一种高效水电联产器

1.本发明属于太阳能光热技术领域，尤其涉及一种高效水电联产器。


背景技术：

2.随着现代社会经济、人类文明的高速发展，一系列不可再生能源(如：煤、石油等)的使用量大大加强，能源的短缺问题日益显著，价格大幅上涨。同时，在化石燃料的利用过程中，产生的有害气体、可吸入颗粒物以及固体废弃物等严重影响了自然环境，阻碍了人类生活质量的进一步提高。因而，寻求一种可再生、无污染的清洁能源成为当下研究的热点，密切贴合“可持续发展”的理念。
3.太阳能作为“万能之源”是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，而且地球表面每年收到的太阳辐射总量为10
18
kw h，完全能够满足人类对能源的需求。然而，由于太阳能的能量密度小和它的不连续性，制约了其大规模的发展。
4.当利用太阳能加热蒸汽发生器时，太阳能或直接加热水体，或利用高效的光热材料加热水体，在光热材料和水体之间进行热量交换，利用热导率低以及吸收率低的材料搭建测试平台，减少辐射、对流、传导热损失，但是此种情况下，由于光热材料和水体直接接触，多余的水体会降低温度的上升速度，减小蒸汽的产生速率，而且，在应用于海水淡化过程中，光热材料表面容易出现结盐、孔道堵塞的问题，严重影响了材料的长期使用。另外，产出的纯净水的质量也不能实时地被检测，因此不能直接判断出产出纯净水的用途(直接饮用、农业、畜牧业等)，如果专门取样进行水质检测将会加长纯净水的利用周期，降低了实用效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种水电联产的太阳能蒸汽装置，它降低了光热材料与水体直接接触的传导热损失，解决了光热材料表面结盐、孔道堵塞的问题，自发电可直接用于产出纯净水的品质监测，加快了纯净水的利用周期。
6.一种高效水电联产器，包括有水电联产室、供水装置、纯净水收纳盒和硬件盒，所述硬件盒和所述纯净水收纳盒分别与所述水电联产室相连接，
7.所述纯净水收纳盒中设置有水质监测传感器；
8.所述硬件盒内设置有模数转换器；
9.所述水电联产室内设置有水电联产模块，所述水电联产模块包括有若干个矩阵式排列且相互串联的水电联产单元、贴片式热电偶、“井”字型支架和pe泡沫；所述“井”字型支架内设置有所述pe泡沫，所述pe泡沫作为骨架，且在所述pe泡沫中形成若干个与所述水电联产单元数量和位置相适配的通孔，每个所述通孔中对应设置有一个所述水电联产单元；
10.每个所述水电联产单元包括有热电片、蓝膜、cs/pva气凝胶，所述热电片的热端贴有所述蓝膜，所述热电片的冷端设置有cs/pva气凝胶，且所述热电片的热端朝上，所述热电片的冷端朝下；
11.所述热电片的冷端和所述cs/pva气凝胶之间还设置有所述贴片式热电偶，所述贴片式热电偶与所述模数转换器相连接；
12.所述供水装置包括有供水管道，所述供水管道的一端连接水龙头，另一端连接有花洒喷头，所述花洒喷头置于所述水电联产室内，且所述花洒喷头从下往上向所述水电联产模块喷水。
13.作为本发明高效水电联产器的技术方案的一种改进，所述水电联产室内还设置有冷凝水收集装置，所述冷凝水收集装置置于所述水电联产室的上部上，且所述冷凝水收集装置与所述纯净水收纳盒相连接；
14.所述冷凝水收集装置包括有若干根依次首尾相连的冷凝水收集管道，每根所述冷凝水收集管道由两块互成90
°
的平板拼接，每根所述冷凝水收集管道的水平夹角依次下降1
°‑5°
，且每根所述冷凝水收集管道与所述水电联产室的内壁相贴合，所述若干根冷凝水收集管道呈螺旋下降式。
15.作为本发明高效水电联产器的技术方案的一种改进，所述水电联产室的顶部向外突出，且所述高效水电联产器的顶部分别与所述高效水电联产器的侧壁相连接。
16.作为本发明高效水电联产器的技术方案的一种改进，所述硬件盒内还设置有继电器、主控制器和oled板，所述供水装置包括有设置在所述供水管道上的电磁阀，且所述电磁阀和所述继电器相连接；
17.所述主控制器分别与所述继电器、所述oled板和所述模数转化器相连接。
18.作为本发明高效水电联产器的技术方案的一种改进，所述水电联产室内还设置有铁架台，所述铁架台置于所述水电联产室的下部上，所述铁架台用于固定所述花洒喷头，且所述花洒喷头的喷口对准所述cs/pva气凝胶。
19.作为本发明高效水电联产器的技术方案的一种改进，所述花洒喷头的喷口与所述cs/pva气凝胶的距离为5-10cm。
20.作为本发明高效水电联产器的技术方案的一种改进，所述水电联产室内还设置有强制换流器，所述强制换流器置于所述水电联产室的右侧上。
21.作为本发明高效水电联产器的技术方案的一种改进，所述水电联产室的一侧上设置有第一合页，所述第一合页与所述水电联产室的底面距离60cm。
22.作为本发明高效水电联产器的技术方案的一种改进，所述纯净水收纳盒内设置有第二合页，所述第二合页用于配置所述水质监测传感器。
23.本发明具有以下优点：
24.1、本发明提供了一种新的太阳能蒸发装置，蓝膜的高太阳光吸收率和高的热导率，能够迅速升高热电片热端的温度，通过给热电片冷端的cs/pva气凝胶供水，可以为热电片两端造成较为稳定的温差，从而产生电能。
25.2、本发明采用定量控水技术，通过热电片冷端的贴片式热电偶反馈温度，实现水量的控制，通过喷水的方式将待处理液体喷到cs/pva气凝胶中，增加了热能的利用率，加快了温度上升速度，提高了蒸汽产生速率。
26.3、本发明采用喷射给水的方式，能够有效地避免光热材料表面结盐、毛孔堵塞的问题。
27.4、本发明可以自供给的提供水质监测的驱动力，热电片产生的电能能够驱动水质
监测器间歇性地对产出的纯净水的品质进行监测，可以快速、有效地判断产出水的适用范围，缩短了产出水的实际使用周期。
附图说明
28.图1为本发明的主视图；
29.图2为本发明中水电联产模块的顶视图；
30.图3为本发明中水电联产单元的主视图；
31.图4为本发明中冷凝水收集装置的主视图；
32.图5为本发明中冷凝水收集装置的顶视图；
33.图6为本发明中硬件盒的顶视图；
34.图7为本发明在户外实际测试8小时的输出电压图。
35.附图标记说明：1-硬件盒；2-水电联产室；3-纯净水收纳盒；4-铁架台；5-花洒喷头；6
‑“
井”字型支架；7-水电联产模块；8-热电片；9-第一冷凝水收集管道；10-第二冷凝水收集管道；11-第三冷凝水收集管；12-第四冷凝水收集管道；13-水电联产单元；14-pe泡沫；15-供水管道；16-冷凝水收集装置；17-主控制器；18-模数转换器；19-继电器；20-oled板；21-强制换流器；22-蓝膜；23-cs/pva气凝胶；24-水质监测传感器；25-第一合页；26-第二合页；27-电磁阀；28-水龙头。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
37.如图1至图3所示，一种高效水电联产器，包括有水电联产室2、供水装置、纯净水收纳盒3和硬件盒1，所述硬件盒1和所述纯净水收纳盒3分别与所述水电联产室2相连接，所述纯净水收纳盒3中设置有水质监测传感器24；所述硬件盒1内设置有模数转换器；所述水电联产室2内设置有水电联产模块7，所述水电联产模块7包括有若干个矩阵式排列且相互串联的水电联产单元13、贴片式热电偶、“井”字型支架6和pe泡沫14；所述“井”字型支架6内设置有所述pe泡沫14，所述pe泡沫14中作为骨架，且在所述pe泡沫14中形成若干个与所述水电联产单元13数量和位置相适配的通孔，每个所述通孔中对应设置有一个所述水电联产单元13；
38.每个所述水电联产单元13包括有热电片8、蓝膜22、cs/pva气凝胶23，所述热电片8的热端贴有所述蓝膜22，所述热电片8的冷端设置有cs/pva气凝胶23，且所述热电片8的热端朝上，所述热电片8的冷端朝下；
39.所述热电片8的冷端和所述cs/pva气凝胶23之间还设置有所述贴片式热电偶，所述贴片式热电偶与所述模数转换器相连接；
40.所述供水装置包括有供水管道15，所述供水管道15的一端连接水龙头28，另一端连接有花洒喷头5，所述花洒喷头5置于所述水电联产室2内，且所述花洒喷头5从下往上向所述水电联产模块7喷水。
41.本发明在使用的时候，通过供水装置中的花洒喷头5从下往上向水电联产模块7进行喷水，水喷洒水电联产模块7中的热电片8的冷端cs/pva气凝胶23上，降低了热电片8冷端的温度，产生电能，同时，蓝膜22吸收太阳光且快速地将热量传导至电热片的热端，且cs/
pva气凝胶23中的水温上升，热电片8中的热量自上而下传导，从热端传导至冷端，引起冷端温度升高，在水电联产室2内进行快速自然蒸发。
42.详细地说，首先，蓝膜22的高太阳光吸收率和高的热导率，能够迅速升高热电片8热端的温度，通过给热电片8冷端的cs/pva气凝胶23供水，可以为热电片8两端造成较为稳定的温差，从而产生电能。
43.第二，通过热电片8冷端上的贴片式热电偶反馈温度，由于贴片式热电偶与模数转换器相连接，模数转换器将贴片式热电偶采集的信息数据化，继而并通过继电器和电磁阀27的连接控制电磁阀27的开关，实现了水量的控制的效果。由于通过喷水的方式将待处理液体喷到cs/pva气凝胶23中，不仅增加了热能的利用率，加快了温度的上升速度，提高了蒸汽的产生速率，还能够有效地避免光热材料表面结盐、毛孔堵塞的问题。
44.在本发明中，蓝膜22用导热胶贴在热电片7的热端，cs/pva气凝胶23贴在热电片7的冷端，热电片7内嵌于pe泡沫14中，贴片式热电偶处于cs/pva气凝胶23和热电片7的冷端之间，用于检测热电片7的冷端的温度。蓝膜22吸收太阳光且快速地将热量传导至热电片7的热端，热电片7中的热量自上而下传导，从热端传导至冷端，引起冷端温度升高。优选的，水电联产室2内还设置有强制换流器21，强制换流器21置于水电联产室2的右侧上，通过强制换流器21用于加速产出蒸汽的流通速度。作为本发明的一个实施例，每片热电片7的边长为4cm，每个热电片7之间的间隔为2.5cm。
45.在水电联产室2内还设置有铁架台4，铁架台4置于水电联产室2的下部上，用于固定花洒喷头5，保证花洒喷头5的方向向上，以及保证从花洒喷头5的喷口从下往上喷出向cs/pva气凝胶23。喷射的供水方式可以增大水电联产模块纯净水和电能的产出，在实际应用中，使用喷射的供水方式还可以解决光热材料表面结盐和孔道堵塞等问题。另外，产生的电能可以用以产出纯净水的实时监测，能够快速判断出纯净水的用途(直接饮用、农业、畜牧业等)，缩短了产物的应用周期，提高了利用效率，或将产生的电能进行存储用于其他时间照明。
46.如图4和图5所示，纯净水收纳盒3与设置在水电联产室2中的冷凝水收集装置16相连接，用于收集纯净水，设置在纯净水收纳盒3中的水质监测传感器24可以用于监测水质，可以快速、有效地判断产出水的适用范围，缩短了产出水的实际使用周期。
47.冷凝水收集装置16包括有若干根依次首尾相连的冷凝水收集管道，每根冷凝水收集管道由两块互成90
°
的平板拼接，每根冷凝水收集管道的水平夹角依次下降1
°‑5°
，且每根冷凝水收集管道与水电联产室2的内壁相贴合，若干根冷凝水收集管道呈螺旋下降式，可以在导流的同时不影响液体的蒸发。作为本发明的三个实施例，每根冷凝水收集管道的水平夹角依次下降1
°
、3
°
和5
°
，可以根据冷凝水的水量选择适合的夹角大小，便于冷凝水的收集。作为本发明的一种实施方式，冷凝水收集装置16包括有依次首尾相连的四根冷凝水收集管道，依次为第一冷凝水收集管道9、第二冷凝水收集管道10、第三冷凝水收集管道11和第四冷凝水收集管道12。
48.进一步的，水电联产室2的顶部向外突出，且高效水电联产器的顶部分别与高效水电联产器的侧壁相连接，当待处理液体受热蒸发形成蒸汽后，积聚在高效水电联产器的顶部，积聚到一定程度后，顺着高效水电联产器的侧壁滴落到冷凝水收集装置16，并通过依次首尾相连的第一冷凝水收集管道9、第二冷凝水收集管道10、第三冷凝水收集管道11和第四
冷凝水收集管道12后，流动到达纯净水收纳盒3中。
49.如图6所示，硬件盒1内设置有模数转换器18、继电器19、主控制器17和oled板20，供水装置包括有设置在供水管道15上的电磁阀27，且电磁阀27和继电器19相连接；主控制器17分别与继电器19、oled板20和模数转化器相连接。
50.实施例1：
51.根据设置的温度阈值控制花洒的动作时间，当冷端温度达到或高于温度阈值时，由主控制器17控制处于常开状态的继电器19的闭合，从而控制电磁阀27打开，待处理液体通过花洒从下往上喷洒到cs/pva气凝胶23上，与热电片7冷端进行热量交换，降低冷端温度，产生电能，冷端温度低于温度阈值，供水装置停止喷水，同时待处理液体温度上升，能够加速蒸汽产生。模数转换器18将贴片式热电偶采集的信息数字化，oled板20将采集的温度可视化，继电器19与电磁阀27相连接，用以控制电磁阀27的通断。
52.实施例2：
53.参考实施例1，不同之处在于根据设置的持续时间控制花洒的动作时间，当接通电源时，由主控制器17控制处于常开状态的继电器19的闭合，从而控制电磁阀27打开，待处理液体通过花洒从下往上喷洒到cs/pva气凝胶23上，与热电片7冷端进行热量交换，降低冷端温度，产生电能，设定的持续时间结束后，供水装置停止喷水，同时待处理液体温度上升，能够加速蒸汽产生。模数转换器18将贴片式热电偶采集的信息数字化，oled板20将采集的温度可视化，继电器19与电磁阀27相连接，用以控制电磁阀27的通断。
54.花洒喷头5的喷口与cs/pva气凝胶23的距离为5-10cm，且优选的距离为5cm或10cm。通过调节花洒喷头5的喷口与cs/pva气凝胶23之间的距离，可以控制花洒喷头5喷洒到cs/pva气凝胶23上的水量和喷洒面积，继而控制热电片7冷端的温度，保证cs/pva气凝胶23中的水温上升，进行快速地自然蒸发的效果。
55.水电联产室2的一侧上设置有第一合页25，第一合页25与水电联产室2的底面距离60cm，用于对水电联产室2中的配件进行调整。纯净水收纳盒3内设置有第二合页26，第二合页26用于固定水质监测传感器24。
56.基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。