基于帕爾貼制冷技術(shù)的空氣制水設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空氣制水設(shè)備，特別是用于災(zāi)后、野外的空氣制取飲用水設(shè)備，屬于災(zāi)后應(yīng)急、野外工作、單兵作戰(zhàn)時(shí)人員的生命保障設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]作為生命之源，水是人類(lèi)日常生活中必不可少的資源，尤其在第二次工業(yè)革命之后，人類(lèi)對(duì)于水的需求急劇增加，世界大多數(shù)地區(qū)都出現(xiàn)了不同程度的缺水狀況。特別是在戰(zhàn)場(chǎng)或野外探險(xiǎn)時(shí)，解決如何攜帶淡水資源的問(wèn)題更加迫切。而全球大氣中的水蒸氣總含水量在十三萬(wàn)億立方米(1.3X 1013m3)，中國(guó)一年的總用水量在六千億立方米。也就是說(shuō)，只要能開(kāi)發(fā)大氣中5%的含水量，即可滿(mǎn)足整個(gè)中國(guó)一年的需求。但目前從空氣中獲取液態(tài)水的方式較為單一，且耗能較大，很難推廣。因此，高效節(jié)能的空氣制水方法成為各世界都在研究的重要課題。
[0003]美國(guó)軍隊(duì)后勤補(bǔ)給的總量中有大約三分之一是水，而僅僅是水的運(yùn)送成本，最高就可能達(dá)到每加侖40美元-具體成本取決于道路及安全狀況。因此，美國(guó)陸軍在過(guò)去10年里投入了數(shù)百萬(wàn)美元，用于研發(fā)能從空氣中提取水的實(shí)用裝置。近5年來(lái)多種裝置得以問(wèn)世，但由于耗能大、體積龐大不便于攜帶、噪音大等種種問(wèn)題未能在戰(zhàn)區(qū)大規(guī)模使用。
[0004]在國(guó)內(nèi)方面，現(xiàn)有的空氣制水設(shè)備均采用壓縮機(jī)冷卻空氣以凝結(jié)水。此類(lèi)設(shè)備較為笨重，不易攜帶，無(wú)法運(yùn)用于野外探險(xiǎn)、戰(zhàn)場(chǎng)保障、災(zāi)后保障等對(duì)水資源需求迫切的環(huán)境，且成品價(jià)格和運(yùn)行成本高，也難以在日常生活中普及推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明基于帕爾貼效應(yīng)制冷原理設(shè)計(jì)制作的空氣制水設(shè)備，具有體積小、重量輕、降溫速度快、耗能少、效率高等特點(diǎn)，成品的尺寸僅16cmX 14cmX 30cm。因此，本設(shè)備無(wú)論在面對(duì)越來(lái)越多的干旱缺水地區(qū)或遭受洪水地震等突發(fā)性自然災(zāi)害的地區(qū)，還是面向戰(zhàn)區(qū)和民間探險(xiǎn)等領(lǐng)域該產(chǎn)品均有極高的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種空氣制水設(shè)備，包括太陽(yáng)能電源模塊、預(yù)冷模塊、制冷模塊、產(chǎn)水模塊和程控模塊五部分。
[0007]所述預(yù)冷模塊中，利用銅箔在腔體中隔出由上至下五個(gè)波浪形通道。
[0008]所述制冷模塊由基于帕爾貼效應(yīng)的半導(dǎo)體制冷片、循環(huán)制冷裝置、導(dǎo)冷介質(zhì)、水冷散熱裝置和太陽(yáng)能電源組成。循環(huán)制冷腔體由保溫腔體和導(dǎo)冷片構(gòu)成，半導(dǎo)體制冷片置于環(huán)制冷腔體與水冷散熱裝置之間，并緊密貼合。導(dǎo)冷介質(zhì)以乙二醇作為主要成分。導(dǎo)冷介質(zhì)充滿(mǎn)循環(huán)制冷裝置和水冷散熱裝置。
[0009]所述產(chǎn)水模塊由空氣通道、冷凝裝置和集水裝置組成，整個(gè)模塊外部用保溫材料密封?？諝馔ǖ琅c預(yù)冷模塊相連，冷凝裝置外表面與空氣通道接觸，內(nèi)部充滿(mǎn)導(dǎo)冷介質(zhì)。
[0010]所述程控模塊由89C52單片機(jī)、DHTll數(shù)字溫濕度傳感器、DS18B20數(shù)字溫度傳感器、⑶4051單8通道模擬多路轉(zhuǎn)接器、X9C103數(shù)字電位器、1602IXD顯示屏、降壓電路和調(diào)壓模塊等組成。單片機(jī)系統(tǒng)、降壓電路、調(diào)壓電路模塊的調(diào)壓電阻(X9C103數(shù)字電位器)、外圍電路、12V電源接口、傳感器接口、顯示屏接口集成在一塊PCB板上，空氣通道進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口處各放置一個(gè)DHTlI溫濕度傳感器，循環(huán)制冷腔內(nèi)放置一個(gè)DS18B20溫度傳感器，調(diào)壓模塊輸出接口接空氣通道鼓風(fēng)機(jī)，顯不屏嵌于外殼上。
[0011]整個(gè)設(shè)備采用A類(lèi)100W單晶太陽(yáng)能電池板加蓄電池供電。
[0012]本發(fā)明的空氣制水設(shè)備采用了以上的技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn):
[0013]利用半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行空氣制水，使得該設(shè)備能耗低、體積小、重量輕、便于攜帶，拓展了空氣制水的方法，實(shí)現(xiàn)了空氣制水的零污染。
[0014]運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)數(shù)學(xué)建模優(yōu)化算法獲取不同空氣溫度、濕度、風(fēng)速等各個(gè)參數(shù)的最佳匹配值，以達(dá)到最佳制水效果。
[0015]模塊化設(shè)計(jì)思路，拆卸、調(diào)試方便。
[0016]基于流體力學(xué)等理論支撐對(duì)冷凝裝置、空氣通道等多處結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，達(dá)到能量利用率的最大化。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明新型空氣制水設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2是本發(fā)明新型空氣制水設(shè)備的預(yù)冷模塊剖面圖。
[0019]圖3是本發(fā)明新型空氣制水設(shè)備的產(chǎn)水制冷模塊剖面圖。
[0020]圖4是本發(fā)明新型空氣制水設(shè)備的制冷模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖5是水冷散熱裝置中散熱片結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖6是程控模塊原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]本發(fā)明是一種空氣制水設(shè)備，包括預(yù)冷模塊、制冷模塊、產(chǎn)水模塊和程控模塊四部分。
[0025]請(qǐng)參見(jiàn)圖1，散熱裝置、太陽(yáng)能電池板、開(kāi)關(guān)、液晶顯示屏、制冷產(chǎn)水模塊、預(yù)冷模塊從上到下依次分別為101、102、103、104、105。
[0026]請(qǐng)參見(jiàn)圖2，利用銅箔在腔體中隔出由上至下五個(gè)通道，分別為201至205通道。外界空氣進(jìn)入預(yù)冷模塊后，通入202、204通道，201、203、205通道通入制水后產(chǎn)生的干冷空氣，外界空氣在預(yù)冷模塊中進(jìn)行第一次熱交換(下述預(yù)冷空氣)，初步降低外界空氣溫度，整個(gè)模塊外部用保溫材料密封。
[0027]請(qǐng)參見(jiàn)圖3、圖4、圖5。制冷模塊由循環(huán)制冷裝置4，基于帕爾貼效應(yīng)的半導(dǎo)體制冷片401、循環(huán)制冷腔體402、導(dǎo)冷片403、水冷散熱腔體404、導(dǎo)熱片和散熱裝置5構(gòu)成。半導(dǎo)體制冷片401兩側(cè)涂上導(dǎo)熱硅膠后以如圖方式緊密貼合。半導(dǎo)體制冷片401由太陽(yáng)能源供電后上下表面形成溫差，制冷面與導(dǎo)冷片402緊密貼合，通過(guò)循環(huán)制冷腔體402使導(dǎo)冷介質(zhì)溫度降低；散熱面與導(dǎo)熱片緊密貼合，由水冷散熱裝置進(jìn)行散熱處理。導(dǎo)冷介質(zhì)在產(chǎn)水模塊的冷凝裝置301與循環(huán)制冷腔體401之間循環(huán)，達(dá)到對(duì)冷凝裝置降溫的目的。制冷模塊采用太陽(yáng)能電池供電。產(chǎn)水模塊由空氣通道301、冷凝裝置303和集水裝置304組成?？諝馔ǖ琅c預(yù)冷模塊相連，預(yù)冷空氣由預(yù)冷模塊通入冷凝裝置303中，經(jīng)過(guò)預(yù)留通道305與冷凝裝置303外表面接觸，進(jìn)行第二次熱交換，使空氣溫度降低，相對(duì)濕度增加，進(jìn)而飽和，最終析出液態(tài)水。集水裝置204由傾斜角為5度的斜面和集水孔構(gòu)成。
[0028]請(qǐng)參見(jiàn)圖6?？刂葡到y(tǒng)太陽(yáng)能電源接入601中Jl接口，經(jīng)7805降壓電路降為5V。602處89C52單片機(jī)為程控核心。603為三個(gè)傳感器接口，數(shù)據(jù)線(xiàn)帶1k上拉電阻，三個(gè)傳感器數(shù)據(jù)線(xiàn)分別接入604處⑶4051多路轉(zhuǎn)接器X端，⑶4051的Y端接602處單片機(jī)Pl.4口，程序通過(guò)控制單片機(jī)Pl 口低四位輸出來(lái)選擇⑶4051的X端與Y端的通道，從而選擇讀取不同傳感器的數(shù)據(jù)。605處接口連接X(jué)9C103數(shù)字電位器，程序通過(guò)控制602處單片機(jī)P2口低三位輸出來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)字電位器阻值。606處為1602IXD顯示屏，顯示傳感器數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)。DHTlI數(shù)字溫濕度傳感器測(cè)得進(jìn)、出風(fēng)口空氣的溫濕度，單片機(jī)得到傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)與實(shí)驗(yàn)所得的最佳出水量溫度相比較，調(diào)整進(jìn)氣口風(fēng)速，使得單位時(shí)間進(jìn)風(fēng)量發(fā)生改變，既使空氣中水蒸氣充分凝結(jié)，又使空氣能夠快速更新，達(dá)到最佳出水效果以及提高能量利用率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于帕爾貼制冷技術(shù)的新型空氣制水設(shè)備，其特征在于:由預(yù)冷模塊、制冷模塊、產(chǎn)水模塊和程控模塊四部分組成。 所述預(yù)冷模塊中，利用銅箔在腔體中隔出由上至下五個(gè)通道，分別為I至5通道。2、4通道通入外界空氣，1、3、5通道通入從設(shè)備中排出的干冷空氣，外界空氣在預(yù)冷模塊中進(jìn)行第一次熱交換，初步降低外界空氣溫度； 所述制冷模塊由基于帕爾貼效應(yīng)的半導(dǎo)體制冷片、循環(huán)制冷裝置、導(dǎo)冷介質(zhì)、水冷散熱裝置和太陽(yáng)能源組成。循環(huán)制冷裝置由保溫腔體和導(dǎo)冷片構(gòu)成，半導(dǎo)體制冷片置于循環(huán)制冷裝置與水冷散熱裝置之間，并緊密貼合，導(dǎo)冷介質(zhì)充滿(mǎn)循環(huán)制冷腔體和水冷散熱裝置。通電后，半導(dǎo)體制冷片上下表面形成溫差，冷面通過(guò)循環(huán)制冷裝置與導(dǎo)冷介質(zhì)發(fā)生熱交換，降低導(dǎo)冷介質(zhì)溫度。熱面通過(guò)水冷散熱裝置進(jìn)行散熱處理； 所述產(chǎn)水模塊由空氣通道、冷凝裝置組成，整個(gè)模塊外部用保溫材料密封。空氣通道與預(yù)冷模塊相連，冷凝裝置外表面與空氣通道接觸，內(nèi)部充滿(mǎn)導(dǎo)冷介質(zhì)?？諝馔ǖ烙霉饷魳?shù)脂隔出，通道中有按一定規(guī)則排列的擋板。從預(yù)冷模塊流出的空氣將按照預(yù)定通道流過(guò)模塊，擋板結(jié)構(gòu)按照渦流原理設(shè)計(jì)，極大的增加了空氣在通道中與銅板的接觸面積。冷凝裝置采用10片厚度為Imm的10mmX 10mmmm薄銅板構(gòu)成,冷凝液從制冷模塊流出后,從右端進(jìn)口流入，依次經(jīng)過(guò)每片銅板，從左端出口流出，流回制冷模塊，實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)，從而保證銅板溫度維持在預(yù)設(shè)溫度，持續(xù)不斷制冷空氣，使水在銅板外表面不斷凝結(jié)，達(dá)到制水目的； 所述程控模塊由89C52單片機(jī)、DHTll數(shù)字溫濕度傳感器、DS18B20數(shù)字溫度傳感器、⑶4051單8通道模擬多路轉(zhuǎn)接器、X9C103數(shù)字電位器、1602IXD顯示屏、降壓電路和調(diào)壓模塊組成。數(shù)字溫度傳感器測(cè)得導(dǎo)冷介質(zhì)及出水處空氣的溫度，單片機(jī)得到傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)與實(shí)驗(yàn)所得的佳出水量溫度相比較，通過(guò)調(diào)整進(jìn)氣口風(fēng)速，使得導(dǎo)冷介質(zhì)達(dá)到最佳出水量溫度，從而達(dá)到最佳出水效果以及提高能量利用率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型空氣制水設(shè)備，其特征在于:模塊化設(shè)計(jì)，各模塊由卡槽連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型空氣制水設(shè)備，其特征在于:制冷模塊以帕爾貼效應(yīng)為原理，采用半導(dǎo)體制冷片配合導(dǎo)冷介質(zhì)循環(huán)提供冷源和向外散熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型空氣制水設(shè)備，其特征在于:產(chǎn)水模塊中空氣通道、冷凝裝置和集水裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型空氣制水設(shè)備，其特征在于:預(yù)冷模塊的交錯(cuò)通道及循環(huán)空氣設(shè)計(jì)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于帕爾貼效應(yīng)研制出的用于災(zāi)后應(yīng)急、野外工作的空氣制取飲用水設(shè)備，由預(yù)冷模塊、制冷模塊、產(chǎn)水模塊和程控模塊組成。預(yù)冷模塊由上至下五個(gè)波浪形通道構(gòu)成，使空氣在預(yù)冷模塊中進(jìn)行初步熱交換。產(chǎn)水模塊由空氣通道、冷凝裝置和集水裝置構(gòu)成，空氣進(jìn)入后達(dá)到預(yù)定溫度析出液態(tài)水并由集水裝置匯集。制冷模塊通過(guò)半導(dǎo)體制冷片提供冷源，并由導(dǎo)冷介質(zhì)循環(huán)以降低產(chǎn)水模塊空間至所需溫度，同時(shí)由散熱裝置進(jìn)行散熱。程控模塊以大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，在不同溫度和濕度時(shí)對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行控制。
【IPC分類(lèi)】E03B3-28
【公開(kāi)號(hào)】CN104631553
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310577111
【發(fā)明人】黃海英, 王克印, 劉紅寧, 孫立明, 韓鳳起, 韓校粉, 于羊洋, 孫曉明, 朱思翥, 劉瑤, 石龍宇, 薛航, 洪立洋
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍軍械工程學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2013年11月14日