專利名稱：太陽能光伏直流空氣取水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏直流空氣取水裝置，是一種利用太陽能作為動(dòng) 力源驅(qū)動(dòng)的空氣取水裝置。
技術(shù)背景隨著全球人口的迅猛增長(zhǎng),人類對(duì)淡水的需求也急劇的增加，而原本就不太 豐富的淡水資源在遭受環(huán)境污染和不合理利用雙重打擊下，顯得更加的稀少了。 但是，確保淡水供應(yīng)又恰恰是人類所有活動(dòng)的先決條件。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科 技的發(fā)展，人類在淡水資源缺乏的地方(如沙漠)活動(dòng)越來越頻繁，這些活動(dòng) 都離不開淡水的供應(yīng)保障，因此，如何在缺乏淡水的地方有效的獲得淡水，成 為了人類共同擔(dān)心而又亟需解決的難題。除了自然存在的淡水資源外，在空氣 中所含有的水蒸氣也可以成為淡水資源的重要來源，因此空氣取水也成為當(dāng)前 的研究熱點(diǎn)問題。另一方面，太陽能是一種可持續(xù)利用、既清潔又到處都有的能源。太陽能 制冷具有季節(jié)匹配性好(天氣越熱，太陽輻射越好，系統(tǒng)制冷量越大)、無污 染及運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，在礦物燃料已存量不多和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今日， 太陽能制冷的研究和利用工作愈來愈受到世人的關(guān)注和重視。當(dāng)前太陽能制冷裝置方面的研究，以吸附式制冷、熱電式制冷和壓縮蒸汽 制冷循環(huán)原理三者居多。其中，吸附式太陽能制冷裝置和熱電式太陽能制冷裝 置，由于技術(shù)因素的限制，存在制冷系數(shù)低等不足，而且吸附式太陽能制冷裝 置還存在設(shè)備較為笨重，系統(tǒng)可靠性差的缺點(diǎn)；而壓縮蒸汽制冷循環(huán)原理的太 陽能制冷裝置， 一種方案是用逆變器將太陽能電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)變成交流電 以驅(qū)動(dòng)普通的制冷裝置，由于此類太陽能制冷裝置需要電流逆變器，所以結(jié)構(gòu) 較為復(fù)雜，同時(shí)電流逆變也造成了一定的電能損耗；還有一種方案就是本發(fā)明 所涉及到的用太陽能電池驅(qū)動(dòng)裝有直流壓縮機(jī)的制冷裝置，并配以蓄電池等附
件以保證夜間、陰雨天氣的運(yùn)行。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利公開號(hào)CN2669100，
公開日為 2005.01.05，專利名稱為 一種光伏驅(qū)動(dòng)制冷裝置，其僅作為一種以太陽能作為 動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的制冷裝置；還有中國(guó)專利公開號(hào)CN 2416139，
公開日為 2001.01.24，專利名稱為空氣取水器，也僅作為一種單獨(dú)的取水裝置，不具體 考慮與其匹配的制冷系統(tǒng)；另外中國(guó)專利公開號(hào)CN1485506，
公開日為 2004.03.31，專利名稱為太陽能半導(dǎo)體制冷結(jié)露法空氣取水器，是一種利用太 陽能光伏熱電制冷原理，進(jìn)行結(jié)露法空氣取水的裝置。盡管此技術(shù)相比于吸附 式制冷和蒸汽壓縮制冷有體積小、重量輕、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，伹是該技術(shù)制冷 效率低，取水效果差，不具備無日照連續(xù)運(yùn)行的能力。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種太陽能光伏直流空 氣取水裝置，使其具有不需要逆變器、制冷系數(shù)高、取水率高、無日照連續(xù)運(yùn) 行時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明利用太陽能作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，將新型的空氣取水 器與最新的光伏直流制冷技術(shù)結(jié)合起來，提供的太陽能光伏直流空氣取水裝置包括太陽能供電系統(tǒng)、箱體總成及蓄電池，箱體總成包括制冷系統(tǒng)、空氣取 水器及箱體，太陽能供電系統(tǒng)通過控制器分別與蓄電池及制冷系統(tǒng)的直流壓縮 機(jī)相連，制冷系統(tǒng)和空氣取水器設(shè)在箱體中，在箱體的外壁上設(shè)有總開關(guān)。當(dāng) 太陽輻射充裕時(shí)，太陽能電池板將接收的太陽光輻射能轉(zhuǎn)化為直流電能輸出， 直流壓縮機(jī)使制冷系統(tǒng)工作，控制器控制系統(tǒng)將多佘電量?jī)?chǔ)存到蓄電池中；當(dāng) 太陽輻射強(qiáng)度不大或陰雨天氣時(shí)，太陽能電池板所轉(zhuǎn)化的直流電能小于系統(tǒng)的 所有消耗，控制器控制蓄電池中的電能釋放出來以維持系統(tǒng)正常運(yùn)行。 本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如下太陽能光伏直流空氣取水裝置由太陽能供電系統(tǒng)、箱體總成及蓄電池構(gòu)成， 其中，所述的太陽能供電系統(tǒng)包括太陽能電池板、總開關(guān)、控制器，太陽能電
池板通過總開關(guān)與控制器相連，控制器分別與蓄電池及箱體總成中制冷系統(tǒng)的 直流壓縮機(jī)相連。所述箱體總成包括制冷系統(tǒng)、空氣取水器及箱體，制冷系統(tǒng)和空氣取水 器設(shè)在箱體中，在箱體的外壁上設(shè)有太陽能供電系統(tǒng)的總開關(guān)。所述空氣取水器中，風(fēng)機(jī)甲與管板式空氣回?zé)崞飨噙B，管板式空氣回?zé)崞?與取水器相連，取水器與風(fēng)機(jī)乙相連，風(fēng)機(jī)乙與管板式空氣回?zé)崞飨噙B。所述取水器包括蒸發(fā)器、集水器及放水閥，蒸發(fā)器與集水器相連，集水器 在蒸發(fā)器的下方，集水器底部設(shè)有放水閥；所述蒸發(fā)器的殼體內(nèi)，橫向均勻排 列若干傳熱紫銅光管，縱向交替設(shè)置波紋形凝水板及波紋形折流板。所述制冷系統(tǒng)中，直流壓縮機(jī)與冷凝器相連，冷凝器與干燥過濾器相連， 干燥過濾器與節(jié)流裝置相連，節(jié)流裝置與取水器中的蒸發(fā)器相連，蒸發(fā)器與直 流壓縮機(jī)相連；溫控器的溫度探頭放在取水器內(nèi)側(cè)，溫控器與直流壓縮機(jī)相連。本發(fā)明所述節(jié)流裝置可以采用毛細(xì)管或者膨脹閥。本發(fā)明所述箱體可以由絕熱層和外壁防輻射層構(gòu)成。本發(fā)明裝置工作時(shí)，太陽能供電系統(tǒng)、箱體總成、空氣取水器在控制器和 溫控器的邏輯控制下協(xié)調(diào)工作。當(dāng)太陽輻射比較充裕時(shí)，太陽能電池板接收太陽光輻射能，將其轉(zhuǎn)化為直 流電能輸出，直流電驅(qū)動(dòng)直流壓縮機(jī)(DCcompressor)，使制冷系統(tǒng)工作，控 制器便控制系統(tǒng)將多余的電量?jī)?chǔ)存到蓄電池當(dāng)中。當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度不大或陰雨天氣時(shí)，由于太陽能電池板所轉(zhuǎn)化的直流電能 小于系統(tǒng)的所有消耗，控制器便將儲(chǔ)存在蓄電池中的電能釋放出來以維持系統(tǒng) 正常運(yùn)fi1。在電量充足的情況下接通總開關(guān)，若蒸發(fā)器內(nèi)的溫度高于溫控器設(shè)定的溫 度值，直流壓縮機(jī)啟動(dòng)，制冷系統(tǒng)開始工作。高溫高壓的制冷劑氣體被壓縮后， 在冷凝器中被冷凝為液體，然后流經(jīng)干燥過濾器、節(jié)流裝置，進(jìn)入蒸發(fā)器與預(yù) 冷后的空氣進(jìn)行換熱，吸收了空氣熱量的低溫低壓制冷劑，重新回到直流壓縮 機(jī)，再次被壓縮成高溫高壓的氣體，如此制冷劑不斷往復(fù)循環(huán)。冷卻后的空氣 從蒸發(fā)器流到集水器中進(jìn)行分離，凝結(jié)水收集后經(jīng)放水閥放出，分離出來的空 氣經(jīng)風(fēng)機(jī)回到回?zé)崞黝A(yù)冷進(jìn)入系統(tǒng)的外界空氣，外界空氣在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，先 經(jīng)過管板式空氣回?zé)崞鬟M(jìn)行預(yù)冷，然后進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行進(jìn)一步降溫，如此空氣 不斷往復(fù)循環(huán)。本發(fā)明所述的箱體包括絕熱層和外壁防輻射層。絕熱層保溫，防輻射層是 為了減少太陽光直射系統(tǒng)而導(dǎo)致不必要的能量損失。本發(fā)明采用帶蓄電池的光伏驅(qū)動(dòng)制冷裝置，雖然裝置重量的增加不可避免， 但是該裝置的技術(shù)成熟可靠，原材料獲得較為容易，制作也比較簡(jiǎn)單，且具有 制冷系數(shù)高和無日照連續(xù)運(yùn)行的能力。本發(fā)明將光伏直流壓縮制冷技術(shù)運(yùn)用到空氣取水系統(tǒng)中，整合成的系統(tǒng)具 有不需要逆變器、制冷系統(tǒng)運(yùn)行可靠、制冷系數(shù)高、無日照連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等 優(yōu)點(diǎn)，不僅可應(yīng)用于都市進(jìn)行空氣取水，還可廣泛應(yīng)用于缺水、缺電但陽光充 足的地區(qū)，如海島、沙漠地區(qū)。


圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，l為太陽能供電系統(tǒng)，2為箱體總成，3為直流壓縮機(jī)，4為溫控 器，5為制冷系統(tǒng)，6為風(fēng)機(jī)乙，7為空氣取水器，8為管板式空氣回?zé)崞鳎?為 風(fēng)機(jī)甲，IO為箱體，11為取水器，12為節(jié)流裝置，13為干燥過濾器，14為冷 凝器，15為太陽能電池板，16為總開關(guān)，17為控制器，18為蓄電池。圖2是本發(fā)明取水器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，6為風(fēng)機(jī)乙，8為管板式空氣回?zé)崞鳎?為風(fēng)機(jī)甲，ll為取水器， 19為蒸發(fā)器，20為波紋形凝水板，21為波紋形折流板，22為蒸發(fā)器殼體，23 為傳熱紫銅光管，24為集水器，25為放水閥。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。本發(fā)明設(shè)計(jì)提供的太陽能光伏直流空氣取水裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括太陽能供電系統(tǒng)l、箱體總成2、蓄電池18。 所述的太陽能供電系統(tǒng)l包括太陽能電池板15、總開關(guān)16、控制器17，太陽能電池板15與總開關(guān)16相連接，總開關(guān)16與控制器17相連接，控制器17與蓄 電池18相連，同時(shí)控制器17與箱體總成2中制冷系統(tǒng)的直流壓縮機(jī)3相連。因太 陽能電池板15需要接受太陽輻射能，整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)在室外。所述的箱體總成2包括制冷系統(tǒng)5、空氣取水器7、箱體IO，制冷系統(tǒng)5和 空氣取水器7設(shè)在箱體10中，在箱體10的背面外壁上設(shè)有太陽能供電系統(tǒng)的總開 關(guān)16。所述的空氣取水器7包括取水器ll、風(fēng)機(jī)甲9、管板式空氣回?zé)崞?、風(fēng)機(jī) 乙6，風(fēng)機(jī)甲9通過銅管與管板式空氣回?zé)崞?相連，管板式空氣回?zé)崞?通過銅 管與取水器ll相連，取水器11通過銅管與風(fēng)機(jī)乙6相連，風(fēng)機(jī)乙6通過銅管與管 板式空氣回?zé)崞?相連。所述的制冷系統(tǒng)5包括直流壓縮機(jī)3、溫控器4、蒸發(fā)器19、節(jié)流裝置12、 干燥過濾器13、冷凝器14，直流壓縮機(jī)3與冷凝器14通過銅管相連，冷凝器14與 干燥過濾器13通過銅管相連，干燥過濾器13與節(jié)流裝置12通過銅管相連，節(jié)流 裝置12與取水器11中的蒸發(fā)器通過銅管相連，取水器l 1中的蒸發(fā)器與直流壓縮 機(jī)3通過銅管相連。溫控器4的溫度探頭放在蒸發(fā)器11內(nèi)側(cè)，溫控器4與直流壓縮 機(jī)3通過電線相連。直流壓縮機(jī)3、干燥過濾器13、節(jié)流裝置12均設(shè)在箱體10的 外面，取水器11設(shè)在箱體10的內(nèi)側(cè)。所述的節(jié)流裝置12是毛細(xì)管或者膨脹閥。所述的箱體10包括絕熱層和外壁防輻射層。所述的取水器11結(jié)構(gòu)及其連接方式如圖2所示，取水器ll包括蒸發(fā)器19、 集水器24、放水閥25，蒸發(fā)器19通過銅管和集水器24相連，集水器24在蒸發(fā)器 19的下方，在集水器24的底部設(shè)有放水閥25。其中，所述的蒸發(fā)器19包括波紋形凝水板20、波紋形折流板21、蒸發(fā)器殼 體22及傳熱紫銅光管23。蒸發(fā)器殼體22內(nèi)，橫向均勻排列若干傳熱紫銅光管23， 縱向交替設(shè)置波紋形凝水板20及波紋形折流板21 。本發(fā)明的工作過程和工作原理是太陽能供電系統(tǒng)l、箱體總成2、空氣取
水器7在控制器17和溫控器4的邏輯控制下協(xié)調(diào)工作，整個(gè)系統(tǒng)可以設(shè)在鋼構(gòu)長(zhǎng)方架子中，架子四周和上方都貼著白色遮雨板，用來遮雨和遮擋太陽光對(duì)系統(tǒng) 的直射。架子下部設(shè)有輪子，以方便制冷裝置的移動(dòng)。太陽能電池板15接收太陽光的輻射能，將其轉(zhuǎn)化為直流電能，直流壓縮機(jī)3、 控制器17、冷凝器14的風(fēng)扇等部件(溫控器4除外)所需的電能均由此太陽能電 池提供?？傞_關(guān)16用于在不使用本發(fā)明所述的制冷裝置時(shí)，切斷整個(gè)制冷裝置 的電源。當(dāng)太陽輻射比較充裕時(shí)，太陽能電池板15接收太陽光輻射能，將其轉(zhuǎn)化為 直流電能輸出，直流電驅(qū)動(dòng)直流壓縮機(jī)3，使制冷系統(tǒng)工作，控制器17便控制系 統(tǒng)將多余的電量?jī)?chǔ)存到蓄電池18當(dāng)中，若此時(shí)蓄電池18已充滿，則控制器17取 消充電動(dòng)作。當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度不大或陰雨天氣，由于太陽能電池板15所轉(zhuǎn)化的直流電能 小于系統(tǒng)的所有消耗，控制器17便將儲(chǔ)存在蓄電池18中的電能釋放出來以維持 系統(tǒng)正常運(yùn)行，若此時(shí)蓄電池18中電量到達(dá)設(shè)定下限，控制器17取消放電動(dòng)作， 直流壓縮機(jī)3關(guān)閉。在電量充足的情況下接通總開關(guān)16，若蒸發(fā)器19內(nèi)的溫度高于溫控器4設(shè)定 的溫度值，直流壓縮機(jī)3啟動(dòng)，制冷系統(tǒng)開始工作。高溫高壓的制冷劑氣體被直 流壓縮機(jī)3壓縮后，在冷凝器14中被冷凝為液體，然后流經(jīng)干燥過濾器13后在節(jié) 流裝置12中被節(jié)流降壓為低壓低溫的液體(通常情況下是帶有少量閃發(fā)蒸汽的 氣液兩相制冷劑)，之后制冷劑在殼管式蒸發(fā)器19中與預(yù)冷后的空氣進(jìn)行換熱， 制冷劑走管程，空氣走殼程，制冷劑通過沸騰蒸發(fā)吸收空氣的熱量，從而使空 氣的溫度不斷降低，吸收了空氣熱量的低溫低壓制冷劑，重新回到直流壓縮機(jī)3， 再次被壓縮成高溫高壓的氣體，如此制冷劑不斷往復(fù)循環(huán)，而被冷卻后的空氣 從蒸發(fā)器19流到集水器24中進(jìn)行分離，凝結(jié)水在集水器24中被收集后，經(jīng)放水 閥25放出，而分離出來的空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)乙6回到管板式空氣回?zé)崞?預(yù)冷進(jìn)入系統(tǒng) 的外界空氣，外界空氣在風(fēng)機(jī)甲9的驅(qū)動(dòng)下，先經(jīng)過管板式空氣回?zé)崞?進(jìn)行預(yù) 冷，溫度降低，相對(duì)含濕量得以提高，然后進(jìn)入蒸發(fā)器19進(jìn)行進(jìn)一步降溫，如
此空氣不斷往復(fù)循環(huán)。當(dāng)蒸發(fā)器19中的溫度到了設(shè)定的溫度下限值時(shí)，溫控器4將切斷直流壓縮機(jī) 3的電源，過一段時(shí)間后，當(dāng)蒸發(fā)器19中的溫度回升到設(shè)定的溫度上限值時(shí)，溫 控器4接通直流壓縮機(jī)3的電源，制冷系統(tǒng)再次工作。箱體10包括絕熱層和外壁防輻射層。絕熱層保溫，防輻射層是為了減少太 陽光直射系統(tǒng)而導(dǎo)致不必要的能量損失。本發(fā)明的太陽能光伏直流空氣取水裝置，將新型空氣取水器與光伏直流壓 縮制冷技術(shù)結(jié)合起來，不需要逆變器，具有統(tǒng)運(yùn)行可靠、制冷系數(shù)高、無日照 連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于缺水、缺電但陽光充足的地區(qū)，如海島、 沙漠地區(qū)。
權(quán)利要求
1、 一種太陽能光伏直流空氣取水裝置，由太陽能供電系統(tǒng)(1)、箱體總 成(2)及蓄電池(18)構(gòu)成，其特征在于所述太陽能供電系統(tǒng)(1)中，太陽能電池板(15)通過總開關(guān)(16)與控 制器(17)相連，控制器(17)分別與蓄電池(18)及箱體總成(2)中制冷系 統(tǒng)的直流壓縮機(jī)(3)相連；所述箱體總成(2)包括制冷系統(tǒng)(5)、空氣取水器(7)及箱體(10)， 制冷系統(tǒng)(5)和空氣取水器(7)設(shè)在箱體(10)中，在箱體(10)的外壁上 設(shè)有太陽能供電系統(tǒng)的總開關(guān)(16);其中，所述空氣取水器(7)中，風(fēng)機(jī)甲(9)與管板式空氣回?zé)崞?8)相連，管 板式空氣回?zé)崞?8)與取水器(11)相連，取水器(11)與風(fēng)機(jī)乙(6)相連， 風(fēng)機(jī)乙(6)與管板式空氣回?zé)崞?8)相連；所述制冷系統(tǒng)(5)中，直流壓縮機(jī)(3)與冷凝器(14)相連，冷凝器(14) 與干燥過濾器(13)相連，干燥過濾器(13)與節(jié)流裝置(12)相連，節(jié)流裝 置(12)與取水器(11)中的蒸發(fā)器(19)相連，蒸發(fā)器(19)與直流壓縮機(jī) (3)相連；溫控器(4)的溫度探頭放在取水器(11)內(nèi)側(cè)，溫控器(4)與直 流壓縮機(jī)(3)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的太陽能光伏直流空氣取水裝置，其特征在于所述取水 器(11)包括蒸發(fā)器(19)、集水器(24)及放水閥(25)，蒸發(fā)器(19)與 集水器(24)相連，集水器(24)在蒸發(fā)器(19)的下方，集水器(24)底部 設(shè)有放水閥(25);所述蒸發(fā)器(19)的殼體(22)內(nèi)，橫向均勻排列若干傳 熱紫銅光管(23)，縱向交替設(shè)置波紋形凝水板(20)及波紋形折流板(21)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l的太陽能光伏直流空氣取水裝置，其特征在于所述節(jié)流 裝置(12)為毛細(xì)管或者膨脹闊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l的太陽能光伏直流空氣取水裝置，其特征在于所述箱體 (10)由絕熱層和外壁防輻射層構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏直流空氣取水裝置，包括太陽能供電系統(tǒng)、箱體總成及蓄電池，箱體總成包括制冷系統(tǒng)、空氣取水器及箱體，太陽能供電系統(tǒng)通過控制器分別與蓄電池及制冷系統(tǒng)的直流壓縮機(jī)相連，制冷系統(tǒng)和空氣取水器設(shè)在箱體中，箱體外壁設(shè)有總開關(guān)。太陽輻射充裕時(shí)，太陽能電池板將接收的太陽光輻射能轉(zhuǎn)化為直流電能輸出，直流壓縮機(jī)使制冷系統(tǒng)工作，多余電量?jī)?chǔ)存到蓄電池中；太陽輻射強(qiáng)度不大或陰雨天氣時(shí)，太陽能電池板所轉(zhuǎn)化的直流電能小于系統(tǒng)的消耗，將蓄電池中的電能釋放出來以維持系統(tǒng)正常運(yùn)行。本發(fā)明將光伏直流壓縮制冷技術(shù)運(yùn)用到空氣取水系統(tǒng)中，制冷系數(shù)高、取水率高、無日照連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，可應(yīng)用于缺水缺電但陽光充足的地區(qū)。
文檔編號(hào)E03B3/28GK101144284SQ200710047159
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月18日
發(fā)明者圓 周, 鵬 張, 王如竹 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)