基于半导体原理的健身―发电―制冷一体化节能装置
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摘 要：当前我国健身已成为一种时尚，一种必需，健身器行业更是有着迅猛的发展。在国内，健身器能量回收技术一直处于理论阶段，极少数能够付诸行动，更别说投入市场。因此在国内存在一定的市场空缺，定会吸引不少投资者的目光。并且随着我国综合国力的不断提升，如何在科学发展观的指导下解决能源问题是我国需要面对的尖锐和紧迫的问题。因此，不论从国家宏观政策上还是居民思想观念转变上来看，本装置都具有非常广阔的市场前景。经过理论统计计算，全国2011年所有家庭共有健身器1644万套，假设每天健身2小时，将产生7.2亿度电能。取平均每度电0.8元，则年节省资金约为5.76亿元。每年减少碳排放量约为56.53万吨。本系统着眼于能源的回收再利用，对构建“环境友好型，资源节约型”社会有着重要的意义。
关键词：半导体制冷；能源回收；智能温控
一、国内外研究现状
众多关于全民健身的调查指出，我国全民健身路径正处于全面发展阶段，健身活动已由点到面逐步开来，愈来愈受到人们的热捧，这为健身器行业的发展开拓了道路。随着健身器材的普及，开发绿色能源回收式健身器将会是一项极具环保理念，符合构建“能源节约型，环境友好型”社会的举动。众多关于全民健身的调查指出，我国全民健身路径建设大致可分为三个阶段。健身活动已由点到面逐步开来，愈来愈受到人们的热捧，这为健身器行业的发展开拓了道路。为此，本课题团队着力于开发新型绿色能源回收式健身器，将健身所产生的能量转化为电能为人类服务，这样既经济环保，又实现了能量的再生。
随着我国经济的不断发展，文化交流不断加快，人民的健身需求不断提升。这种状况显然与人们日益增长的健身需求不相适应。作者通过对我国各大城市俱乐部现状的调查，了解其各个方面的内容，进行对比与分析，从而通过健身俱乐部引导市民善度余暇时间，促进群众体育的发展，推广终身体育，使其深入人心。
二、系统自身特色理念
众多关于全民健身的调查指出，我国全民健身路径正处于全面发展阶段，健身活动已由点到面逐步开来，愈来愈受到人们的热捧，这为健身器行业的发展开拓了道路。随着健身器材的普及，开发绿色能源回收式健身器将会是一项极具环保理念，符合构建“能源节约型，环境友好型”社会的举动。为此，本课题团队着力于开发新型绿色能源回收式健身器，将健身所产生的能量转化为电能为人类服务，这样既经济环保，又实现了能量的再生。
本产品利用健身自行车发电，将废弃能量回收并且带动半导体制冷片工作，提出了一套完备的健身发电制冷一体化系统设计方案。同时实现温度自动化控制，交流电转直流电等相关辅助功能。经过反复实际检测，在各个车轮转速下，该系统稳定性符合要求，发电制冷效率较高，具有较高的理论和实用价值。
据国家统计局统计：截止2011年全国城镇居民家庭每百户拥有健身器材为4.09套，城镇居民总户数为4.02亿。计算可得全国2011年所有家庭共有健身器1644万套（不包括健身俱乐部）。假设每套健身器每天工作两小时，回收能量0.1千瓦时，一年下来将节约6亿度电。因此，本项目的研发具有重要的现实意义，是未来健身器行业发展的大趋势。
此作品适用于所有热爱健身的人群，课题团队紧扣“节能减排”的中心思想，将健身车与发电机和半导体制冷片相结合，通过一套控制系统，把健身的机械能转化为电能，带动半导体制冷片工作。这样便可代替冰箱实现制冷的效果，在炎炎夏日喝上一杯冰爽的冷饮。符合现代节能减排，人性化的潮流。
三、核心技术及创新点
本装置基于半导体材料的Peltier效应，通过永磁发电机，将健身自行车产生的机械能转化为电能。经过整流稳压，将电能输出至半导体制冷片，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。
健身发电制冷一体化装置细部结构设计分为自行车永磁体发电装置、稳压整流温控电路和半导体制冷片双重制冷系统以及散热系统四个方面。通过实际测试，以正常速度健身将产生12V～15V的电压，通过稳压整流电路调制12V直流电供制冷片工作。有效节约了生活用电。
本装置的创新思路体现在以下几点：
1、将健身器产生的能量回收利用。
2、设计出一整套控制装置，不仅可以整流稳压而且实现温度智能化控制。
3、制冷水箱实现双重制冷作用，既高效又节约。
与传统健身器对比：
传统健身器仅仅作为健身用具，甚至还会增加能耗，无法实现节能减排的目的。而本装置基于半导体制冷原理，以人体机械能为能量来源，在满足用户健身的条件下，增加制冷的功能。低噪音，无排放，打造绿色健康生活。
四、临床试验数据
实验数据：
实验数据表示，在冷藏室内，一杯300ml的蒸馏水放入冷藏室，30分钟可降温4.1摄氏度。效果与冰箱的冷藏室接近。而储存在水箱中的4.5L饮用水可在1.5h内降温10摄氏度。同时，冷冻水箱和冷藏室的设计利用传热学原理，实现双重制冷，经济环保。
节能减排计算：
1、据统计，全国2011年所有家庭共有健身器1644万套，假设每天健身2小时，将产生7.2亿度电能。
2、取平均每度电0.8元，则年节省资金约为5.76亿元。
3、每年减少碳排放量约为56.53万吨。
功能实现及获取实验数据
通过合理设计，本装置最终取得圆满成效。实验数据表示，在冷藏室内，一杯300ml的蒸馏水放入冷藏室，30分钟可降温4.1℃。效果与冰箱的冷藏室接近。而储存在水箱中的4.5L饮用水可在1.5内降温10摄氏度。确保了饮用水及冷饮的降温冷冻功效。同时冷冻水箱和冷藏室的设计利用传热学原理，实现双重制冷。
五、总结概括
本产品利用健身自行车发电，将废弃能量回收并且带动半导体制冷片工作，提出了一套完备的健身发电制冷一体化系统设计方案。同时实现温度自动化控制，交流电转直流电等相关辅助功能。经过反复实际检测，在各个车轮转速下，该系统稳定性符合要求，发电制冷效率较高，具有较高的理论和实用价值。
参考文献
[1]段波，蔡明明，陈圣吉，郑阳，辛吴阔. 自行车发电系统的动态分析[N].2009，（4）.
[2]张承东，徐玉秀. 健身发电自行车研制及动态分析[J]. 能源与环境，2006，（3）.
[3]徐云，王德喜，杨磊.我国全民健身路径工程研究综述[N].乐山师范学院学报.2009，12.
[4]周志强.中国能源发展现状、趋势及对策[J].能源与环境，2008，（6）.
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