專利名稱：太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在海洋或高原、沙漠地區(qū)用太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法的空氣取水裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們?cè)谏衬秃Ｑ蟮貐^(qū)的活動(dòng)就顯得越來(lái)越重要，而確保淡水供應(yīng)又是人類在這些地區(qū)所有活動(dòng)的先決條件。因此，在沙漠和海洋中如何有效獲取淡水，成了人類共同關(guān)心而又需要解決的難題。目前從空氣獲取淡水的取水器有兩種一種是用太陽(yáng)能吸附式制冷結(jié)露法的取水器，法國(guó)科學(xué)家在沙漠地區(qū)用聚焦后的太陽(yáng)能加熱吸附式熱泵的吸附床，切換工作后，再利用熱泵的蒸發(fā)端使空氣降溫結(jié)露。其取水效率受聚光罩的光學(xué)效率、吸附床的吸熱效率、吸附熱泵的COP值、蒸發(fā)端的換熱效率以及為使不到1％的空氣中水蒸氣降溫結(jié)露，需使99％的干空氣同時(shí)降溫等不利因素限制，其取水效率很低，在空氣露點(diǎn)較低時(shí)，如果考慮取水升溫后的再次蒸發(fā)，其取水效率更低。另一種用太陽(yáng)能吸附式加熱脫附冷凝法的取水器，這種取水裝置由透光罩、放有吸附劑的吸附床、存水器和取水管路等構(gòu)成。它利用吸附劑在沙漠夜晚溫度較低的、流動(dòng)的空氣中敞開(kāi)吸附空氣中的水蒸氣，白天則將其密封在玻璃容器中，利用太陽(yáng)光聚焦加熱使其脫附，利用環(huán)境空氣冷卻玻璃面，從而使容器中的水蒸氣又在其內(nèi)表面凝結(jié)、匯集，最終實(shí)現(xiàn)從空氣中取水的技術(shù)過(guò)程，其取水率受脫附溫度和環(huán)境溫度的影響，這種取水器的取水效率一般為0.0946g/kJ。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有空氣取水器的缺點(diǎn)，提供一種體積小、重量輕、取水效率較高、攜帶方便的太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器包括板式回?zé)崞?、隔熱層、凝水室、集水器、放水閥門(mén)、散熱片、自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)、太陽(yáng)能電池板、冷板、風(fēng)機(jī)、熱電堆、溫度傳感器、濕度傳感器和單片機(jī)控制采集系統(tǒng)，置有放水閥門(mén)的集水器置于取水器的底部，凝水室下部與集水器聯(lián)通，上部與板式回?zé)崞髀?lián)通，集水器、凝水室、板式回?zé)崞魍獠烤糜懈魺釋?，由凝水室空氣?jīng)回?zé)崞鬏敵龅墓艿揽谥糜酗L(fēng)機(jī)，經(jīng)過(guò)回?zé)崞?、熱電堆的冷板間自然空氣輸入管道和凝水室相聯(lián)通，太陽(yáng)能電池板固定在自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，太陽(yáng)能電池板的正負(fù)輸出端和熱電堆連接，自然空氣輸入口置有溫度傳感器和濕度傳感器，溫度傳感器、濕度傳感器、熱電堆和單片機(jī)控制采集系統(tǒng)相連接。
采用上述方案的取水器的取水原理為當(dāng)白天有太陽(yáng)的時(shí)候，將電池板展開(kāi)，然后將電池板固定在二維自動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上充電。到了晚上，當(dāng)空氣的溫度降下來(lái)以后，通過(guò)溫度和濕度傳感器測(cè)量出此時(shí)空氣的溫度和濕度，然后根據(jù)空氣的溫度和濕度計(jì)算出空氣的露點(diǎn)溫度，然后由單片機(jī)根據(jù)用戶的設(shè)定溫差來(lái)控制熱電堆冷端溫度，一般熱電堆冷端的溫度要比空氣的露點(diǎn)溫度低2～8℃，空氣取水效率較高。這樣當(dāng)經(jīng)過(guò)冷板后的空氣溫度降低到露點(diǎn)溫度以下時(shí)，空氣中的水蒸氣變成液態(tài)的水而從空氣中分離出來(lái)，達(dá)到空氣取水的目的。本發(fā)明由于采用了把電池板固定在能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，可以使電池板象向日葵一樣始終與陽(yáng)光垂直，大大提高了太陽(yáng)能的利用效率。在取水器中置有一板式回?zé)崞?，使從凝水室出去的溫度較低的空氣進(jìn)行充分預(yù)熱，同時(shí)也回收了冷量，提高了取水器單位能量的取水率。本發(fā)明利用已充足電的太陽(yáng)能電池板給半導(dǎo)體制冷部件供電而使半導(dǎo)體制冷，再利用風(fēng)機(jī)使自然空氣不斷地經(jīng)過(guò)熱電堆的冷板，經(jīng)過(guò)冷板后的空氣溫度降到其對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度以下時(shí)，空氣中的水蒸氣便冷凝成小水滴，并被氣流帶到凝水室中，下沉到凝水室底部而流入集水器，實(shí)現(xiàn)了制冷、降溫、結(jié)露、取水。因此用太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法的空氣取水器優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、取水效率高、攜帶方便。


圖1為太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器系統(tǒng)圖；圖2為自動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為二維PSD傳感器工作原理圖；圖4為自動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的控制線路框圖。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例結(jié)合附圖作一說(shuō)明，由圖1所示，太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器包括板式回?zé)崞?、隔熱層2、凝水室3、集水器4、放水閥門(mén)5、散熱片6及其風(fēng)機(jī)7、自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)8、太陽(yáng)能電池板9、冷板10及其溫度傳感器11、風(fēng)機(jī)12、熱電堆13、溫度傳感器14、濕度傳感器15和單片機(jī)控制采集系統(tǒng)16，置有放水閥門(mén)5的集水器4置于取水器的下部，凝水室3下部與集水器4聯(lián)通，上部與板式回?zé)崞?聯(lián)通，集水器4、凝水室3、板式回?zé)崞?及回?zé)崞?與冷板10之間的自然空氣輸入管道的外部均置有隔熱層2，由凝水室3空氣經(jīng)回?zé)崞鬏敵龅墓艿揽谥糜酗L(fēng)機(jī)12，經(jīng)回?zé)崞?、熱電堆13的冷板10之間的自然空氣輸入管道和凝水室3相聯(lián)通，熱電堆13的外部置有散熱片6其風(fēng)機(jī)7，太陽(yáng)能電池板9固定在自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)8上，太陽(yáng)能電池板9的正負(fù)輸出端和熱電堆13連接，自然空氣輸入口17置有溫度傳感器14和濕度傳感器15，溫度傳感器14、濕度傳感器15、熱電堆13和單片機(jī)控制采集系統(tǒng)16相連接。本實(shí)施例中太陽(yáng)能電池板9采用可疊式的電池板，在晚上電池不充電時(shí)，可以將電池板疊起來(lái)，使其面積變小，便于保管。由于水蒸氣在大氣的質(zhì)量含量不到1.5％，如果把剩下質(zhì)量百分含量大于98.5％的、溫度在空氣露點(diǎn)以下的空氣直接排放到大氣中，這樣會(huì)浪費(fèi)冷量，不經(jīng)濟(jì)，因此，在系統(tǒng)中置有一個(gè)板式回?zé)崞?，使從凝水室3出去的溫度較低的空氣和進(jìn)入取水器的空氣進(jìn)行充分換熱，從而使空氣在進(jìn)入冷板前得到了預(yù)冷，同時(shí)也回收了冷量，這樣就大大提高了取水器的單位能量的取水率。板式回?zé)崞鞯奶攸c(diǎn)傳熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕、體積小，而且換熱面積可以通過(guò)改變板的片數(shù)任意調(diào)節(jié)。
由圖2所示，自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)8包括二維PSD傳感器18、固定支架19、軸承20、蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)21、聯(lián)軸器22、控制系統(tǒng)23、電源系統(tǒng)24、步進(jìn)電機(jī)25、水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸26、豎直轉(zhuǎn)動(dòng)軸27、固定平板面28、旋轉(zhuǎn)臺(tái)底座29，其特點(diǎn)是，固定太陽(yáng)能電池板的固定支架19分別通過(guò)水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸26和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)軸27和各自的蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)21連接，蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)21通過(guò)聯(lián)軸器22與步進(jìn)電機(jī)25連接；二維PSD傳感器18置于固定平板面28上。固定支架通過(guò)蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，由于其具有良好的自鎖功能，只能由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿運(yùn)動(dòng)，然后由蝸桿帶動(dòng)蝸輪運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)固定支架運(yùn)動(dòng)，順序相反則不能運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)關(guān)掉步進(jìn)電機(jī)后，外界的干擾因素就不會(huì)改變固定支架的位置。
由圖3所示，二維PSD傳感器18的遮光罩的頂部平面30及受光面31與二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)8的固定平板面28平行，二維PSD傳感器18的受光面四角上四個(gè)電極I1、I2、I3、I4和控制系統(tǒng)23的前置放大器連接。
自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)的控制系統(tǒng)21如圖3所示，由前置放大電路、采樣濾波電路、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路、晶閘管、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、控制水平轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)、控制豎直轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)及電源所組成。其工作原理是由圖3、圖4所示，太陽(yáng)光透過(guò)二維PSD傳感器18的透光孔32到達(dá)傳感器的受光面31后，受光面的四個(gè)電極I1～I(xiàn)4產(chǎn)生電流，這些電信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置放大電路放大，濾波電路濾去干擾信號(hào)，再經(jīng)采樣保持電路及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量保存8051單片機(jī)的寄存器中。如果入射點(diǎn)光的位置在受光面的中心，則受光面的各個(gè)電極的電流均相等，此時(shí)入射光線與固定平面垂直。如果入射點(diǎn)光的位置不在受光面的中心，則受光面的各個(gè)電極的電流均不相等，則通過(guò)計(jì)算可以知道入射點(diǎn)光與受光面中心的相對(duì)位置，從而計(jì)算出入射光線與固定平面法線的夾角，由此計(jì)算出控制水平轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)和控制豎直轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度為多大時(shí)，才能使入射太陽(yáng)光與固定平面法線33的夾角為0°，由此計(jì)算出輸出控制字節(jié)M，再由單片機(jī)根據(jù)計(jì)算的結(jié)果發(fā)出控制指令，通過(guò)單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路以及多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)依次選擇控制水平轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)和控制豎直轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，并使它們轉(zhuǎn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)的角度，使太陽(yáng)光的入射光線與固定平面法線的夾角為0°。為了節(jié)約電能，在步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)期間，單片機(jī)通過(guò)晶閘管關(guān)閉步進(jìn)電機(jī)的總電源。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器，其特征在于，它包括板式回?zé)崞?1)、隔熱層(2)、凝水室(3)、集水器(4)、放水閥門(mén)(5)、散熱片(6)及其風(fēng)機(jī)(7)、自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)(8)、太陽(yáng)能電池板(9)、冷板(10)及其溫度傳感器(11)、風(fēng)機(jī)(12)、熱電堆(13)、溫度傳感器(14)、濕度傳感器(15)和單片機(jī)控制采集系統(tǒng)(16)，置有放水閥門(mén)(5)的集水器(4)置于取水器的下部，凝水室(3)下部與集水器(4)聯(lián)通，上部與板式回?zé)崞?1)聯(lián)通，集水器(4)、凝水室(3)、板式回?zé)崞?1)及回?zé)崞?1)與冷板(10)之間的自然空氣輸入管道的外部均置有隔熱層(2)，由凝水室(3)空氣經(jīng)回?zé)崞鬏敵龅墓艿揽谥糜酗L(fēng)機(jī)(12)，經(jīng)回?zé)崞?1)、熱電堆(13)的冷板(10)之間的自然空氣輸入管道和凝水室(3)相聯(lián)通，熱電堆(13)的外部置有散熱片(6)及其風(fēng)機(jī)(7)，太陽(yáng)能電池板(9)固定在自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)(8)上，太陽(yáng)能電池板(9)的正負(fù)輸出端和熱電堆(13)連接，自然空氣輸入口(17)置有溫度傳感器(14)和濕度傳感器(15)，溫度傳感器、濕度傳感器、熱電堆及自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)的控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制采集系統(tǒng)(16)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器，所述的自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)(8)包括二維PSD傳感器(18)、固定支架(19)、軸承(20)、蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(21)、聯(lián)軸器(22)、控制系統(tǒng)(23)、電源系統(tǒng)(24)、步進(jìn)電機(jī)(25)、水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸(26)、豎直轉(zhuǎn)動(dòng)軸(27)、固定平板面(28)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)底座(29)，其特征在于，固定太陽(yáng)能電池板的固定支架(19)分別通過(guò)水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸(26)和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)軸(27)和各自的蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(21)連接，蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(21)通過(guò)聯(lián)軸器(22)與步進(jìn)電機(jī)(25)連接；二維PSD傳感器(18)置于固定的平板面(28)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器，其特征在于所述的二維PSD傳感器(18)的遮光罩的頂部平面(30)及受光面(31)與二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)(8)的固定平板面(28)平行，二維PSD傳感器(18)的受光面四角上四個(gè)電極I1、I2、I3、I4和控制系統(tǒng)(23)的前置放大器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器，所述的太陽(yáng)能電池板(9)為可疊式的電池板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器，所述的自動(dòng)二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)(8)的控制系統(tǒng)(23)由前置放大電路、采樣濾波電路、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路、晶閘管、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、控制水平轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)、控制豎直轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)及電源所組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法取水器，包括回?zé)崞?、隔熱層、凝水室、集水器、放水閥門(mén)、散熱片及其風(fēng)機(jī)、二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)、太陽(yáng)能電池板、冷板、風(fēng)機(jī)、熱電堆、溫度、濕度傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)，電池板固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，使電池板始終與陽(yáng)光垂直，提高了太陽(yáng)能的利用率。置有板式回?zé)崞?，提高了取水率。太?yáng)能電池板供電半導(dǎo)體制冷，用風(fēng)機(jī)使自然空氣不斷經(jīng)過(guò)冷板，空氣中水蒸氣便冷凝成水滴，經(jīng)凝水室流入集水器，實(shí)現(xiàn)制冷、降溫、結(jié)露、取水。優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、取水效率高、攜帶方便。
文檔編號(hào)F24J2/00GK1485506SQ02137108
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
發(fā)明者葉繼濤, 陳兒同, 王芳, 黃超 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)