CN106869243A - 一种便携式的太阳能空气取水器 - Google Patents

一种便携式的太阳能空气取水器 Download PDF

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Abstract

一种便携式的太阳能空气取水器，包括底座以及箱体，所述箱体固定在底座上，所述箱体的顶部安装有太阳能供电系统，箱体内部安装有程控电源，所述太阳能供电系统的输出端与程控电源连接，程控电源将太阳能供电系统提供的电能转换为半导体制冷片的工作电源，程控电源与半导体制冷片连接，其为半导体制冷片提供工作电源；所述半导体制冷片包括冷端和热端，半导体制冷片的热端设置有散热机构，半导体制冷片的冷端与结霜器接触，结霜器的前端安装有吸风扇，箱体上开设有从箱体外通向吸风扇的进气通道，结霜器的下方安装有集水器，集水器与箱体上的出水口联通。其结构简单，使用方便，能够实现空气和水分的分离，能够较好的解决缺水的问题。

Description

一种便携式的太阳能空气取水器
技术领域
本发明涉及取水设备技术领域，具体涉及一种便携式的太阳能空气取水器。
背景技术
水资源是人类生活和一切生产活动的基础，然而淡水资源缺乏是一个世界性的问题，据统计，约12亿人喝不到干净的饮用水。我国的人均淡水资源少，尤其是在高山、戈壁、荒漠等地方淡水资源更加匮乏，应考虑发展一种能够就地保障的供水技术。特别是当今扶贫政策驱动下，国家对保障群众的安全饮水提出了要求，在传统的供水方式不能满足其基本用水需求的情况下，如何另辟新径获得淡水资源成为目前研究的热点问题。科研人员经研究发现可以通过从大气中汲取水分获得淡水资源，即为空气取水技术。
自然界中水以汽态、液态、固态三种状态并存，在太阳辐射、地球引力和气温作用下，大气层成为水循环的中转站，其三态不断转化。空气中最大含水量由空气温度和大气压力决定，当空气温度低于露点温度时，空气中的水蒸气就会液化形成小水滴。据估计空气中的水量达14000m3，是地表江河总水量的10倍之多，在大气环流的作用下，空气中的含湿量基本保持不变。即使在干燥的沙漠地区，当白天气温为35℃，相对湿度为20%时，其含水量也超过10 g/m3，这为空气取水可行性提供了理论依据。
根据自然界中水的三种状态变化，空气取水过程采用的方法、取水技术一般有机械压缩法、冷冻结露法、吸附解析法、半导体制冷法、聚雾取水法等。
机械压缩法是通过机械力压缩湿空气获得空气中的水蒸气。压缩湿空气时，水蒸气的分压力迅速提高，在二者复合作用下，使得环境温度远低于露点温度，湿空气中的水蒸气结露冷凝。但是该系统耗能太高，成本太大，推广使用价值不高。
冷冻结露法是将空气温度降到露点温度以下，析出水分，获得液态水。
吸附解析法是利用固体吸附剂吸附湿空气中的水分，加热吸附剂时水分脱附实现水蒸气富集，然后对高含湿量的湿空气降温获取液态水。吸收法与吸附法原理相同，只是液体吸收剂代替固体吸附剂，但液体吸收剂易腐蚀设备、加热时易挥发等缺点制约了其发展。
半导体制冷法主要利用了通电半导体的珀尔帖效应，由 P型半导体元件和 N 型半导体元件连接形成热电偶，通电情况下实现冷端制冷的效果，当湿空气通过冷面时降温有水珠析出。半导体制冷技术具有质量轻、无污染、方便等优点。
聚雾取水法就是把空气中的小水滴捕获分离出的方法。该法通常采用巨幅尼龙屏障作为集雾罩，首先将雾气中的小液滴拦截，使之聚合变大，变大的水珠便会顺着尼龙绳流到集水器中。该法结构简单，材料易得，成本低，但受限于气候条件，只适用于雾多缺水的地方。
通过比较上述5种方法，并了解到现今太阳能光伏发电和半导体制冷片件性能与效率提升，而成本在下降，基于此选取半导体制冷法研制一种便携式的太阳能空气取水器，以解决自然环境异常恶劣，交通十分不便，导致水补给非常困难的问题。
发明内容
为了实现太阳能空气取水器的便携，并更广泛用于孤立的环境和安全饮水等领域，本发明提供一种便携式的太阳能空气取水器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种便携式的太阳能空气取水器，包括底座以及箱体，所述箱体固定在底座上，所述箱体的顶部安装有太阳能供电系统，箱体内部安装有程控电源，所述太阳能供电系统的输出端与程控电源连接，程控电源将太阳能供电系统提供的电能转换为半导体制冷片的工作电源，程控电源与半导体制冷片连接，其为半导体制冷片提供工作电源；所述半导体制冷片包括冷端和热端，半导体制冷片的热端设置有散热机构，半导体制冷片的冷端与结霜器接触，结霜器的前端安装有吸风扇，箱体上开设有从箱体外通向吸风扇的进气通道，结霜器的下方安装有集水器，集水器与箱体上的出水口联通，所述出水口上设置有放水阀门。
进一步地，本发明所述太阳能供电系统包括太阳能电池板、控制器以及蓄电池，所述太阳能电池板采用折叠式太阳能电池板或者薄膜式太阳能电池板。
进一步地，在进气通道上安装有过滤网。
进一步地，本发明所述半导体制冷片采用二层以上半导体制冷片。
进一步地，本发明所述散热机构包括散热翅片以及散热风扇，在半导体制冷片的热端紧贴安装有一根以上的散热翅片，在散热翅片的一侧安装有散热风扇，散热风扇与程控电源连接，其工作电源由太阳能供电系统通过程控电源提供。
进一步地，本发明还包括净水器，所述集水器与出水口之间设置有净水器。
进一步地，本发明还包括化霜器，结霜器的侧边设置有配套的化霜器。化霜器与程控电源连接，其工作电源由太阳能供电系统通过程控电源提供。化霜器与结霜器配套，通过温度调节将结霜器上的凝霜化成水。结霜器工作采用温差回退法，温差回退法就是可设置凝霜温度和回退温度的方法。当半导体制冷器的温度达到设置凝霜温度时，电源停止给半导体制冷器供电。在环境温度的作用下，化霜器开始化霜，当半导体制冷器温度达到凝霜温度加上回退温度时，电源重新启动给半导体制冷器供电，周而复始，从而达到自动控制结霜和化霜的目的。
进一步地，为了便于携带、搬运，本发明所述底座下安装有万向滑动轮。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供一种便携式的太阳能空气取水器，以解决自然环境异常恶劣，交通十分不便，水补给非常困难的问题。采用以太阳能为主要能源，利用半导体制冷，在空气中用温差回退法冷却空气中的冷凝水。本发明结构简单，使用方便，能够实现空气和水分的分离，能够较好的解决缺水的问题，便于推广使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、太阳能供电系统；2、程控电源；3、半导体制冷片；4、结霜器；5、吸风扇；6、过滤网；7、集水器；8、化霜器；9、净水器；10、底座；11、放水阀门；12、万向滑动轮。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
为了实现太阳能空气取水器的便携，使系统更广泛用于孤立的环境和安全饮水等领域，本发明提供一种便携式的太阳能空气取水器，其结构如图1所示。本发明主要是通过半导体制冷片的Peltier效应，通过太阳能供电系统提供的电能来制冷，使通过结霜器的水蒸气遇冷凝结成水。本发明主要包括太阳能供电系统1、程控电源2、半导体制冷片3、吸风扇5、结霜器4、化霜器8、集水器7和净水器9。
如图1所示，本实施例提供一种便携式的太阳能空气取水器，包括底座10以及箱体，底座10下安装有万向滑动轮12，便于整个取水器的移动。箱体固定在底座10上，箱体的顶部安装有太阳能供电系统1，箱体内部安装有程控电源2、半导体制冷片3、吸风扇5、结霜器4、化霜器8、集水器7以及净水器9。
太阳能供电系统的输出端与程控电源连接，程控电源将太阳能供电系统提供的电能转换为半导体制冷片、散热风扇等取水器中各用电设备的工作电源。各用电设备均与程控电源连接以获得其工作所需的电源。同时，可以扩展应用，程控电源接入市电，将市电适配调整至半导体制冷片、散热风扇等取水器中各用电设备使用。太阳能供电系统包括太阳能电池板、控制器以及蓄电池。目前市场上有很多太阳能供电系统，本实施例为了便携组合方便，选择拆装简易、移动方便的12V/100W太阳能柔性电池板, 太阳能控制器可以控制整个太阳能供电系统的工作状态，并可以对12V/100AH蓄电池起到过充电保护和过放电保护的作用。
半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻，当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。本发明在半导体制冷片的热端设置有散热机构，半导体制冷片的冷端与结霜器接触。所述散热机构包括散热翅片以及散热风扇，在半导体制冷片的热端紧贴安装有一根以上的铝制的散热翅片，在散热翅片的一侧安装有散热风扇，散热风扇与程控电源连接，其工作电源由太阳能供电系统通过程控电源提供。散热翅片以及散热风扇的作用主要是为制冷片的热端散热。通常半导体制冷片冷热端的温差可以达到40～65度之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度，那冷端温度也会相应的下降，从而达到更低的温度。
本发明的半导体制冷片4采用TEC2-19008制冷片，其型号说明如下表1所示。
表1 TEC2-19008制冷片型号说明
TE C 2 190 08
温差电制冷组件 制冷级数 电偶对数 标准电流值
结霜器的前端安装有吸风扇，箱体上开设有从箱体外通向吸风扇的进气通道，在进气通道上安装有过滤网6，以滤出吸入的空气中的大颗粒杂质、灰尘。结霜器4的侧边设置有配套的化霜器8，化霜器8与结霜器4配套，通过温度调节将结霜器上的凝霜化成水。结霜器4的下方安装有集水器7，集水器7与箱体上的出水口联通，集水器与出水口之间还设置有净水器9，保证从出水口出来的水能够直接饮用。所述出水口上设置有放水阀门11。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种便携式的太阳能空气取水器，其特征在于：包括底座以及箱体，所述箱体固定在底座上，所述箱体的顶部安装有太阳能供电系统，箱体内部安装有程控电源，所述太阳能供电系统的输出端与程控电源连接，程控电源将太阳能供电系统提供的电能转换为半导体制冷片的工作电源，程控电源与半导体制冷片连接，其为半导体制冷片提供工作电源；所述半导体制冷片包括冷端和热端，半导体制冷片的热端设置有散热机构，半导体制冷片的冷端与结霜器接触，结霜器的前端安装有吸风扇，箱体上开设有从箱体外通向吸风扇的进气通道，结霜器的下方安装有集水器，集水器与箱体上的出水口联通，所述出水口上设置有放水阀门。
2.根据权利要求1所述的便携式的太阳能空气取水器，其特征在于，所述太阳能供电系统包括太阳能电池板、控制器以及蓄电池，所述太阳能电池板采用可折叠式太阳能电池板。
3.根据权利要求1所述的便携式的太阳能空气取水器，其特征在于，在进气通道上安装有过滤网。
4.根据权利要求1所述的便携式的太阳能空气取水器，其特征在于，所述半导体制冷片采用二层以上半导体制冷片。
5.根据权利要求1所述的便携式的太阳能空气取水器，其特征在于，所述散热机构包括散热翅片以及散热风扇，在半导体制冷片的热端紧贴安装有一根以上的散热翅片，在散热翅片的一侧安装有散热风扇，散热风扇与程控电源连接，其工作电源由太阳能供电系统通过程控电源提供。
6.根据权利要求1所述的便携式的太阳能空气取水器，其特征在于，还包括净水器，所述集水器与出水口之间设置有净水器。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的便携式的太阳能空气取水器，其特征在于，还包括化霜器，结霜器的侧边设置有配套的化霜器，化霜器与程控电源连接，其工作电源由太阳能供电系统通过程控电源提供。
8.根据权利要求7所述的便携式的太阳能空气取水器，其特征在于，所述底座下安装有万向滑动轮。
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