CN106592695B - 一种太阳能空气制水净化器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能空气制水净化器，它包括自动控制系统、太阳能供电系统、制水装置和净化处理装置，所述制水装置包括涡轮风机和由循环管道依次连接的压缩机、冷凝器和蒸发器，净化处理装置包括集水盘、蓄水箱和多级过滤器，集水盘设置在蒸发器的下方，蒸发器凝结的冷凝水经集水盘收集至蓄水箱，经过多级过滤器过滤成为纯净水流出；太阳能供电系统通过自动控制系统输送电能给制水及净化处理装置。上述空气制水净化器能够利用太阳能自动将含有水汽的空气冷凝并转化为生活饮用水，具有结构简单、能耗低、制水效率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及冷凝制水技术领域，尤其是一种利用太阳能的空气制水装置。
背景技术
空气制水器是利用制冷技术将蒸发器温度降至露点以下，潮湿空气经过蒸发器时会在表面凝结成水珠，汇集于水箱中，并通过多层净化后得到安全合格的饮用水。这项技术被认为是解决淡水资源短缺问题的有效方法之一，也是近年来国内外研究的热点。
市场上苏州品纯环保工程有限公司、济南福能达水技术开发有限公司等已研发出空气制水机。但是，目前研制出的空气制水设备普遍存在能耗高、出水效率低的缺陷，而且这些空气制水机只有手动排污口，给使用者带来诸多的不便。另外专利CN105369856A公开了一种智能空气制水器，该制水器主要由温湿度传感器、备用电源、GPS定位装置、电气控制系统、集水箱、热交换器、蒸发器、压缩机和冷凝器等构成。具有结构简单、制水方便等优点，但是也存在制水效率低，压缩机功率大的问题，且很难采用太阳能供电。又如专利CN105089103A公开了移动式太阳能空气取水系统，该专利包括过滤网、风机、回热器、凝水器、集水器、太阳能电池、蓄电池和斯特林制冷机等。能源完全由太阳能电池提供,具有结构紧凑、方便携带、在低温区的制冷效率高等优点。但是，斯特林制冷机功率小，制水量少，而且价格十分昂贵。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种太阳能空气制水净化器，能够利用太阳能自动将含有水汽的空气冷凝并转化为生活用纯净水，具有结构简单、能耗低、制水效率高的特点。
而其解决问题的技术方案如下：
一种太阳能空气制水净化器，包括自动控制系统、太阳能供电系统、制水装置和净化处理装置，所述制水装置包括涡轮风机和由循环管道依次连接的压缩机、冷凝器、和蒸发器；
所述净化处理装置包括集水盘、蓄水箱、自吸增压泵和多级过滤器，所述集水盘设置在蒸发器的下方并用于收集蒸发器凝结的冷凝水，集水盘通过水管连接至蓄水箱，蓄水箱中的冷凝水经多级过滤器过滤成为纯净水；
所述自动控制系统包括系统控制模块、湿度传感器、温度传感器、液位传感器，所述系统控制模块的输入端分别与设置在制水装置前端的湿度传感器和设置在蓄水箱内的液位传感器相连，所述系统控制模块的输出端分别与涡轮风机、压缩机、自吸增压泵连接；
所述太阳能供电系统包括太阳能电池板和蓄能逆变组件，太阳能电池板通过导线与蓄能逆变组件相连，蓄能逆变组件输出交流电连通至系统控制模块，系统控制模块供电给制水装置和净化处理装置。
上述太阳能空气制水净化器，所述多级过滤器包括前级水过滤器和超滤膜过滤器。
上述太阳能空气制水净化器，所述太阳能空气制水净化器还包括自动排污装置，所述自动排污装置包括排污电磁阀和与排污电磁阀连接的排污管，所述排污电磁阀包括蓄水箱排污电磁阀、前级水过滤器排污电磁阀和超滤膜过滤器排污电磁阀；所述蓄水箱排污电磁阀、前级水过滤器排污电磁阀和超滤膜过滤器排污电磁阀的前端分别与蓄水箱、前级水过滤器和超滤膜过滤器的排污口连接。
上述太阳能空气制水净化器，所述自动排污装置还包括污泥探测器，所述污泥探测器分别设置在蓄水箱、前级水过滤器和超滤膜过滤器的排污口处。
上述太阳能空气制水净化器，所述系统控制模块的输入端分别与设置在蓄水箱排污口、前级水过滤器排污口和超滤膜过滤器排污口的污泥探测器相连接，系统控制模块的输出端分别与蓄水箱排污电磁阀、前级水过滤器排污电磁阀和超滤膜过滤器排污电磁阀连接。
上述太阳能空气制水净化器，所述自动排污装置的工作过程包括如下步骤：
步骤a，超滤膜过滤器排污：系统控制模块启动自吸增压泵并开启超滤膜过滤器排污电磁阀，使超滤膜过滤器中带有污泥的水排出，关闭超滤膜过滤器排污电磁阀；
步骤b，前级水过滤器排污：开启前级水过滤器排污电磁阀，前级水过滤器排污后，停止自吸增压泵，关闭前级水过滤器排污电磁阀；
步骤c，蓄水箱排污：打开蓄水箱排污电磁阀，蓄水箱排污后关闭蓄水箱排污电磁阀。
上述太阳能空气制水净化器，所述蒸发器和冷凝器在所述涡轮风机的进风口一侧并排排列。
本发明采用太阳能电池板为空气制水净化器提供电源，能耗低，绿色环保；同时使用高效压缩机制冷，并由自动控制系统根据空气制水净化器系统功率、工作时间、蓄能逆变器组件的转换效率等计算出太阳能电池的功率，使系统功率与太阳能电池功率的合理配合，以满足空气制水净化器正常工作的需要。
本发明的自动化程度高，通过自动控制系统不仅能选取一天中湿度大的时段进行制水，有效提高制水量；还可以由用水量调节制水进程，有效做到以需定产，使能源利用最大化；同时空气制水净化器能够自动排污和化霜，在实现制水的智能化控制的同时提高了运行过程的安全性和高效性。本发明具有性能稳定、制水效率高、排污水少等优点，适用于在海岛、沙漠、水资源缺乏和水资源不合格的地区提供优质的饮用水。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1：为本发明的结构示意图。
附图标记说明
1.空气过滤网，2.湿度传感器，3.毛细管，4.干燥过滤器，5.蒸发器，6.冷凝器，7.涡轮风机，8.出风管道，9.集水盘，10.压缩机，11.蓄水箱，12.液位传感器，13.自吸增压泵，14.净水电磁阀，15.前级水过滤器，16.超滤膜过滤器，17.出水口，18.蓄水箱排污电磁阀，19.前级水过滤器排污电磁阀，20. 超滤膜过滤器排污电磁阀，21.太阳能电池板，22.蓄能逆变组件，23.系统控制模块，24.温度传感器。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
请参阅图1所示，本发明包括太阳能供电系统、自动控制系统、制水装置、净化处理装置和自动排污装置，所述制水装置下方设置净化处理装置，净化处理装置下方设置自动排污装置。所述制水装置包括罩体，罩体内设置空气过滤网1、涡轮风机7和由循环管道依次连接的压缩机10、冷凝器6、干燥过滤器4、毛细管3和蒸发器5，罩体前端的进风口处安装空气过滤网1和湿度传感器2，后端为涡轮风机7，涡轮风机7连接出风管道8。蒸发器5和冷凝器6在涡轮风机的进风口一侧依次并排排列。所述蒸发器和冷凝器均采用双层内螺纹铜管，增大与湿空气的接触面积，有利于气流的通过，从而提高制水效率。在空气流道上的蒸发器附近设置温度传感器24。制水装置的工作过程为：压缩机10运行排出高温高压的气体冷媒，冷媒进入冷凝器6放出热量，冷却变成低温高压的气体，然后通过干燥过滤器4过滤干燥、毛细管3截流变成低温低压的液体冷媒，冷媒在蒸发器蒸发吸收热量后回到压缩机变成低温低压的气体，如此循环往复。
所述净化处理装置包括集水盘9、蓄水箱11、自吸增压泵13、前级水过滤器15、超滤膜过滤器16、净水电磁阀14、出水口17，所述集水盘9设置在蒸发器5的下方，集水盘9通过水管连接至蓄水箱11上部的进水接口，蓄水箱11下部的出水口由水管路依次连接至自吸增压泵13、前级水过滤器15、超滤膜过滤器16、净水电磁阀14和出水口17，由蒸发器5凝结的冷凝水经集水盘9收集至蓄水箱11，并经过多级过滤成为纯净水由净水电磁阀14控制从出水口17流出。蓄水箱内设置液位传感器12，蓄水箱的底部呈漏斗状倾斜，最底部的漏斗口设有排污口。
所述自动排污装置包括污泥探测器、排污电磁阀和与排污电磁阀连接的排污管，其中排污电磁阀包括蓄水箱排污电磁阀18、前级水过滤器排污电磁阀19和超滤膜过滤器排污电磁阀20。污泥探测器包括蓄水箱污泥探测器、前级水污泥探测器和超滤膜污泥探测器。蓄水箱底部的排污口设置蓄水箱污泥探测器，蓄水箱污泥探测器的下部连接蓄水箱排污电磁阀18和排污管，前级水过滤器15底部的排污口设置前级水污泥探测器，其下部连接前级水过滤器排污电磁阀19和排污管，超滤膜过滤器16的排污口设置超滤膜污泥探测器，其下部连接超滤膜过滤器排污电磁阀20和排污管。污泥探测器和排污电磁阀均连接至自动控制系统。
所述自动控制系统包括系统控制模块23、湿度传感器2、温度传感器24、液位传感器12，所述系统控制模块23的输入端分别与湿度传感器、温度传感器、液位传感器和污泥探测器相连，所述系统控制模块23的输出端分别与涡轮风机7、压缩机10、自吸增压泵13、净水电磁阀14、蓄水箱排污电磁阀18、前级水过滤器排污电磁阀19和超滤膜过滤器排污电磁阀20连接。
所述太阳能供电系统包括太阳能电池板21和蓄能逆变组件22，太阳能电池板21安装在室外，通过导线与蓄能逆变组件22相连，蓄能逆变组件输出220V/50Hz交流电通过导线与系统控制模块23相连。太阳能电池板将光能转换成电能后存储到蓄能逆变组件的蓄电池中，空气制水净化器工作时，蓄能逆变组件中的逆变器再将直流电转换成220V/50Hz的交流电送到系统控制模块23中，制水装置、净化处理装置和自动排污装置的供电全部由系统控制模块提供，它根据空气制水净化器的额定功率、工作时间、蓄能逆变器组件的转换效率等计算出太阳能电池的功率，使系统功率与太阳能电池功率之间合理配合，以满足系统的正常工作。
以下对本发明的工作过程做进一步说明：
本发明设定在一天中湿度大的时段进行制水，通过湿度传感器2监测空气，到达设定湿度时由自动控制系统向涡轮风机7和压缩机10发出指令，潮湿的空气在涡轮风机7的带动下从进风口吸入通过空气过滤网1，过滤后的潮湿空气与蒸发器5相遇后凝结成水珠吸附在铝片上，水珠向下流至集水盘9处汇集。冷却除湿后的干燥空气再经过冷凝器6散热从出风管道8排出。蒸发器5的后部并列设置有冷凝器6，可以利用冷凝除湿后的冷空气更好帮助冷凝器散热，从而有效地提高压缩机的制冷效果。温度传感器24监测蒸发器的温度，一旦蒸发器因温度过低而处于结霜状态时，自动停止压缩机的工作，而涡轮风机继续工作，使蒸发器表面加速化霜；当蒸发器表面温度上升后重新启动压缩机。
集水盘9收集的冷凝水流至蓄水箱11进行初步沉淀，沉淀后的水从蓄水箱流出，由自吸增压泵13增压后进入前级滤水器15和超滤膜过滤器16，过滤后的纯净水由出水口17流出。当液位传感器12监测到水位过高时自动停止涡轮风机和压缩机的工作，当液位传感器监测到水位过低时自动启动涡轮风机和压缩机，或在出水口显示水量不足，提示用户停止使用。
空气制水净化器排污可以采用两种方式：一种是根据使用周期定期排污，另一种是根据污泥探测器预设值进行按需排污。两种方式都可以将空气制水净化器中的污泥自动排出，并且操作简单方便，自动化程度高，从而确保制水系统安全稳定地运行。其中定期自动排污的工作流程为：在系统控制模块23上设置有排污按键，根据使用情况和使用时间需要排污时按下该按键，系统控制模块23先启动自吸增压泵13，打开超滤膜过滤器排污电磁阀20带有污泥的水流出，进行超滤膜过滤器排污；然后关闭超滤膜过滤器排污电磁阀20，打开前级水过滤器排污电磁阀19进行前级水过滤器排污；最后停止自吸增压泵，关闭前级水过滤器排污电磁阀并且打开蓄水箱排污电磁阀18进行蓄水箱排污，各流程排污时间由控制模块预先设定。因此当需要排污时，只需要按下排污按键，自动控制系统会按设定好的流程进行从超滤膜过滤器、前级水过滤器到蓄水箱的逐级排污。另一种排污的操作流程是由系统控制模块23收集蓄水箱和每一级过滤器下方排污口的污泥探测器的数据，如果探测数据高出预设值则通过自动控制系统开启下方对应的排污电磁阀，完成排污。如进行蓄水箱排污时需要关闭自吸增压泵，而两级过滤器排污时需要开启自吸增压泵。
以上说明内容仅为本发明较佳实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种太阳能空气制水净化器，其特征在于：包括自动控制系统、太阳能供电系统、制水装置和净化处理装置，所述制水装置包括涡轮风机（7）和由循环管道依次连接的压缩机（10）、冷凝器（6）、干燥过滤器（4）、毛细管（3）和蒸发器（5），冷凝器（6）并排设置于蒸发器（5）之后；
所述蒸发器（5）和冷凝器（6）均采用双层内螺纹铜管；
所述净化处理装置包括集水盘（9）、蓄水箱（11）、自吸增压泵（13）和多级过滤器，所述集水盘（9）设置在蒸发器（5）的下方并用于收集蒸发器（5）凝结的冷凝水，集水盘（9）通过水管连接至蓄水箱（11），蓄水箱中的冷凝水经多级过滤器过滤成为纯净水；
所述自动控制系统包括系统控制模块（23）、湿度传感器（2）、温度传感器（24）、液位传感器（12），所述系统控制模块（23）的输入端分别与设置在制水装置前端的湿度传感器（2）、蒸发器（5）附近的温度传感器（24）和设置在蓄水箱内的液位传感器（12）相连，所述系统控制模块（23）的输出端分别与涡轮风机（7）、压缩机（10）、自吸增压泵（13）连接，以便自动控制系统通过湿度传感器监测空气，到达设定湿度时由自动控制系统向涡轮风机和压缩机发出指令；且通过温度传感器监测蒸发器的温度，一旦蒸发器因温度过低而处于结霜状态时，自动停止压缩机的工作，而涡轮风机继续工作；
所述太阳能供电系统包括太阳能电池板（21）和蓄能逆变组件（22），太阳能电池板（21）通过导线与蓄能逆变组件（22）相连，蓄能逆变组件输出交流电连通至系统控制模块（23），系统控制模块供电给制水装置和净化处理装置；
所述太阳能电池板（21）的功率由自动控制系统根据所述太阳能空气制水净化器的功率控制。
2.根据权利要求1所述的太阳能空气制水净化器，其特征在于：所述多级过滤器包括前级水过滤器（15）和超滤膜过滤器（16）。
3.根据权利要求2所述的太阳能空气制水净化器，其特征在于：所述太阳能空气制水净化器还包括自动排污装置，所述自动排污装置包括排污电磁阀和与排污电磁阀连接的排污管，所述排污电磁阀包括蓄水箱排污电磁阀（18）、前级水过滤器排污电磁阀（19）和超滤膜过滤器排污电磁阀（20）；所述蓄水箱排污电磁阀（18）、前级水过滤器排污电磁阀（19）和超滤膜过滤器排污电磁阀（20）的前端分别与蓄水箱（11）、前级水过滤器（15）和超滤膜过滤器（16）的排污口连接。
4.根据权利要求3所述的太阳能空气制水净化器，其特征在于：所述自动排污装置还包括污泥探测器，所述污泥探测器分别设置在蓄水箱（11）、前级水过滤器（15）和超滤膜过滤器（16）的排污口处。
5.根据权利要求4所述的太阳能空气制水净化器，其特征在于：所述系统控制模块（23）的输入端分别与设置在蓄水箱排污口、前级水过滤器排污口和超滤膜过滤器排污口的污泥探测器相连接，系统控制模块的输出端分别与蓄水箱排污电磁阀（18）、前级水过滤器排污电磁阀（19）和超滤膜过滤器排污电磁阀（20）连接。
6.根据权利要求5所述的太阳能空气制水净化器，其特征在于：所述自动排污装置的工作过程包括如下步骤：
步骤a，超滤膜过滤器排污：系统控制模块（23）启动自吸增压泵（13）并开启超滤膜过滤器排污电磁阀（20），使超滤膜过滤器中带有污泥的水排出，关闭超滤膜过滤器排污电磁阀；
步骤b，前级水过滤器排污：开启前级水过滤器排污电磁阀（19），前级水过滤器排污后，停止自吸增压泵，关闭前级水过滤器排污电磁阀；
步骤c，蓄水箱排污：打开蓄水箱排污电磁阀（18），蓄水箱排污后关闭蓄水箱排污电磁阀。
7.根据权利要求1-6任一项所述的太阳能空气制水净化器，其特征在于：所述蒸发器（5）和冷凝器（6）在所述涡轮风机（7）的进风口一侧并排排列。
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