一種加溼冷凝式海水淡化裝置的製作方法
2023-04-23 22:46:06 3
本發明涉及海水淡化技術領域，特別是涉及一種加溼冷凝式海水淡化裝置。
背景技術：
地球雖然有71％的面積覆蓋著水，人類能利用的淡水僅佔地球總水量的0.26％，絕大部分是無法飲用的鹹水，許多國家面臨水資源緊缺的問題，因此海水淡化技術成為許多國家和地區開發輔助水源的常用方法。
太陽能具有可再生、分布廣、無汙染的特點，而且沙烏地阿拉伯、伊朗等相當多的沿海缺水國家太陽能資源充足，目前太陽能廣泛應用與海水淡化領域。
目前常用的太陽能集熱器分為聚光型和非聚光型，規模小、分布式裝置一般用非聚光型，其中平板型太陽能集熱器應用最廣泛，近年真空管型集熱器也得到很大發展。
當直流電通過半導體製冷片時，根據珀爾帖效應，半導體製冷片一端放熱，一端吸熱。半導體製冷片具有體積小、溫度可控、製冷加熱功能集於一體等優點，在實驗室、日常電器、醫療等領域均有應用。
加溼除溼式太陽能海水淡化裝置利用給空氣加溼然後去溼獲取淡水，與傳統的蒸餾法相比產水率更高，規模靈活，與膜法淡化裝置相比，產生的淡水品質更好，成本更低，結垢傾向小，操作成本適中。雖然蒸發室與冷凝室分離便於控溫，但風機與水泵消耗的功率大，裝置複雜，不便於家庭使用。
綜上所述，如何有效地解決現有的海水淡化裝置裝置複雜，不便於家庭使用等問題，是目前本領域技術人員急需解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種加溼冷凝式海水淡化裝置，該加溼冷凝式海水淡化裝置結構緊湊、便於家用。
為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：
一種加溼冷凝式海水淡化裝置，包括從上至下依次包括散熱室、冷凝室、蒸發室的海水淡化箱體，所述冷凝室和所述蒸發室連通，所述散熱室和所述冷凝室的分界處設置有半導體制冷機構，所述半導體制冷機構的熱端位於所述散熱室內且冷端位於所述冷凝室內，所述熱端通過散熱底板與半導體制熱模塊連接，所述冷端通過導冷底板與半導體製冷模塊連接，所述冷凝室內位於所述半導體製冷模塊的下方設有淡水收集裝置，所述淡水收集裝置與淡水箱連通，所述散熱室上在所述半導體制熱模塊的位置處開設有進風口和與所述進風口連通的出風口，所述蒸發室上設有與所述出風口連通的風道，所述蒸發室上開設有熱海水進口、濃鹽水排出孔。
優選地，所述散熱室和所述冷凝室的側面還具有小腔體，所述小腔體的進氣孔位於所述導冷底板與所述導冷翅片之間且與所述冷凝室連通，所述小腔體的出氣孔位於所述散熱室上方且與所述散熱室連通。
優選地，至少包括兩組所述半導體制熱模塊，所述半導體制熱模塊包括嵌入所述散熱底板的熱管、安裝於所述熱管上的散熱翅片，所述進風口開設於一組所述半導體制熱模塊處，所述出風口開設於另一組所述半導體制熱模塊處，所述進風口和所述出風口與所述散熱翅片的所在高度一致。
優選地，所述半導體製冷模塊包括伸出所述導冷底板下端的多根導冷翅柱、安裝於所述導冷翅柱之間的多塊導冷翅片，所述導冷翅片為網狀六邊形翅片。
優選地，所述半導體制冷機構包括4～12組半導體製冷片，所述半導體制冷機構的上面和下兩面分別緊貼所述散熱底板和所述導冷底板，所述散熱底板與所述導冷底板的間隙放置有隔熱棉，所述散熱底板與所述海水淡化箱體內壁直接接觸，所述導冷底板與所述海水淡化箱體內壁連接處設置有隔熱墊片。
優選地，所述淡水收集裝置包括設於所述導冷翅片下方的多條淡水收集槽和設置於所述淡水收集槽下方的淡水槽，所述淡水收集槽傾斜設置，相對較高的一端直接與所述海水淡化箱體內壁接觸連接，相對較低的一端懸空，所述淡水槽設置於所述淡水收集槽懸空端的下方，所述淡水槽傾斜設置，較低一端的底部設有與所述淡水箱連接的淡水管道，所述淡水管道設置u型回水彎。
優選地，所述出風口通過風機與所述風道連接，所述風機具有兩個分流出口，所述風道的數量為2條，所述風道的截面為矩形，所述風道伸入所述蒸發室中下部，伸入所述蒸發室內的所述風道上均勻分布有風孔道；
所述濃鹽水排出孔開設於蒸發室底部，所述濃鹽水排出孔與排出管道連接；所述蒸發室中下部有溢出孔所述溢出孔通過溢出管道與所述熱海水箱連接，所述溢出管道上設置有u型回水彎。
優選地，包括與未處理海水源連接的太陽能集熱器，所述太陽能集熱器包括聯箱、一端與所述聯箱連接的熱管式真空集熱管、包圍所述熱管式真空集熱管的反射板、支撐所述聯箱、所述熱管式真空集熱管和所述反射板的支架，所述太陽能集熱器的出液口與熱海水箱連接，所述熱海水箱通過水泵和熱海水管道與所述熱海水進口連接，所述熱海水管道伸入所述蒸發室上部，所述熱海水管道上均勻分布有水孔道，所述熱海水管道同一截面上設置兩個所述水孔道，兩個所述水孔道分別與豎直線成45°。
優選地，所述海水淡化箱體的截面為直角梯形，所述海水淡化箱體頂面為斜面，所述斜面與水平面的夾角和當地緯度的差值小於等於±2°，所述太陽能集熱器安裝於所述海水淡化箱體頂部斜面上。
優選地，包括太陽能光伏發電模塊，所述太陽能光伏發電模塊包括太陽能光伏發電板、與所述太陽能光伏發電板連接的控制器、與所述控制器連接的蓄電池，所述蓄電池與所述風機、所述水泵、所述半導體製冷片連接。
本發明所提供的加溼冷凝式海水淡化裝置，包括海水淡化箱體，海水淡化箱體從上至下依次包括散熱室、冷凝室、蒸發室，冷凝室和蒸發室連通，散熱室和冷凝室的分界處設置有半導體制冷機構。半導體制冷機構的熱端位於散熱室內，熱端通過散熱底板與半導體制熱模塊連接。半導體制冷機構的冷端位於冷凝室內，冷端通過導冷底板與半導體製冷模塊連接。半導體制冷機構位於海水淡化箱體中上部，將海水淡化箱體分為兩部分，半導體制冷機構的熱端位於海水淡化箱體上部分，半導體制冷機構的冷端、蒸發室、冷凝室位於海水淡化箱體下部分。冷凝室內位於半導體製冷模塊的下方設有淡水收集裝置，淡水收集裝置與淡水箱連通。散熱室上在半導體制熱模塊的位置處開設有進風口和與進風口連通的出風口，蒸發室上設有與出風口連通的風道，蒸發室上開設有熱海水進口和濃鹽水排出孔，熱海水從熱海水進口進入蒸發室，濃鹽水從濃鹽水排出孔排出。
本發明所提供的加溼冷凝式海水淡化裝置，應用空氣與水面直接接觸的熱溼交換原理，利用半導體制冷機構的半導體製冷片熱端的半導體制熱模塊加熱空氣，帶走半導體制熱模塊的熱量，空氣加熱後通入蒸發室。進入蒸發室的加熱海水與乾熱空氣接觸進行熱溼交換，帶走熱海水中的水蒸汽，蒸發室與冷凝室直接連通，構成一體，鹽濃度高的海水從濃鹽水排出孔排出，溫溼空氣上升進入冷凝室，在冷端的半導體製冷模塊作用下冷凝液化，轉變為淡水，淡水滴入半導體製冷模塊的下方的淡水收集裝置進行收集。該加溼冷凝式海水淡化裝置結構緊湊，有效簡化了海水淡化裝置，便於家用；效率較高，提高產水效率，可持續自動運作，特別適用於陽光充足的沿海地區。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明中一種具體實施方式所提供的加溼冷凝式海水淡化裝置的結構示意圖；
圖2為圖1中海水淡化箱體的正視圖；
圖3為圖1中海水淡化箱體的側視圖；
圖4為圖2中導冷翅片的結構示意圖。
附圖中標記如下：
101-太陽能光伏發電板、102-控制器、103-蓄電池、104-聯箱、105熱管式真空集熱管、106-水泵、107-熱海水箱、108-海水淡化箱體、109-淡水箱、110-風機、201-散熱翅片、202-熱管、203-散熱底板、204-出風口、205-半導體制冷機構、206-導冷底板、207-導冷翅柱、208-導冷翅片、209-淡水收集槽、210-淡水槽、211-淡水管道、212-熱海水管道、213-氣孔道、214-風道、215-濃鹽水排出孔、216-小腔體、217-散熱室、218-冷凝室、219-蒸發室、220-出氣孔、221-進氣孔、301-溢出孔、302-溢出管道。
具體實施方式
本發明的核心是提供一種加溼冷凝式海水淡化裝置，該加溼冷凝式海水淡化裝置結構緊湊、便於家用。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參考圖1至圖4，圖1為本發明中一種具體實施方式所提供的加溼冷凝式海水淡化裝置的結構示意圖；圖2為圖1中海水淡化箱體的正視圖；圖3為圖1中海水淡化箱體的側視圖；圖4為圖2中導冷翅片的結構示意圖。
在一種具體實施方式中，本發明所提供的加溼冷凝式海水淡化裝置，包括海水淡化箱體108，海水淡化箱體108從上至下依次包括散熱室217、冷凝室218、蒸發室219，冷凝室218和蒸發室219連通，散熱室217和冷凝室218的分界處設置有半導體制冷機構205。半導體制冷機構205的熱端位於散熱室217內，熱端通過散熱底板203與半導體制熱模塊連接。半導體制冷機構205的冷端位於冷凝室218內，冷端通過導冷底板206與半導體製冷模塊連接。半導體制冷機構205位於海水淡化箱體108中上部，將海水淡化箱體108分為兩部分，半導體制冷機構205的熱端位於海水淡化箱體108上部分，半導體制冷機構205的冷端、蒸發室219、冷凝室218位於海水淡化箱體108下部分。冷凝室218內位於半導體製冷模塊的下方設有淡水收集裝置，淡水收集裝置與淡水箱109連通。散熱室217上在半導體制熱模塊的位置處開設有進風口和與進風口連通的出風口204，蒸發室219上設有與出風口204連通的風道214，蒸發室219上開設有熱海水進口和濃鹽水排出孔215，熱海水從熱海水進口進入蒸發室219，濃鹽水從濃鹽水排出孔215排出。
本發明所提供的加溼冷凝式海水淡化裝置，應用空氣與水面直接接觸的熱溼交換原理，利用半導體制冷機構205的半導體製冷片熱端的半導體制熱模塊加熱空氣，帶走半導體制熱模塊的熱量，空氣加熱後通入蒸發室219。進入蒸發室219的加熱海水與乾熱空氣接觸進行熱溼交換，帶走熱海水中的水蒸汽，蒸發室219與冷凝室218直接連通，構成一體，鹽濃度高的海水從濃鹽水排出孔215排出，溫溼空氣上升進入冷凝室218，在冷端的半導體製冷模塊作用下冷凝液化，轉變為淡水，淡水滴入半導體製冷模塊的下方的淡水收集裝置進行收集。該加溼冷凝式海水淡化裝置結構緊湊，有效簡化了海水淡化裝置，便於家用；效率較高，提高產水效率，可持續自動運作，特別適用於陽光充足的沿海地區。
上述加溼冷凝式海水淡化裝置僅是一種優選方案，具體並不局限於此，在此基礎上可根據實際需要做出具有針對性的調整，從而得到不同的實施方式，散熱室217和冷凝室218的側面還具有小腔體216，小腔體216以部分海水淡化箱體108側壁為邊界，連通散熱室217與冷凝室218。小腔體216的進氣孔221位於導冷底板206與導冷翅片208之間，且與冷凝室218連通。小腔體216的出氣孔220位於散熱室217上方，且與散熱室217連通。部分沒有液化的溫溼空氣從冷凝室218進入小腔體216，空氣再從小腔體216進入散熱室217，循環利用空氣，使空氣得到有效利用。
在上述具體實施方式的基礎上，本領域技術人員可以根據具體場合的不同，對加溼冷凝式海水淡化裝置進行若干改變，至少包括兩組半導體制熱模塊，半導體制熱模塊包括熱管202、散熱翅片201，熱管202嵌入散熱底板203，散熱翅片201安裝於熱管202上，熱管202可以為銅質管，散熱翅片201可以為鋁製散熱片組，比如由數十片層疊的翅片和數條空的豎直鋁管一體化形成，熱管202上端插入散熱翅片201。進風口開設於一組半導體制熱模塊處，出風口204開設於另一組半導體制熱模塊處，進風口和出風口204與散熱翅片201的所在高度一致，可以更好地給空氣加熱，得到乾熱空氣，提高效率。
顯然，在這種思想的指導下，本領域的技術人員可以根據具體場合的不同對上述具體實施方式進行若干改變，半導體製冷模塊包括導冷翅柱207和導冷翅片208，導冷翅柱207數量為多根，通常為圓形，伸出導冷底板206下端。導冷翅片208為分隔的多塊，安裝於導冷翅柱207之間，也就是說，半導體制冷機構205的冷端緊貼冷凝室218頂部，中間用導熱石墨片導熱；冷凝室218頂部向下伸出導冷翅柱207，導冷翅柱207穿插于波形的導冷翅片208。導冷翅片208為網狀六邊形翅片，結構簡單，易於導冷。
需要特別指出的是，本發明所提供的加溼冷凝式海水淡化裝置不應被限制於此種情形，半導體制冷機構205包括4～12組半導體製冷片，具體數量不受限制，可以根據實際應用情況而定。半導體製冷片可以均勻分布於散熱底板203與導冷底板206之間，也可以不均勻分布。半導體制冷機構205的上面和下兩面分別緊貼散熱底板203和導冷底板206，半導體製冷片熱端緊貼散熱底板203，中間用導熱石墨片導熱。散熱底板203與導冷底板206的間隙放置有隔熱棉，進行隔熱。散熱底板203與海水淡化箱體108內壁直接接觸，導冷底板206與海水淡化箱體108內壁連接處設置有隔熱墊片，熱量易於傳導，冷量不易傳導。
本發明所提供的加溼冷凝式海水淡化裝置，在其它部件不改變的情況下，淡水收集裝置包括淡水收集槽209和淡水槽210，淡水收集槽209具有多條，比如三條，設於導冷翅片208下方，比如設置於相鄰導冷翅片208的低端，收集不同位置的淡水。淡水槽210設置於淡水收集槽209下方，將淡水匯集到淡水槽210，淡水槽210與淡水箱109連接。優選地，淡水收集槽209傾斜設置，相對較高的一端直接與海水淡化箱體108內壁接觸連接，相對較低的一端懸空，淡水槽210設置於淡水收集槽209懸空端的下方，淡水槽210傾斜設置，較低一端的底部設有與淡水箱109連接的淡水管道211，易於淡水滴下，方便收集。淡水管道211設置u型回水彎，保證海水淡化箱體108密封。
對於上述各個實施例中的加溼冷凝式海水淡化裝置，出風口204通過風機110與風道214連接，風機110具有兩個分流出口，風道214的數量為2條，風道214的截面為矩形，一端與海水淡化箱體108上部散熱室217連通，一端經風機110驅動伸入蒸發室219中下部。風道214伸入蒸發室219中下部的長度不受限制，伸入蒸發室219內的風道214上均勻分布有風孔道，分散風流，不是大股氣流，為多股小氣流，增加乾熱空氣的面積，增大空氣與水的溼熱溼交換面積。
對於上述各個實施例中的加溼冷凝式海水淡化裝置，濃鹽水排出孔215開設於蒸發室219底部。濃鹽水排出孔215與排出管道連接，易於濃鹽水排出。蒸發室219中下部有溢出孔301，溢出孔301通過溢出管道302與熱海水箱107連接，溢出管道302上設置有u型回水彎，防止逆流，保證海水淡化箱體108密封。
為了進一步優化上述技術方案，包括太陽能集熱器，太陽能集熱器的一端與未處理海水源連接的太陽能集熱器，另一端與熱海水進口連接。太陽能集熱器包括聯箱104、熱管202式真空集熱管202105、反射板、支架，熱管202式真空集熱管202105一端與聯箱104連接，一端密封。反射板包圍熱管202式真空集熱管202105，反射板可以為cpc複合拋物面聚光板，設cpc複合體拋物面太陽能聚光器增加收集的熱量。聯箱104用於裝海水，真空集熱管202用於加熱海水，支架支撐聯箱104、熱管202式真空集熱管202105和反射板。
太陽能集熱器的出液口與熱海水箱107連接，熱海水箱107通過水泵106和熱海水管道212與熱海水進口連接。熱海水管道212伸入蒸發室219上部，位於淡水收集槽209下方。熱海水管道212上均勻分布有水孔道，熱海水管道212同一截面上設置兩個水孔道，兩個水孔道分別與豎直線成45°。應用空氣與水面直接接觸的熱溼交換原理，利用半導體製冷片熱管202散熱翅片201散熱加熱的空氣，太陽能集熱器加熱的海水，經微小水孔道將海水細化為微小水滴，增大空氣與水的溼熱溼交換面積，蒸發室219與冷凝室218直接連通，構成一體，有效簡化了海水淡化裝置，同時提高了產水效率。
在上述各個具體實施例的基礎上，海水淡化箱體108的截面為直角梯形，頂部傾斜，也就是海水淡化箱體108頂面為斜面，斜面與水平面的夾角和當地緯度的差值小於等於±2°，斜面與水平面的角度約等於當地緯度，通常斜面與水平面的角度為20°～30°，比如華南地區可以取23°。太陽能集熱器安裝於海水淡化箱體108頂部斜面上，以減少佔地面積，節省空間。
本發明所提供的另一創造性思想在於，包括太陽能光伏發電模塊，太陽能光伏發電模塊包括太陽能光伏發電板101、控制器102、蓄電池103，太陽能光伏發電板101採用單晶矽太陽能電池板。控制器102與太陽能光伏發電板101連接，蓄電池103與控制器102連接，蓄電池103與風機110、水泵106、半導體製冷片連接，為風機110、水泵106、半導體製冷片提供電能。
需要說明的是，這裡所說的指的是海水淨化裝置包括水泵106、熱海水箱107、海水淡化箱體108、半導體製冷裝置、淡水箱109、風機110，半導體製冷裝置包括散熱翅片201、熱管202、散熱底板203、風道214、半導體制冷機構205、導冷底板206、導冷翅柱207、導冷翅片208。
工作時，首先太陽能光伏發電太陽能光伏發電板101發電，控制器102保證蓄電池103的輸入電壓恆定，蓄電池103充電，並通過電路向半導體制冷機構205、水泵106、風機110供電。根據帕爾貼效應，半導體制冷機構205熱端發熱，冷端製冷。熱端的熱量依次傳遞到散熱底板203、熱管202、散熱翅片201，由於風機110的工作，散熱室217的空氣從進風口流入，出風口204流出，所以半導體制冷機構205熱端的熱量以熱管202散熱的方式傳遞到空氣中，乾熱空氣經風道214與風機110由微小氣孔道213吹出；陽光經cpc聚光照射在熱管202式真空集熱管202105吸熱板上，熱管202內的工質汽化，升到聯箱104加熱海水，加熱後的海水經管道流入熱海水箱107，水泵106將熱海水箱107的熱海水抽入箱體蒸發室219熱海水管道212，經過熱海水管道212上微小的水孔道，熱海水細化為微小水滴噴出。由微小氣孔道213吹出的乾熱空氣與由熱海水管道212噴出的微小水滴在蒸發室219進行熱溼交換。海水的細化使海水周圍的空氣邊界層面積增大，又因為熱脹冷縮，位於蒸發室219下方的乾熱空氣向冷凝室218運動，帶走水滴邊界層周圍的水蒸氣，水滴與邊界層的水蒸氣濃度差使水蒸氣由水滴轉移到邊界層。溼熱溼交換後的空氣上升至冷凝室218，半導體冷端的冷量經過導冷底板206、導冷翅柱207傳到導冷翅片208，波形的導冷翅片208增加了冷凝的面積，同時減少凝結後的水回落蒸發室219的可能。溼熱空氣通過導冷翅片208上的小孔時水蒸氣冷凝，由於重力作用，冷凝水滴滑落至淡水收集槽209，再到淡水槽210、淡水管道211，最後到淡水箱109。通過小孔後的乾冷空氣經過進氣孔221、小腔體216，出氣孔220回到散熱室217。未蒸發的海水落到蒸發室219底部自然蒸發，當底部海水積累到一定高度時，開始從溢出孔301回流到熱海水箱107。定期打開濃鹽水排出孔215對外排出濃鹽水。
本發明通過調節半導體制冷機構205的電壓，達到控制冷凝室218和半導體製冷片散熱室217的溫度，保證水蒸氣冷凝所需的低溫條件，提高水蒸氣冷凝的效率。利用熱端散熱的空氣與海水進行溼熱溼交換，淡水產水率高。同時半導體制冷機構205的利用使蒸發室219與冷凝室218可以一體化而不影響海水淡化的效率，簡化裝置結構。本發明維持工作所需的能源完全由太陽能提供，綠色環保。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語上、下等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。