CN102620368A

CN102620368A - 多功能太阳能制水保鲜空调装置

Info

Publication number: CN102620368A
Application number: CN2012101018677A
Authority: CN
Inventors: 朱群志; 崔云; 史昊杨
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明涉及一种多功能太阳能制水保鲜空调装置，太阳能电池板通过蓄电池充放电控制器与蓄电池组连接，蓄电池组通过蓄电池充放电控制器分别与引风机和制冷机连接，引风机送风口经冷凝室与保鲜室的冷空气进气口连接，保鲜室冷空气出气口一路通过导管与电池板背后的空气流道连接，另一路与室内相连通；冷凝室从空气中冷凝下来的水通过多层复合过滤器后流入集水箱。该装置使用太阳能作为动力来源，采用制冷机将空气冷却至露点，使空气中的水蒸汽被冷凝下来；除湿后的冷空气被充分利用，进入保鲜室满足食品储存的需要，并且，从保鲜室出来的冷空气一部分通入室内降低房间温度，起到空调的功能；另一部分用于冷却太阳能电池板提高电池的光电转化效率。

Description

多功能太阳能制水保鲜空调装置

技术领域

本发明涉及一种空调装置，尤其是一种太阳能制水保鲜空调装置。

背景技术

大气层作为地表水循环的中转站，储存着大量的水分。然而，地表上却有相当地区严重缺水。从空气中获取淡水，传统的方法是雨水收集，但该方法受到众多因素的限制，如天气状况、地域分布等。利用人工方法从空气中取水主要有两种途径：其一是采用结露法；其二是利用吸附材料。采用太阳能制冷结露法的空气制水装置，又可以分为两类：一是将太阳能转换为热能，利用热能制冷；二是将太阳能转换成电能，利用电能制冷。

目前市场上有一些空气制水装置，这些装置基本依靠常规电力作为动力，不适用于缺电地区。并且常规电力的获取常常是以燃烧化石能源为代价，化石能源的消耗给环境造成巨大压力。有些地区虽然比较缺水，但是空气湿度较大，例如西安市的年平均相对湿度可达66%，夏季平均湿度高达77%，因此可以从湿度较高的空气中制水。缺水地区通常地处偏远、经济不发达，没有常规电力，因此以太阳能为动力能源从空气制水是一种简便可行的缓解当地缺水问题的方式。

国内外在太阳能制水机方面基本处于理论研究阶段，实际成品很少。1994年，法国科学家Y. Jannot提出并制作了太阳能吸附式制冷结露法空气取水器，实验和计算结果表明，每天取水仅0.024 kg。该装置制水量低，甚至不能满足一个人一天的用水需求量。2003年，上海理工大学的叶继涛等人提出了一种太阳能半导体制冷结露法空气取水器，并进行了取水率的数值模拟，得出当太阳能电池的转化效率为35%时、每平方米电池板在标准辐照强度下每日制水量为2.56 kg。该装置的制水量虽然比吸附式制冷结露制水机好，但是由于半导体制冷能效不高的原因，单位电池板面积的制水量也不高。

水蒸汽从冷空气中冷凝下来后，冷空气直接排入大气。这部分排气温度比环境温度低，还可以进一步利用其冷量，提高整个装置的能量利用效率。但是在目前制水机的设计中，尚未见到有将该部分冷空气充分利用的装置。

目前公开的相关专利主要有：

中国专利号200620159515.7，多功能空气制水机，所要解决的是空气制水机的水过滤问题，系统的过滤装置采用反渗透膜过滤器，并且在通往冷凝器的进风道上依次设有空气过滤网和紫外线灭菌装置，并在风道的出风口设有臭氧发生器。其虽然在一定程度提高了水的洁净度，但投入较多，且依赖于常规能源，而且制水量不高，难以在真正缺水的地区推广。

中国专利号201020277379.8，一种空气制水机，提出了一种先将空气加热再进行冷凝的制水方法。将送风装置吸入的空气先加热，然后冷却为冷凝水，并通过过滤收集。该方法也是采用常规能源，提高了空气的温度，因此耗能相对较多。而且在空气湿度不高的干旱地区，提高空气进口温度并不能使制水量增加许多，只依赖常规能源作为动力来源，也限制了其推广的可能性。

发明内容

本发明是要提供一种多功能太阳能制水保鲜空调装置，该装置不仅能为用户提供清洁的水，而且不消耗常规电力，不受地域的限制；该装置使用太阳能作为动力来源，采用微型压缩机驱动的制冷机将空气冷却至露点，使空气中的水蒸汽被冷凝下来；除湿后的冷空气被充分利用，进入保鲜室满足食品储存的需要，并且，从保鲜室出来的冷空气一部分通入室内降低房间温度，起到空调的功能；另一部分用于冷却太阳能电池板提高电池的光电转化效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多功能太阳能制水保鲜空调装置，包括太阳能电池板，蓄电池充放电控制器，用于储存电能的蓄电池组，冷凝室，集水箱，保鲜室，其特点是：太阳能电池板通过蓄电池充放电控制器与用于储存电能的蓄电池组连接，蓄电池组通过蓄电池充放电控制器分别与引风机和冷凝室中的制冷机连接，引风机送风口经冷凝室与保鲜室的冷空气进气口连接，保鲜室冷空气出气口一路通过导管与电池板背后的空气流道连接，用于降低电池板的温度，提高电池板的转换效率，另一路与室内相连通，用于降低室内温度；冷凝器置于室外与空气接触，冷凝室从空气中冷凝下来的水通过多层复合过滤器后流入集水箱。

冷凝室四周包覆保温材料；保鲜室内装有铜管换热器，铜管换热器与引风机送风口连接，保鲜室四周包覆保温材料，以维持保鲜室的低温环境；保鲜室冷空气出气口通过百叶窗排风口与室内相连通；集水箱底部设有取水管和阀门水，集水箱顶部装有浮子金属片，浮子金属片与控制器连接；引风机进风口通过通道连接过滤器。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明使用太阳能作为动力来源，采用微型压缩机驱动的制冷机将空气冷却至露点，使空气中的水蒸汽被冷凝下来；除湿后的冷空气被充分利用，进入保鲜室满足食品储存的需要，并且，从保鲜室出来的冷空气一部分通入室内降低房间温度，起到空调的功能；另一部分用于冷却太阳能电池板提高电池的光电转化效率。

本发明采用了太阳电池板供电的微型压缩机制冷系统，不消耗常规电力。而且压缩式制冷循环的效率高，单位时间内的制水量大大提高。温度降低后的冷空气应用于多方面，既可用于食品保鲜，又可引入房间以降低房间的温度或者进入太阳能电池板背部通道以冷却电池板。整个装置集制水机、保鲜室和空调为一体，并可提高太阳能电池板的发电效率，冷量在装置内得到了梯级利用，提高了装置的能效。本发明提出的装置具有明显的创新，装置的应用前景十分广阔。

附图说明

图1是多功能太阳能制水保鲜空调装置系统图；

图2是多功能太阳能制水保鲜空调装置控制系统图；

图3是不同工况下的取水率图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1，2所示，本发明的多功能太阳能制水保鲜空调装置，包括太阳能电池板1、蓄电池充放电控制器2，用于储存电能的蓄电池组3，过滤器4，冷凝室11，多层复合过滤器12，集水箱13，保鲜室15等。

太阳能电池板1通过蓄电池充放电控制器2与用于储存电能的蓄电池组3连接，蓄电池组3通过蓄电池充放电控制器2分别与引风机6和冷凝室11中的制冷机7连接，引风机6送风口经冷凝室11与保鲜室15的冷空气进气口连接，保鲜室15冷空气出气口一路通过导管19与电池板背后的空气流道20连接，用于降低电池板的温度，提高电池板的转换效率，另一路与室内相连通，用于降低室内温度；冷凝器11置于室外与空气接触，冷凝室11从空气中冷凝下来的水通过多层复合过滤器12后流入集水箱13。

本发明采用太阳能作为动力能源，太阳能电池板1接受太阳辐射，将太阳能转换为电能。电能经由充放电控制器2，储存在蓄电池组3中。在引风机6的抽吸下，空气沿通道5进入本装置，通道入口处设置过滤器4，去除空气中灰尘等杂质。空气过滤器4采用凹槽可插式，密封性好，便于用户更换。采用制冷系数高、体积小的微型压缩式制冷机7。制冷机7的蒸发器10位于冷凝室11中，冷凝器10置于室外与空气接触。冷凝室11四周包覆保温材料。从空气中冷凝下来的水通过多层复合过滤器12后流入集水箱13。多层复合过滤器为13可拆卸，便于用户清洗和更换滤芯。由冷凝室11出来的冷空气被通到保鲜室15，经过铜管换热器16将冷量传递给保鲜室内空气，保鲜室15四周包覆保温材料17，以维持保鲜室的低温环境。从保鲜室15出来的冷空气被再次利用，一部分由导管19引至电池板背后的空气流道20，降低电池板的温度，提高电池板的转换效率。另一部分冷空气则由百叶窗排风口18进入室内。夏天时百叶窗排风口18打开，降低室内温度，起到空调的功能；冬天时则百叶窗排风口18关闭，保鲜室出来的冷空气全部流向电池板背后的空气流道20。

集水箱13底部引出取水管，由阀门14控制取水。装置配有控制器21。集水箱13顶部装有浮子金属片22，浮子金属片22与控制器21连接。控制器21包括装置开关、运行指示灯和水满报警指示灯。当开关闭合时，运行指示灯亮，装置开始运行。若集水箱水满，浮子金属片22在浮力的作用下向上移动，使运行回路断开、水满警示灯回路闭合，水满警示灯亮。

通过模拟计算，得出不同工况下太阳能制水保鲜空调装置的工作性能，见图3。

在环境温度为25℃，相对湿度为60%，单位面积的太阳能辐照强度为1000W/m³，电池板的功率为150W，每天工作8小时（日照时间加上蓄电池放电时间），每天可从空气中取水为：8*3600*0.46=11520g=11.52kg

经济性分析与应用前景：

与传统的空气制水机相比，本发明不使用常规电力，采用太阳能作为动力，具有空气制水、保鲜、空调等多种功能。本专利提出的装置体积较小、使用方便、能量利用率高，适用范围广，既可以用于日光充足、空气湿度相对较大的缺水地区，也可以在其它地区除湿制水。此外，本装置提供保鲜和空调等功能，可用于改善居民生活质量。

为了对不同淡水获取方式的经济性进行分析，选取了一个距陆地30公里的小岛为分析对象。岛上的环境参数为：环境温度25℃，空气相对湿度为60%，太阳能辐照强度为1000W/m²。太阳能电池板的功率为150W，太阳能电池每天工作8小时。表1给出了各种方式的规模、成本等特点。

表1 不同淡水获取方式特点

	每天产水量	产水成本	其它收益
				海水淡化	24吨	5元/吨	无
轮船运输	\	40元/吨	无
				本装置	20升	20元/吨	保鲜、空调用冷

由表1可见，海水淡化成本最低，约合5元/吨。但海水淡化装置的制水量大，一次性投入多，不适合人员较少的海岛或钻井平台。轮船运输的成本高，约合40元/吨，一次性运输的量较大，岛上需要额外建造淡水储存装置。采用本发明提出的装置，成本较低，并且装置规模可以根据淡水的需求量灵活配置。另外，本装置还可提供保鲜和空调等功能。

据相关资料，我国内陆有近16个省市缺水严重，缺水地区往往为偏远、经济不发达地区。我国沿海有常驻居民的岛屿就有460多个。此外，海上石油和天然气开发需要有大量的钻井平台，我国仅东海地区就有20余座。本装置在这些地方具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种多功能太阳能制水保鲜空调装置，包括太阳能电池板（1）、蓄电池充放电控制器（2），用于储存电能的蓄电池组（3），冷凝室（11），集水箱（13），保鲜室（15），其特征在于：所述太阳能电池板（1）通过蓄电池充放电控制器（2）与用于储存电能的蓄电池组（3）连接，蓄电池组（3）通过蓄电池充放电控制器（2）分别与引风机（6）和冷凝室11中的制冷机（7）连接，引风机（6）送风口经冷凝室（11）与保鲜室（15）的冷空气进气口连接，保鲜室（15）冷空气出气口一路通过导管（19）与电池板背后的空气流道（20）连接，用于降低电池板的温度，提高电池板的转换效率，另一路与室内相连通，用于降低室内温度；冷凝器（11）置于室外与空气接触，冷凝室（11）从空气中冷凝下来的水通过多层复合过滤器（12）后流入集水箱（13）。

2.根据权利要求1所述的多功能太阳能制水保鲜空调装置，其特征在于：所述保鲜室（15）内装有铜管换热器（16），铜管换热器（16）与引风机（6）送风口连接，保鲜室四周包覆保温材料（17），以维持保鲜室（15）的低温环境。

3.根据权利要求1所述的多功能太阳能制水保鲜空调装置，其特征在于：所述保鲜室（15）冷空气出气口通过百叶窗排风口（18）与室内相连通。

4.根据权利要求1所述的多功能太阳能制水保鲜空调装置，其特征在于：所述集水箱（13）底部设有取水管和阀门（14）水，集水箱（13）顶部装有浮子金属片（22），浮子金属片（22）与控制器（21）连接。

5.根据权利要求1所述的多功能太阳能制水保鲜空调装置，其特征在于：所述冷凝室（11）四周包覆保温材料。

6.根据权利要求1所述的多功能太阳能制水保鲜空调装置，其特征在于：所述引风机（6）进风口通过通道（5）连接过滤器（4）。