一种基于帕尔贴效应的海岛风光互补水电联产装置

1.本实用新型涉及可再生能源发电及海水淡化技术领域，特别是涉及一种风光互补发电系统和基于帕尔贴效应的海水淡化装置。


背景技术：

2.随着我国现代社会经济飞速发展以及国际形势的日益紧张，我国对于众多海岛的国防要求在不断提高，每年针对这些具有重要战略意义海岛的生产、生活费用支出十分庞大。其中一项占有很大比例的开支是生活用电、用水的补给。虽然一个海岛上驻守的人员不多，但是必须为他们定时定量补给生活物资。这个过程一方面要经过远距离的海上长途跋涉，耗费大量的能源同时还会产生大量温室气体；另一方面，海上经常出现极端天气、政治纠纷等突发情况，造成日常补给工作无法进行，从而对驻岛人员生活产生影响，甚至危及生命。
3.在这样的背景需求下，一种能独立在海岛上发电，并制取淡水的装置是十分必要的。这种装置不仅能可靠的保障驻岛人员的生活需求，同时还能减少温室气体排放、节约能源。关于海岛用水用电需求，现有解决方式主要包括太阳能发电，风力发电，太阳能海水淡化、反渗透膜制淡水等等，上述装置彼此之间独立运行，因此存在发电功率不稳定，海水淡化效率低、水质差等问题。


技术实现要素：

4.传统的太阳能发电制淡水受环境影响大，本实用新型提供一种基于帕尔贴效应的海岛风光互补水电联产装置，旨在解决偏远海岛士兵及居民的用水用电需求，将太阳能光伏发电板、风力发电机、制冷片冷凝装置结合起来，本实用新型装置能够很好的利用海岛丰富的太阳能及风能，其能源利用效率较高、使用寿命长、装置成本低，利用该装置不仅能够为海岛人员进行淡水补给，也能提供少许电力。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种基于帕尔贴效应的海岛风光互补水电联产装置，包括壳体，所述壳体包括上部的引风室和下部的冷凝室；所述引风室的顶部设有太阳能光伏发电板，所述引风室的一侧壁上设有引风机，所述引风室的另一侧通过送风通道与所述冷凝室的一侧相通，所述冷凝室内悬挂有制冷片冷凝装置，所述制冷片冷凝装置采用半导体材料，所述制冷片冷凝装置上设有翅片散热器，所述冷凝室的底部设有出水口，所述冷凝室的下方、且位于所述出水口的位置处设有淡水收集池，所述冷凝室的另一侧设有出气口；所述太阳能光伏发电板、引风机和制冷片冷凝装置均通过一稳压模块与蓄电池和风力发电机相连。
6.进一步讲，本实用新型所述的海岛风光互补水电联产装置，其中：
7.所述制冷片冷凝装置的冷端位于靠近送风通道的一侧，所述制冷片冷凝装置的热端位于靠近出气口的一侧；所述翅片散热器的冷端和热端分别与所述制冷片冷凝装置的冷端和热端连接。
8.所述冷凝室的底部呈倒锥形。
9.所述蓄电池分别通过电线与所述稳压模块、所述太阳能光伏发电板、所述风力发电机、所述引风机、所述制冷片冷凝装置连接。
10.所述引风室的底部设有海水蓄水池，所述太阳能光伏发电板覆盖住整个海水蓄水池的上方。
11.所述引风机的安装高度位于所述海水蓄水池的上方。
12.所述太阳能光伏发电板辐射热量对所述海水蓄水池进行加热。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
14.由于海岛太阳能、风能丰富,本实用新型装置采用风光互补的发电方式,减小了环境因素对发电稳定性的影响。本装置利用太阳能光伏发电板发电功能及其背板发热量,在提供为海岛用电设备提供电力的同时，还解决了海岛的淡水需求,可以增大海水蒸发量,提高淡水制取效率，降低了海岛对外界物资的依赖程度，减少了能源浪费与污染物排放。本实用新型装置中利用制冷片冷凝装置进行冷凝空气中水蒸气制取淡水,具有效率高，水质好等优点。
15.本实用新型装置能够独立、长时间并稳定地为海岛驻守人员提供淡水和电能，从而不需要外界的定期运送补给，节省经济开销，节约能源，减少碳排放。
附图说明
16.图1是本实用新型基于帕尔贴效应的海岛风光互补水电联产装置的结构示意图。
17.图中：
18.1-引风室
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2-冷凝室
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12-送风通道
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3-海水蓄水池
19.4-太阳能光伏发电板
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5-引风机
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6-制冷片冷凝装置 61-翅片散热器的冷端
20.62-翅片散热器的热端
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7-出水口
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8-淡水收集池
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9-出气口
21.10-稳压模块
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11-蓄电池
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13-风力发电机
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例图中的附图，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。
23.如图1所示，是本实用新型一种基于帕尔贴效应的海岛风光互补水电联产装置的优选实施例，该装置包括壳体，所述壳体包括上部的引风室1和下部的冷凝室2；所述引风室1的底部设有海水蓄水池3，所述引风室1的顶部设有太阳能光伏发电板4，所述太阳能光伏发电板4覆盖住整个海水蓄水池3的上方。所述太阳能光伏发电板4辐射热量对所述海水蓄水池3进行加热。所述引风室1的一侧壁上设有引风机5，所述引风机5的安装高度位于所述海水蓄水池3的上方。所述引风室1的另一侧通过送风通道12与所述冷凝室2的一侧相通，所述冷凝室2内悬挂有制冷片冷凝装置6，所述制冷片冷凝装置6采用半导体材料，所述制冷片冷凝装置6上设有翅片散热器，所述制冷片冷凝装置6的冷端位于靠近送风通道12的一侧，所述制冷片冷凝装置6的热端位于靠近出气口9的一侧；所述翅片散热器的冷端61和热端62
分别与所述制冷片冷凝装置6的冷端和热端连接，所述引风机5将潮湿空气引入所述引风室1，并通过海水蓄水池3的上方后推动空气依次通过送风通道12后进入下方的冷凝室2，然后依次流经所述翅片散热器的冷端61、所述翅片散热器的热端62，从而增大了所述制冷片冷凝装置6冷热两端的换热面积，可实现所述制冷片冷凝装置6与空气的快速换热，提高散热效率。所述冷凝室2的底部呈倒锥形，并设有出水口7，所述冷凝室2的下方、且位于所述出水口7的位置处设有淡水收集池8，所述冷凝室2的另一侧设有出气口9；所述太阳能光伏发电板4、引风机5和制冷片冷凝装置6均通过一稳压模块10与蓄电池11和风力发电机13相连。即所述蓄电池11分别通过电线与所述稳压模块10、所述太阳能光伏发电板4、所述风力发电机13、所述引风机5、所述制冷片冷凝装置6连接。
24.本实施例中，整个壳体采用金属制作，以海水蓄水池3为参考，海水蓄水池3的上端被太阳能光伏发电板4完全覆盖，海水蓄水池3的左端设置有引风机5，从而将外界潮湿空气引入上方的引风室1，海水蓄水池3的右端是一个送风通道12，如图1所示，该送风通道延伸到海水蓄水池3下方的冷凝室2，制冷片冷凝装置6焊接在冷凝室2的顶部，形成金悬挂的形状，在制冷片冷凝装置6的两侧用导热硅脂粘贴上翅片散热器的散热片(冷端和热端)，位于制冷片冷凝装置6下方突出的壳体部分设有出水口7，整个装置的壳体部分除了引风机5所在的入风口和下方的出气口9及下方淡水流出的出水口7与外界连通，其余均与外界隔绝密闭，壳体内部的箭头表示空气流向，太阳能光伏发电板4上方的箭头表示光照，本实施例中，壳体的大小为0.5
×
0.5
×
1.2m。
25.本实用新型装置的工作原理：
26.本实用新型中，由太阳能光伏发电板4和风力发电机13构成的发电模块在风光充足与不充足时工作方式不同。风光充足时,若供电量恰好与用电量平衡,则太阳能光伏发电板4及风力发电机13直接为制冷片冷凝装置6及引风机5供电,当供电多于用电量时,则在对制冷片冷凝装置6及引风机5供电时同时为蓄电池11供电。光照充足时，太阳能光伏发电板4背面对于海水蓄水池3的热辐射量大,可以蒸发较多海水并进行淡水的制取。风光不充足时，根据蓄电池11电压判断蓄电池11电量,若电量不充足则更换蓄电池11,否则就使用蓄电池11为制冷片冷凝装置6及引风机5供电，这样有利于稳定电压，使引风机5及制冷片冷凝装置6稳定高效的工作。众所周知，帕尔贴效应就是电流流过两种不同导体界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。对帕尔贴效应的解释是电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同材料中处于不同能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放多余的热量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。半导体制冷采用的就是帕尔贴效应。本实用新型中的制冷片冷凝装置6采用半导体材料接收到电流后会发生帕尔贴效应从外界吸收热量以降低外界温度达到制冷效果。
27.本实施例的工作过程详述如下：
28.太阳能光伏发电板4和风力发电机13分别利用太阳能和风能发电，并将电能储存到蓄电池11中。引风机5在稳压模块10的控制下依靠蓄电池11中的电能运转，海岛的潮湿空气经过引风机5引入上部的引风室1内的海水蓄水池3上方，太阳能光伏发电板4在发电的同时，背面会产生大量的热，利用此部分热对海水蓄水池3中的海水进行加热，海水蒸发形成的蒸汽与外界通入的潮湿空气混合，进一步增大了空气的相对湿度,在引风机5的推动下，
上述潮湿空气经由送风通道12被输送至下部的冷凝室2内的制冷片冷凝装置6的冷端,与翅片散热器的冷端61接触,在冷端对潮湿空气进行降温,由于该翅片散热器的冷端翅片温度低于潮湿空气的露点温度，空气中的水蒸气凝结为液态水，冷凝形成淡水后，液态水最终自冷凝室2底部的出水口7被收集至淡水收集池8中。潮湿空气流经翅片散热器的冷端61后变成低温干燥的空气,低温干燥空气流经翅片散热器的热端62，对制冷片冷凝装置的热端起到降温冷却的作用，在此过程后,高温高湿的空气转化为低温度低湿度的空气,然后流经制冷片冷凝装置的热端，对其进行降温以防止热端温度过高，造成冷端温度上升,从而导致制冷片冷凝装置冷凝水效率降低。在对热端降温后,剩余的气体随着气流方向自出气口9排出至大气环境。重复以上过程即可制取源源不断的制取淡水。图1中太阳能光伏发电板4主要作用是发电，次要作用是利用该太阳能光伏发电板4下的热辐射蒸发海水蓄水池3内的海水提高潮湿空气的湿度，即使在没有光的条件下虽然太阳能光伏发电板4不能蒸发海水，引入的潮湿空气也完全可以达到制取淡水的需求，因此，本实用新型中的海水蓄水池3是一个辅助作用，在有光照下提高淡水制取的量，该装置的供电可以是由太阳能光伏发电板4和风力发电机13共同供电，有光时共同工作，没光时只有风力发电机13工作，产生的电会储存在同一个蓄电池11中，为了克服风光的不稳定，本实用新型中通过一个稳压模块10保证给蓄电池11的充电是稳定电压，通过蓄电池11给引风机5和制冷片冷凝装置6供电，翅形散热片在制冷片冷凝装置6的两端，由蓄电池11供电，来降低制冷片冷凝装置6的热量使制冷片冷凝装置6更好的制冷，同时也散开了制冷片冷凝装置6热端的热量防止热传递到冷端影响制冷工作。
29.在其他实施例中，由于本实用新型提供的淡水制取装置包括大阳能光伏发电板4和风力发电机13，采取风光互补发电，无需外部电源供电，能够自行运转，完成淡水制取过程，同时多余的电量用于生活使用，不受供电系统的控制，大大拓展了本装置的使用范围。
30.在其他实施例中，由于本实用新型装置产生了低温冷源，提高了淡水的制取效率，即使在空气温度不高的环境下工作，也能充分冷却空气、制取淡水，实现本实用新型的目的。
31.尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。