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【荐读】基于半导体制冷的吸附式空气集水装置设计

汉斯出版社

2021-10-09

导读：我国由于人口众多，人均淡水资源占有量不足世界平均值的 1/3。

基于半导体制冷的吸附式空气集水装置设计

Design of Adsorption Air Catchment Device Based on Semiconductor Refrigeration

作者：

吴奇寒, 曾丽娜, 刘兆悦, 许珂, 李美莹, 李再金, 巩曰光, 曲轶, 刘国军, 李林：海南师范大学，物理与电子工程学院，海南省激光技术与光电功能材料重点实验室，海南海口

关键词:

吸附式空气取水；太阳能；吸附解吸；半导体制冷；Extracting water from Air by Adsorption；Solar Energy；Adsorption and Desorption；Semiconductor Refrigeration

项目基金：

海南省科技项目(ZDYF2020217, ZDYF2020020, ZDYF2020036)，

海南省自然科学基金(2019RC190, 2019RC192, 120MS031)，

海南省高等学校科学研究项目(Hnky2020ZD-12, Hnky2020-24)，

海南省高等学校教学改革项目(Hnjg2021ZD-22)，

国家自然科学基金项目(62064004, 61964007, 61864002)，

海南省重大科技计划项目(ZDKJ2019005)，

中国工程科技发展战略项目(19-HN-XZ-07)，

大学生创新训练项目 (202111658013)，

大学生创新创业开放基金(202111658021X, 202111658022X, 202111658023X)资助。

原文链接：

https://doi.org/10.12677/AEPE.2021.95022

基于半导体制冷的吸附式空气集水装置设计

(节选)

我国由于人口众多，人均淡水资源占有量不足世界平均值的1/3。空气取水的水源是地球上无处不在的湿空气，水源获取能得到充足保障，有利于直接进行淡水处理，相较而言空气取水没有其他复杂的辅助设备，体型小巧无过多的运动部件，从而在使用方面更便于随身携带，可随人或者交通工具随时转移，因此从空气中取水是分布式取水系统的首选方法。

目前研究的吸附式空气取水吸附材料的吸水能力高，但取水效率制约着最终的取水量，通过研究发现空气取水过程中大约50%的能源消耗在将水蒸气转化为液态水的冷凝过程中，因此，在汉斯出版社《电力与能源进展》期刊中，有学者指出降低冷凝温度可以提高湿空气的捕捉率并降低单位取水能耗，这就要求需要设计出强化的冷凝器使水蒸气可以高效地转化为液态水，提高集水效率。

本设计对原有吸附解吸法取水的冷凝系统进行改进，将半导体制冷空气取水与吸附解吸法相结合，将吸附解吸空气取水的冷凝方式设计为半导体制冷，温度可控采用双系统集水模式，在夜晚吸附过程，半导体制冷空气取水系统依然可以运行，实现二十四小时不间断取水，相较于单纯一种空气取水方式效率更高，能耗更低。

同时，为提高半导体冷端制冷效果并节约资源，在半导体热端加入液冷装置，利用集水箱中的水实现水循环热端降温，通过在系统中加入各种温湿传感器，通过传感器控制电流大小，以及液冷系统的运行，提高冷凝效率，减少损耗。本设计将已经发展成熟的激光杀菌技术应用于空气取水装置，保证水质洁净卫生，可直接饮用，可以用于野外科考、营地哨所、野战部队，解决位于干旱、半干旱或者海岛地区的用水需求。