基本信息
- 项目名称：
- 新型多功能太阳能制水机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品使用太阳能作为动力来源，采用目前世界上先进的微型压缩机组成制冷循环，将空气通过制冷循环，以使空气中的水分被冷凝下来，集中收集。温度降低后的空气进一步被利用，既可以通过换热器预冷却空气，也可以降低房间温度，起到空调的功能。本作品是一个集制水机、保鲜室和空调为一体的多功能装置。
- 详细介绍：
- 太阳能电池吸收太阳能并将能量储存在蓄电池中，以便于驱动微型压缩制冷机，产生冷量，通过降低空气的温度，使空气中的水分凝结，经过过滤收集，满足用水需求。同时，系统中产生的冷量也可以进行回收利用。 制水机由太阳能充电控制系统、制冷循环系统和空气通道系统等三部分组成：太阳能充电控制系统提供整个装置的电能，包括电池板、充电控制器和蓄电池三个部件；制冷循环系统以R -134a作为制冷剂，经过制冷循环，产生冷量，以使空气中的水分凝结；空气通道系统中的引风机将空气引入到制冷系统的蒸发器，使空气的温度降低，从而将空气中的水分分离，温度降低后的空气进一步被利用，既可以通过换热器预冷却空气，也可以降低房间温度，起到空调的功能。本装置能够运用于多种气象和地域条件中，适应性较强。 通过模拟计算，分析了不同工况下制水机的工作情况。在环境温度为25℃，相对湿度为60%，单位面积的太阳能辐照强度为1000W/m3，电池板的功率为150W，蓄电池可连续工作8小时，则每天可从空气中取水为：8*3600*0.46=11520g=11.52kg 与前人作品相比，本作品综合效率高、单位能量产水率高；与海水淡化技术相比，本作品具有投资少，其他收益高等优点。 本作品可应用于海岛、海上钻井平台、一些偏远的缺水地区和野外生存。这些地区没有常规的电能和洁净的水源，但是常年空气湿度很大。采用本作品装置，既能解决生活用水问题，也附有保鲜和空调等功能，改善生活质量。 据相关资料，截止2009年，全球共有超过1300座海上钻井平台，中国仅东海地区就有24座，工作人员有数千人。此外，中国拥有常驻居民的岛屿460多个，人口近4000万。因此，本作品具有相当广阔的市场前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 许多海岛，有我们英勇的解放军战士为我们守疆拓土；有一些偏远的山区，或频繁停电或者电力仍不能到达；许多海上钻井平台上，淡水还需要从遥远的陆地运达…但是，这些地区的全年空气相对湿度并不低，一般年平均相对湿度可达70%左右，而人体感觉舒适的最佳湿度是49%~51%，过多的空气湿度反而使人体感觉不适。如果能从空气中提取水，既能缓解这些地方的缺水问题，又可以提高人体的舒适度，不失为一种两全之策。 本作品使用太阳能作为动力来源，采用目前世界上先进的微型压缩机组成制冷循环，将空气通过制冷循环，以使空气中的水分被冷凝下来。温度降低后的空气进一步被利用，既可以通过换热器预冷却空气，也可以降低房间温度，起到空调的功能。 与前人的研究相比，本作品采用了太阳电池板供电的微型压缩机制冷系统，压缩机的COP值可达3-4（半导体制冷片的COP值仅为0.5左右），单位时间内的制冷量大大提升；多级利用系统的冷量，提高系统的经济性。最终的冷空气应用于多方面，可引入房间，降低房间的温度，且可用于食品保鲜和电池板冷却。整个系统集制水机、保鲜室和空调为一体，同时提高了太阳能电池板的发电效率，从而应用的前景十分广阔。 技术指标如下： 电池板功率：100W 蓄电池：24V，60AH 总功率：150W COP值： 3-4 湿度范围：35%RH-95%RH 噪音等级：<60dB 产水能力：11kg/天
科学性、先进性
- 太阳能空气制水机的想法由来已久，1994年，法国科学家Y.Jannot首先提出了太阳能吸附式制冷结露法空气取水器；2003年，上海理工大学的叶继涛等人提出了一种太阳能半导体制冷结露法空气取水器，并进行了数值模拟。前人的研究，或是经过实验验证为不经济，或是经过计算，取水效果并不理想（每天2.52kg），因而没有得到较好的应用。 本作品采用的太阳能驱动的压缩机制冷循环，COP值可达3-4，相比法国科学家和上海理工大学（COP值约为0.5）的设计，制冷量大大提高，从而实现了取水率的成倍提高，根据理论模拟计算,在25℃，湿度为60%，本作品每天可以制水约11.52kg 同时，在能量的分级利用方面，整个系统集合了制水、保鲜、空调等多功能为一体。本作品相比于前人的研究，做到了能量的最大化利用。
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品采用微型压缩机制冷循环，由太阳能提供电能，与前人的研究相比，制冷量大大提高，因而单位时间内的制水量也成倍增加；采用了多级能量利用方式，集制水机、保鲜室、电池板冷却和空调功能为一体，因此，整个系统的效率和经济性大大提升。 本作品可应用于海岛、海上钻井平台、一些偏远的缺水地区和野外生存。这些地区没有常规的电能和洁净的水源，但是常年空气湿度很大。采用本作品，既能解决生活用水问题，也附有保鲜和空调等功能，改善生活质量。据相关资料，截止2009年，全球共有超过1300座海上钻井平台，中国仅东海地区就有24座，工作人员有数千人。此外，中国拥有常驻居民的岛屿460多个，人口近4000万。因此本作品具有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 利用人工方法，从空气中取水，主要有两种途径：其一是采用结露法；其二是利用吸附材料吸附。采用太阳能制冷结露法空气取水器，根据太阳能的转换途径，又可以分为两类：一为将太阳能转换为热能，利用热能制冷；二为将太阳能转换成电能，利用电能制冷。 太阳能空气制水机的想法由来已久，1994年，法国科学家Y.Jannot首先提出了太阳能吸附式制冷结露法空气取水器，但其实验结果表明，该方法是不经济的。 2003年，上海理工大学的叶继涛等人研究了太阳能半导体制冷结露法空气取水器，并进行了取水率的数值模拟，其假定太阳能电池效率为35%时，在标准辐照强度下，每平方米电池板面积所得到的取水率为0.07g/kJ。 侴乔力等人比较了两种聚光型太阳能吸附式和太阳能制冷结露法的空气取水效率，其计算出了太阳能吸附式取水器每平方米面积每日可产水约1kg，而采用太阳能制冷结露法取水器每日每平方米只能得到0.082kg。 目前国内利用热能制冷有一些研究，但是近十年来没有太多进展；利用电能制冷的研究主要集中在理论模拟方面，基本上没有做出成品。市场上也有一些关于太阳能取水器的相关报道，但具体的实施方案均不详。
