CN205954750U - 一种太阳能驱动的半导体露点冷凝式空气取水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能驱动的半导体露点冷凝式空气取水装置。本实用新型中的余热回收热交换器用于对引入半导体冷凝取水单元的空气进行预冷，余热回收热交换器的出口连接至由半导体制冷模块中的冷端翅片所围成的冷却空间中，当空气温度降低至露点温度附近，冷端翅片表面析出冷凝水，该冷凝水由蓄水盒收集；同时析出冷凝水后的干燥冷空气进入尾部风道，在经过余热回收热交换器时，再次进行热交换，将携带的冷量通过导热方式，传递到新引入的外环境空气中，最后通过风扇引入到热管散热器，通过排气口排向外环境。本实用新型结构简单，取水效率高，无制冷工质，并且使用太阳能供能，零排放，无污染，经济环保。

Description

一种太阳能驱动的半导体露点冷凝式空气取水装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能驱动的露点冷凝式空气取水装置，可在沙漠，偏远山区等恶劣环境提供可靠的淡水来源。

背景技术

水是地球上一切生命生存不可或缺的物质之一，在人类生活与发展中起到不可替代的作用。虽然地球表面大部分的面积被水覆盖，但绝大部分是海水，淡水水量不足总体水量的3%，且淡水大部分存在于南北极和冰川中，难以被人类开发利用。可供人们饮用的淡水主要存在于内陆河流，湖泊和地下水，仅占地球总体水量的0.36%左右。由于淡水资源分布极其不均，加上工业、生活污水的排放，越来越多的水体遭到污染，许多国家和地区的人民不能得到安全卫生的饮用水，因此感染疾病甚至死亡。

而在水资源比较匮乏的内陆地区，如偏远山区和沙漠地区，交通不便，水的运输比较困难，拥有稳定安全的淡水来源变得十分关键。而空气中含有大量的水蒸气，由于不同地域气压的不同，不同地区的空气不停流动，使水蒸气在大气内的循环方式之一。通过将空气中的水蒸气冷凝收集起来，并加以处理，就可以得到安全的饮用水，这种方法便是空气取水技术。

发明内容

为了解决沙漠、偏远山区等淡水匮乏地区的饮水难题，通过露点冷凝方法实现空气取水，是获得淡水补给的有效途径。而现有相关技术涉及的空气取水系统效率普遍较低且结构复杂。

本实用新型包括与控制单元相连的蓄电池和半导体冷凝取水单元，所述的蓄电池与太阳能光伏电池连接；所述的半导体冷凝取水单元包括余热回收热交换器、半导体制冷模块和热管散热器。

所述的余热回收热交换器用于对引入半导体冷凝取水单元的空气进行预冷，余热回收热交换器的出口连接至由半导体制冷模块中的冷端翅片所围成的冷却空间中，当空气温度降低至露点温度附近，冷端翅片表面析出冷凝水，该冷凝水由蓄水盒收集；同时析出冷凝水后的干燥冷空气进入尾部风道，在经过余热回收热交换器时，再次进行热交换，将携带的冷量通过导热方式，传递到新引入的外环境空气中，最后通过风扇引入到热管散热器，通过排气口排向外环境。

进一步说，所述的余热回收器是由多层彼此独立的冷、热风道间隔布置而成，且冷、热风道层相互垂直。

进一步说，所述的余热回收器中的每层风道中内置若干水平排布的三角形波纹风道。

进一步说，所述的冷端翅片呈纵向布置，且其表面刷涂有疏水材料。

本实用新型结构简单，取水效率高，无制冷工质，并且使用太阳能供能，零排放，无污染，经济环保。与常规空气取水装置相比，本系统使用太阳能供能，采用热管散热器加强散热效果，加入余热回收热交换器提高能量利用效率，带有温湿度传感器的温控模块实时调节半导体制冷片处于最优工况。

附图说明

图1是本实用新型的系统组成简图；

图2是本实用新型的半导体冷凝取水单元剖面简图；

图3是本实用新型的余热回收器结构示意图；

图4是本实用新型的运行工况控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的主要构思：本实用新型包括与控制单元相连的蓄电池和半导体冷凝取水单元，所述的蓄电池与太阳能光伏电池连接；所述的半导体冷凝取水单元包括余热回收热交换器、半导体制冷模块和热管散热器，控制单元用于控制太阳能光伏发电系统在白天将太阳能转换为电能，并储存在蓄电池中；夜晚温度降低，空气相对湿度上升时，启动空气取水系统，进行取水工作，提高取水效率。通过检测冷却后空气的温度，调节风扇转速，从而调节进入系统的空气量，使半导体制冷片工作状态处于最优工况，提高工作效率。

实施例：

如图1中，太阳能光伏电池1在日照强度足够时将太阳能转化为电能储存在蓄电池2中，控制单元3检测电源供电是否正常，在夜晚启动半导体冷凝取水单元4工作，并通过检测冷却后空气温度调节风量，使冷凝取水单元时刻处于最优工况。

如图2、图3和图4所示，空气冷凝取水的循环过程为：首先，将外环境空气引入余热回收热交换器4-7进行预冷，余热回收器是由多层彼此独立的冷、热风道间隔布置而成，且冷风道4-7-1、热风道4-7-2相互垂直，实现了冷、热气流的十字交叉流动换热。其中，单层风道中内置若干水平排布的三角形波纹风道，以实行冷、热气流的均匀流动和高效热交换。充分换热后随风道到达半导体制冷模块4-2的冷端翅片4-3围成冷冷相对的冷凝风道。当空气温度降低至露点温度附近，即可在刷涂有疏水材料的翅片表面析出冷凝水。凝结水在重力作用下，沿着纵向布置的翅片表面滑落，并被收集到蓄水盒4-5中。析出冷凝水后的干燥冷空气，进入外壳4-6尾部风道，随后被引入余热回收热交换器，将携带的冷量通过导热方式，传递到新引入的外环境空气中，最后通过风扇4-8引入到热端热管散热器4-1，通过排气口4-9排向外环境。为了方便充分换热和减少流道阻力，余热回收热交换器的混合风道，采用冷、热风道间隔布置且流向相互垂直的交叉流道结构，同时在尾部风道布设温度检测器4-4，检测通过尾部风道的空气温度，当尾部的温度过高时，减小风量，当尾部的温度过低时，增大风量，从而使得半导体制冷片工作状态处于最优工况，提高工作效率。

另外，考虑到野外环境中沙尘对散热器性能的影响，所以在半导体模块的热端散热器前布置过滤网。该措施可以在一定程度上阻止沙尘通过装置的热端排气口进入散热器内部，有效缓解了翅片表面的积尘现象，同时降低了装置使用时的维护频率。

综上，本实用新型提高了取水效率，结构紧凑，体积小巧，方便携带。通过加入余热回收热交换器，回收尾部取水后干燥空气的冷量，提高了系统能量的综合利用效率；排出的空气最后进入热端散热翅片，进一步提高散热器的散热效率。同时，通过内置的温度传感器，调节电源的工作电流大小，保证半导体制冷模块运行在空气露点温度附近的最佳工况区间。

在实施例中，一个复合发电单元的建造成本不超过2万元/kW，光热利用部分的半导体温差发电量的贡献率达到11%以上。每度电的成本为0.56元，相比传统光伏或光热发电节约了50%以上，经济效益和节能效果显著。此外，随着复合发电单元的成倍集成，系统的发电效率将得到显著提高，发电成本将大幅降低。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围不仅局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种太阳能驱动的半导体露点冷凝式空气取水装置，包括与控制单元相连的蓄电池和半导体冷凝取水单元，所述的蓄电池与太阳能光伏电池连接，其特征在于：

所述的半导体冷凝取水单元包括余热回收热交换器、半导体制冷模块和热管散热器；

所述的余热回收热交换器用于对引入半导体冷凝取水单元的空气进行预冷，余热回收热交换器的出口连接至由半导体制冷模块中的冷端翅片所围成的冷却空间中，当空气温度降低至露点温度附近，冷端翅片表面析出冷凝水，该冷凝水由蓄水盒收集；同时析出冷凝水后的干燥冷空气进入尾部风道，在经过余热回收热交换器时，再次进行热交换，将携带的冷量通过导热方式，传递到新引入的外环境空气中，最后通过风扇引入到热管散热器，通过排气口排向外环境。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的半导体露点冷凝式空气取水装置，其特征在于：所述的余热回收器是由多层彼此独立的冷、热风道间隔布置而成，且冷、热风道层相互垂直。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能驱动的半导体露点冷凝式空气取水装置，其特征在于：所述的余热回收器中的每层风道中内置若干水平排布的三角形波纹风道。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的半导体露点冷凝式空气取水装置，其特征在于：所述的冷端翅片呈纵向布置，且其表面刷涂有疏水材料。