一種可逆電流的半導體制冷加熱一體化裝置的制作方法

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本發明涉及一種可逆電流的半導體制冷加熱一體化裝置，利用光伏發電和半導體制冷原理實現加熱和制冷功能，屬于新能源技術領域。

背景技術：

隨著科學技術的迅猛發展，半導體致冷器件的材料體系、摻雜種類與濃度、制造工藝等技術性難題被攻破。在國內已有陶瓷工藝方法制備半導體制冷材料的技術，據鑒定，通過該技術研制的材料性能指標處于國際先進水平。如今技術的發展使半導體制冷的優勢重新顯現出來。半導體制冷是一種固體制冷方式，它是靠空穴和電子在運動中直接傳遞熱量來實現的。與壓縮機制冷系統相比，沒有機械轉動部分，無需制冷劑，無噪聲，無污染，可靠性高，壽命長，而且可電流反向加熱，易于恒溫控制等等。由于元件本身性能得到改進，以前認為是不可能應用這一技術的冷凍箱及100l以上的冷藏箱，如今也能應用了。半導體冷藏柜等產品在數十年前還只是一個夢想，現在已完全進入到了實用階段。不過半導體制冷突出的優勢，還在于可實現微小型制冷，功率可做到1w以下，且極輕極小(<50ram3，<1g)，傳統的機械式壓縮制冷難以替代。比如現在半導體激光器和個人電腦的cpu冷卻系統中已經開始應用這一技術。半導體制冷在許多特殊應用領域具有廣闊的應用前景。

此外，半導體制冷器件可以用來制作其他許多小家電產品，如帳內小空調、汽車小空調、冷暖機、除濕器、冷飲杯、制冰機、冷暖飲水機、冷暖床墊、空調椅、魚缸水溫調節器、各類芯片制冷器等。

半導體制冷片圖冊半導體制冷片作為特種冷源，在技術應用上具有以下的優點和特點：

1）不需要任何制冷劑，可連續工作，沒有污染源沒有旋轉部件，不會產生回轉效應，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易；

2）半導體制冷片具有兩種功能，既能制冷，又能加熱，制冷效率一般不高，但制熱效率很高，永遠大于1，因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統和制冷系統；

3）半導體制冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實現高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統；

4）半導體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達到最大溫差；

5）半導體制冷片的反向使用就是溫差發電，半導體制冷片一般適用于中低溫區發電；

6）半導體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯的方法組合成制冷系統的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍；

7）半導體制冷片的溫差范圍，從正溫90℃到負溫度130℃都可以實現。

太陽能光伏發電技術在國內已經產業化，由于2012年歐美對中國光伏產業相繼進行“雙反”調查，對中國光伏產業產生了巨大的打擊。目前國內正在積極拓展國內市場，若將上述的半導體技術與光伏發電技術形成全新的產品，一方面可以滿足各類制冷、加熱行業的需求，另一方面可以適當的推廣國內光伏發電技術的市場。

技術實現要素：

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本發明一種可逆電流的半導體制冷加熱一體化裝置的目的是解決單個器件實現加熱和制冷雙功能的問題。

技術方案：一種可逆電流的半導體制冷加熱一體化裝置，包括光伏陣列（1）、dc/dc變換器（2）、控制器（3）、蓄電池（4）、電源開關（5）、切換開關（6）、半導體加熱與制冷器（7）、光伏陣列負極（8）。

所述光伏陣列（1）的電源輸出與dc/dc變換器（2）的輸入連接，dc/dc變換器（2）的輸出分為兩路輸出，dc/dc變換器（2）輸出一與電源開關（5）的輸入連接，dc/dc變換器（2）輸出二與蓄電池（4）的充電端口連接，控制器（3）的信號輸入端口與dc/dc變換器（2）的檢測端口連接，控制器（3）的輸出分別與dc/dc變換器（2）的控制端口、蓄電池（4）的控制端口以及切換開關（6）的控制端口連接，電源開關（5）的輸出與切換開關（6）的端口一連接，切換開關（6）的端口二與半導體加熱與制冷器（7）的電源端口一連接，切換開關（6）的端口三與半導體加熱與制冷器（7）的電源端口二連接，切換開關（6）的端口四與光伏陣列負極（8）連接。

一種可逆電流的半導體制冷加熱一體化裝置，其特征在于半導體加熱與制冷器（7）由半導體制冷加熱元件（7-1）、保溫層（7-2）、不銹鋼外罩（7-3）；半導體制冷加熱元件（7-1）由兩根電源線，不銹鋼外罩（7-3）安裝在導體制冷加熱元件（7-1）外面，銹鋼外罩（7-3）與導體制冷加熱元件（7-1）中間有0.5cm的間隙，間隙中填充保溫層（7-2）。

所述光伏陣列（1）由薄膜光伏電池構成，或者單晶硅光伏電池構成，輸出電能用導線與dc/dc變換器（2）的輸入連接。

所述dc/dc變換器（2）由直流-直流斬波器構成，用于將光伏陣列（1）的輸出電能轉換為符合蓄電池（4）的充電要求和半導體加熱與制冷器（7）的用電需求。

所述控制器（3）單片機構成，輸入端口采集dc/dc變換器（2）的電壓與電流，根據檢測信號，控制蓄電池（4）的充、放電狀態。控制器（3）還控制切換開關（6）的工作狀態。

所述蓄電池（4）由鉛酸免維護蓄電池構成。

所述電源開關（5）由普通開關構成，用于控制半導體加熱與制冷器（7）的通電或者斷電。

所述切換開關（6）由四個端口，端口一與端口二連接，并且端口三與端口四連接，此時電流方向為正向，半導體加熱與制冷器（7）工作在制冷狀態，當端口一與端口三連接，并且端口二與端口四連接，此時電流方向為反向，半導體加熱與制冷器（7）工作在加熱狀態。

所述半導體加熱與制冷器（7）由半導體制冷加熱元件（7-1）、保溫層（7-2）、不銹鋼外罩（7-3）；半導體制冷加熱元件（7-1）由兩根電源線，不銹鋼外罩（7-3）安裝在導體制冷加熱元件（7-1）外面，銹鋼外罩（7-3）與導體制冷加熱元件（7-1）中間有0.5cm的間隙，間隙中填充保溫層（7-2）

所述光伏陣列負極（8）用于返回電流，形成電路回路。

工作原理：光伏陣列（1）將太陽能轉換為直流電能，送至dc/dc變換器（2），dc/dc變換器（2）將電能轉換為滿足蓄電池（4）充電要求和半導體加熱與制冷器（7）用電要求。打開電源開關（5）后，直流電能經過切換開關（6）送至半導體加熱與制冷器（7），電流最后達到光伏陣列負極（8）端。控制器（3）控制切換開關（6）四個端口的接通或者斷開狀態，可以改變半導體加熱與制冷器（7）的電流方向，實現制冷或者加熱的功能。

有益效果，本發明具有以下優點：

（1）本發明使用光伏發電技術提供電能，實現制冷或者加熱功能，當光伏發電出現剩余時，剩余的電能送至蓄電池，系統穩定可靠。

（2）本發明改變供電電流的方向，實現制冷與加熱的切換，同一裝置可實現兩種功能，結構簡單、性能可靠。

（3）本發明采用半導體制冷原理，功率小，無任何有害氣體排放。

（4）本發明在結構、大小設計靈活，應用市場廣泛。

附圖說明

圖1為本發明結構制冷電流方向示意圖；

圖2為本發明結構加熱電流方向示意圖；

圖3為本發明的半導體加熱與制冷器示意圖；

圖4為本發明的切換開關端口示意圖。

圖中：1是光伏陣列、2是dc/dc變換器、3是控制器、4是蓄電池（4）、5是電源開關、6是切換開關、7是半導體加熱與制冷器、8是接地；7-1是半導體制冷加熱元件、7-2是保溫層、7-3是不銹鋼外罩。

具體實施方式：結合附圖1至圖4進一步對本發明解釋。