CN111472414A - 一种半导体冷却空气汲水装置 - Google Patents

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高常飞
王晓丽
冷雨
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Abstract

本发明公开了一种半导体冷却空气汲水装置，包括光伏发电系统、空气集疏水一体式U形管和半导体制冷模组；所述的空气集疏水一体式U形管包括两个纵管部和一个横管部；其一端纵管部为进风管道，且管口连接进风筒；另一端纵管部为出风管道；所述的横管部为通风管，其底端连接出水管；所述的半导体制冷模组连接于空气集疏水一体式U形管，用于冷却空气集疏水一体式U形管中的空气；所述的半导体制冷模组由光伏发电系统供能。本半导体式空气取水器运用制冷结露原理，以太阳能为能源，利用半导体制冷片制冷，实现从空气中凝结水分获取水资源，同时做到环境友好。

Description

一种半导体冷却空气汲水装置
技术领域
本发明属于新能源开发技术领域，具体涉及一种半导体冷却空气汲水装置。
背景技术
水是人们生存和发展必不可少的一种资源，但是随着人类社会的发展，地球上淡水的储备量越来越少,日后淡水问题一定会成为一个人类必须解决的问题，如何通过新的途径或方法获得淡水也成为了一个新的课题。现在也存在一些能够获得淡水的装置，如海水淡化装置等，但是这些装置或设备所存在的主要问题是：成本较高，淡化率低，设备复杂，最主要的是，这些装置在产生淡水的同时消耗巨大能源造成温室气体的大量排放，而空气中含有的大量水分能通过特定方法捕获,且不受时空限制,能在诸多特殊条件下展现出优异的适用性。空气取水技术对解决淡水稀缺问题具有巨大潜力。太阳辐射是地球上主要的能量来源，而且太阳能是清洁能源，不会产生污染。综上，我们运用制冷结露原理设计一种空气取水装置，以太阳能作为能源，利用半导体制冷片实现从空气中凝结水分获取水资源。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于太阳能供电的半导体式空气取水器，在半导体的冷却作用下，从空气中获取液态水。
具体技术方案如下：
一种半导体冷却空气汲水装置，包括光伏发电系统、空气集疏水一体式U形管和半导体制冷模组；
所述的空气集疏水一体式U形管包括两个纵管部和一个横管部；其一端纵管部为进风管道，且管口连接进风筒；另一端纵管部为出风管道；所述的横管部为通风制冷管，其底端连接出水管；
所述的半导体制冷模组连接于空气集疏水一体式U形管，用于冷却空气集疏水一体式U形管中的空气；
所述的半导体制冷模组由光伏发电系统供能。
进一步，所述的半导体制冷模组包括半导体制冷板及散热系统；所述的半导体制冷板设置于通风制冷管的上端，其冷端接触管道内空气，以冷凝空气中的水分，热端连接散热系统使半导体制冷板正常工作。
通风制冷管位于半导体制冷板下端，冷凝集水后自流下泄，空气中水分在半导体制冷板及U形管壁面冷凝后滴入集水槽以收集液态水。
再进一步，所述散热系统包括散热片和散热风扇；散热片下端与半导体制冷板相连，上端与散热风扇相连。
优选地，散热风扇的外部加纱网以防止沙石等异物落入。
优选地，所述的空气汲水系统采用半埋式设计。具体地，所述的空气集疏水一体式U形管的一部分置于地下，所述的散热风扇位于地面之上。进风管道与出风管道的管口也位于地面之上，与空气连通。
通风管道采取半埋式设计，其下端置于地下，利用地下与地上温度差及土壤的保温作用，减少了电能的消耗，有效提高冷凝效率。
进一步，所述的光伏发电系统包括太阳能发电板、蓄电池和太阳能控制器；所述的太阳能发电板与蓄电池连接，所述的蓄电池与半导体制冷模组相连，通过太阳能控制器控制蓄电池向半导体制冷模组供电。
太阳能发电板昼间利用太阳能产生电能并储存到蓄电池中，为半导体制冷模组中的半导体制冷板供能，并为散热风扇的旋转供能，使空气汲水装置24小时工作。太阳能控制器可控制电流大小以调节制冷速率。
再进一步，所述的太阳能发电板设置于进风筒的顶部。
进一步，所述的进风筒的内腔尺寸从上至下递减。
采用上宽下窄的形状，可以加速气流的进入。
进一步，所述的进风筒的周壁为百叶窗式。百叶窗的叶片水平设置。
百叶窗式的侧壁可起到导流作用。
进一步，所述的通风制冷管的下端为倾斜式开口，即下端为斗状，斗状底部开口连接出水管。
进一步，所述的空气集疏水一体式U形管的内壁涂有疏水材料，有利于冷凝的液态水收集并流入土壤。
本发明的有益效果如下：
本发明专利突破传统空气取水装置耗能高汲水量少的缺点，创新式利用光伏发电，同时连接蓄电池储电，使整个装置可在二十四小时不间断工作的情况下更加环境友好。此外，半导体式空气取水器冷凝热空气无需化学制冷剂，利用半导体制冷可做到循环利用，同时无化学副产物产生，真正意义上做到了绿色环保。而散热风扇与散热片可快速为半导体制冷片降温，保证装置的正常运行。另一方面，半导体冷却空气汲水装置的半埋式设计与传统汲水装置地上放置相比，半埋式利用地上与地下的温差，使装置中的湿热空气冷凝更加迅速且节能。同时，为进一步提高进风效率，进风筒为梯式流线型设计并附加百叶窗，增加整个装置的通风效率。此外，为提高取水效率，空气集水系统采用一体式U形设计，可以集水的同时又利用重力使冷凝水及时从出水管流出。同时在通风管道内壁铺加疏水材料，使冷凝水及时快速的流出管道，大大缩短冷凝水在装置中的停留时间，提高汲水效率。综上，本半导体式空气取水器运用制冷结露原理，以太阳能为能源，利用半导体制冷片制冷，实现从空气中凝结水分获取水资源，同时做到环境友好。
附图说明
图1为本发明空气汲水装置的结构示意图；
图1中：1、太阳能发电板；2、进风筒；2.1、通风百叶窗；3、空气集疏水一体式U形管；3.1、进风管道；3.2、出风管道；4、出水管；5、半导体制冷板；6、散热片；7、散热风扇；8、通风冒盖。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种半导体冷却空气汲水装置，如图1所示，包括光伏发电系统、空气集疏水一体式U形管3和半导体制冷模组；
空气集疏水一体式U形管3包括两个纵管部和一个横管部，其一端纵管部为进风管道3.1，其另一端纵管部为出风管道3.2；所述的横管部为通风制冷管，其底端连接出水管4；
空气集疏水一体式U形管3为pvc塑料管，进风管道3.1的管口连接进风筒2，进风筒2最上方固定长1120mm、宽670mm的太阳能发电板1；进风筒2的内腔尺寸从上至下递减，其筒壁为四面等腰梯形的通风百叶窗2.1围成，通风百叶窗2.1上底边长为670mm，下底边长为150mm，高度为400mm；在进风筒2下端连接为进风管道3.1，其为高度为350mm、横截面边长为150mm方型的pvc塑料管，其在地上50mm地下300mm；之后用L型弯头连接一长为700mm的pvc塑料管，为通风制冷管，其两端的管口为边长150mm方形；在其水平段255mm的管上缘开口，开口长190mm、宽90mm；在开口上设置托架，预放置半导体制冷模组，使半导体制冷模组朝向管内纵深5mm；通风制冷管垂直下方预制下泄出水口，口径为40mm，并外连接出水管4；在通风制冷横管的末端用L型弯头连接一个长度为500mm横截面边长为150mm的pvc管，为出风管道3.2，其纵向高度地上部分200mm，地下部分300mm；在出风管3.2末端预留边长75mm的方形通风冒盖8，作为自由出流风口。
太阳能光伏发电系统为光伏发电系统供能，其包括120W的太阳能发电板1(1120mm×670mm)、12V100ah蓄电池和太阳能控制器；太阳能发电板1与蓄电池连接，蓄电池与半导体制冷模组相连；蓄电池通过太阳能控制器使太阳能发电板1产生的直流电变为交流电储存在蓄电池中以保证电压为12V的情况下向半导体制冷模组稳定输出可用电流。
半导体制冷模组由TEC-127061AJ半导体制冷板5、散热风扇7以及散热片6构成；半导体制冷板5设置于通风管的上端，其冷端接触管道内空气；散热片6下端与半导体制冷板5的热端相连，散热片6上端与散热风扇7相连；
半导体制冷模组与太阳能控制器连接，在环境温度为25℃时此模组的最低制冷温度为-10℃。通过制冷形成温差，将空气中的水分凝结成小水滴自通风管下方开口处流出。
图1中，空气的流动方向如箭头所示。空气从进风筒2进入空气集疏水一体式U形管3，被半导体制冷板5冷却后，空气中的水在通风制冷管中冷凝，从出水管4排出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种半导体冷却空气汲水装置，其特征在于，包括光伏发电系统、空气集疏水一体式U形管和半导体制冷模组；
所述的空气集疏水一体式U形管包括两个纵管部和一个横管部；其一端纵管部为进风管道，且管口连接进风筒；另一端纵管部为出风管道；所述的横管部为通风制冷管，其底端连接出水管；
所述的半导体制冷模组连接于空气集疏水一体式U形管，冷却空气集疏水一体式U形管中的空气；
所述的半导体制冷模组由光伏发电系统供能。
2.根据权利要求1所述的半导体冷却空气汲水装置，其特征在于，所述的半导体制冷模组包括半导体制冷板和散热系统；所述的半导体制冷板设置于通风制冷管的上端，其冷端接触管道内空气，热端连接散热系统。
3.根据权利要求2所述的半导体冷却空气汲水装置，其特征在于，所述散热系统包括散热片和散热风扇；散热片下端与半导体制冷板相连，上端与散热风扇相连。
4.根据权利要求3所述的半导体冷却空气汲水装置，其特征在于，所述的空气集疏水一体式U形管的一部分置于地下，所述的散热风扇位于地面之上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的半导体冷却空气汲水装置，其特征在于，所述的光伏发电系统包括太阳能发电板、蓄电池和太阳能控制器；所述的太阳能发电板与蓄电池连接，所述的蓄电池与半导体制冷模组相连。
6.根据权利要求5所述的半导体冷却空气汲水装置，其特征在于，所述的太阳能发电板设置于进风筒的顶部。
7.根据权利要求1-4任一项所述的半导体冷却空气汲水装置，其特征在于，所述的进风筒的内腔尺寸从上至下递减；所述的进风筒的筒壁为百叶窗式。
8.根据权利要求1-4任一项所述的半导体冷却空气汲水装置，其特征在于，所述的通风制冷管下端为倾斜式开口。
9.根据权利要求1-4任一项所述的半导体冷却空气汲水装置，其特征在于，所述的空气集疏水一体式U形管的内壁涂有疏水材料。
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