一种冷凝结露制水器
技术领域
本发明属于节能制冷设备技术领域，涉及一种冷凝结露制水器。
背景技术
水是难以替代，而又十分有限的资源，在全球水资源中陆地淡水仅占6％， 而在陆地淡水中，又有99.6％分布在难以开发的南北极和地下深处，仅有 0.4％的淡水可供人类维持生命，随着人口的增加，工业、农业和其他生活 用水量的不断扩大，水资源污染愈发严重，清洁安全的水资源日渐短缺。
大气中水蒸气含量丰富，尤其是在沿海或者海岛地区，空气湿度更高。 当前，全球范围内对空气中的水资源的开发利用率还相对很低，现有的冷凝 制水装置结构较为复杂，占地面积较大，同时冷凝制水的效率较低，能耗较 高。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷凝结露制水器，解决了现有技术中存在的空 气制水器能耗大、效率低、二次污染的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种冷凝结露制水器，包括隔热外壳体； 隔热外壳体内一侧安装有可拆卸过滤净化装置，隔热外壳体内另一侧安装有 与过滤净化装置连通的热交换装置；隔热外壳体内侧顶部安装有冷凝室，冷 凝室的冷凝室侧端入口连通热交换装置，冷凝室的冷凝室底部出口对应隔热 外壳体底部的集水室；隔热外壳体内还安装有真空泵，真空泵进气口置于隔 热外壳体内，真空泵排气口止于外界，由控制系统对整体进行控制。
隔热外壳体材料为亚克力或者是304，316不锈钢，碳纤维，玻璃钢； 外壳体外包覆有一层隔热材料，采用纳米二氧化硅气凝胶为主体材料，玻璃 纤维棉或预氧化纤维毡复合而成的气凝胶毡，厚度为8mm-10mm。
过滤净化装置顶部为外界空气进入口，过滤净化装置为三层结构，由顶 部至底部依次为第一层无纺布和尼龙网，第二层中细孔聚乙烯泡沫塑料，第 三层超细玻璃纤维滤纸和HEPA空气过滤网。
过滤净化装置的三层结构每层10mm-15mm厚，间隔50mm-70mm设置。
热交换装置的热交换装置入口与过滤净化装置连通，热交换装置为立方 体结构，内部由间隔错落连接的铝板焊接成蛇形气体流动通道，其中铝板厚 度为2mm-4mm，热交换装置的热交换装置出口与冷凝室侧端入口连通。
冷凝室为采用铝合金焊接而成的倒棱台，其内壁经粗砂打磨而凹凸不 平，凸处涂有亲水涂料，凹处涂有憎水涂料。
冷凝室顶部还贴有半导体制冷片；半导体制冷片顶部安装有间隔布置的 散热翅片，散热翅片顶部安装有散热扇。
集水室内还安装有水位传感器、PM2.5传感器和温湿度传感器；其中水 位传感器位于集水室中部位置，PM2.5传感器和温湿度传感器位于集水室顶 部，均与控制系统相连。
控制系统包括单片机、继电器和连接线组成；根据水位传感器、PM2.5 传感器和温湿度传感器的采集数值，通过单片机控制继电器来控制散热扇和 真空泵的开关。
本发明的有益效果是：
本发明中的热交换装置有效的回收了不凝水空气(氮气、氧气、二氧化 碳等)的冷量，达到了节能的目的；冷凝室内亲水材料与憎水材料相结合的 设计加快了水雾的凝结，提高了效率；过滤净化装置，保证了制取出的水的 干净清洁；此外本发明结构简单、制作成本低廉，无制冷工质、操作简单、 稳定可靠，可以批量推广应用。
附图说明
图1是本发明冷凝结露制水器的整体结构示意图；
图2是本发明冷凝结露制水器的整体结构右视图；
图3是本发明冷凝结露制水器的热交换室内层结构图；
图4是本发明冷凝结露制水器的冷凝室立体结构图。
图中，1.过滤净化装置，1-1.外界空气进入口，2.热交换装置，2-1.热交 换装置入口，2-2.热交换装置出口，3.隔热外壳体，3-1.外层入口，4.冷凝室， 4-1.冷凝室侧端入口，4-2.冷凝室底部出口，5.集水室，6.真空泵，6-1.真 空泵进气口，6-2.真空泵排气口，7.散热扇，8.散热翅片，9.半导体制冷 片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1-2所示，一种冷凝结露制水器，包括隔热外壳体3；所述隔热外 壳体3内一侧安装有可拆卸过滤净化装置1，隔热外壳体3内另一侧安装有 与过滤净化装置1连通的热交换装置2；所述隔热外壳体3内侧顶部安装有 冷凝室4，冷凝室4的冷凝室侧端入口4-1连通热交换装置2，冷凝室4的 冷凝室底部出口4-2对应隔热外壳体3底部的集水室5；隔热外壳体3内还 安装有真空泵6，真空泵进气口6-1置于隔热外壳体3内，真空泵排气口6-2 止于外界，由控制系统对整体进行控制。
冷凝结露制水器总体尺寸长度600mm-800mm，宽度400mm-600mm， 高度400mm-600mm；根据材质的不同总体质量为2.59kg-5.kg。
隔热外壳体3材料为亚克力或者是304，316不锈钢，碳纤维，玻璃钢； 外壳体3外包覆有一层隔热材料，采用纳米二氧化硅气凝胶为主体材料，玻 璃纤维棉或预氧化纤维毡复合而成的气凝胶毡，厚度为8mm-10mm。其特点 是导热系数低，能有效隔绝冷凝结露制水器与外界空气的热量交换，并且具 有一定的抗拉及抗压强度。其中隔热材料的包裹方式为使用3M双面胶将隔 热材料与冷凝结露制水器顶部、底部和四个侧面粘接起来。
过滤净化装置1顶部为外界空气进入口1-1，过滤净化装置1为三层结 构，由顶部至底部依次为第一层无纺布和尼龙网，更换周期为一个月；第二 层中细孔聚乙烯泡沫塑料，更换周期为一个月；第三层超细玻璃纤维滤纸和 HEPA空气过滤网；更换周期为两个月。
过滤净化装置1的三层结构每层10mm-15mm，间隔50mm-70mm设置； 采用模块化设计，可整体拿出，定期更换。
如图3所示，热交换装置2的热交换装置入口2-1与过滤净化装置1连 通，热交换装置2为立方体结构，内部由间隔错落连接的铝板焊接成蛇形气 体流动通道，其中铝板厚度为2mm-4mm，热交换装置2的热交换装置出口 2-2与冷凝室侧端入口4-1连通。
如图4所示，冷凝室4为采用铝合金焊接而成的倒棱台，其内壁经粗砂 打磨而凹凸不平，凸处涂有亲水涂料，凹处涂有憎水涂料；其内壁采用仿生 技术，模仿沙漠甲虫背部结构使其凹凸不平；凸处涂有Hydro300亲水涂料， 凹处涂有憎水性倍半硅氧烷憎水涂料。
冷凝室4顶部还贴有半导体制冷片9；半导体制冷片9顶部安装有间隔 布置的散热翅片8，散热翅片8顶部安装有散热扇7。
集水室5内还安装有水位传感器、PM2.5传感器和温湿度传感器；其中 水位传感器位于集水室5中部位置，PM2.5传感器和温湿度传感器位于集水 室5顶部，均与控制系统相连。
控制系统采用PID闭环控制系统，包括单片机、继电器和连接线组成； 根据水位传感器、PM2.5传感器和温湿度传感器的采集数值，通过单片机控 制继电器来控制散热扇7和真空泵6的开关，通过分析水位高低和空气质量 好坏与空气湿度来决定装置是否工作，空气湿度达到35％时设备启动，以保 证制水的清洁和制水速度。
冷凝结露制水器启动后，真空泵6开始工作产生负压，外界空气通过， 外界空气进入口1-1进入到过滤净化装置1净化，接着通过热交换装置入口 2-1进入热交换装置2被初步冷凝，之后便从热交换装置2的热交换装置出 口2-2流出，经冷凝室侧端入口4-1进入到冷凝室4，由散热扇7和半导体 制冷片9、散热翅片8使外界空气在冷凝室4中冷凝结露，小的露珠汇聚从 冷凝室出口4-2落入集水室5。同时，不凝水空气(氮气、氧气、二氧化碳 等)依次通过冷凝室出口4-2、集水室5、热交换装置外层入口3-2进入到隔 热外壳体3内部，由真空泵进气口6-1吸入真空泵6，通过真空泵排气口6-2 排出外界大气，至此完成一个循环。
以年平均温度26℃，年平均湿度70％，2片TCE1-12706半导体制冷片 4.5A/12V，冷凝室体积0.036立方米,扇热风扇12V/0.3A为例。由水的饱和 蒸汽压表可得26℃对应的水的饱和蒸汽压为3362Pa，由饱和蒸汽压、露点 温度、相对湿度的计算公式可知：相对湿度(RH),实际蒸汽压(e)，饱和 蒸汽压(E)，由e＝RH*E得3362*70％＝2353.4Pa。饱和蒸汽压2353.4Pa对应 的温度为20℃。即20℃为温度为26℃，相对湿度为70％时的露点温度。由 实验得，制冷片大约工作5分钟以后达到露点温度20℃，开始有冷凝水形成。 2台制冷片工作功率P＝108W,处理空气需要能量为mΔh＝0.17*(64-13) ＝8.67KJ，而处理空气需要时间t＝8670/(162-33.5)＝67.5s＝1.125min，那么 一个小时生成水量V＝1.79*(60/1.125)＝95.5ml，12小时生成水量 M＝95.5*12＝1146g。由实验得：在进入冷凝室的空气流通量不同的情况下， 产水的水量明显不同。在进入冷凝室的空气流量范围在1.0L/min～3.5L/min这段流量区间，本装置产水的水量明显增加，且增加幅度较大，在空气流量 为3.5L/min时达到了最大值1.59g。但在3.5L/min～5.0L/min的流量区间， 随着流量的增加产水量有略微的减小。因此进入冷凝室的空气流量控制在 3.5L/min左右时可以获得最多的产水量，工作12h可制造1146ml的水。功 率消耗:总瓦数4.5*12*2+0.3*12＝111.6w,那么12小时总功率消耗： 273.6*3600*12＝4821120J＝1.34kw·h。
由此可知，本发明冷凝结露制水器，其冷凝室体积0.036立方米，在环 境温度为26℃，相对湿度为70％的情况下，12小时可制水1146ml，消耗的 电能为1.34kw·h，可见本发明功耗低的同时，产水量打，具有良好的经济 效益。
