论文总字数：22089字

摘 要

海岛地区风力资源充足而淡水资源匮乏，可以采用风力发电联合淡水制取系统，利用来自风力机的电能进行热电制冷，接着将制取的冷量冷凝海风产水，在充分利用风力资源的同时制取淡水来缓解淡水缺乏的问题。

但是，在该系统中，随着相对湿度的变化，对冷量的需求也随之变化，导致部分冷量被浪费。为实现能量的高效利用，减少多余资源的存在，降低设计成本，本文在考虑相对湿度的日变化规律后，设计了热电半导体制冷器，同时利用相变材料的储能优势，设计了相变储能调冷系统。在需求冷量少时将多余的冷量进行蓄存，在需冷量多的时候释冷，协调了冷量供求关系，避免了浪费。为保证热电制冷器的正常运行，设计了相变调热器，充分散热，维持热电制冷器热端温度的稳定。通过验证，本文所述系统设计具有可操作性，经济效益好。

关键词：海岛风 半导体制冷 相变材料 蓄冷 蓄热

ABSTRACT

The island area is rich in wind power and scarce in fresh water resources. Wind power combined with fresh water production system can be used to make thermoelectric refrigeration by utilizing electric energy from wind turbines. Then the produced cooling capacity can be condensed into sea wind-produced water to make fresh water to alleviate the shortage of fresh water while making full use of wind resources.

However, in this system, with the change of relative humidity, the demand for cold energy also changes, which results in part of the cold energy being wasted. In order to realize high-efficiency utilization of energy, reduce the existence of excess resources and reduce design cost, a thermoelectric semiconductor refrigerator is designed in this paper after considering the daily variation of relative humidity. At the same time, the phase change energy storage and cooling system are designed by using the advantages of phase change materials. To store the excess cold when the demand is low and to release it when the demand is high, which coordinates the supply and demand relationship of cold and avoids waste. In order to ensure the normal operation of thermoelectric cooler, phase change heat regulator is designed to dissipate heat sufficiently and maintain the temperature stability of the hot end of thermoelectric cooler. Through verification, the system design described in this paper is operable and has good economic benefits.

Keywords: Island wind; Semiconductor refrigeration; Phase change material; Cold storage; Thermal storage

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的及意义 1

第二章 冷凝产水设计 3

2.1 蒸气冷凝 3

2.1.1纯蒸气冷凝 3

2.1.2蒸气含不凝气体的冷凝 4

2.2 设计过程 4

第三章 热电制冷器设计 7

3.1半导体制冷原理 7

3.2 研究现状及应用 9

3.3 半导体制冷工况的设计 11

3.3.1计算工况 11

3.3.2参数设计 11

3.3.3 半导体热电制冷箱体的设计 14

第四章 相变蓄冷和蓄热设计 15

4.1 相‌变‌储‌能‌材‌料 15

4.2相‌变‌蓄‌冷的原理及应用现状 16

4.2.1 蓄冷原理 16

4.2.2 蓄冷系统的相关结构 17

4.2.3研究及应用现状 19

4.3 相变蓄热的原理、研究及应用现状 20

4.3.1相变蓄热的原理 20

4.3.2相变蓄热的研究 20

4.3.3 应用现状 21

4.4调冷器和调热器的设计 21

4.4.1调冷器的设计 21

4.4.2调热器的设计 23

第五章 经济性评估分析 24

5.1成本估算 24

第六章 设计总结 25

6.1 设计小结 25

6.2 设计中存在的不足 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1研究背景

自古以来，人类生存必不可缺的关键因素之一是能源，然而在工业技术持续发展的推动下，污染和资源短缺等一系列问题严重影响了人类物质生活和精神生活的发展。为了解决污染和资源匮乏等一系列问题，研究者们在现有能源的开发、利用、再次利用到节约的众多方面，做出了不懈努力，同时将目光投向了清洁能源如风能、太阳能、氢能等清洁能源，取得了显著的成果。

但是目前，在风力发电中，“弃风”现象普遍存在于这种发电情况中，造成了突出的有关风能资源亏损问题的情况，这种情况在电价较高的风力发电中十分严重。为了使风力资源浪费情况减少，考虑到海岛地区的淡水不足的情况，利用海风中的高湿度，组合风力发电与冷凝产水，可以在充分利用海风资源的同时，缓解海岛淡水不足的情况。

不可否认的是，在该风力发电联合淡水制取的系统中，存在能量供需之间时空不协调的矛盾，产生了不能充分利用能量的问题。处理该问题的有效手段是采用储能技术，这是是广义热能系统优化的重要手段 ^[1-2]。在这种问题中，结合实际情况，使用储能技术中的热能储存，解决问题能力较好。而在热能储存之中，主要方式有利用显‌热、潜‌热和化‌学反‌应三种。被称为相‌变蓄‌热的潜‌热储‌热，在实际运用中，优点突出于显热和化学反应储热，对于能源利用方面起着极为关键的作用，有力地提高了能源使用率。本课题的热能储存采用相变储能技术。

1.2研究目的及意义

长期以来，淡水资源分布不均匀严重制约了地区的生产生活发展。而海岛地区因其与同纬度大陆相比的降水量少、蒸发量大、地下水储存条件差等原因，淡水缺乏问题更加严重。但是海岛有着丰富的风能资源，结合海风中含有的高湿度，可以通过冷凝结露法将海风中的水分捕获，而这过程中所需的能量由风能提供。通过对比各种制冷技术的优缺点，最后选取半导体制冷技术：无制冷剂，污染小、运行稳定噪声小、调节制冷量方式简单、适应性好，可做成多种形状、可以自由调节制冷功率等优点^[3-7]。当然，因为海风的湿度有随机性，会造成制冷的浪费，所以加入了储能调冷系统，对多余的能量进行储存；在需要能量时进行补充，有效地提高能量的利用率。

请支付后下载全文，论文总字数：22089字