层底盘尊敬为3.9[米]，中央圆洞直径为2.6[米]，边缘进气口0.12[米]，钟罩高为5[米]，内壳层底盘直径为3.6[米]，内外壳层夹层空间间隔从下面0.12[米]渐缩小到上面0.1[米]，热气流上升管子的直径为0.12[米]，第一组半导体温差电装置共六套，每套的电功率为160[瓦]，即可以调节通电的半导体装置的套数使所用的半导体温差电装置的功率在160-960[瓦]之间可调节，第二组及第三组半导体装置各六套，每套电功率为80[瓦]，即第二、第三两组半导体装置每组的功率可以在80-480[瓦]之间调节，在使用时，我们可以调节这三组半导体温差电致冷/致热装置通电的套数找出发电的总功率减去供给第一、二、三组半导体温差电装置的总功率(此两者之差即是所发之电可以用于致冷水及空调的功率)达到最大值的状态，这是最佳工作状态，即利用太阳能发电净得益功率最大的状态，所以应维持发电装置在这一工作状态持续运转。在实施例中模型“亭子”的顶面积约为1.68[平方米]，“亭子”装在一个3.8[平方米]的大盆子中，“亭子”做成扬州五亭桥的模型，桥下有小溪，两岸有花草，用于制冷水的第四组半导体温差电装置共六套，每套电功率200[瓦]，用于空调的第五组半导体温差电装置共六套，每套电功率300[瓦]，加上制冷水的功率，夏季用于致冷空调的电功率最大可达3[千瓦]，在盛夏酷暑时足以使30[平方米]的套间凉爽舒适，冬季只要把通电流的方向倒转，并改用热水通入水箱作为吸热端的“供热水”，“亭子”的顶即变成放热端，不断散发热量，而从“假山”上流下的“瀑布”也变成温热的“温泉”水，使室内气温上升而温暖如春。半导体温差电致冷技术是成熟的现有技术，市场上可买到半导体温差电致冷器材，如在上海曾可买到功率为290[瓦]的半导体温差电三级致冷器材，放热端附带水箱，售价700元，据此可以估算如实施本实用新型的企业自设车间生产半导体温差电器材，功率为1[千瓦]，成本约为2000元，根据所用原材料：发电机、铜、铝、合金、不锈钢、涡轮叶片管子，蓄电池组等每套功率3.8[千瓦]的小型装置原料成本约为人民币贰万元，实际可用于空调的功率约为2.5[千瓦]，每年可节电5000[千瓦时]。如果发电装置做成中型的，太阳能聚集器的直径加大到28[米]，则接受太阳能的功率为600[千瓦]，发电功率可达36[千瓦]，可用于空调或其他用途的电功率约为25[千瓦]，半导体温差电致冷的“亭子”要做成真正的大亭子，安装在室外如杭州西湖的周边，南京玄武湖和秦淮河的岸旁，使整个城市成为清凉世界，所发之电先输入蓄电池组，需要时再输出，除用于空调外，最重要的可为电动车船的蓄电池组充电，取代用汽油或柴油为动力的车、船，节约能源而又减少城市的环境污染。本装置中所用的发电机宜采用稀土永磁式发电机，可以采用低电压、大电流的直流发电机，稀土发电机有重量轻、发电量可略多的优点，但为长远发展，实施本实用新型的企业可以与发明人协作研究制造1-2种转变温度Tc较高而原料成本较低又容易制成超导电线的超导新材料，用来制成超导发电机为本实用新型配套，进一步提高效益。

Claims (3)

1.一种利用太阳能再加上空调所吸收的热量一起用来发电又将所发之电用于半导体温差电致冷空调的装置，其特征为在利用太阳能发电的装置中有一抛物面形状用铜或铝或合金制成的太阳能聚集器1将太阳能聚集到在焦点位置上的热气流发生器的外壳层2上，在太阳能聚集器的平底与热气流发生器的内壳层3之间安装了第一组半导体温差电二级致冷/致热装置6，太阳能聚集器是它吸热端的吸热片，热气流发生器的内壳层3是它放热端的散热片，又在太阳能聚集器的平底与热气流发生器的外壳层2的底板之间安装了第二组半导体温差电致冷/致热装置7，太阳能聚集器也是它吸热端的吸热片，还在热气流发生器的内外两壳层之间安装了第三组半导体温差电致冷/致热装置8，对于外壳层吸热而对于内壳层放热。

2.权利要求1所述的利用太阳能再加上空调所吸收的热量发电又将所发之电用于半导体温差电致冷空调的装置，其特征是用第四组半导体温差电三级致冷/致热装置9制取摄氏15～20度的冷水，供给第五组半导体温差电二级致冷装置11作为冷却水，而吸热片从水吸收的热与电流所发的热一起由放热端在热气流发生器的内壳层3排放出来。

3.权利要求1与权利要求2所述的利用太阳能再加上空调所吸收热量发电又将所发电能用于半导体温差电致冷空调的装置，其特征还在于用第五组半导体温差电二级致冷装置11作为夏季降温的装置，它的吸热致冷端安装在一模型“亭子”或“楼阁”的顶端，用铜或铝或合金的薄片制成的吸热致冷端的吸热片就做成“亭子”或“楼阁”的顶，它的放热端在下面，装有一水箱，将前面制取的冷水流入水箱作冷却水，可以用流出的水形成一模型“瀑布”流入“亭子”或“楼阁”旁的小溪或池塘。

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