一种新型空气制水系统的制作方法

本实用新型属于半导体空气制水技术领域，具体涉及一种新型空气制水系统。

背景技术：

水资源是人类生活和一切生产活动的基础，然而淡水资源缺乏是一个世界性的问题。据统计，约12亿人喝不到干净的饮用水。

在自然界中，空气中的水分子有三种形态：液态、固态、气态，它们在地心引力、太阳能辐射能、大气流等自然现象的作用下，不断地相互转换。因此，从某种意义上来说，空气中的水可以说是“取之不尽、用之不竭”的。大气是水资源转换的重要酶解，空气中含有大量的水分子，在海洋性气候地区没立方米空气中含水120g，在内陆型气候地区二爷含有40g，即使在严重缺水的沙漠的确，其相对湿度也是其他地区的20%~90%。

空气中最大含水量由空气温度和大气压力决定，标准大气压下，1m3空气在不同温度和相对湿度情况时其水蒸气含量不同。当空气温度低于露点温度时，空气中的水蒸气就会液化形成小水滴，这为空气制水的可行性提供了理论依据。目前，常用的空气制水方法有机械压缩法、冷冻结露法、吸附解析法、半导体制冷法、聚雾取水法等。其中半导体制冷法主要利用了通电半导体帕尔贴效应，由p型半导体元件和n型半导体元件连接形成热电偶，通电情况下实现冷端制冷的效果，当湿空气通过冷端时降温有水珠析出，实现空气制水。半导体制冷法由于污染小、质量轻、便于维护等优点，是近年来在国际上发展较为迅速的一种空气制水技术。

但是半导体制冷法空气制水其制水效率较低，且由于其原理采用帕尔贴原理，半导体制水片的热端散热效果对制水效率影响较大。目前半导体制冷法空气制水通常采用散热装置进行对热端进行散热，其散热效果受到外部环境影响较大，不能形成稳定的散热效果，使其制水效果不稳定。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术提供了一种新型空气制水系统，采用冷凝后的不冷凝气体对空气进行预冷，使半导体制冷片接触的空气稳定在一定的范围之内，使半导体制冷片冷凝制水更加稳定，高效；避免了空气温度变化快，使半导体制冷片的热端升温较快，冷端达不到空气露点，造成制水缓慢或者无法制水的问题。

本实用新型提供的一种新型空气制水系统，通过以下技术方案实现，采用太阳能发电组件为系统提供电能。所述制水系统包括进风风机、预冷室、制水室、散热室、半导体制水片、冷凝室、收集装置；所述半导体制水片包括通过导电金属片连接的冷端和热端；所述预冷室内螺旋设置有预冷管；所述冷端设置在制水室内；所述热端设置在散热室内，且热端上设置有散热风机；所述制水室设置在预冷室和冷凝室之间，冷凝室内的空腔大于制水室内的空腔。所述收集装置通设置在冷凝室下方且与冷凝室通过冷凝水管道连通，所述收集装置与冷凝室之间设置有用于冷凝水过滤消毒的过滤膜；所述制水室下方连通有收集管道，所述收集管道与收集装置连通，且收集装置与制水室之间也设置有用于冷凝水过滤消毒的过滤膜；所述冷凝室与预冷室之间、预冷室与散热室之间通过冷风管道连通；所述半导体制水片、进风风机、散热风机与太阳能发电组件电路连接。

所述制水系统的制水过程包括以下步骤：

步骤a：空气预冷：进风风机把待制水的空气吸入预冷管，冷却至高于空气露点温度10~25℃，得到预冷空气；

步骤b：冷却制水：步骤a得到的预冷空气经过半导体制冷片的冷端，空气中的水被冷却凝结成细小的水雾颗粒和凝结在半导体制冷片的冷端上的水滴；

步骤c：冷凝：水雾颗粒随着冷却后的空气进入冷凝室并在冷凝室凝结成水滴，不凝结的气体则穿过冷凝室进入预冷室，预冷室内设置预冷管，对进风风机吸入的空气进行预冷；经过预冷室的不凝结气体通过冷气管道吹入半导体制冷片的热端的散热装置；

步骤d：过滤、收集：步骤c中冷凝室凝结成的水滴顺流向下，经过消毒滤膜收集至凝结水收集装置；步骤b中冷端上的水滴，经过冷端下方设置的收集管道，并经过消毒滤膜收集至凝结水收集装置。

进一步地，所述进风风机和散热风机均为变频风机。

进一步地，所述制水系统还设置有监测装置，所述监测装置包括设置在预冷室与制水室连接处的第一温度检测装置和设置在散热室内的第二温度监测装置；所述监测装置与太阳能发电组件电路连接。

进一步地，所述第一温度检测装置和第二温度检测装置为数显型温度控制器，所述第一温度检测装置与进风风机的变频器连接，第二温度检测装置与散热风机的变频器连接。

所述数显型温度控制器与风机的变频器连接，可以把温控的输出数据传输传输到变频器内，然后变频器根据接收到的信号大小自动调节风机的转速，使温度控制器监测到的温度控制在一定范围之内。

所述预冷管螺旋设置在预冷室内，使其预冷效果更好，预冷管的出口处和散热室内均设置有温度监测装置，用于监测空气的预冷情况和热端的散热情况，并根据预冷管出口处的温度，提高或者降低流速，使预冷后的空气稳定在一定的范围之内，避免空气变化对空气制水效率的影响，使制水效率下降，能耗增大；同时，监测热端的散热情况，使热端的温度稳定，使半导体制水片的制水效率稳定在一定的范围之内。

空气经过半导体制水片的冷端后，空气中的水凝结成细小的水雾颗粒，与不凝结的气体进入冷凝室，而一部分水雾颗粒附着在冷端表面，逐渐凝结成水滴。因此在半导体制水片冷端下方设置有与收集装置连通的收集管道，使冷端收集的水滴进入收集管道。同时设置冷凝室可以提高通过冷端的预冷空气流速，使制水效率更高。

收集装置上方设置有消毒滤膜，使制备的水可以直接用于生活应用或饮用。收集装置上还可以设置水位检测装置，对收集装置内的水量进行检测，便于提醒使用人员更换或者转移收集装置中制备的水。

不凝结的气体，如氮气、二氧化碳、氧气等，经过预冷室后，虽然温度较冷凝室有所上升，但其温度依然低于外部空气温度。因此，不凝结的气体经过预冷室后，再用于热端的散热装置，其散热效果优于直接采用空气散热，使热端散热效果更好，降低能耗。

所述空气以较快的速度经过冷端，形成水雾颗粒后，进入冷凝室，由于冷凝室空间较大，其流动速度迅速下降，水雾颗粒下沉，附着在冷凝室表面，形成水滴。

进一步地，所述冷风管道与冷凝室远离制水室一侧连通，且所述冷凝室远离制水室一侧的内表面铺设有亲水膜所述，使不凝结的气体通过亲水膜离开冷凝室进入冷风管道，使未在冷凝室内下沉凝结成水滴的水雾颗粒在亲水膜上凝结成水滴。

进一步地，所述冷端为周向等距向外射线设置有若干树丫状的冷凝片的冷凝柱，以增大预冷空气与冷端的接触面积，使预冷空气中的水更好的凝结成水雾或者水滴；所述冷凝片为纯铝或纯铜制备的薄片。纯铜制备的冷凝片传热效果好，冷凝效果更佳；纯铝制备的冷凝片传热效果虽然不如纯铜，但其密度小、成本低，使整个装置更加易于携带、降低成本。

此外，所述冷凝片还可以采用表面覆有纳米金属硫化物颗粒形成的膜的冷凝片，以降低其冷凝片表面的表面能，使空气中的水易在冷凝片表面凝结。此外，所述冷凝片表面还可以覆有铜微米颗粒形成的膜，并经过氟化处理得到，用于降低冷凝片表面的表面能。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型所提供的一种新型空气制水系统采用冷凝后的不冷凝气体对空气进行预冷，使半导体制冷片接触的空气稳定在一定的范围之内，使半导体制冷片冷凝制水更加稳定，高效；避免了空气温度变化快，使半导体制冷片的热端升温较快，冷端达不到空气露点，造成制水缓慢或者无法制水的问题。

（2）本实用新型所提供的一种新型空气制水系统采用进风风机和散热风机均采用变频风机，并采用温度控制仪与变频风机联用，监控系统内温度，使制水系统稳定，避免出现热端或冷端温度过高，造成冷端温度不稳定，影响制水效率。

（3）本实用新型所提供的一种新型空气制水系统采用不凝结的气体经过预冷室后，再用于热端的散热装置，其散热效果优于直接采用空气散热，使热端散热效果更好，降低能耗。

（4）本实用新型所提供的一种新型空气制水系统冷凝室内设置表面光滑的亲水膜，不凝结的气体通过亲水膜再离开冷凝室，使未在冷凝室内下沉凝结成水滴的水雾颗粒在亲水膜上凝结成水滴，提高制水效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意框图；

其中，1—进风风机，2—预冷室，3—制水室，4—冷凝室，5—收集装置，6—散热室，7—冷端，8—热端，9—预冷管，10—第一温度检测装置，11—散热风机，12—第二温度检测装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

本实用新型采用太阳能发电组件为系统提供电能。所述制水系统包括进风风机1、预冷室2、制水室3、散热室6、半导体制水片、冷凝室4、收集装置5；所述半导体制水片包括通过导电金属片连接的冷端7和热端8；所述预冷室2内螺旋设置有预冷管9；所述冷端7设置在制水室3内；所述热端8设置在散热室6内，且热端8上设置有散热风机11；所述制水室3设置在预冷室2和冷凝室4之间，冷凝室4内的空腔大于制水室3内的空腔。所述收集装置5通设置在冷凝室4下方且与冷凝室4通过冷凝水管道连通，所述收集装置5与冷凝室4之间设置有用于冷凝水过滤消毒的过滤膜；所述制水室3下方连通有收集管道，所述收集管道与收集装置5连通，且收集装置5与制水室3之间也设置有用于冷凝水过滤消毒的过滤膜；所述冷凝室4与预冷室2之间、预冷室2与散热室6之间通过冷风管道连通；所述半导体制水片、进风风机1、散热风机11与太阳能发电组件电路连接。

本实用新型所使用的半导体制水片采用已经成熟的半导体制水片，其制水原理采用帕尔贴效应。所述半导体制水片可以采用太阳能发电组件供电，也可以在风力较为丰富的地区采用太阳能和风能联合供电。所述太阳能发电组件包括电路连接的光伏组件和蓄电池，所述半导体制水片、进风风机1、散热风机11通过逆变器与蓄电池电路连接。

如图1所示，工作时，进风风机1将空气吸入装置内，空气经过预冷室2、半导体制水片冷端7、冷凝室4，空气中的水凝结成水后，不凝结的气体，如氮气、氧气、二氧化碳等经过预冷室2、半导体制水片热端8、散热风机11/散热管排出装置，完成循环。

一种新型空气制水系统的制水过程包括以下步骤：

步骤a：空气预冷：进风风机1把待制水的空气吸入预冷管9，根据预冷管9进口处的温度，即进风空气温度，调整进风风机1的频率，即预冷管9内的空气流速。所述空气经过预冷管9冷却至温度高于空气露点温度10~25℃，得到预冷空气；预冷管9的出口处设置有温度监测装置，用于监测空气的预冷情况，并根据预冷后的空气温度增加或减小半导体制水片的电流，使半导体制水片的制水效率稳定在一定的范围之内。

步骤b：冷却制水：步骤a得到的预冷空气经过半导体制冷片的冷端7，空气中的水被冷却凝结成细小的水雾颗粒和凝结在半导体制冷片的冷端7上形成水滴；

步骤c：冷凝：水雾颗粒随着冷却后的空气进入冷凝室4并在冷凝室4凝结成水滴，不凝结的气体则穿过冷凝室4进入预冷室2，预冷室2内设置预冷管9，对进风风机1吸入的空气进行预冷；经过预冷室2的不凝结气体通过冷气管道吹入半导体制冷片的热端8的散热装置；

步骤d：过滤、收集：步骤c中冷凝室4凝结成的水滴顺流向下，经过消毒滤膜收集至凝结水收集装置5；步骤b中冷端7上的水滴，经过冷端7下方设置的收集管道，并经过消毒滤膜收集至凝结水收集装置5。

空气经过半导体制水片的冷端7后，空气中的水凝结成细小的水雾颗粒，与不凝结的气体进入冷凝室4，而一部分水雾颗粒附着在冷端7表面，逐渐凝结成水滴。因此在半导体制水片冷端7下方设置有与收集装置5连通的收集管道，使冷端7收集的水滴进入收集管道。同时设置冷凝室4可以提高通过冷端7的预冷空气流速，使制水效率更高。

收集装置5上方设置有消毒滤膜，使制备的水可以直接用于生活应用或饮用。收集装置5上还可以设置水位检测装置，对收集装置5内的水量进行检测，便于提醒使用人员更换或者转移收集装置5中制备的水。

不凝结的气体，如氮气、二氧化碳、氧气等，经过预冷室2后，虽然温度较冷凝室4有所上升，但其温度依然低于外部空气温度。因此，不凝结的气体经过预冷室2后，再用于热端8的散热装置，其散热效果优于直接采用空气散热，使热端8散热效果更好，降低能耗。

所述空气以较快的速度经过冷端7，形成水雾颗粒后，进入冷凝室4，由于冷凝室4空间较大，其流动速度迅速下降，水雾颗粒下沉，附着在冷凝室4表面，形成水滴。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行改进，其改进之处在于：所述进风风机1和散热风机11均为变频风机。所述制水系统还设置有监测装置，所述监测装置包括设置在预冷室2与制水室3连接处的第一温度检测装置10和设置在散热室6内的第二温度监测装置；所述监测装置与太阳能发电组件电路连接。所述第一温度检测装置10和第二温度检测装置12为数显型温度控制器，所述第一温度检测装置10与进风风机1的变频器连接，第二温度检测装置12与散热风机11的变频器连接。

所述数显型温度控制器与风机的变频器连接，可以把温控的输出数据传输传输到变频器内，然后变频器根据接收到的信号大小自动调节风机的转速，使温度控制器监测到的温度控制在一定范围之内。

预冷管9的出口处和散热室6内均设置有温度监测装置，用于监测空气的预冷情况和热端8的散热情况，并根据预冷管9出口处的温度，提高或者降低流速，使预冷后的空气稳定在一定的范围之内，避免空气变化对空气制水效率的影响，使制水效率下降，能耗增大；同时，监测热端8的散热情况，使热端8的温度稳定，使半导体制水片的制水效率稳定在一定的范围之内。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上进行改进，其改进之处在于：所述冷凝室4内设置有表面光滑的亲水膜，所述不凝结的气体通过亲水膜离开冷凝室4，使未在冷凝室4内下沉凝结成水滴的水雾颗粒在亲水膜上凝结成水滴。

所述冷端7为周向等距向外射线设置有若干树丫状的冷凝片的冷凝柱，以增大预冷空气与冷端7的接触面积，使预冷空气中的水更好的凝结成水雾或者水滴；所述冷凝片为纯铝或纯铜制备的薄片。纯铜制备的冷凝片传热效果好，冷凝效果更佳；纯铝制备的冷凝片传热效果虽然不如纯铜，但其密度小、成本低，使整个装置更加易于携带、降低成本。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。