基於相變蓄冷和半導體製冷的太陽能小屋的製作方法

2023-10-18 01:51:34

本實用新型屬於製冷裝置領域，具體涉及基於相變蓄冷和半導體製冷的太陽能小屋。

背景技術：

半導體製冷片相當於一個熱傳遞的工具，當一塊P型半導體材料和一塊N型半導體材料聯結成的熱電偶對中有電流通過時，兩端之間就會產生熱量轉移，熱量就會從一端轉移到另一端，從而產生溫差形成冷熱端。但是由於半導體自身存在電阻，當電流經過半導體時就會產生熱量，從而會影響熱傳遞。兩個極板之間的熱量也會在半導體內部進行逆向熱傳遞或散失在空氣中。當冷熱端達到一定溫差，這兩種熱傳遞的量相等時，就會達到一個平衡點使得正逆向熱傳遞相互抵消，此時冷熱端的溫度就不會繼續發生變化。在實際應用中，可以在製冷片冷熱兩端加裝散熱片和風扇提高製冷制熱的效率。

在半導體製冷逐步應用於冰箱，元器件(如CPU)製冷等方面之後，人們開始更多地考慮將其應用於椅子和床等可以給人們帶去舒適感的產品之中，不同樣式的製冷椅，製冷床也被研究人員們設計出來。由於密度的原因，冷空氣自然向下，熱空氣自然向上，目前已經設計出的製冷椅或者製冷床需要加裝一些特殊的裝置或者結構將冷量送至椅面或者床面，這會導致結構的複雜以及更多的能量消耗。半導體的製冷效率目前還比較低，研究水平還局限於半導體製冷的材料,最大製冷量和最大製冷效率。

相變儲熱利用材料的相變潛熱來實現能量的儲存和利用，是緩解能量供求雙方在時間、強度及地點上不匹配的有效方式。根據相變形式的不同，相變材料可分為固-固相變、固-液相變、固-氣相變和液-氣相變這四類，可以依據不同的研究背景靈活選擇。

太陽能電池板的光電轉換效率低於20％，發電量十分有限，如何合理利用這一部分電能也有待解決。倘若無法有效地利用，便會增大所需求的太陽能板面積，進一步造成鋪設太陽能板的困難或者需要鋪設性能更為良好的太陽能電池板，使得產品的經濟性降低。除此之外光電轉換效率隨著板面溫度的升高效率還會進一步地降低。研究表明當溫度每升高一度，太陽能電池板的輸出功率下降大約0.7％。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服上述不足，提供一種基於相變蓄冷和半導體製冷的太陽能小屋，夜間儲存冷量，白天釋放冷量，從而達到節能減排的目的。

為了達到上述目的，本實用新型包括小屋構架，小屋的屋頂面上設置有相變蓄冷裝置，相變蓄冷裝置上設置有連接蓄電池的太陽能板；

所述相變蓄冷裝置包括呈回型的冷端風道，冷端風道上部設置有熱端風道，冷端風道的首端為通入外界的第一進出風口，末端為通入小屋內的第二進出風口，第一進出風口和第二進出風口上均設置有用於改變冷端風道內風流通情況的葉片，冷端風道內設置有若干組裝有相變蓄冷劑的翅片管，相鄰的翅片管通過膠皮管連通，每組翅片管首端設置有具有散熱風扇的半導體製冷片組，散熱風扇置於熱端風道內。

所述太陽能板下方設置有蛇管，蛇管通過管道與冷端風道連接。

所述半導體製冷片組包括固定在冷端風道上的第一扇熱翅片，以及置於冷端風道內的第二散熱翅片，第二散熱翅片與第一扇熱翅片間設置有半導體製冷片，第一扇熱翅片上設置有散熱風扇，第一扇熱翅片和散熱風扇置於熱端風道內。

所述熱端風道通過連接管連接小屋的下部。

所述熱端風道上設置有蓋板。

所述冷端風道內設置有若干風道內風扇。

所述散熱風扇為抽風型風扇。

與現有技術相比，本實用新型通過葉片調節冷端風道與外界是否連通，並通過半導體製冷片組與熱端風道配合，對小屋內的溫度進行調節，該小屋主要利用來自夜間的冷量和白天太陽能電池產生並儲存在蓄電池的電能使相變蓄冷介質凝固，此時太陽能電池板頂蓋打開加快半導體製冷片熱端的散熱。在白天通過通風使得蓄冷劑融化，對風進行降溫以達到吹冷風製冷的效果；該小屋結構也可用於冬季制熱，此時冷端風道、熱端風道中的風向與小屋內製冷相反，將熱端風道中的熱量對風進行升溫以達到吹風制熱的目的，與此同時，將多餘熱量輸送至冷端風道進行升溫，保證較高的制熱效率。

進一步的，本實用新型冷端風道與蛇管相連，使冷風道中的部分冷量流入太陽能電池板底部鋪設的蛇管中對太陽能底板降溫，提高發電的效率。

進一步的，本實用新型連接管設置在小屋下部，能夠使熱空氣從連接管進入熱端風道中，提高製冷和制熱效率。

進一步的，本實用新型的冷端風道內設置有若干冷端風道風扇，能夠加快空氣在冷端風道中的流速，提高製冷效率。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型相變蓄冷裝置的示意圖；

圖3為本實用新型半導體製冷片組的示意圖；

圖4為本實用新型製冷時或夜間空氣進入冷端風道的冷端風道風向示意圖；

圖5為本實用新型夜間空氣進入冷端風道後使相變蓄冷劑凝固時的冷端風道風向示意圖；

其中，1、太陽能板；2、蛇管；3、蓋板；4、熱端風道；5、冷端風道；6、屋頂面；7、小屋構架；8、連接管；9、蓄電池；10、第一進出風口；11、葉片；12、半導體製冷片組；13、翅片管；14、膠皮管；15、風道內風扇；16、管道；17、第二進出風口；18、散熱風扇；19、第一散熱翅片；20、半導體製冷片；21、第二散熱翅片。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

參見圖1、圖2和圖3，本實用新型包括小屋構架7，小屋的屋頂面6上設置有相變蓄冷裝置，相變蓄冷裝置上設置有連接蓄電池9的太陽能板1，太陽能板1下方設置有蛇管2；

相變蓄冷裝置包括呈回型的冷端風道5，冷端風道5通過管道16與蛇管2連接，冷端風道5上部設置有熱端風道4，熱端風道4通過連接管8連接小屋的下部，熱端風道4上設置有蓋板3，冷端風道5的首端為通入外界的第一進出風口10，末端為通入小屋內的第二進出風口17，第一進出風口10和第二進出風口17上均設置有用於改變冷端風道內風流通情況的葉片11，冷端風道5內設置有若干組裝有相變蓄冷劑的翅片管13和若干風道內風扇15，相鄰的翅片管13通過膠皮管14連通，每組翅片管13首端設置有具有散熱風扇18的半導體製冷片組12，散熱風扇18置於熱端風道4內。

半導體製冷片組12包括固定在冷端風道5上的第一扇熱翅片19，以及置於冷端風道5內的第二散熱翅片21，第二散熱翅片21與第一扇熱翅片19間設置有半導體製冷片20，第一扇熱翅片19上設置有散熱風扇18，第一扇熱翅片19和散熱風扇18置於熱端風道4內。

優選的，散熱風扇18為抽風型風扇。

參見圖4和圖5，夏季中小屋的製冷工作情況，具體如下：假設所在地區一天內最低溫度為凌晨兩點。凌晨兩點時，先讓外界空氣通過第一進出風口10充分通入冷端風道5中，然後葉片11從縱向轉動至橫向，使冷端風道5相對外界為封閉空間，空氣在冷端風道5內循環流動，流動情況如圖5所示，若溫度達不到相變蓄冷劑凝固點以下，則開啟半導體製冷片組12使其工作，利用白天太陽能板1儲存在蓄電池9中的電量將空氣進一步製冷，使翅片管13內的相變蓄冷劑冷卻凝固，保溫。

太陽升起後，太陽能板1開始發電，並將電能儲存在蓄電池9中。

一天中需要進行室內製冷時，將冷端風道5內葉片11從橫向變為縱向，同時開啟風道內風扇15，使冷端風道5內空氣流通情況如圖4所示，外界空氣被冷端風道5內部的半導體製冷片組12和裝有相變蓄冷劑的翅片管13冷卻後吹入小屋構架7內部，同時小屋內底部部分空氣通過連接管8流入半導體製冷片的熱端風道4將多餘冷量用於熱端散熱，提高半導體製冷片20冷端製冷效果。半導體製冷片20熱端風道上方蓋板3打開，加裝在散熱翅片19上方的散熱風扇18加速熱端的散熱，提高製冷效果。

冷端風道5內一部分冷空氣流入位於太陽能板1下方的蛇管2中，使太陽能板1降溫提高太陽能板發電效率。

若小屋構架7內的製冷量不夠，可以同時開啟半導體製冷片及其附件12使其工作，使冷端風道5中流動的空氣進一步降溫後再吹入小屋構架7中。

冬季中小屋的制熱工作情況，具體如下：將太陽能板1發出的電能儲存在蓄電池9中。需要進行小屋內製熱時，先將半導體製冷片熱端風道上方蓋板3蓋在熱端風道4上，利用儲存在蓄電池9中的電量使半導體製冷片組12工作，外界空氣經熱端風道伸出蓋板部分進入熱端風道4中，半導體製冷片20熱端粘連散熱翅片19使空氣升溫後通過位於小屋內下部的一個熱端風道與小屋內部連接管8流入小屋構架7中。同時小屋內頂部空氣通過第二進出風口17流入半導體製冷片冷端風道5將多餘熱量用於加熱半導體製冷片冷端，提高半導體製冷片熱端制熱效果。