专利名称：太阳能光伏直流空气取水装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能光伏直流空气取水装置，是一种利用太阳能作为动 力源驱动的空气取水装置。
技术背景随着全球人口的迅猛增长,人类对淡水的需求也急剧的增加，而原本就不太 丰富的淡水资源在遭受环境污染和不合理利用双重打击下，显得更加的稀少了。 但是，确保淡水供应又恰恰是人类所有活动的先决条件。随着社会的进步和科 技的发展，人类在淡水资源缺乏的地方(如沙漠)活动越来越频繁，这些活动 都离不开淡水的供应保障，因此，如何在缺乏淡水的地方有效的获得淡水，成 为了人类共同担心而又亟需解决的难题。除了自然存在的淡水资源外，在空气 中所含有的水蒸气也可以成为淡水资源的重要来源，因此空气取水也成为当前 的研究热点问题。另一方面，太阳能是一种可持续利用、既清洁又到处都有的能源。太阳能 制冷具有季节匹配性好(天气越热，太阳辐射越好，系统制冷量越大)、无污 染及运行费用低等特点，在矿物燃料已存量不多和环境污染日益严重的今日， 太阳能制冷的研究和利用工作愈来愈受到世人的关注和重视。当前太阳能制冷装置方面的研究，以吸附式制冷、热电式制冷和压縮蒸汽 制冷循环原理三者居多。其中，吸附式太阳能制冷装置和热电式太阳能制冷装 置，由于技术因素的限制，存在制冷系数低等不足，而且吸附式太阳能制冷装 置还存在设备较为笨重，系统可靠性差的缺点；而压縮蒸汽制冷循环原理的太 阳能制冷装置， 一种方案是用逆变器将太阳能电池产生的直流电转变成交流电 以驱动普通的制冷装置，由于此类太阳能制冷装置需要电流逆变器，所以结构 较为复杂，同时电流逆变也造成了一定的电能损耗；还有一种方案就是本发明 所涉及到的用太阳能电池驱动装有直流压縮机的制冷装置，并配以蓄电池等附
件以保证夜间、阴雨天气的运行。经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN2669100，
公开日为 2005.01.05，专利名称为 一种光伏驱动制冷装置，其仅作为一种以太阳能作为 动力源驱动的制冷装置；还有中国专利公开号CN 2416139，
公开日为 2001.01.24，专利名称为空气取水器，也仅作为一种单独的取水装置，不具体 考虑与其匹配的制冷系统；另外中国专利公开号CN1485506，
公开日为 2004.03.31，专利名称为太阳能半导体制冷结露法空气取水器，是一种利用太 阳能光伏热电制冷原理，进行结露法空气取水的装置。尽管此技术相比于吸附 式制冷和蒸汽压縮制冷有体积小、重量轻、携带方便等优点，伹是该技术制冷 效率低，取水效果差，不具备无日照连续运行的能力。 发明内容本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种太阳能光伏直流空 气取水装置，使其具有不需要逆变器、制冷系数高、取水率高、无日照连续运 行时间长等优点。为实现这一目的，本发明利用太阳能作为动力源驱动，将新型的空气取水 器与最新的光伏直流制冷技术结合起来，提供的太阳能光伏直流空气取水装置包括太阳能供电系统、箱体总成及蓄电池，箱体总成包括制冷系统、空气取 水器及箱体，太阳能供电系统通过控制器分别与蓄电池及制冷系统的直流压縮 机相连，制冷系统和空气取水器设在箱体中，在箱体的外壁上设有总开关。当 太阳辐射充裕时，太阳能电池板将接收的太阳光辐射能转化为直流电能输出， 直流压縮机使制冷系统工作，控制器控制系统将多佘电量储存到蓄电池中；当 太阳辐射强度不大或阴雨天气时，太阳能电池板所转化的直流电能小于系统的 所有消耗，控制器控制蓄电池中的电能释放出来以维持系统正常运行。 本发明的具体结构如下太阳能光伏直流空气取水装置由太阳能供电系统、箱体总成及蓄电池构成， 其中，所述的太阳能供电系统包括太阳能电池板、总开关、控制器，太阳能电
池板通过总开关与控制器相连，控制器分别与蓄电池及箱体总成中制冷系统的 直流压缩机相连。所述箱体总成包括制冷系统、空气取水器及箱体，制冷系统和空气取水 器设在箱体中，在箱体的外壁上设有太阳能供电系统的总开关。所述空气取水器中，风机甲与管板式空气回热器相连，管板式空气回热器 与取水器相连，取水器与风机乙相连，风机乙与管板式空气回热器相连。所述取水器包括蒸发器、集水器及放水阀，蒸发器与集水器相连，集水器 在蒸发器的下方，集水器底部设有放水阀；所述蒸发器的壳体内，横向均匀排 列若干传热紫铜光管，纵向交替设置波纹形凝水板及波纹形折流板。所述制冷系统中，直流压縮机与冷凝器相连，冷凝器与干燥过滤器相连， 干燥过滤器与节流装置相连，节流装置与取水器中的蒸发器相连，蒸发器与直 流压縮机相连；温控器的温度探头放在取水器内侧，温控器与直流压缩机相连。本发明所述节流装置可以采用毛细管或者膨胀阀。本发明所述箱体可以由绝热层和外壁防辐射层构成。本发明装置工作时，太阳能供电系统、箱体总成、空气取水器在控制器和 温控器的逻辑控制下协调工作。当太阳辐射比较充裕时，太阳能电池板接收太阳光辐射能，将其转化为直 流电能输出，直流电驱动直流压縮机(DCcompressor)，使制冷系统工作，控 制器便控制系统将多余的电量储存到蓄电池当中。当太阳辐射强度不大或阴雨天气时，由于太阳能电池板所转化的直流电能 小于系统的所有消耗，控制器便将储存在蓄电池中的电能释放出来以维持系统 正常运fi1。在电量充足的情况下接通总开关，若蒸发器内的温度高于温控器设定的温 度值，直流压縮机启动，制冷系统开始工作。高温高压的制冷剂气体被压縮后， 在冷凝器中被冷凝为液体，然后流经干燥过滤器、节流装置，进入蒸发器与预 冷后的空气进行换热，吸收了空气热量的低温低压制冷剂，重新回到直流压縮 机，再次被压缩成高温高压的气体，如此制冷剂不断往复循环。冷却后的空气 从蒸发器流到集水器中进行分离，凝结水收集后经放水阀放出，分离出来的空 气经风机回到回热器预冷进入系统的外界空气，外界空气在风机的驱动下，先 经过管板式空气回热器进行预冷，然后进入蒸发器进行进一步降温，如此空气 不断往复循环。本发明所述的箱体包括绝热层和外壁防辐射层。绝热层保温，防辐射层是 为了减少太阳光直射系统而导致不必要的能量损失。本发明采用带蓄电池的光伏驱动制冷装置，虽然装置重量的增加不可避免， 但是该装置的技术成熟可靠，原材料获得较为容易，制作也比较简单，且具有 制冷系数高和无日照连续运行的能力。本发明将光伏直流压縮制冷技术运用到空气取水系统中，整合成的系统具 有不需要逆变器、制冷系统运行可靠、制冷系数高、无日照连续运行时间长等 优点，不仅可应用于都市进行空气取水，还可广泛应用于缺水、缺电但阳光充 足的地区，如海岛、沙漠地区。
图l是本发明结构示意图。图1中，l为太阳能供电系统，2为箱体总成，3为直流压縮机，4为温控 器，5为制冷系统，6为风机乙，7为空气取水器，8为管板式空气回热器，9为 风机甲，IO为箱体，11为取水器，12为节流装置，13为干燥过滤器，14为冷 凝器，15为太阳能电池板，16为总开关，17为控制器，18为蓄电池。图2是本发明取水器结构示意图。图2中，6为风机乙，8为管板式空气回热器，9为风机甲，ll为取水器， 19为蒸发器，20为波纹形凝水板，21为波纹形折流板，22为蒸发器壳体，23 为传热紫铜光管，24为集水器，25为放水阀。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。本发明设计提供的太阳能光伏直流空气取水装置结构如图1所示，包括太阳能供电系统l、箱体总成2、蓄电池18。 所述的太阳能供电系统l包括太阳能电池板15、总开关16、控制器17，太阳能电池板15与总开关16相连接，总开关16与控制器17相连接，控制器17与蓄 电池18相连，同时控制器17与箱体总成2中制冷系统的直流压縮机3相连。因太 阳能电池板15需要接受太阳辐射能，整个实验台设在室外。所述的箱体总成2包括制冷系统5、空气取水器7、箱体IO，制冷系统5和 空气取水器7设在箱体10中，在箱体10的背面外壁上设有太阳能供电系统的总开 关16。所述的空气取水器7包括取水器ll、风机甲9、管板式空气回热器8、风机 乙6，风机甲9通过铜管与管板式空气回热器8相连，管板式空气回热器8通过铜 管与取水器ll相连，取水器11通过铜管与风机乙6相连，风机乙6通过铜管与管 板式空气回热器8相连。所述的制冷系统5包括直流压縮机3、温控器4、蒸发器19、节流装置12、 干燥过滤器13、冷凝器14，直流压縮机3与冷凝器14通过铜管相连，冷凝器14与 干燥过滤器13通过铜管相连，干燥过滤器13与节流装置12通过铜管相连，节流 装置12与取水器11中的蒸发器通过铜管相连，取水器l 1中的蒸发器与直流压缩 机3通过铜管相连。温控器4的温度探头放在蒸发器11内侧，温控器4与直流压縮 机3通过电线相连。直流压縮机3、干燥过滤器13、节流装置12均设在箱体10的 外面，取水器11设在箱体10的内侧。所述的节流装置12是毛细管或者膨胀阀。所述的箱体10包括绝热层和外壁防辐射层。所述的取水器11结构及其连接方式如图2所示，取水器ll包括蒸发器19、 集水器24、放水阀25，蒸发器19通过铜管和集水器24相连，集水器24在蒸发器 19的下方，在集水器24的底部设有放水阀25。其中，所述的蒸发器19包括波纹形凝水板20、波纹形折流板21、蒸发器壳 体22及传热紫铜光管23。蒸发器壳体22内，横向均匀排列若干传热紫铜光管23， 纵向交替设置波纹形凝水板20及波纹形折流板21 。本发明的工作过程和工作原理是太阳能供电系统l、箱体总成2、空气取
水器7在控制器17和温控器4的逻辑控制下协调工作，整个系统可以设在钢构长方架子中，架子四周和上方都贴着白色遮雨板，用来遮雨和遮挡太阳光对系统 的直射。架子下部设有轮子，以方便制冷装置的移动。太阳能电池板15接收太阳光的辐射能，将其转化为直流电能，直流压縮机3、 控制器17、冷凝器14的风扇等部件(温控器4除外)所需的电能均由此太阳能电 池提供。总开关16用于在不使用本发明所述的制冷装置时，切断整个制冷装置 的电源。当太阳辐射比较充裕时，太阳能电池板15接收太阳光辐射能，将其转化为 直流电能输出，直流电驱动直流压縮机3，使制冷系统工作，控制器17便控制系 统将多余的电量储存到蓄电池18当中，若此时蓄电池18已充满，则控制器17取 消充电动作。当太阳辐射强度不大或阴雨天气，由于太阳能电池板15所转化的直流电能 小于系统的所有消耗，控制器17便将储存在蓄电池18中的电能释放出来以维持 系统正常运行，若此时蓄电池18中电量到达设定下限，控制器17取消放电动作， 直流压縮机3关闭。在电量充足的情况下接通总开关16，若蒸发器19内的温度高于温控器4设定 的温度值，直流压縮机3启动，制冷系统开始工作。高温高压的制冷剂气体被直 流压縮机3压縮后，在冷凝器14中被冷凝为液体，然后流经干燥过滤器13后在节 流装置12中被节流降压为低压低温的液体(通常情况下是带有少量闪发蒸汽的 气液两相制冷剂)，之后制冷剂在壳管式蒸发器19中与预冷后的空气进行换热， 制冷剂走管程，空气走壳程，制冷剂通过沸腾蒸发吸收空气的热量，从而使空 气的温度不断降低，吸收了空气热量的低温低压制冷剂，重新回到直流压縮机3， 再次被压縮成高温高压的气体，如此制冷剂不断往复循环，而被冷却后的空气 从蒸发器19流到集水器24中进行分离，凝结水在集水器24中被收集后，经放水 阀25放出，而分离出来的空气经风机乙6回到管板式空气回热器8预冷进入系统 的外界空气，外界空气在风机甲9的驱动下，先经过管板式空气回热器8进行预 冷，温度降低，相对含湿量得以提高，然后进入蒸发器19进行进一步降温，如
此空气不断往复循环。当蒸发器19中的温度到了设定的温度下限值时，温控器4将切断直流压縮机 3的电源，过一段时间后，当蒸发器19中的温度回升到设定的温度上限值时，温 控器4接通直流压縮机3的电源，制冷系统再次工作。箱体10包括绝热层和外壁防辐射层。绝热层保温，防辐射层是为了减少太 阳光直射系统而导致不必要的能量损失。本发明的太阳能光伏直流空气取水装置，将新型空气取水器与光伏直流压 縮制冷技术结合起来，不需要逆变器，具有统运行可靠、制冷系数高、无日照 连续运行时间长等优点，可广泛应用于缺水、缺电但阳光充足的地区，如海岛、 沙漠地区。
权利要求
1、 一种太阳能光伏直流空气取水装置，由太阳能供电系统(1)、箱体总 成(2)及蓄电池(18)构成，其特征在于所述太阳能供电系统(1)中，太阳能电池板(15)通过总开关(16)与控 制器(17)相连，控制器(17)分别与蓄电池(18)及箱体总成(2)中制冷系 统的直流压縮机(3)相连；所述箱体总成(2)包括制冷系统(5)、空气取水器(7)及箱体(10)， 制冷系统(5)和空气取水器(7)设在箱体(10)中，在箱体(10)的外壁上 设有太阳能供电系统的总开关(16);其中，所述空气取水器(7)中，风机甲(9)与管板式空气回热器(8)相连，管 板式空气回热器(8)与取水器(11)相连，取水器(11)与风机乙(6)相连， 风机乙(6)与管板式空气回热器(8)相连；所述制冷系统(5)中，直流压縮机(3)与冷凝器(14)相连，冷凝器(14) 与干燥过滤器(13)相连，干燥过滤器(13)与节流装置(12)相连，节流装 置(12)与取水器(11)中的蒸发器(19)相连，蒸发器(19)与直流压縮机 (3)相连；温控器(4)的温度探头放在取水器(11)内侧，温控器(4)与直 流压縮机(3)相连。
2、 根据权利要求l的太阳能光伏直流空气取水装置，其特征在于所述取水 器(11)包括蒸发器(19)、集水器(24)及放水阀(25)，蒸发器(19)与 集水器(24)相连，集水器(24)在蒸发器(19)的下方，集水器(24)底部 设有放水阀(25);所述蒸发器(19)的壳体(22)内，横向均匀排列若干传 热紫铜光管(23)，纵向交替设置波纹形凝水板(20)及波纹形折流板(21)。
3、 根据权利要求l的太阳能光伏直流空气取水装置，其特征在于所述节流 装置(12)为毛细管或者膨胀阔。
4、 根据权利要求l的太阳能光伏直流空气取水装置，其特征在于所述箱体 (10)由绝热层和外壁防辐射层构成。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能光伏直流空气取水装置，包括太阳能供电系统、箱体总成及蓄电池，箱体总成包括制冷系统、空气取水器及箱体，太阳能供电系统通过控制器分别与蓄电池及制冷系统的直流压缩机相连，制冷系统和空气取水器设在箱体中，箱体外壁设有总开关。太阳辐射充裕时，太阳能电池板将接收的太阳光辐射能转化为直流电能输出，直流压缩机使制冷系统工作，多余电量储存到蓄电池中；太阳辐射强度不大或阴雨天气时，太阳能电池板所转化的直流电能小于系统的消耗，将蓄电池中的电能释放出来以维持系统正常运行。本发明将光伏直流压缩制冷技术运用到空气取水系统中，制冷系数高、取水率高、无日照连续运行时间长，可应用于缺水缺电但阳光充足的地区。
文档编号E03B3/28GK101144284SQ200710047159
公开日2008年3月19日 申请日期2007年10月18日 优先权日2007年10月18日
发明者圆 周, 鹏 张, 王如竹 申请人:上海交通大学