專利名稱：太陽能光伏直流空氣取水裝置的制作方法
技術領域：
本發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 力源驅動的空氣取水裝置。
技術背景隨著全球人口的迅猛增長,人類對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，確保淡水供應又恰恰是人類所有活動的先決條件。隨著社會的進步和科 技的發展，人類在淡水資源缺乏的地方(如沙漠)活動越來越頻繁，這些活動 都離不開淡水的供應保障，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前 的研究熱點問題。另一方面，太陽能是一種可持續利用、既清潔又到處都有的能源。太陽能 制冷具有季節匹配性好(天氣越熱，太陽輻射越好，系統制冷量越大)、無污 染及運行費用低等特點，在礦物燃料已存量不多和環境污染日益嚴重的今日， 太陽能制冷的研究和利用工作愈來愈受到世人的關注和重視。當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，由于技術因素的限制，存在制冷系數低等不足，而且吸附式太陽能制冷裝 置還存在設備較為笨重，系統可靠性差的缺點；而壓縮蒸汽制冷循環原理的太 陽能制冷裝置， 一種方案是用逆變器將太陽能電池產生的直流電轉變成交流電 以驅動普通的制冷裝置，由于此類太陽能制冷裝置需要電流逆變器，所以結構 較為復雜，同時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明 所涉及到的用太陽能電池驅動裝有直流壓縮機的制冷裝置，并配以蓄電池等附
件以保證夜間、陰雨天氣的運行。經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利公開號CN2669100，
公開日為 2005.01.05，專利名稱為 一種光伏驅動制冷裝置，其僅作為一種以太陽能作為 動力源驅動的制冷裝置；還有中國專利公開號CN 2416139，
公開日為 2001.01.24，專利名稱為空氣取水器，也僅作為一種單獨的取水裝置，不具體 考慮與其匹配的制冷系統；另外中國專利公開號CN1485506，
公開日為 2004.03.31，專利名稱為太陽能半導體制冷結露法空氣取水器，是一種利用太 陽能光伏熱電制冷原理，進行結露法空氣取水的裝置。盡管此技術相比于吸附 式制冷和蒸汽壓縮制冷有體積小、重量輕、攜帶方便等優點，伹是該技術制冷 效率低，取水效果差，不具備無日照連續運行的能力。 發明內容本發明的目的在于針對現有技術的不足，設計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、制冷系數高、取水率高、無日照連續運 行時間長等優點。為實現這一目的，本發明利用太陽能作為動力源驅動，將新型的空氣取水 器與最新的光伏直流制冷技術結合起來，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、箱體總成及蓄電池，箱體總成包括制冷系統、空氣取 水器及箱體，太陽能供電系統通過控制器分別與蓄電池及制冷系統的直流壓縮 機相連，制冷系統和空氣取水器設在箱體中，在箱體的外壁上設有總開關。當 太陽輻射充裕時，太陽能電池板將接收的太陽光輻射能轉化為直流電能輸出， 直流壓縮機使制冷系統工作，控制器控制系統將多佘電量儲存到蓄電池中；當 太陽輻射強度不大或陰雨天氣時，太陽能電池板所轉化的直流電能小于系統的 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正常運行。 本發明的具體結構如下太陽能光伏直流空氣取水裝置由太陽能供電系統、箱體總成及蓄電池構成， 其中，所述的太陽能供電系統包括太陽能電池板、總開關、控制器，太陽能電
池板通過總開關與控制器相連，控制器分別與蓄電池及箱體總成中制冷系統的 直流壓縮機相連。所述箱體總成包括制冷系統、空氣取水器及箱體，制冷系統和空氣取水 器設在箱體中，在箱體的外壁上設有太陽能供電系統的總開關。所述空氣取水器中，風機甲與管板式空氣回熱器相連，管板式空氣回熱器 與取水器相連，取水器與風機乙相連，風機乙與管板式空氣回熱器相連。所述取水器包括蒸發器、集水器及放水閥，蒸發器與集水器相連，集水器 在蒸發器的下方，集水器底部設有放水閥；所述蒸發器的殼體內，橫向均勻排 列若干傳熱紫銅光管，縱向交替設置波紋形凝水板及波紋形折流板。所述制冷系統中，直流壓縮機與冷凝器相連，冷凝器與干燥過濾器相連， 干燥過濾器與節流裝置相連，節流裝置與取水器中的蒸發器相連，蒸發器與直 流壓縮機相連；溫控器的溫度探頭放在取水器內側，溫控器與直流壓縮機相連。本發明所述節流裝置可以采用毛細管或者膨脹閥。本發明所述箱體可以由絕熱層和外壁防輻射層構成。本發明裝置工作時，太陽能供電系統、箱體總成、空氣取水器在控制器和 溫控器的邏輯控制下協調工作。當太陽輻射比較充裕時，太陽能電池板接收太陽光輻射能，將其轉化為直 流電能輸出，直流電驅動直流壓縮機(DCcompressor)，使制冷系統工作，控 制器便控制系統將多余的電量儲存到蓄電池當中。當太陽輻射強度不大或陰雨天氣時，由于太陽能電池板所轉化的直流電能 小于系統的所有消耗，控制器便將儲存在蓄電池中的電能釋放出來以維持系統 正常運fi1。在電量充足的情況下接通總開關，若蒸發器內的溫度高于溫控器設定的溫 度值，直流壓縮機啟動，制冷系統開始工作。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，然后流經干燥過濾器、節流裝置，進入蒸發器與預 冷后的空氣進行換熱，吸收了空氣熱量的低溫低壓制冷劑，重新回到直流壓縮 機，再次被壓縮成高溫高壓的氣體，如此制冷劑不斷往復循環。冷卻后的空氣 從蒸發器流到集水器中進行分離，凝結水收集后經放水閥放出，分離出來的空 氣經風機回到回熱器預冷進入系統的外界空氣，外界空氣在風機的驅動下，先 經過管板式空氣回熱器進行預冷，然后進入蒸發器進行進一步降溫，如此空氣 不斷往復循環。本發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而導致不必要的能量損失。本發明采用帶蓄電池的光伏驅動制冷裝置，雖然裝置重量的增加不可避免， 但是該裝置的技術成熟可靠，原材料獲得較為容易，制作也比較簡單，且具有 制冷系數高和無日照連續運行的能力。本發明將光伏直流壓縮制冷技術運用到空氣取水系統中，整合成的系統具 有不需要逆變器、制冷系統運行可靠、制冷系數高、無日照連續運行時間長等 優點，不僅可應用于都市進行空氣取水，還可廣泛應用于缺水、缺電但陽光充 足的地區，如海島、沙漠地區。
圖l是本發明結構示意圖。圖1中，l為太陽能供電系統，2為箱體總成，3為直流壓縮機，4為溫控 器，5為制冷系統，6為風機乙，7為空氣取水器，8為管板式空氣回熱器，9為 風機甲，IO為箱體，11為取水器，12為節流裝置，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，17為控制器，18為蓄電池。圖2是本發明取水器結構示意圖。圖2中，6為風機乙，8為管板式空氣回熱器，9為風機甲，ll為取水器， 19為蒸發器，20為波紋形凝水板，21為波紋形折流板，22為蒸發器殼體，23 為傳熱紫銅光管，24為集水器，25為放水閥。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步描述。本發明設計提供的太陽能光伏直流空氣取水裝置結構如圖1所示，包括太陽能供電系統l、箱體總成2、蓄電池18。 所述的太陽能供電系統l包括太陽能電池板15、總開關16、控制器17，太陽能電池板15與總開關16相連接，總開關16與控制器17相連接，控制器17與蓄 電池18相連，同時控制器17與箱體總成2中制冷系統的直流壓縮機3相連。因太 陽能電池板15需要接受太陽輻射能，整個實驗臺設在室外。所述的箱體總成2包括制冷系統5、空氣取水器7、箱體IO，制冷系統5和 空氣取水器7設在箱體10中，在箱體10的背面外壁上設有太陽能供電系統的總開 關16。所述的空氣取水器7包括取水器ll、風機甲9、管板式空氣回熱器8、風機 乙6，風機甲9通過銅管與管板式空氣回熱器8相連，管板式空氣回熱器8通過銅 管與取水器ll相連，取水器11通過銅管與風機乙6相連，風機乙6通過銅管與管 板式空氣回熱器8相連。所述的制冷系統5包括直流壓縮機3、溫控器4、蒸發器19、節流裝置12、 干燥過濾器13、冷凝器14，直流壓縮機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與節流裝置12通過銅管相連，節流 裝置12與取水器11中的蒸發器通過銅管相連，取水器l 1中的蒸發器與直流壓縮 機3通過銅管相連。溫控器4的溫度探頭放在蒸發器11內側，溫控器4與直流壓縮 機3通過電線相連。直流壓縮機3、干燥過濾器13、節流裝置12均設在箱體10的 外面，取水器11設在箱體10的內側。所述的節流裝置12是毛細管或者膨脹閥。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結構及其連接方式如圖2所示，取水器ll包括蒸發器19、 集水器24、放水閥25，蒸發器19通過銅管和集水器24相連，集水器24在蒸發器 19的下方，在集水器24的底部設有放水閥25。其中，所述的蒸發器19包括波紋形凝水板20、波紋形折流板21、蒸發器殼 體22及傳熱紫銅光管23。蒸發器殼體22內，橫向均勻排列若干傳熱紫銅光管23， 縱向交替設置波紋形凝水板20及波紋形折流板21 。本發明的工作過程和工作原理是太陽能供電系統l、箱體總成2、空氣取
水器7在控制器17和溫控器4的邏輯控制下協調工作，整個系統可以設在鋼構長方架子中，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系統 的直射。架子下部設有輪子，以方便制冷裝置的移動。太陽能電池板15接收太陽光的輻射能，將其轉化為直流電能，直流壓縮機3、 控制器17、冷凝器14的風扇等部件(溫控器4除外)所需的電能均由此太陽能電 池提供。總開關16用于在不使用本發明所述的制冷裝置時，切斷整個制冷裝置 的電源。當太陽輻射比較充裕時，太陽能電池板15接收太陽光輻射能，將其轉化為 直流電能輸出，直流電驅動直流壓縮機3，使制冷系統工作，控制器17便控制系 統將多余的電量儲存到蓄電池18當中，若此時蓄電池18已充滿，則控制器17取 消充電動作。當太陽輻射強度不大或陰雨天氣，由于太陽能電池板15所轉化的直流電能 小于系統的所有消耗，控制器17便將儲存在蓄電池18中的電能釋放出來以維持 系統正常運行，若此時蓄電池18中電量到達設定下限，控制器17取消放電動作， 直流壓縮機3關閉。在電量充足的情況下接通總開關16，若蒸發器19內的溫度高于溫控器4設定 的溫度值，直流壓縮機3啟動，制冷系統開始工作。高溫高壓的制冷劑氣體被直 流壓縮機3壓縮后，在冷凝器14中被冷凝為液體，然后流經干燥過濾器13后在節 流裝置12中被節流降壓為低壓低溫的液體(通常情況下是帶有少量閃發蒸汽的 氣液兩相制冷劑)，之后制冷劑在殼管式蒸發器19中與預冷后的空氣進行換熱， 制冷劑走管程，空氣走殼程，制冷劑通過沸騰蒸發吸收空氣的熱量，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3， 再次被壓縮成高溫高壓的氣體，如此制冷劑不斷往復循環，而被冷卻后的空氣 從蒸發器19流到集水器24中進行分離，凝結水在集水器24中被收集后，經放水 閥25放出，而分離出來的空氣經風機乙6回到管板式空氣回熱器8預冷進入系統 的外界空氣，外界空氣在風機甲9的驅動下，先經過管板式空氣回熱器8進行預 冷，溫度降低，相對含濕量得以提高，然后進入蒸發器19進行進一步降溫，如
此空氣不斷往復循環。當蒸發器19中的溫度到了設定的溫度下限值時，溫控器4將切斷直流壓縮機 3的電源，過一段時間后，當蒸發器19中的溫度回升到設定的溫度上限值時，溫 控器4接通直流壓縮機3的電源，制冷系統再次工作。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 陽光直射系統而導致不必要的能量損失。本發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 縮制冷技術結合起來，不需要逆變器，具有統運行可靠、制冷系數高、無日照 連續運行時間長等優點，可廣泛應用于缺水、缺電但陽光充足的地區，如海島、 沙漠地區。
權利要求
1、 一種太陽能光伏直流空氣取水裝置，由太陽能供電系統(1)、箱體總 成(2)及蓄電池(18)構成，其特征在于所述太陽能供電系統(1)中，太陽能電池板(15)通過總開關(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 統的直流壓縮機(3)相連；所述箱體總成(2)包括制冷系統(5)、空氣取水器(7)及箱體(10)， 制冷系統(5)和空氣取水器(7)設在箱體(10)中，在箱體(10)的外壁上 設有太陽能供電系統的總開關(16);其中，所述空氣取水器(7)中，風機甲(9)與管板式空氣回熱器(8)相連，管 板式空氣回熱器(8)與取水器(11)相連，取水器(11)與風機乙(6)相連， 風機乙(6)與管板式空氣回熱器(8)相連；所述制冷系統(5)中，直流壓縮機(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)與節流裝置(12)相連，節流裝 置(12)與取水器(11)中的蒸發器(19)相連，蒸發器(19)與直流壓縮機 (3)相連；溫控器(4)的溫度探頭放在取水器(11)內側，溫控器(4)與直 流壓縮機(3)相連。
2、 根據權利要求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)包括蒸發器(19)、集水器(24)及放水閥(25)，蒸發器(19)與 集水器(24)相連，集水器(24)在蒸發器(19)的下方，集水器(24)底部 設有放水閥(25);所述蒸發器(19)的殼體(22)內，橫向均勻排列若干傳 熱紫銅光管(23)，縱向交替設置波紋形凝水板(20)及波紋形折流板(21)。
3、 根據權利要求l的太陽能光伏直流空氣取水裝置，其特征在于所述節流 裝置(12)為毛細管或者膨脹闊。
4、 根據權利要求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成。
全文摘要
本發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、箱體總成及蓄電池，箱體總成包括制冷系統、空氣取水器及箱體，太陽能供電系統通過控制器分別與蓄電池及制冷系統的直流壓縮機相連，制冷系統和空氣取水器設在箱體中，箱體外壁設有總開關。太陽輻射充裕時，太陽能電池板將接收的太陽光輻射能轉化為直流電能輸出，直流壓縮機使制冷系統工作，多余電量儲存到蓄電池中；太陽輻射強度不大或陰雨天氣時，太陽能電池板所轉化的直流電能小于系統的消耗，將蓄電池中的電能釋放出來以維持系統正常運行。本發明將光伏直流壓縮制冷技術運用到空氣取水系統中，制冷系數高、取水率高、無日照連續運行時間長，可應用于缺水缺電但陽光充足的地區。
文檔編號E03B3/28GK101144284SQ200710047159
公開日2008年3月19日 申請日期2007年10月18日 優先權日2007年10月18日
發明者圓 周, 鵬 張, 王如竹 申請人:上海交通大學