空气制冷结露法自行车车载取水装置的制作方法

本发明属于半导体制冷技术领域，尤其涉及一种在野外利用空气制冷结露法进行自行车车载取水的装置。

背景技术：

空气取水技术是指利用一定的技术手段把湿空气中的水分提取出来，净化消毒后得到安全健康的饮用水。空气取水技术主要有三种方式：表面冷却式、干燥剂吸附再生式、引导-控制流动式。本装置采用的是表面冷却式。传统的表面冷却式取水设备利用离心变频风机把室外湿空气送入蒸发器，湿空气流进蒸发器后被冷却到露点温度以下，在蒸发器表面形成冷凝水，凝结水在重力和新风的作用下滴落到蒸发器下部的接水盘中，再经过过滤、消毒得到健康卫生的饮用水。

传统的表面冷却式取水设备一般用于缺水区人群集中取水或干旱地区农作物灌溉，通常取水设备体积庞大、结构复杂、功耗大，适用于大规模取水。自行车爱好者通常会在野外进行长时间远距离骑行，中途需要大量补水，由于自行车所携带负荷的限制，出发时携带的饮用水远不能满足骑行者需求，现有技术中的一些取水装置，结构装置复杂，不适应自行车野外取水的情况，自行车车载取水装置要求体积小、重量轻，无固定电源供电，传统取水装置不再适用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种空气制冷结露法自行车车载取水装置，该发明将传统的表面冷却式取水装置小型化、轻量化，利用车载花鼓发电机发电作为其供电电源，将空气中的水蒸气通过表面冷却的方式冷凝形成水滴，存储在容器中，在较短时间内冷凝足够的水蒸气供骑行者饮用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明装置包括循环空气结露室，循环空气结露室入口端的内部设有半导体制冷器，出口端连接有储水舱，所述半导体制冷器分别与循环空气结露室及供电设备相连，所述循环空气结露室由不锈钢材料制成且内壁涂有疏水材料。

进一步，所述半导体制冷器由半导体制冷片和散热装置组成，所述半导体制冷片的冷端朝向循环空气结露室的内腔并与循环空气结露室的内壁相连，所述半导体制冷片的热端与散热装置相连并朝向循环空气结露室的外侧。

进一步，所述散热装置为铝合金散热片。

进一步，储水舱由吸附材料、集水槽、储水瓶构成，所述集水槽和循环空气结露室的出口端连接，所述吸附材料位于结露室内壁与集水槽之间，所述储水瓶与集水槽相连。

进一步，所述吸附材料具有多孔的结构。

进一步，所述供电设备包括自行车自发电装置和电流控制器。

本发明的有益效果在于：

1.循环空气结露室的上端设置为空气进气口，端口斜迎着自行车行驶的方向，半导体制冷器设置在循环空气结露室的内部，并通过冷端与结露室内壁的直接连接，可以通过转化为内壁直接冷凝空气，简化和减小了整个装置结构，下端侧壁设置有空气出风口，整个装置和结构配合自行车前进的方向使空气形成从上往下的流向，有助于内表空气的替换与冷凝，并使其内结露室内壁表面冷凝的水滴更容易往下滑落，进入储水仓。

2.循环空气结露室的内外壁均由不锈钢制成，防止内外壁生锈从而影响冷凝制水的性能，内壁采用不锈钢材料，和半导体冷端接触能更容易地传递冷端的温度，从而提高冷凝的效率。

3.通过在循环空气结露室的内壁涂有疏水材料，可以使水蒸气在遇冷时凝结成很多随机分布、大小不一的液滴，保证了冷凝壁面不会形成液膜，实现高效的换热能力，空气循环结露室的内壁也可优选为一种既导电又疏水的纳米材料。

4.采用铝合金散热片，并安装在半导体制冷片的热端，迎着自行车行驶的方向，可以更大效率地进行散热。

5.储水舱包含的吸附材料，可以将结露室内壁冷凝滴落或滑落的水滴吸附防止因为空气的流动而蒸发，并通过多孔结构流入储水瓶中，多孔结构和集水槽可以对水珠进行引流进入储水瓶内，进一步减少水滴的蒸发。

6.本装置还在发电装置和用电设备之间设置了一个电流控制器，可以将输入制冷片的电流控制在最优工况电流附近，使自行车在不同速度时，其发电产生的电流也能通过电流控制器进行调节，从而让半导体制冷片达到适应自行车发电的最佳的冷凝制水的效果。

7.本装置结构紧凑，方便携带，原理简单，通过半导体制冷片与结露室内壁的有效结合制水，大大地减少了内部装置空间，能够保持空气流通，整个装置从上而下设置，并且拆卸方便，便于清洗和维修，非常适合野外的取水。

本空气制冷结露法自行车车载取水装置采用半导体制冷片制冷的方式将空气中的水蒸气冷凝吸收并存贮，将工业级空气制水装置小型化，轻量化，有效解决了自行车爱好者骑行过程中饮用水缺乏的问题，并且深度利用了自行车骑行过程中人力输出的能量，能够保证在较短的时间内冷凝充足的饮用水供骑行者饮用，整个装置简洁、结构紧凑、使用方便，而且无有害物排放，无需额外电源供电，绿色环保。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为空气制冷结露取水装置的俯视图；

图2为空气制冷结露取水装置的正剖视图；

图3为本空气制冷结露法自行车车载取水装置工作机理流程图；

图4为发电装置至用电电路的流程图；

图5为本空气制冷结露法自行车车载取水装置的整体结构图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图2所示的一种空气制冷结露取水装置13的正剖视图，包括：循环空气结露室、半导体制冷器、储水舱和供电设备，循环空气结露室入口端的内部设有半导体制冷器，出口端连接有储水舱，所述半导体制冷器分别与循环空气结露室及供电设备相连，所述循环空气结露室1由不锈钢材料制成且内壁涂有疏水材料，上端为环形空气进气口，下端环形小孔为空气出风口8，结露室内壁3与半导体制冷片7冷端相连，使其表面空气温度下降到冷凝温度以下，使空气中水蒸气在其内表面冷凝。在冷凝壁的疏水性比较强的情况下，水蒸气遇冷会凝结成很多随机分布、大小不一的液滴，这种冷凝形态称为珠状凝结。若冷凝壁的表面能高，水蒸气遇冷会在冷凝壁上面形成水膜，会对冷凝壁与空气接触形成阻隔。冷凝壁面涂有疏水材料(未画出)，使得凝结液滴在较小尺寸下，依然可以在重力的作用下滑移到集水槽，并保证了冷凝壁面不会形成液膜，实现高效的换热能力。空气循环结露室的内壁也可优选为一种既导电又疏水的纳米材料或者其他具有导电又疏水的材料，可以简化装置，结露室可以为碗状结构或者其他方便水滴往下流的形状，整个装置形成的从上往下的空气流向有助于其内表面冷凝的水滴往下滑落，进入储水仓11。

半导体制冷器由半导体制冷片7和上端高尺比铝合金散热片4组成，制冷器也可以是其他对结露室进行制冷的装置，半导体制冷片7应用的是半导体材料的珀尔贴效应，当有直流电在由两种不同的材料构成的回路内通过时，由于这两种不同的材料之间的能级差别，随着电流方向的不同，在接头处会分别出现吸热或者放热的现象。用物理公式表示为：Q＝πI＝αT_CI，其中：π＝αT_C表示放热或者吸热的功率、π表示帕尔贴系数、I表示工作电流、α表示温差电动势、T_C表示冷接点的温度。

半导体制冷片在工作过程中存在最大制冷量工况和最大制冷系数工况这两种状态。在最大制冷量工况中，可以得到最大的制冷量，但消耗的功率较大，制冷系数较小；在最大制冷系数工况中，消耗的功率较小，经济性较高，但获得的制冷量较小。冷凝制水的最优工况介于两个极限工况之间。根据热力学理论计算，最优工况下的工作电流为：

$I=\frac{\mathrm{\α}}{R}\frac{\[{T_C}^2(T_H-\frac{1}{2}\mathrm{\Δ}T+\frac{{\mathrm{\ΔT}}^2}{Z}\]}{\[{T_C}^2(T_C+T_H)-\frac{2\mathrm{\Δ}T}{Z}\]}$

其中：T_H表示热端温度，R表示热电元件的电阻值，ΔT表示冷热端温差，Z表示材料的优值系数。

半导体制冷片7冷端紧贴结露室内壁3下端，保证内壁低温。制冷片热端朝外，并加装高尺比铝合金散热片4，制冷片热端吸收的热量向散热片进行热传导，散热片片口朝外，通过自行车行进时的空气流动进行对流散热。半导体散热片通过正负电源线5、6与车载花鼓发电机14相连，花鼓发电机14通过自行车行进时切割磁感线的作用产生直流电，为制冷片制冷提供电能。半导体制冷片存在最优工况电流，因此花鼓发电机14产生的电流通过电流控制器12进行电流处理后送入半导体制冷片7，将输入制冷片的电流控制在最优工况电流附近。

本空气制冷结露法自行车车载取水装置工作机理流程图如图3所示，整体结构示意图如图5所示，其中15为电源线。

常用花鼓发电机在自行车车轮的辐条上加装一圈稀土钕铁硼强磁铁，形成线圈磁力场。强磁铁外侧设有线圈，行驶中磁铁切割线圈产生电流，线圈通过二极管整流桥与稳压模块相连，稳压模块与储能装置相连，储能装置通过放电电路与用电设备相连，通常其输出电压为10-12V，最大输出功率为3-10W，骑行速度达到5km/h开始输出功率，速度达到20km/h后可输出最大功率。匹配额定电压10V左右，额定功率高于10W的小型半导体制冷片。

储水舱由多孔吸附材料9和储水瓶11构成。多孔吸附材料位于结露室内壁3与储水瓶11之间，作用是将结露室内壁冷凝滴落或滑落的水滴吸附防止蒸发，并通过多孔结构流入储水瓶中，集水槽10的作用是对水珠进行引流进入储水瓶内。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。