基于帕爾貼制冷技術的空氣制水設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種空氣制水設備，特別是用于災后、野外的空氣制取飲用水設備，屬于災后應急、野外工作、單兵作戰時人員的生命保障設備。
【背景技術】
[0002]作為生命之源，水是人類日常生活中必不可少的資源，尤其在第二次工業革命之后，人類對于水的需求急劇增加，世界大多數地區都出現了不同程度的缺水狀況。特別是在戰場或野外探險時，解決如何攜帶淡水資源的問題更加迫切。而全球大氣中的水蒸氣總含水量在十三萬億立方米(1.3X 1013m3)，中國一年的總用水量在六千億立方米。也就是說，只要能開發大氣中5%的含水量，即可滿足整個中國一年的需求。但目前從空氣中獲取液態水的方式較為單一，且耗能較大，很難推廣。因此，高效節能的空氣制水方法成為各世界都在研究的重要課題。
[0003]美國軍隊后勤補給的總量中有大約三分之一是水，而僅僅是水的運送成本，最高就可能達到每加侖40美元-具體成本取決于道路及安全狀況。因此，美國陸軍在過去10年里投入了數百萬美元，用于研發能從空氣中提取水的實用裝置。近5年來多種裝置得以問世，但由于耗能大、體積龐大不便于攜帶、噪音大等種種問題未能在戰區大規模使用。
[0004]在國內方面，現有的空氣制水設備均采用壓縮機冷卻空氣以凝結水。此類設備較為笨重，不易攜帶，無法運用于野外探險、戰場保障、災后保障等對水資源需求迫切的環境，且成品價格和運行成本高，也難以在日常生活中普及推廣。
【發明內容】
[0005]本發明基于帕爾貼效應制冷原理設計制作的空氣制水設備，具有體積小、重量輕、降溫速度快、耗能少、效率高等特點，成品的尺寸僅16cmX 14cmX 30cm。因此，本設備無論在面對越來越多的干旱缺水地區或遭受洪水地震等突發性自然災害的地區，還是面向戰區和民間探險等領域該產品均有極高的應用前景和推廣價值。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:一種空氣制水設備，包括太陽能電源模塊、預冷模塊、制冷模塊、產水模塊和程控模塊五部分。
[0007]所述預冷模塊中，利用銅箔在腔體中隔出由上至下五個波浪形通道。
[0008]所述制冷模塊由基于帕爾貼效應的半導體制冷片、循環制冷裝置、導冷介質、水冷散熱裝置和太陽能電源組成。循環制冷腔體由保溫腔體和導冷片構成，半導體制冷片置于環制冷腔體與水冷散熱裝置之間，并緊密貼合。導冷介質以乙二醇作為主要成分。導冷介質充滿循環制冷裝置和水冷散熱裝置。
[0009]所述產水模塊由空氣通道、冷凝裝置和集水裝置組成，整個模塊外部用保溫材料密封。空氣通道與預冷模塊相連，冷凝裝置外表面與空氣通道接觸，內部充滿導冷介質。
[0010]所述程控模塊由89C52單片機、DHTll數字溫濕度傳感器、DS18B20數字溫度傳感器、⑶4051單8通道模擬多路轉接器、X9C103數字電位器、1602IXD顯示屏、降壓電路和調壓模塊等組成。單片機系統、降壓電路、調壓電路模塊的調壓電阻(X9C103數字電位器)、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，空氣通道進風口、出風口處各放置一個DHTlI溫濕度傳感器，循環制冷腔內放置一個DS18B20溫度傳感器，調壓模塊輸出接口接空氣通道鼓風機，顯不屏嵌于外殼上。
[0011]整個設備采用A類100W單晶太陽能電池板加蓄電池供電。
[0012]本發明的空氣制水設備采用了以上的技術方案，具有以下優點和特點:
[0013]利用半導體制冷片進行空氣制水，使得該設備能耗低、體積小、重量輕、便于攜帶，拓展了空氣制水的方法，實現了空氣制水的零污染。
[0014]運用數理統計方法，通過數學建模優化算法獲取不同空氣溫度、濕度、風速等各個參數的最佳匹配值，以達到最佳制水效果。
[0015]模塊化設計思路，拆卸、調試方便。
[0016]基于流體力學等理論支撐對冷凝裝置、空氣通道等多處結構創新，達到能量利用率的最大化。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明新型空氣制水設備的整體結構圖。
[0018]圖2是本發明新型空氣制水設備的預冷模塊剖面圖。
[0019]圖3是本發明新型空氣制水設備的產水制冷模塊剖面圖。
[0020]圖4是本發明新型空氣制水設備的制冷模塊結構圖。
[0021]圖5是水冷散熱裝置中散熱片結構圖。
[0022]圖6是程控模塊原理圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
[0024]本發明是一種空氣制水設備，包括預冷模塊、制冷模塊、產水模塊和程控模塊四部分。
[0025]請參見圖1，散熱裝置、太陽能電池板、開關、液晶顯示屏、制冷產水模塊、預冷模塊從上到下依次分別為101、102、103、104、105。
[0026]請參見圖2，利用銅箔在腔體中隔出由上至下五個通道，分別為201至205通道。外界空氣進入預冷模塊后，通入202、204通道，201、203、205通道通入制水后產生的干冷空氣，外界空氣在預冷模塊中進行第一次熱交換(下述預冷空氣)，初步降低外界空氣溫度，整個模塊外部用保溫材料密封。
[0027]請參見圖3、圖4、圖5。制冷模塊由循環制冷裝置4，基于帕爾貼效應的半導體制冷片401、循環制冷腔體402、導冷片403、水冷散熱腔體404、導熱片和散熱裝置5構成。半導體制冷片401兩側涂上導熱硅膠后以如圖方式緊密貼合。半導體制冷片401由太陽能源供電后上下表面形成溫差，制冷面與導冷片402緊密貼合，通過循環制冷腔體402使導冷介質溫度降低；散熱面與導熱片緊密貼合，由水冷散熱裝置進行散熱處理。導冷介質在產水模塊的冷凝裝置301與循環制冷腔體401之間循環，達到對冷凝裝置降溫的目的。制冷模塊采用太陽能電池供電。產水模塊由空氣通道301、冷凝裝置303和集水裝置304組成。空氣通道與預冷模塊相連，預冷空氣由預冷模塊通入冷凝裝置303中，經過預留通道305與冷凝裝置303外表面接觸，進行第二次熱交換，使空氣溫度降低，相對濕度增加，進而飽和，最終析出液態水。集水裝置204由傾斜角為5度的斜面和集水孔構成。
[0028]請參見圖6。控制系統太陽能電源接入601中Jl接口，經7805降壓電路降為5V。602處89C52單片機為程控核心。603為三個傳感器接口，數據線帶1k上拉電阻，三個傳感器數據線分別接入604處⑶4051多路轉接器X端，⑶4051的Y端接602處單片機Pl.4口，程序通過控制單片機Pl 口低四位輸出來選擇⑶4051的X端與Y端的通道，從而選擇讀取不同傳感器的數據。605處接口連接X9C103數字電位器，程序通過控制602處單片機P2口低三位輸出來調節數字電位器阻值。606處為1602IXD顯示屏，顯示傳感器數據和設備狀態。DHTlI數字溫濕度傳感器測得進、出風口空氣的溫濕度，單片機得到傳感器數據，并通過與實驗所得的最佳出水量溫度相比較，調整進氣口風速，使得單位時間進風量發生改變，既使空氣中水蒸氣充分凝結，又使空氣能夠快速更新，達到最佳出水效果以及提高能量利用率。
【主權項】
1.一種基于帕爾貼制冷技術的新型空氣制水設備，其特征在于:由預冷模塊、制冷模塊、產水模塊和程控模塊四部分組成。 所述預冷模塊中，利用銅箔在腔體中隔出由上至下五個通道，分別為I至5通道。2、4通道通入外界空氣，1、3、5通道通入從設備中排出的干冷空氣，外界空氣在預冷模塊中進行第一次熱交換，初步降低外界空氣溫度； 所述制冷模塊由基于帕爾貼效應的半導體制冷片、循環制冷裝置、導冷介質、水冷散熱裝置和太陽能源組成。循環制冷裝置由保溫腔體和導冷片構成，半導體制冷片置于循環制冷裝置與水冷散熱裝置之間，并緊密貼合，導冷介質充滿循環制冷腔體和水冷散熱裝置。通電后，半導體制冷片上下表面形成溫差，冷面通過循環制冷裝置與導冷介質發生熱交換，降低導冷介質溫度。熱面通過水冷散熱裝置進行散熱處理； 所述產水模塊由空氣通道、冷凝裝置組成，整個模塊外部用保溫材料密封。空氣通道與預冷模塊相連，冷凝裝置外表面與空氣通道接觸，內部充滿導冷介質。空氣通道用光敏樹脂隔出，通道中有按一定規則排列的擋板。從預冷模塊流出的空氣將按照預定通道流過模塊，擋板結構按照渦流原理設計，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薄銅板構成,冷凝液從制冷模塊流出后,從右端進口流入，依次經過每片銅板，從左端出口流出，流回制冷模塊，實現循環流動，從而保證銅板溫度維持在預設溫度，持續不斷制冷空氣，使水在銅板外表面不斷凝結，達到制水目的； 所述程控模塊由89C52單片機、DHTll數字溫濕度傳感器、DS18B20數字溫度傳感器、⑶4051單8通道模擬多路轉接器、X9C103數字電位器、1602IXD顯示屏、降壓電路和調壓模塊組成。數字溫度傳感器測得導冷介質及出水處空氣的溫度，單片機得到傳感器數據，并通過與實驗所得的佳出水量溫度相比較，通過調整進氣口風速，使得導冷介質達到最佳出水量溫度，從而達到最佳出水效果以及提高能量利用率。
2.根據權利要求1所述的新型空氣制水設備，其特征在于:模塊化設計，各模塊由卡槽連接。
3.根據權利要求1所述的新型空氣制水設備，其特征在于:制冷模塊以帕爾貼效應為原理，采用半導體制冷片配合導冷介質循環提供冷源和向外散熱。
4.根據權利要求1所述的新型空氣制水設備，其特征在于:產水模塊中空氣通道、冷凝裝置和集水裝置的結構設計。
5.根據權利要求1所述的新型空氣制水設備，其特征在于:預冷模塊的交錯通道及循環空氣設計。
【專利摘要】本發明公開了一種基于帕爾貼效應研制出的用于災后應急、野外工作的空氣制取飲用水設備，由預冷模塊、制冷模塊、產水模塊和程控模塊組成。預冷模塊由上至下五個波浪形通道構成，使空氣在預冷模塊中進行初步熱交換。產水模塊由空氣通道、冷凝裝置和集水裝置構成，空氣進入后達到預定溫度析出液態水并由集水裝置匯集。制冷模塊通過半導體制冷片提供冷源，并由導冷介質循環以降低產水模塊空間至所需溫度，同時由散熱裝置進行散熱。程控模塊以大量實驗數據支撐，在不同溫度和濕度時對各個模塊進行控制。
【IPC分類】E03B3-28
【公開號】CN104631553
【申請號】CN201310577111
【發明人】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
【申請人】中國人民解放軍軍械工程學院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月14日