专利名称：一种利用土壤进行换热的太阳能半导体水冷空调系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空调系统，它是将太阳能转换成电能后利用半导体热电堆进行制冷/制 热，产生的热量/冷量由土壤热交换器提供的接近恒温的循环水带走，实现室内温度保持人体 舒适的一种利用土壤进行换热的太阳能半导体水冷空调系统，属于太阳能制冷与制热技术领 域，也属于新能源或者可再生能源技术领域。
背景技术：
随着一次能源消耗量的不断增大和化石能源的日益匮乏，新能源、可再生能源的发展日 益得到人们的重视。20世纪90年代末开始全球性禁止使用CFCs物质，以节能紧迫性和环保迫 切性为背景，新材料和其他相关技术的渗透和促进，为热电空调提供新的发展机遇和动力。 热电空调能有效控制被调节房间的温度，满足房间制冷制热的要求，向且没有压缩机和制冷 剂，具有控制方便、运行可靠、可根据负载情况灵活配置，属于完全绿色环保型空调。中国 实用新型专利CN200961920公开了一种热电空调单元及具有该热电空调单元的热电空调器，热 电空调单元设有热电组件和热交换器，用传热水箱散热，提高热电空调单元及使用该热电空 调单元的热电空调器的能效比。中国实用新型专利CN2478007公开了一种人阳能空气调节机， 采用半导体制冷器制冷，利用太阳能光电板直流电向半导体制冷块供电，也通过循环水散热， 在实际使用中，由于热电单元的热流密度大，循环水升温较快，使工作时间长以后效率降低。 中国发明专利CN1587868A公开了一种太阳能半导体空调系统，结构比水冷简单，但效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用土壤进行换热的太阳能半导体水冷空调系统，该空调可以 为小型室内空间(如岗亭等容纳1至3人的非开放式工作场所)制冷制热，夏季室内空调温 度在16 26'C之间，冬季室内空调温度在15 24'C之间可调。
本发明的技术方案如下
一种利用土壤进行换热的太阳能半导体水冷空调系统，包括太阳能光电转换器l,控制器 4，蓄电池5、半导体水冷空调器3，所述的半导体水冷空调器含有风扇、水冷槽12、半导体 水冷空调器进水管6、半导体水冷空调器出水管7、翅片散热器10和半导体热电堆15，半导 体水冷空调器进水管和半导体水冷空调器出水管分别与水冷槽的进口 13和水冷槽的出口 14 相连，其特征在于该太阳能半导体水冷空调系统还含有设置在地下的土壤热交换器8和循 环水泵9，所述土壤热交换器的进水口与半导体水冷空调器出水管相连，土壤热交换器的出 水口与半导体水冷空调器进水管相连，所述的循环水泵设置在半导体水冷空调器进水管或半 导体水冷空调器出水管上；从半导体热电堆制冷时的热端/制热时的冷端流出的水经过土壤热 交换器换热，通过水泵提升进入水冷槽，在水冷槽中被半导体加热/冷却后进入土壤热交换器循环。
本发明的技术特征还在于所述的水冷槽12、翅片散热器和半导体热电堆均分两排排列， 且对称布置，由外到内依次为水冷槽12、半导体热电堆15和翅片散热器10;半导体热电堆 制冷时的热端或制热吋的冷端与水冷槽接触，制冷时的冷端或制热时的热端与翅片散热器接 触，接触面涂抹有导热硅脂，在翅片散热器与水冷槽之间的空隙内填充有保温隔热棉11。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明所提供的一种利用土壤进 行换热的半导体水冷空调系统节能环保，易于维修。由太阳能提供电源，不需要外接电源， 特别适合在无电网的户外使用。制冷工况下，在室外温度为35'C左右的条件下，室内温度可 以稳定在20。C左右，制冷系数为3.6;制热工况下，在室外温度为3。C左右时，室内温度可 以稳定在32'C，供热系数为4.5。半导体热电堆的连接方式方便改动，以适应太阳能所能提 供的电功率人小和不同的制冷制热量需求。制冷制热效果好，土壤热交换器提供的接近恒温 的循环水作为吸热或放热介质，比空气有更大的导热系数和比热。
图1为利用土壤进行换热的半导体水冷空调系统示意图。 图2为本发明系统中半导体水冷空调器结构示意图。 图3为本发明空调设备中的水冷槽半剖图。
图中l一太阳能光电转换器；2 —制冷/制热空间；3 —半导体水冷空调器；4一控制器； 5 —蓄电池；6 —半导体水冷空调器进水管；7 —半导体水冷空调器出水管；8 — 土壤热交换器； 9一循环水泵；10 —翅片散热器；11—保温隔热棉；12 —水冷槽；13 —水冷槽的进口； 14一水 冷槽的出口； 15 —半导体热电堆；16 —导线；17 —水冷槽流道。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的原理、工作过程和具体实施方式
作进一步的说明。
图l是本发明的系统示意图，包括太阳能光电转换器l，控制器4，蓄电池5，半导体水 冷空调器3，半导体水冷空调器进水管6、半导体水冷空调器出水管7、设置在地下的土壤热 交换器8以及循环水泵9。 土壤热交换器的进水口与半导体水冷空调器出水管相连，土壤热 交换器的出水口与半导体水冷空调器进水管相连；循环水泵设置在半导体水冷空调器进水管 或半导体水冷空调器出水管上；从半导体热电堆制冷时的热端/制热时的冷端流出的水经过土
壤热交换器换热，通过水泵提升进入水冷槽，在水冷槽中被半导体加热/冷却后进入土壤热交 换器循环。
太阳能光电转换器i由多块多晶硅电池板组成，设置于室外；多晶硅电池板采用串联或 者并联方式，从而提供不同的充电屯压和系统工作电压。当太阳能光电转换器l产生电量充
足时，直接给半导体空调设备供电，并将多余电量储存于蓄电池5;当太阳能光电转换器l
产生的电量不足，那么由蓄电池5给半导体水冷空调器供电。控制器4自动或手动控制蓄电池5的充放电和半导体水冷空调器的开关与负荷调节。自动调节空调设备的负荷过程如下 当空调设备刚开始工作时，控制器4将所有半导体热电堆15接通电路，使制冷/制热空间2 尽快降温Z升温；当制冷/制热空间2的温度达到了设定值，则控制器4减少半导体热电堆15 的工作个数或降低半导体热电堆的工作电压来调节制冷量，以维持室温恒定；当制冷/制热空 间2的温度高于/低于设定值，则控制器4增加半导体热电堆15的工作个数或升高半导体热 电堆的工作电压，以降低/升高室温。
图2为半导体水冷空调器结构示意图，该半导体水冷空调器含有风扇、水冷槽12、翅片 散热器10和半导体热电堆15，所述的水冷槽、翅片散热器和半导体热电堆均分两排排列， 且对称布置，由外到内依次为水冷槽12、半导体热电堆15和翅片散热器10;半导体热电堆 制冷时的热端或制热时的冷端与水冷槽接触，制冷时的冷端或制热时的热端与翅片散热器接 触，接触面均匀涂抹有导热硅脂，在翅片散热器与水冷槽之间的空隙内填充有保温隔热棉11。 这种结构布置风扇出风气流流程短、换热均匀，以降低传热温差，增强换热效果，增大系统 制冷/制热效率。根据实际负荷的不同可以选择不同数量的半导体热电堆15。在控制器4中 可以通过控制半导体热电堆导线16的连接方式改变半导体热电堆15的串并联，以方便调节 半导体热电堆热负荷。在水冷槽12、翅片散热器10中间没有布置半导体热电堆15的空间中 填充保温隔热棉ll，以减少平导体热电堆热端向冷端的热量传递，使半导体热电堆冷端维持 更低的温度。
图3为水冷槽的半剖图，循环水从水冷槽的出水口 14流出，经土壤热交换器8与土壤进 行热交换后，再经循环水泵9从半导体水冷空调器进水管6经过水冷槽的进口 13进入水冷槽 12后，沿着分为四路的水冷槽流道17流动，与水冷槽12进行热交换，再由水冷槽的出口 14 流到半导体水冷空调器出水管7，循环往复，土壤热交换器8不断与土壤进行热交换。该空 调系统中半导体热电堆在制冷时产生的热量或制热时产生的冷量由循环水带走。
系统制冷/制热功能的切换由电流方向的改变来实现。在控制器4中，改变电源的正负极 性，就可以立刻切换半导体水冷空调系统的制冷/制热功能。
权利要求
1.一种利用土壤进行换热的太阳能半导体水冷空调系统，包括太阳能光电转换器(1)，控制器(4)，蓄电池(5)、半导体水冷空调器(3)，所述的半导体水冷空调器含有风扇、水冷槽(12)、半导体水冷空调器进水管(6)、半导体水冷空调器出水管(7)、翅片散热器(10)和半导体热电堆(15)，半导体水冷空调器进水管和半导体水冷空调器出水管分别与水冷槽的进口(13)和水冷槽的出口(14)相连，其特征在于该太阳能半导体水冷空调系统还含有设置在地下的土壤热交换器(8)和循环水泵(9)，所述土壤热交换器的进水口与半导体水冷空调器出水管相连，土壤热交换器的出水口与半导体水冷空调器进水管相连，所述的循环水泵设置在半导体水冷空调器进水管或半导体水冷空调器出水管上；从半导体热电堆制冷时的热端/制热时的冷端流出的水经过土壤热交换器换热，通过水泵提升进入水冷槽，在水冷槽中被半导体加热/冷却后进入土壤热交换器循环。
2.按照权利要求l所述的一种利用土壤进行换热的太阳能半导体水冷空调系统，其特征 在于所述的水冷槽(12)、翅片散热器和半导体热电堆均分两排排列，且对称布置，由外到 内依次为水冷槽(12)、半导体热电堆(15)和翅片散热器(10);平导体热电堆制冷时的热 端或制热时的冷端与水冷槽接触，制冷时的冷端或制热时的热端与翅片散热器接触，接触面 涂抹有导热硅脂，在翅片散热器与水冷槽之间的空隙内填充有保温隔热棉(11)。
全文摘要
一种利用土壤进行换热的太阳能半导体水冷空调系统，该空调系统可以为小型室内空间制冷/制热以提供人体所需的舒适温度。该系统含有太阳能光电转换器、控制器、蓄电池、半导体水冷空调器和土壤热交换器。半导体水冷空调器包括风扇、进出水管、水冷槽、翅片散热器和半导体热电堆。利用太阳能电池提供直流电，半导体热电堆在制冷时产生的热量或制热时产生的冷量由循环水带走。土壤热交换器提供半导体制冷/制热时的热端/冷端的循环水；该空调系统工作效率高，可为小型室内空间(如岗亭等容纳1至3人的非开放式工作场所)制冷/制热，夏季室内空调温度在16～26℃之间，冬季室内空调温度在15～24℃之间可调。
文档编号F25B21/02GK101319808SQ20081011615
公开日2008年12月10日 申请日期2008年7月4日 优先权日2008年7月4日
发明者徐立珍, 彦 李, 陈昌和, 黄琪薇 申请人:清华大学