“挑战杯”申报书填写参考范本(科技发明制作B类)

“挑战杯”申报书填写参考范本（科技发明制作B类）改进型高效率温差电空调基本信息项目名称：改进型高效率温差电空调来源：第十一届“挑战杯”参赛作品小类：机械与控制大类：科技发明制作B类简介：本作品使用半导体制冷芯片作为空调的核心组件，因此在反应速度方面明显优于现有的压缩机空调。并且整机完全不包含制冷剂，安全环保，能耗低。正常使用情况下，只需要压缩机空调50%以下的电力消耗即可达到相同的制冷效果。本机在全马力输出时，噪声等级≤10dB。其噪声人耳无法察觉真正实现了空调机的无噪声运转。本设计首次将液体回路结构用于温差电空调，彻底解决了以往温差电空调不便于安装、破坏房屋整体装修结构的缺点，使得本设计成为了真正意义上可以用于民用领域的空调机设备。详细介绍：本设计利用温差电技术代替了现家用空调的利用压缩机产热传输的过程。本设计中温差电材料通电，使两侧温度上升或降低，经热量传导至容器内比热容很小的液体导热剂，再经导热液体的流动经热量传送到散热片出已达到对室内进行制热或制冷的过程。由于直接将温差片产生的热量经均匀涂在温差片上的导热硅胶传导到容器中的液体内，再经液体直接传到散热片上即完成了冷热交换。过程中热量传导充分，循环回路短，可将制冷或加热的效率大大提高且耗能少，同比将会节约60%的能耗。并且过程中没有压缩机或较大规模的叶轮扇工作，噪音量也将大大减少。随着国民经济持续稳定地增长，人们生活水平不断提高，人们对居住室内环境的要求也日益提高，再加上空调价格持续下跌，在大中城市里，原来在人们心目中属于奢侈品的空调也逐步走入了普通百姓家庭，成了家居必备用品。如果使用我们的产品，家用空调一项的耗电指标就可以降低200亿千瓦时以上，直接降低经济损失超过100亿元人民币以上。从而大大缓解我国的电力资源紧缺。作品专业信息设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标设计、发明目的：基于目前市场上采用压缩机制冷的空调存在的能耗高、效率低、噪音大、成本高等缺点，我们设计了这款高效率的温差电空调，用以弥补现有空调在能耗、制冷制热效率，噪音、成本等方面的缺陷。基本思路：现有家用空调之所以存在上述诸多缺点，其根源就在于现有主流空调制冷方式为压缩机循环制冷。在制冷系统中，压缩机作为制冷系统中重要的环节之一，其能量消耗非常大。通常情况下占到总能耗的25％~50％。所以要从根本上解决现有家用空调的这些问题，只有两种方法可供选用。一种是改进现有压缩机技术，但是现有压缩机技术已经处于成熟阶段，很难出现大的技术革新。第二种就是寻找一种替代品代替压缩机的功能。我们小组就是沿用第二种思路，利用半导体芯片的帕尔贴效应为空调提供冷热交换，取代压缩机。创新点：环保本作品由于使用半导体制冷芯片作为空调的核心组件，因此在反应速度方面明显优于现有的压缩机空调。并且整机完全不包含制冷剂，安全环保。能耗低正常使用情况下，只需要压缩机空调50%以下的电力消耗即可达到相同的制冷效果。无噪声本机在全马力输出时，噪声等级≤10dB。其噪声人耳无法察觉，真正实现了空调机的无噪声运转。实用性强本设计首次将液体回路结构用于温差电空调，彻底解决了以往温差电空调不便于安装、破坏房屋整体装修结构的缺点，使得本设计成为了真正意义上可以用于民用领域的空调机设备。技术关键：（1）利用环氧树脂将芯片和部分导热管以及导热硅胶进行包覆，使其绝热绝缘密封；（2）该工作芯片的冷热温差不能过高，否则会降低其效率（保证△T应小于15K）；（3）通过变压器对芯片两端的电压加以限制，提高效率（U为2.5伏时，致冷效率r达到4~5）；（4）使用大面积散热板，用于降低散热器与周围环境温差；（5）用于与外界传导热量的液体选用比热容小的常温稳定无害液体。主要技术指标（1）锗硅半导体温差电芯片堆，优值系数z≥3；（2）选用导热良好的导热硅胶对温度进行传导，导热系数为0.90；（3）整个管路循环系统与外界完全隔绝，热损比≤1%科学性、先进性现有家用空调绝大部分采用压缩机制冷，其功耗大，噪声大，效率低，且作为其制冷剂的氟利昂为有害物质，散入大气中会对大气造成严重破坏。如果使用氟利昂的替代品，如R22等，会使得生产及维护成本大幅上升。本设计利用温差电技术代替了现家用空调的利用压缩机产热传输的过程。本设计中温差电材料通电，使两侧温度上升或降低，热量传导至容器内比热容很小的液体导热剂，再经导热液体的流动将热量传送到散热片导出，以达到对室内空气进行冷热调节的目的。使用温差电组件制冷的空调，首先摆脱了对制冷剂的依靠，从而从根本上杜绝了有害物质对大气的破坏，其次，使用无毒无害的液体导热剂进行热量的传导，增强了空调运行的稳定性，降低了整个装机的重量，减小了整个设备的体积，节省了许多空间。没有压缩机的工作环境，使得本空调的工作噪音大幅下降，同时在保持原功率输出的情况下，可以降低80%的能耗，大大提高空调的能效，也就意味着没有损失冷热转换效率。目前为数不多的对温差电空调研究，如专利号为200520123945.9的设计中，仍然存在诸多缺陷，不能用于空调的产业化研发。上述专利设计的空调设备采用温差电技术，在每一个热传导单元上集成有四片温差片，共10组，将流动的气体加热或制冷，经过风机将热量传输出去，风机有纵横共14个叶轮扇组成。此过程中将空气加热为冷风或热风的时间较长，且空气经叶轮扇吹动大规模流动，使得热量损耗率较大，不能有效的提高效率，且带动40个温差片及14个叶轮扇所用的功耗较大，叶轮扇在快速转动中会产生大的噪音。本作品在设计中采用不到20个温差片单排或多排并列，直接将产生的热量传导至导热系数良好的液体中，由两个微型泵带动液体在管道中流动，流至散热片中进行热量交换，冷却或升温的液体继续回流到原容器中继续加热或制冷，此过程中导热剂充满容器管道及散热片的微型管中。由于直接将温差片产生的热量经均匀涂在温差片上的导热硅脂传导到容器中的液体内，再经液体直接传到散热片上即完成了冷热交换，过程中热量传导充分，循环回路短，可将制冷或加热的效率大大提高且耗能少，同比将会节约60%的能耗。且过程中没有压缩机或较大规模的叶轮扇工作，噪音量也将大大减少。最重要的一点是本设计不再使用氟利昂作为制冷加热的中间媒介产热或制冷，而是借助温差片的加热制冷，以及无害的液体导热剂来导热，不会对环境产生任何的污染，且能耗低。本设计兼具了压缩机式空调和已有的温差电空调的双重优点，基本达到了绿色环保节能空调的要求。参考文献[1]陈传涓，王如竹，夏再忠，胡金强瞬态平面热源法测量硅胶混合吸附剂导热系数。工程热物理学报，2008，29(5)：1-4[2]关于印发《公共建筑室内温度控制管理办法》的通知，发布日期：2008.06.25，实施日期：2008.07.01，建科[2008]115号，中华人民共和国住房和城乡建设部，2008年07月02日[3]韩宝琦，李树林制冷空调原理及应用。机械工业出版社，2002.6[4]亢雅君，殷立新热固性树脂[M]。1995，10(2):1-5[5]梁海波陶瓷工程。1998，32(2):18-20[6]沈晋明重症监护病房环境控制依据与实施[J]，洁净与空调技术，ContaminationControl&Air-ConditioningTechnology。2006年02期[7]田健，朱瑞琪，冯金科风冷变频制冷系统运行能耗分析与实验[J]，家电科技。2006年3期:1-2[8]王铁民，王泽深，林磊，张建中.《对温差电空调系统效率的探讨》[9]王铁民，马洪奎，陈学军，张昕琰，葛晓丽一种高功率温差电空调器[P]。中国专利:200520123945.9,2006.12.13[10]徐德胜半导体制冷与应用技术[M]。上海：交通大学出版社，l992,7.P41[11]朱国辉录音演播间的设计与实施[J]。音响技术，2007年01期[12]张翊中高粘度范围的标准粘度液—甲基硅油。上海大学机械电子与自动化学院，上海计量测试2006，33(5):22-24[13]英C•W•伊文思.胶管工艺学.1983.04第1版[14]G.A.Slack，inCRCHandbookofThermoelectrics，D.M.Rowe,Ed.(CRCPress,BocaRaton,FL,1995),P407.[15]G.S.Nolas.J.Sharp,H.J.Goldsmid，Thermoelectrics:BasicPrinciplesandNewMaterialsDevelopments(Springer-Verlag,NewYork,2001)[16]I-YuHuanga,Jr-ChingLinb,Kun-DianShea,Ming-ChanLia,Jiann-HengChencandJin-ShunKuob.Developmentoflow-costmicro-thermoelectriccoolersutilizingMEMStechnology.ElsevierB.V.2008.07[17]RecentDevelopmentsinThermoelectricity.Blatt.Science27October1967:524[18]Rematch,TheNationalSemiconductorRoadmap(SematechandSemiconductorIndustryAssociation,Austin,TX,1994).[19]ThermoelectricityatVeryLowTemperatures.MacDonald.Science10April1959:943-949获奖情况及鉴定结果2009年4月，华东理工大学第八届“奋进杯”大学生课外学术科技作品竞赛，二等奖2009年6月，第十一届上海市大学生学术科技作品竞赛，特等奖作品所处阶段中试阶段技术转让方式作品可展示的形式实物、产品、图纸、磁盘、图片、现场演示使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测技术特点和优势：本设计打破了传统空调使用压缩机制冷的常规做法，在现有温差电芯片制冷效率达到4~5的基础之上，利用温差电芯片替代传统压缩机制冷系统。不使用任何制冷剂，不污染大气，能耗降低50%以上，制冷反应速度提高80%，噪音≤10dB，体积减少30%，重量降低70%。技术及实用性均完全高于传统的压缩机制冷空调。适应范围：由于结构条件所限，目前温差电制冷空调还仅限于家用。也就是说，单个温差电空调制冷面积≤100㎡。但随着本产品的进一步改进，其适用面积将逐步提高，最终可以完全替代现有空调产品。市场分析及经济效益预测：本土电力资源紧缺来自国家电网的最新报告显示，全国出现拉闸限电的地区，已经从2003年的l2个省级电网扩大到21个，预计今后两三年内用电紧张局面将日趋严重。造成电力紧张的诸多原因中，居民家庭电器用电，特别是空调用电的大幅度增长不可忽视。仅家用空调一项年耗电量就达到400亿KW·H以上，超过电网负荷的30％。我国已经成为世界上电力消费第二大国，家用电器是耗能大户，推广节能产品，我们责无旁贷。2004年10月份，我国出台了《节能中长期专项规划》，这是我国制定的第一个节能中长期规划。规划中确定将开展十大重点节电工程，电机系统节能是重点工程之一。在2005年4月10日举行的“2005年中国家电变频技术与节约经济论坛”上，作为国内主推变频节能技术的30多个家电企业代表以及中国消费者协会、国家发改委等机构代表共同签名，号召社会使用节能家电产品。家电变频联盟同时成立。如果使用我们的产品，家用空调一项的耗电指标就可以降低200亿KW·H以上，直接降低经济损失超过100亿元人民币以上。住宅空调市场需求空间巨大1.我国空调远未普及。目前，我国住宅空调的普及率及人均住宅制冷量相对较低，我国经济发达地区的住宅平均制冷量也仅相当于日本、美国六七十年代的水平。随着国民经济持续稳定地增长，人们生活水平不断提高，人们对居住室内环境的要求也日益提高，再加上空调价格持续下跌，在大中城市里，原