CN107965002A - 一种光能制水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光能制水系统及方法，包括基座，基座顶部设置有支撑柱，支撑柱上设置有垂直轴风机，基座底部连接有连接管，连接管末端连接有集水器，集水器设置在地表以下的土层中，基座设置在地面；集水器包括回转腔，回转腔底部连接有储水罐，储水罐底部通过排水管与基座相连。解决了干旱地区取水困难的问题，解决了沙漠地区无法生产水的问题，解决了干旱地区生活的人们取水成本高的问题。

Description

一种光能制水系统及方法

技术领域

本发明涉及一种制水设备，特别是涉及一种光能制水系统及方法。

背景技术

水（H₂O）是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下为无色无味的透明液体。水是最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。

水资源是被人类在生产和生活活动中广泛利用的资源，不仅广泛应用于农业、工业和生活，还用于发电、水运、水产、旅游和环境改造等。在各种不同的用途中，有的是消耗用水，有的则是非消耗性或消耗很小的用水，而且对水质的要求各不相同。这是使水资源一水多用、充分发展其综合效益的有利条件。全世界的淡水极度缺乏，特别是特殊气候形成的盐碱地、海边沙漠气候，空气中有大量水源不能得到充分利用。

这样存在取水困难，水源得不到保障，生活中的水成本过高的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种光能制水系统，解决了干旱地区取水困难的问题，解决了沙漠地区无法生产水的问题，解决了干旱地区生活的人们取水成本高的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种光能制水系统，包括基座，基座顶部设置有支撑柱，支撑柱上设置有太阳能电池板，基座底部连接有连接管，连接管末端连接有集水器，集水器设置在地表以下的土层中，基座设置在地面；集水器包括回转腔，回转腔底部连接有储水罐，储水罐底部通过排水管与基座相连；基座旁设置有空气净化装置，空气净化装置内设置有高压静电吸附装置；基座内设置有控制柜，控制柜内设置有控制电路；基座上设置有第二温度传感器，储水罐内设置有水深度传感器，回转腔或储水罐的侧壁上设置有第一温度传感器；空气净化装置、水深度传感器、第一温度传感器和第二温度传感器通过电缆与控制电路信号相连。太阳能电池板底部设置有散热装置，散热装置由多层间隔排列的金属片叠加而成。

进一步地，本发明公开了一种光能制水系统的优选结构，控制电路包括A/D转换电路、中央处理单元、信号调理电路，水深度传感器、第一温度传感器和第二温度传感器的输出端与信号调理电路的输入端信号连接，信号调理电路的输出端与A/D转换电路输入端信号相连，A/D转换电路输出端与中央处理单元信号相连；控制电路包括D/A转换电路和电机驱动电路，中央处理单元的信号输出端与D/A转换电路的信号输入端信号相连，D/A转换电路的输出端与电机驱动电路信号相连。

进一步地，所述排水管上设置有水泵，所述基座旁设置有鼓风机，鼓风机的输入端与进风口相连，基座上设置有出风口；连接管内设置有进风通道、出风管，进风通道与鼓风机的输出端相连；进风通道上连接有空气净化装置，空气净化装置的输入端与鼓风机输出端相连，空气净化装置的输出端与进风通道相连；进风通道上设置有风速传感器和湿度传感器；风速传感器和湿度传感器通过电缆与信号调理电路的输入端信号连接；鼓风机和水泵与电机驱动电路的输出端电连接；空气净化装置与中央处理单元信号相连。

进一步地，所述空气净化装置输入端上设置有防护网，空气净化装置输端端上设置有活性氧发生器，空气净化装置内从输入端到输出端依次设置有可见颗粒过滤层、布朗过滤层、高压静电吸附装置、紫外线杀菌装置；高压静电吸附装置包括多块平行设置的高压吸附板，高压吸附板之间通入恒压高压电；紫外线杀菌装置包括多块交错平行设置的净化板，净化板之间形成S型空气通路，两净化板之间设置有紫外线光灯。

进一步地，所述回转腔与连接管相连，回转腔的侧壁上斜向上设置有若干吸热管，回转腔内设置有分叉接头，分叉接头上连接有若干进风管，进风管伸进吸热管顶部，分叉接头的输入端与进风通道相连，回转腔内通过出风管与出风口相连。

进一步地，所述吸热管外壁上设置有若干散热片，吸热管内壁顶部设置有若干引导片，吸热管内引导片竖直向下的管壁上开有集水孔，集水孔通过微导管与储水罐相连。

进一步地，所述净化板上涂设有纳米二氧化钛涂层，纳米二氧化钛涂层的厚度为0.05-0.19mm。

进一步地，所述支撑柱顶部与太阳能电池板相连，所述控制电路包括电源管理电路、蓄电池，电源管理电路的电能输入端与太阳能电池板电连接，电源管理电路输出端分别与电机驱动电路和蓄电池的电能输入端电力相连，电源管理电路的信号输入端与D/A转换电路的输出端信号相连。

一种光能制水系统的控制方法，包括以下步骤：

1.第一温度传感器将土壤的温度T1转换成电信号001并传递给信号调理电路；第二温度传感器将空气的温度T2转换成电信号002并传递给信号调理电路，信号调理电路将电信号001、电信号002放大后传递给A/D转换电路；A/D转换电路将接收到的信号转换成数字信号并传递给中央处理单元；

2. 中央处理单元通过公式计算出土壤的温度与空气温度差值δt= T2- T1,中央处理单元中预设有温度差值T3；

3. 当温度差值δt大于T3时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号003，D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号并传递给电机驱动电路，电机驱动电路控制鼓风机转动，鼓风机推动空气流通，开始生产水；同时，中央处理单元向空气净化装置发出控制信号004，空气净化装置开始处理空气；

4.温度差值δt小于T3时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号005，D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号并传递给电机驱动电路，电机驱动电路控制鼓风机停止转动；同时，中央处理单元向空气净化装置发出控制信号006，空气净化装置停止；

5. 湿度传感器将空气的湿度信息转换成电信号007并传递给信号调理电路，水深度传感器将储水罐中的水量信息转换成电信号008并传递给信号调理电路，信号调理电路将接收到的信号放大后传递给A/D转换电路；A/D转换电路将接收到的信号转换成数字信号并传递给中央处理单元；

6. 电信号007所示空气湿度越大时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号009，D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号并传递给电机驱动电路，电机驱动电路控制鼓风机的转速越大；

7. 取水时，中央处理单元向D/A转换电路发出电信号010，D/A转换电路处理后发送给电机驱动电路，电机驱动电路控制水泵转动，将水从储水罐中抽出。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.通过设置本发明，从而能实现在从空气中获取水，提高了水源地的选择范围；采用风能为设备提供电能，成本低廉，节能环保。

2.降低了干旱地区人们的取水成本，提高生活质量；采用集水孔和微导管收集水分，从而能减少空气流动时带走一部分水分，提高设备的产量；

3．采用太阳能转换成电能为设备提供能量，生产过程中不消耗外来能量，节能环保；且生产的水质量高，能直接用作生活用水；通过设置空气净化装置，能提高原料的品质，提高水的质量。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是集水器结构示意图；

图3是集水器剖面结构示意图；

图4是基座结构示意图；

图5是集水器横截面结构示意图；

图6是吸热管侧面结构意图；

图7是太阳能电池板结构示意图；

图8是空气净化装置结构示意图；

图中标记：1是集水器，2是连接管，3是基座，4是支撑柱，5是垂直轴风机，6是储水罐，7是排水管，8是回转腔，9是散热片，10是吸热管，11是分叉接头，12是进风管，13是进风通道，14是出风管，15是鼓风机，16是进风口，17是出风口，18是控制柜，19是太阳能电池板；20是空气净化装置，21是水泵；22是水深度传感器，23是第一温度传感器，24是风速传感器，25是湿度传感器，26是电磁阀，27是出水口，28是第二温度传感器；

201是防护网，202是可见颗粒过滤层，203是布朗过滤层，204是高压静电吸附装置，205是净化板，206是紫外线光灯，207是连接头，208是活性氧发生器；

101是引导片，102是集水孔，103是微导管。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图8所示，本发明包括一种光能制水系统，包括基座3，基座3顶部设置有支撑柱4，支撑柱4上设置有太阳能电池板19，基座3底部连接有连接管2，连接管2末端连接有集水器1，集水器1设置在地表以下的土层中，基座3设置在地面；集水器1包括回转腔8，回转腔8底部连接有储水罐6，储水罐6底部通过排水管7与基座3相连；基座3旁设置有空气净化装置20，空气净化装置20内设置有高压静电吸附装置204；基座3内设置有控制柜18，控制柜18内设置有控制电路；基座3上设置有第二温度传感器28，储水罐6内设置有水深度传感器22，回转腔8或储水罐6的侧壁上设置有第一温度传感器23；空气净化装置20、水深度传感器22、第一温度传感器23和第二温度传感器28通过电缆与控制电路信号相连。太阳能电池板19底部设置有散热装置，散热装置由多层间隔排列的金属片叠加而成。

进一步地，本发明公开了一种光能制水系统的优选结构，控制电路包括A/D转换电路、中央处理单元、信号调理电路，水深度传感器22、第一温度传感器23和第二温度传感器28的输出端与信号调理电路的输入端信号连接，信号调理电路的输出端与A/D转换电路输入端信号相连，A/D转换电路输出端与中央处理单元信号相连；控制电路包括D/A转换电路和电机驱动电路，中央处理单元的信号输出端与D/A转换电路的信号输入端信号相连，D/A转换电路的输出端与电机驱动电路信号相连。

进一步地，所述排水管7上设置有水泵21，所述基座3旁设置有鼓风机15，鼓风机15的输入端与进风口16相连，基座3上设置有出风口17；连接管2内设置有进风通道13、出风管14，进风通道13与鼓风机15的输出端相连；进风通道13上连接有空气净化装置20，空气净化装置20的输入端与鼓风机15输出端相连，空气净化装置20的输出端与进风通道13相连；进风通道13上设置有风速传感器24和湿度传感器25；风速传感器24和湿度传感器25通过电缆与信号调理电路的输入端信号连接；鼓风机15和水泵21与电机驱动电路的输出端电连接；空气净化装置20与中央处理单元信号相连。

进一步地，所述空气净化装置20输入端上设置有防护网201，空气净化装置20输端端上设置有活性氧发生器208，空气净化装置20内从输入端到输出端依次设置有可见颗粒过滤层202、布朗过滤层203、高压静电吸附装置204、紫外线杀菌装置；高压静电吸附装置204包括多块平行设置的高压吸附板，高压吸附板之间通入恒压高压电；紫外线杀菌装置包括多块交错平行设置的净化板205，净化板205之间形成S型空气通路，两净化板205之间设置有紫外线光灯206。

进一步地，所述回转腔8与连接管2相连，回转腔8的侧壁上斜向上设置有若干吸热管10，回转腔8内设置有分叉接头11，分叉接头11上连接有若干进风管12，进风管12伸进吸热管10顶部，分叉接头11的输入端与进风通道13相连，回转腔8内通过出风管14与出风口17相连。

进一步地，所述吸热管10外壁上设置有若干散热片9，吸热管10内壁顶部设置有若干引导片101，吸热管10内引导片101竖直向下的管壁上开有集水孔102，集水孔102通过微导管103与储水罐6相连。

进一步地，所述净化板205上涂设有纳米二氧化钛涂层，纳米二氧化钛涂层的厚度为0.05-0.19mm。

进一步地，所述支撑柱4顶部与太阳能电池板19相连，所述控制电路包括电源管理电路、蓄电池，电源管理电路的电能输入端与太阳能电池板19电连接，电源管理电路输出端分别与电机驱动电路和蓄电池的电能输入端电力相连，电源管理电路的信号输入端与D/A转换电路的输出端信号相连。

吸热管10和散热片9均采用铝合金制成，吸热管10和散热片9的表面均采用阳极氧化处理。储水罐6内壁还涂设有一层抗菌涂层，抗菌涂层厚度在0.010-0.15mm厚。

具体使用时，将本发明设置在潮湿的环境中，集水器1设置在土层常温区内，一段时间过后，储水罐6中就会产生一定的淡水，实现淡水的供应。

具体运行过程，在阳光的照射下，太阳能电池板19将光能转换成电能，太阳能电池板19将电能通过电缆输送到控制柜18，控制柜18中的控制电路将一部分电能通过蓄电池存储起来，一部分电能输送到鼓风机15中，鼓风机15开始转动。

鼓风机15运行时，将带水蒸气的空气从进风口16吸入，通过进风通道13输入到分叉接头11，然后进入进风管12；白昼，空气的温度大于大地内的温度，当空气进入吸热管10中，空气会被冷却，空气中的水蒸气会凝结成水珠并附着在吸热管10内壁上，水珠会顺着引导片101滴入集水孔102中，然后水珠会顺着微导管103流入储水罐6中并存储起来；这样，就能实现在从空气中获取水，提高了水源地的选择范围；降低了干旱地区人们的取水成本，提高生活质量；生产过程中不消耗能量，节能环保；且生产的水质量高，能直接用作生活用水。采用风能作为系统的能源输入，不会消耗能量，效率高，节能环保，运行成本低。

空气通过空气净化装置20时，防护网201能将空气中的大颗粒过滤掉，可见颗粒过滤层202将空气中的微小颗粒过滤掉，布朗过滤层203将不可见的微粒过滤掉。在高压吸附板中通入高压恒定电流，高压吸附板之间产生稳定的电场，灰尘在电场的作用下吸附在高压吸附板上；紫外线光灯206将空气中的细菌杀死。活性氧发生器208能产生活性氧并输入的空气中，进一步的提高空气的纯洁度。

实施例1：

一种光能制水系统的控制方法，包括以下步骤：

1.第一温度传感器23将土壤的温度T1转换成电信号001并传递给信号调理电路；第二温度传感器28将空气的温度T2转换成电信号002并传递给信号调理电路，信号调理电路将电信号001、电信号002放大后传递给A/D转换电路；A/D转换电路将接收到的信号转换成数字信号并传递给中央处理单元；

2. 中央处理单元通过公式计算出土壤的温度与空气温度差值δt= T2- T1,中央处理单元中预设有温度差值T3；

3. 当温度差值δt大于T3时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号003，D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号并传递给电机驱动电路，电机驱动电路控制鼓风机15转动，鼓风机15推动空气流通，开始生产水；同时，中央处理单元向空气净化装置20发出控制信号004，空气净化装置20开始处理空气；

4.温度差值δt小于T3时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号005，D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号并传递给电机驱动电路，电机驱动电路控制鼓风机15停止转动；同时，中央处理单元向空气净化装置20发出控制信号006，空气净化装置20停止；

5. 湿度传感器25将空气的湿度信息转换成电信号007并传递给信号调理电路，水深度传感器22将储水罐6中的水量信息转换成电信号008并传递给信号调理电路，信号调理电路将接收到的信号放大后传递给A/D转换电路；A/D转换电路将接收到的信号转换成数字信号并传递给中央处理单元；

6. 电信号007所示空气湿度越大时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号009，D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号并传递给电机驱动电路，电机驱动电路控制鼓风机15的转速越大；

7. 取水时，中央处理单元向D/A转换电路发出电信号010，D/A转换电路处理后发送给电机驱动电路，电机驱动电路控制水泵20转动，将水从储水罐6中抽出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光能制水系统，其特征在于：包括基座（3），基座（3）顶部设置有支撑柱（4），支撑柱（4）上设置有太阳能电池板（19），基座（3）底部连接有连接管（2），连接管（2）末端连接有集水器（1），集水器（1）设置在地表以下的土层中，基座（3）设置在地面；集水器（1）包括回转腔（8），回转腔（8）底部连接有储水罐（6），储水罐（6）底部通过排水管（7）与基座（3）相连；基座（3）旁设置有空气净化装置（20），空气净化装置（20）内设置有高压静电吸附装置（204）；基座（3）内设置有控制柜（18），控制柜（18）内设置有控制电路；基座（3）上设置有第二温度传感器（28），储水罐（6）内设置有水深度传感器（22），回转腔（8）或储水罐（6）的侧壁上设置有第一温度传感器（23）；空气净化装置（20）、水深度传感器（22）、第一温度传感器（23）和第二温度传感器（28）通过电缆与控制电路信号相连；太阳能电池板（19）底部设置有散热装置，散热装置由多层间隔排列的金属片叠加而成；

制水系统的控制方法，包括以下步骤：

1.第一温度传感器（23）将土壤的温度T1转换成电信号001并传递给信号调理电路；第二温度传感器（28）将空气的温度T2转换成电信号002并传递给信号调理电路，信号调理电路将电信号001、电信号002放大后传递给A/D转换电路；A/D转换电路将接收到的信号转换成数字信号并传递给中央处理单元；

2.中央处理单元通过公式计算出土壤的温度与空气温度差值δt= T2- T1,中央处理单元中预设有温度差值T3；

3.当温度差值δt大于T3时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号003，D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号并传递给电机驱动电路，电机驱动电路控制鼓风机（15）转动，鼓风机（15）推动空气流通，开始生产水；同时，中央处理单元向空气净化装置（20）发出控制信号004，空气净化装置（20）开始处理空气；

4.温度差值δt小于T3时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号005，D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号并传递给电机驱动电路，电机驱动电路控制鼓风机（15）停止转动；同时，中央处理单元向空气净化装置（20）发出控制信号006，空气净化装置（20）停止；

5.湿度传感器（26）将空气的湿度信息转换成电信号007并传递给信号调理电路，水深度传感器（24）将储水罐（6）中的水量信息转换成电信号008并传递给信号调理电路，信号调理电路将接收到的信号放大后传递给A/D转换电路；A/D转换电路将接收到的信号转换成数字信号并传递给中央处理单元；

6.电信号007所示空气湿度越大时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号009，D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号并传递给电机驱动电路，电机驱动电路控制鼓风机（15）的转速越大；

7.取水时，中央处理单元向D/A转换电路发出电信号010，D/A转换电路处理后发送给电机驱动电路，电机驱动电路控制水泵（20）转动，将水从储水罐（6）中抽出。

2.如权利要求1所述的一种光能制水系统，其特征在于：控制电路包括A/D转换电路、中央处理单元、信号调理电路，水深度传感器（22）、第一温度传感器（23）和第二温度传感器（28）的输出端与信号调理电路的输入端信号连接，信号调理电路的输出端与A/D转换电路输入端信号相连，A/D转换电路输出端与中央处理单元信号相连；控制电路包括D/A转换电路和电机驱动电路，中央处理单元的信号输出端与D/A转换电路的信号输入端信号相连，D/A转换电路的输出端与电机驱动电路信号相连。

3.如权利要求2所述的一种光能制水系统，其特征在于：所述排水管（7）上设置有水泵（21），所述基座（3）旁设置有鼓风机（15），鼓风机（15）的输入端与进风口（16）相连，基座（3）上设置有出风口（17）；连接管（2）内设置有进风通道（13）、出风管（14），进风通道（13）与鼓风机（15）的输出端相连；进风通道（13）上连接有空气净化装置（20），空气净化装置（20）的输入端与鼓风机（15）输出端相连，空气净化装置（20）的输出端与进风通道（13）相连；进风通道（13）上设置有风速传感器（24）和湿度传感器（25）；风速传感器（24）和湿度传感器（25）通过电缆与信号调理电路的输入端信号连接；鼓风机（15）和水泵（21）与电机驱动电路的输出端电连接；空气净化装置（20）与中央处理单元信号相连。

4.如权利要求3所述的一种光能制水系统，其特征在于：所述空气净化装置（20）输入端上设置有防护网（201），空气净化装置（20）输端端上设置有活性氧发生器（208），空气净化装置（20）内从输入端到输出端依次设置有可见颗粒过滤层（202）、布朗过滤层（203）、高压静电吸附装置（204）、紫外线杀菌装置；高压静电吸附装置（204）包括多块平行设置的高压吸附板，高压吸附板之间通入恒压高压电；紫外线杀菌装置包括多块交错平行设置的净化板（205），净化板（205）之间形成S型空气通路，两净化板（205）之间设置有紫外线光灯（206）。

5.如权利要求4所述的一种光能制水系统，其特征在于：所述回转腔（8）与连接管（2）相连，回转腔（8）的侧壁上斜向上设置有若干吸热管（10），回转腔（8）内设置有分叉接头（11），分叉接头（11）上连接有若干进风管（12），进风管（12）伸进吸热管（10）顶部，分叉接头（11）的输入端与进风通道（13）相连，回转腔（8）内通过出风管（14）与出风口（17）相连。

6.如权利要求5所述的一种光能制水系统，其特征在于：所述吸热管（10）外壁上设置有若干散热片（9），吸热管（10）内壁顶部设置有若干引导片（101），吸热管（10）内引导片（101）竖直向下的管壁上开有集水孔（102），集水孔（102）通过微导管（103）与储水罐（6）相连。

7.如权利要求6所述的一种光能制水系统，其特征在于：所述净化板（205）上涂设有纳米二氧化钛涂层，纳米二氧化钛涂层的厚度为0.05-0.19mm。

8.如权利要求7所述的一种光能制水系统，其特征在于：所述支撑柱（4）顶部与太阳能电池板（19）相连，所述控制电路包括电源管理电路、蓄电池，电源管理电路的电能输入端与太阳能电池板（19）电连接，电源管理电路输出端分别与电机驱动电路和蓄电池的电能输入端电力相连，电源管理电路的信号输入端与D/A转换电路的输出端信号相连。