一种加湿冷凝式海水淡化装置的制作方法

本实用新型涉及海水淡化技术领域，特别是涉及一种加湿冷凝式海水淡化装置。

背景技术：

地球虽然有71％的面积覆盖着水，人类能利用的淡水仅占地球总水量的0.26％，绝大部分是无法饮用的咸水，许多国家面临水资源紧缺的问题，因此海水淡化技术成为许多国家和地区开发辅助水源的常用方法。

太阳能具有可再生、分布广、无污染的特点，而且沙特阿拉伯、伊朗等相当多的沿海缺水国家太阳能资源充足，目前太阳能广泛应用与海水淡化领域。

目前常用的太阳能集热器分为聚光型和非聚光型，规模小、分布式装置一般用非聚光型，其中平板型太阳能集热器应用最广泛，近年真空管型集热器也得到很大发展。

当直流电通过半导体制冷片时，根据珀尔帖效应，半导体制冷片一端放热，一端吸热。半导体制冷片具有体积小、温度可控、制冷加热功能集于一体等优点，在实验室、日常电器、医疗等领域均有应用。

加湿除湿式太阳能海水淡化装置利用给空气加湿然后去湿获取淡水，与传统的蒸馏法相比产水率更高，规模灵活，与膜法淡化装置相比，产生的淡水品质更好，成本更低，结垢倾向小，操作成本适中。虽然蒸发室与冷凝室分离便于控温，但风机与水泵消耗的功率大，装置复杂，不便于家庭使用。

综上所述，如何有效地解决现有的海水淡化装置装置复杂，不便于家庭使用等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种加湿冷凝式海水淡化装置，该加湿冷凝式海水淡化装置结构紧凑、便于家用。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种加湿冷凝式海水淡化装置，包括从上至下依次包括散热室、冷凝室、蒸发室的海水淡化箱体，所述冷凝室和所述蒸发室连通，所述散热室和所述冷凝室的分界处设置有半导体制冷机构，所述半导体制冷机构的热端位于所述散热室内且冷端位于所述冷凝室内，所述热端通过散热底板与半导体制热模块连接，所述冷端通过导冷底板与半导体制冷模块连接，所述冷凝室内位于所述半导体制冷模块的下方设有淡水收集装置，所述淡水收集装置与淡水箱连通，所述散热室上在所述半导体制热模块的位置处开设有进风口和与所述进风口连通的出风口，所述蒸发室上设有与所述出风口连通的风道，所述蒸发室上开设有热海水进口、浓盐水排出孔。

优选地，所述散热室和所述冷凝室的侧面还具有小腔体，所述小腔体的进气孔位于所述导冷底板与所述导冷翅片之间且与所述冷凝室连通，所述小腔体的出气孔位于所述散热室上方且与所述散热室连通。

优选地，至少包括两组所述半导体制热模块，所述半导体制热模块包括嵌入所述散热底板的热管、安装于所述热管上的散热翅片，所述进风口开设于一组所述半导体制热模块处，所述出风口开设于另一组所述半导体制热模块处，所述进风口和所述出风口与所述散热翅片的所在高度一致。

优选地，所述半导体制冷模块包括伸出所述导冷底板下端的多根导冷翅柱、安装于所述导冷翅柱之间的多块导冷翅片，所述导冷翅片为网状六边形翅片。

优选地，所述半导体制冷机构包括4～12组半导体制冷片，所述半导体制冷机构的上面和下两面分别紧贴所述散热底板和所述导冷底板，所述散热底板与所述导冷底板的间隙放置有隔热棉，所述散热底板与所述海水淡化箱体内壁直接接触，所述导冷底板与所述海水淡化箱体内壁连接处设置有隔热垫片。

优选地，所述淡水收集装置包括设于所述导冷翅片下方的多条淡水收集槽和设置于所述淡水收集槽下方的淡水槽，所述淡水收集槽倾斜设置，相对较高的一端直接与所述海水淡化箱体内壁接触连接，相对较低的一端悬空，所述淡水槽设置于所述淡水收集槽悬空端的下方，所述淡水槽倾斜设置，较低一端的底部设有与所述淡水箱连接的淡水管道，所述淡水管道设置U型回水弯。

优选地，所述出风口通过风机与所述风道连接，所述风机具有两个分流出口，所述风道的数量为2条，所述风道的截面为矩形，所述风道伸入所述蒸发室中下部，伸入所述蒸发室内的所述风道上均匀分布有风孔道；

所述浓盐水排出孔开设于蒸发室底部，所述浓盐水排出孔与排出管道连接；所述蒸发室中下部有溢出孔所述溢出孔通过溢出管道与所述热海水箱连接，所述溢出管道上设置有U型回水弯。

优选地，包括与未处理海水源连接的太阳能集热器，所述太阳能集热器包括联箱、一端与所述联箱连接的热管式真空集热管、包围所述热管式真空集热管的反射板、支撑所述联箱、所述热管式真空集热管和所述反射板的支架，所述太阳能集热器的出液口与热海水箱连接，所述热海水箱通过水泵和热海水管道与所述热海水进口连接，所述热海水管道伸入所述蒸发室上部，所述热海水管道上均匀分布有水孔道，所述热海水管道同一截面上设置两个所述水孔道，两个所述水孔道分别与竖直线成45°。

优选地，所述海水淡化箱体的截面为直角梯形，所述海水淡化箱体顶面为斜面，所述斜面与水平面的夹角和当地纬度的差值小于等于±2°，所述太阳能集热器安装于所述海水淡化箱体顶部斜面上。

优选地，包括太阳能光伏发电模块，所述太阳能光伏发电模块包括太阳能光伏发电板、与所述太阳能光伏发电板连接的控制器、与所述控制器连接的蓄电池，所述蓄电池与所述风机、所述水泵、所述半导体制冷片连接。

本实用新型所提供的加湿冷凝式海水淡化装置，包括海水淡化箱体，海水淡化箱体从上至下依次包括散热室、冷凝室、蒸发室，冷凝室和蒸发室连通，散热室和冷凝室的分界处设置有半导体制冷机构。半导体制冷机构的热端位于散热室内，热端通过散热底板与半导体制热模块连接。半导体制冷机构的冷端位于冷凝室内，冷端通过导冷底板与半导体制冷模块连接。半导体制冷机构位于海水淡化箱体中上部，将海水淡化箱体分为两部分，半导体制冷机构的热端位于海水淡化箱体上部分，半导体制冷机构的冷端、蒸发室、冷凝室位于海水淡化箱体下部分。冷凝室内位于半导体制冷模块的下方设有淡水收集装置，淡水收集装置与淡水箱连通。散热室上在半导体制热模块的位置处开设有进风口和与进风口连通的出风口，蒸发室上设有与出风口连通的风道，蒸发室上开设有热海水进口和浓盐水排出孔，热海水从热海水进口进入蒸发室，浓盐水从浓盐水排出孔排出。

本实用新型所提供的加湿冷凝式海水淡化装置，应用空气与水面直接接触的热湿交换原理，利用半导体制冷机构的半导体制冷片热端的半导体制热模块加热空气，带走半导体制热模块的热量，空气加热后通入蒸发室。进入蒸发室的加热海水与干热空气接触进行热湿交换，带走热海水中的水蒸汽，蒸发室与冷凝室直接连通，构成一体，盐浓度高的海水从浓盐水排出孔排出，温湿空气上升进入冷凝室，在冷端的半导体制冷模块作用下冷凝液化，转变为淡水，淡水滴入半导体制冷模块的下方的淡水收集装置进行收集。该加湿冷凝式海水淡化装置结构紧凑，有效简化了海水淡化装置，便于家用；效率较高，提高产水效率，可持续自动运作，特别适用于阳光充足的沿海地区。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中一种具体实施方式所提供的加湿冷凝式海水淡化装置的结构示意图；

图2为图1中海水淡化箱体的正视图；

图3为图1中海水淡化箱体的侧视图；

图4为图2中导冷翅片的结构示意图。

附图中标记如下：

101-太阳能光伏发电板、102-控制器、103-蓄电池、104-联箱、105热管式真空集热管、106-水泵、107-热海水箱、108-海水淡化箱体、109-淡水箱、110-风机、201-散热翅片、202-热管、203-散热底板、204-出风口、205-半导体制冷机构、206-导冷底板、207-导冷翅柱、208-导冷翅片、209-淡水收集槽、210-淡水槽、211-淡水管道、212-热海水管道、213-气孔道、214-风道、215-浓盐水排出孔、216-小腔体、217-散热室、218-冷凝室、219-蒸发室、220-出气孔、221-进气孔、301-溢出孔、302-溢出管道。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种加湿冷凝式海水淡化装置，该加湿冷凝式海水淡化装置结构紧凑、便于家用。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1至图4，图1为本实用新型中一种具体实施方式所提供的加湿冷凝式海水淡化装置的结构示意图；图2为图1中海水淡化箱体的正视图；图3为图1中海水淡化箱体的侧视图；图4为图2中导冷翅片的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的加湿冷凝式海水淡化装置，包括海水淡化箱体108，海水淡化箱体108从上至下依次包括散热室217、冷凝室218、蒸发室219，冷凝室218和蒸发室219连通，散热室217和冷凝室218的分界处设置有半导体制冷机构205。半导体制冷机构205的热端位于散热室217内，热端通过散热底板203与半导体制热模块连接。半导体制冷机构205的冷端位于冷凝室218内，冷端通过导冷底板206与半导体制冷模块连接。半导体制冷机构205位于海水淡化箱体108中上部，将海水淡化箱体108分为两部分，半导体制冷机构205的热端位于海水淡化箱体108上部分，半导体制冷机构205的冷端、蒸发室219、冷凝室218位于海水淡化箱体108下部分。冷凝室218内位于半导体制冷模块的下方设有淡水收集装置，淡水收集装置与淡水箱109连通。散热室217上在半导体制热模块的位置处开设有进风口和与进风口连通的出风口204，蒸发室219上设有与出风口204连通的风道214，蒸发室219上开设有热海水进口和浓盐水排出孔215，热海水从热海水进口进入蒸发室219，浓盐水从浓盐水排出孔215排出。

本实用新型所提供的加湿冷凝式海水淡化装置，应用空气与水面直接接触的热湿交换原理，利用半导体制冷机构205的半导体制冷片热端的半导体制热模块加热空气，带走半导体制热模块的热量，空气加热后通入蒸发室219。进入蒸发室219的加热海水与干热空气接触进行热湿交换，带走热海水中的水蒸汽，蒸发室219与冷凝室218直接连通，构成一体，盐浓度高的海水从浓盐水排出孔215排出，温湿空气上升进入冷凝室218，在冷端的半导体制冷模块作用下冷凝液化，转变为淡水，淡水滴入半导体制冷模块的下方的淡水收集装置进行收集。该加湿冷凝式海水淡化装置结构紧凑，有效简化了海水淡化装置，便于家用；效率较高，提高产水效率，可持续自动运作，特别适用于阳光充足的沿海地区。

上述加湿冷凝式海水淡化装置仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式，散热室217和冷凝室218的侧面还具有小腔体216，小腔体216以部分海水淡化箱体108侧壁为边界，连通散热室217与冷凝室218。小腔体216的进气孔221位于导冷底板206与导冷翅片208之间，且与冷凝室218连通。小腔体216的出气孔220位于散热室217上方，且与散热室217连通。部分没有液化的温湿空气从冷凝室218进入小腔体216，空气再从小腔体216进入散热室217，循环利用空气，使空气得到有效利用。

在上述具体实施方式的基础上，本领域技术人员可以根据具体场合的不同，对加湿冷凝式海水淡化装置进行若干改变，至少包括两组半导体制热模块，半导体制热模块包括热管202、散热翅片201，热管202嵌入散热底板203，散热翅片201安装于热管202上，热管202可以为铜质管，散热翅片201可以为铝制散热片组，比如由数十片层叠的翅片和数条空的竖直铝管一体化形成，热管202上端插入散热翅片201。进风口开设于一组半导体制热模块处，出风口204开设于另一组半导体制热模块处，进风口和出风口204与散热翅片201的所在高度一致，可以更好地给空气加热，得到干热空气，提高效率。

显然，在这种思想的指导下，本领域的技术人员可以根据具体场合的不同对上述具体实施方式进行若干改变，半导体制冷模块包括导冷翅柱207和导冷翅片208，导冷翅柱207数量为多根，通常为圆形，伸出导冷底板206下端。导冷翅片208为分隔的多块，安装于导冷翅柱207之间，也就是说，半导体制冷机构205的冷端紧贴冷凝室218顶部，中间用导热石墨片导热；冷凝室218顶部向下伸出导冷翅柱207，导冷翅柱207穿插于波形的导冷翅片208。导冷翅片208为网状六边形翅片，结构简单，易于导冷。

需要特别指出的是，本实用新型所提供的加湿冷凝式海水淡化装置不应被限制于此种情形，半导体制冷机构205包括4～12组半导体制冷片，具体数量不受限制，可以根据实际应用情况而定。半导体制冷片可以均匀分布于散热底板203与导冷底板206之间，也可以不均匀分布。半导体制冷机构205的上面和下两面分别紧贴散热底板203和导冷底板206，半导体制冷片热端紧贴散热底板203，中间用导热石墨片导热。散热底板203与导冷底板206的间隙放置有隔热棉，进行隔热。散热底板203与海水淡化箱体108内壁直接接触，导冷底板206与海水淡化箱体108内壁连接处设置有隔热垫片，热量易于传导，冷量不易传导。

本实用新型所提供的加湿冷凝式海水淡化装置，在其它部件不改变的情况下，淡水收集装置包括淡水收集槽209和淡水槽210，淡水收集槽209具有多条，比如三条，设于导冷翅片208下方，比如设置于相邻导冷翅片208的低端，收集不同位置的淡水。淡水槽210设置于淡水收集槽209下方，将淡水汇集到淡水槽210，淡水槽210与淡水箱109连接。优选地，淡水收集槽209倾斜设置，相对较高的一端直接与海水淡化箱体108内壁接触连接，相对较低的一端悬空，淡水槽210设置于淡水收集槽209悬空端的下方，淡水槽210倾斜设置，较低一端的底部设有与淡水箱109连接的淡水管道211，易于淡水滴下，方便收集。淡水管道211设置U型回水弯，保证海水淡化箱体108密封。

对于上述各个实施例中的加湿冷凝式海水淡化装置，出风口204通过风机110与风道214连接，风机110具有两个分流出口，风道214的数量为2条，风道214的截面为矩形，一端与海水淡化箱体108上部散热室217连通，一端经风机110驱动伸入蒸发室219中下部。风道214伸入蒸发室219中下部的长度不受限制，伸入蒸发室219内的风道214上均匀分布有风孔道，分散风流，不是大股气流，为多股小气流，增加干热空气的面积，增大空气与水的湿热湿交换面积。

对于上述各个实施例中的加湿冷凝式海水淡化装置，浓盐水排出孔215开设于蒸发室219底部。浓盐水排出孔215与排出管道连接，易于浓盐水排出。蒸发室219中下部有溢出孔301，溢出孔301通过溢出管道302与热海水箱107连接，溢出管道302上设置有U型回水弯，防止逆流，保证海水淡化箱体108密封。

为了进一步优化上述技术方案，包括太阳能集热器，太阳能集热器的一端与未处理海水源连接的太阳能集热器，另一端与热海水进口连接。太阳能集热器包括联箱104、热管202式真空集热管202105、反射板、支架，热管202式真空集热管202105一端与联箱104连接，一端密封。反射板包围热管202式真空集热管202105，反射板可以为CPC复合抛物面聚光板，设CPC复合体抛物面太阳能聚光器增加收集的热量。联箱104用于装海水，真空集热管202用于加热海水，支架支撑联箱104、热管202式真空集热管202105和反射板。

太阳能集热器的出液口与热海水箱107连接，热海水箱107通过水泵106和热海水管道212与热海水进口连接。热海水管道212伸入蒸发室219上部，位于淡水收集槽209下方。热海水管道212上均匀分布有水孔道，热海水管道212同一截面上设置两个水孔道，两个水孔道分别与竖直线成45°。应用空气与水面直接接触的热湿交换原理，利用半导体制冷片热管202散热翅片201散热加热的空气，太阳能集热器加热的海水，经微小水孔道将海水细化为微小水滴，增大空气与水的湿热湿交换面积，蒸发室219与冷凝室218直接连通，构成一体，有效简化了海水淡化装置，同时提高了产水效率。

在上述各个具体实施例的基础上，海水淡化箱体108的截面为直角梯形，顶部倾斜，也就是海水淡化箱体108顶面为斜面，斜面与水平面的夹角和当地纬度的差值小于等于±2°，斜面与水平面的角度约等于当地纬度，通常斜面与水平面的角度为20°～30°，比如华南地区可以取23°。太阳能集热器安装于海水淡化箱体108顶部斜面上，以减少占地面积，节省空间。

本实用新型所提供的另一创造性思想在于，包括太阳能光伏发电模块，太阳能光伏发电模块包括太阳能光伏发电板101、控制器102、蓄电池103，太阳能光伏发电板101采用单晶硅太阳能电池板。控制器102与太阳能光伏发电板101连接，蓄电池103与控制器102连接，蓄电池103与风机110、水泵106、半导体制冷片连接，为风机110、水泵106、半导体制冷片提供电能。

需要说明的是，这里所说的指的是海水净化装置包括水泵106、热海水箱107、海水淡化箱体108、半导体制冷装置、淡水箱109、风机110，半导体制冷装置包括散热翅片201、热管202、散热底板203、风道214、半导体制冷机构205、导冷底板206、导冷翅柱207、导冷翅片208。

工作时，首先太阳能光伏发电太阳能光伏发电板101发电，控制器102保证蓄电池103的输入电压恒定，蓄电池103充电，并通过电路向半导体制冷机构205、水泵106、风机110供电。根据帕尔贴效应，半导体制冷机构205热端发热，冷端制冷。热端的热量依次传递到散热底板203、热管202、散热翅片201，由于风机110的工作，散热室217的空气从进风口流入，出风口204流出，所以半导体制冷机构205热端的热量以热管202散热的方式传递到空气中，干热空气经风道214与风机110由微小气孔道213吹出；阳光经CPC聚光照射在热管202式真空集热管202105吸热板上，热管202内的工质汽化，升到联箱104加热海水，加热后的海水经管道流入热海水箱107，水泵106将热海水箱107的热海水抽入箱体蒸发室219热海水管道212，经过热海水管道212上微小的水孔道，热海水细化为微小水滴喷出。由微小气孔道213吹出的干热空气与由热海水管道212喷出的微小水滴在蒸发室219进行热湿交换。海水的细化使海水周围的空气边界层面积增大，又因为热胀冷缩，位于蒸发室219下方的干热空气向冷凝室218运动，带走水滴边界层周围的水蒸气，水滴与边界层的水蒸气浓度差使水蒸气由水滴转移到边界层。湿热湿交换后的空气上升至冷凝室218，半导体冷端的冷量经过导冷底板206、导冷翅柱207传到导冷翅片208，波形的导冷翅片208增加了冷凝的面积，同时减少凝结后的水回落蒸发室219的可能。湿热空气通过导冷翅片208上的小孔时水蒸气冷凝，由于重力作用，冷凝水滴滑落至淡水收集槽209，再到淡水槽210、淡水管道211，最后到淡水箱109。通过小孔后的干冷空气经过进气孔221、小腔体216，出气孔220回到散热室217。未蒸发的海水落到蒸发室219底部自然蒸发，当底部海水积累到一定高度时，开始从溢出孔301回流到热海水箱107。定期打开浓盐水排出孔215对外排出浓盐水。

本实用新型通过调节半导体制冷机构205的电压，达到控制冷凝室218和半导体制冷片散热室217的温度，保证水蒸气冷凝所需的低温条件，提高水蒸气冷凝的效率。利用热端散热的空气与海水进行湿热湿交换，淡水产水率高。同时半导体制冷机构205的利用使蒸发室219与冷凝室218可以一体化而不影响海水淡化的效率，简化装置结构。本实用新型维持工作所需的能源完全由太阳能提供，绿色环保。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。