首页 > 平台 > Hackaday.io上的树莓派项目-智能露水收割机

Hackaday.io上的树莓派项目-智能露水收割机

Hackaday.io上的树莓派项目-智能露水收割机
关于项目
项目描述:全世界有7.5亿人无法获得安全饮用水;大约九分之一。清洁水的一个来源是直接从空气中收集。露点是空气样品中水蒸气在恒定气压下以相同的蒸发速度凝结成液态水的温度。在低于露点的温度下,水会离开空气。冷凝水在固体表面上形成时称为露水。无论许多系统依赖于环境条件或大量能源,从空气中取水并不是一个新想法。该系统使用露点集水,并试图以最节能的"方便"方式优化条件。其结果是一种"黑匣子"解决方案,需要很少或不需要用户参与,从没有空气的空气中收集干净的饮用水。
项目图片
注2016年2月9日:总结如果湿度为32°C/80%,则每小时200W的1升水可以收获。这个项目是一个实验,以竞争2015年黑客日奖。正如我通过一些太阳能电池板的实验意识到的,我们通常使用太阳能电池板的方式是错误的。大多数太阳能装置浪费分配的能源,他们通过充电的电池,然后使用储存在电池中的电源做"有用的工作"。但是,如果电源应用没有运行时间,那么在那里做"有用的工作",然后直接从太阳能电池板做"有用的工作"要有效。这提高了 40% 以上的能效,成本只有一半。对于那些希望复制这个项目,最简单和最便宜的方法,这样做,是简单地使用市售的"除湿机",然后直接使用太阳能电池板供电,使用电池只安全地关闭除湿机和监控传感器时,阳光不可用。我还发现,在这些实验中,在另一时间延迟集水没有实际的好处,这也简化了监测设备。很明显,如果湿度不增加,无论一天中的什么时间,都能收获同样数量的水,因为气压和环境温度升高的好处可以忽略不计。
Solar 是一个高度可变的电源,因此该项目的目标是利用捕获的大部分能量来冷却液体冷却液并将其存放在绝缘罐中,从而在最大可用性下有效利用电力。而不是把能量储存在昂贵的大电池里。当条件最接近露点条件(可能深夜)时,当天气凉爽且太阳不照耀时,这种冷却剂将在以后使用。然后,智能控制器将打开和关闭泵,将液体冷却液移入冷凝器线圈中,以收集露点。控制器被称为智能,因为它需要一台小型嵌入式计算机树莓Pi2和Arduino来记录每日气压,湿度和温度,以便它可以计算运行集水系统的最佳时间。
注意:这是一个粗糙的原型,由黑客的现成零件作为概念的证明。然而,它已被证明工作,即使一个粗略的例子,使测量和识别改进,包括:
冷凝器线圈形状和尺寸
使用冷却液和数量
冷却液储存方法和绝缘
船舶建造和绝缘
容器内的气流
制冷系统
太阳能电池板与Peltier电池之间的直流调节
封闭冷凝器线圈的容器设计为既捕获水,因为它形成冷凝器线圈,并建立一个低气压比容器外增加条件,水将离开空气(露点)。为此,在冷凝器容器的入口使用过滤器,既产生气压差,又过滤灰尘颗粒。风扇用于通过顶部和冷凝器线圈的过滤器从容器底部向下抽出空气,同时保持冷凝器容器内的低气压。
如果扩大一个传统的制冷系统可以与缓冲电池,甚至直接阳光在吸收冰箱系统可以使用,但在较小的单位,Peltier电池似乎相当有效的冷却液体,如在这个概念原型。与传统制冷系统相比,Peltier冷却器非常轻巧且体积小。
然而,它们不是很节能。此外,Peltier Cell本身具有热传导性,因此当电源关闭时,热侧的热量会迅速冲回电池的冷却面。因此,为了提高Peltier Cell的效率,确保液体冷却液在电源关闭时快速远离Peltier Cell(与许多家用冰箱中的气体没什么两样)。
在这个原型中,我使用了两个68W的pelier电池,这也需要非常好的气流,所以也必须与一套良好的冷却风扇相结合。将 10 升传统丙二醇(正在调查的其他冷却剂)冷却到 -4C 的环境温度在 6 小时内达到 -4C 所需的功耗需要连续 150W 多一点。在炎热的干旱地区,这似乎是一个可以实现的目标。
因此,在大多数相对湿度超过 50% 的条件下,达到低于 10C 的温度将达到露点,前提是有足够的阳光来冷却液体,而冷却液有足够的热质量来保持温度以下足够长的时间来收集水。提高液体储存绝缘、液体冷却液类型以及加工和储存冷却液体积的重要性。
1 X 25L 锥形底部聚乙烯罐
1 X 22 升绝缘罐
2 X 无刷潜水离心水泵 12 伏直流
1 X 120 毫米 12V 风扇
1 X PVC 管
1 X 不锈钢线圈麦芽沉浸式冷却器
2 X 佩尔蒂埃冷却器 68W
1 X 树莓派2
2 X 90 毫米 12V 风扇
1 X 阿尔杜伊诺乌诺
1 X 20安培 12V 太阳能电池板调节器
1 X SLA 深循环凝胶电池 - 26Ah
1 X 1 安培 PWM 莫斯费特控制器
1 X 深循环 SLA 充电器单元
1 X 1 安培摩特控制器
1 X 温度传感器
1 X 火花乐趣天气护盾
2 X 丁多黑色太阳能电池板 260W
1 X SLA 电池充电器 40V 至 12V
4 X LM2678 5A 降压器
2 X LM2577 900ma 降压/升压稳压器模组
4 X 22uH 5A 电感器
4 X 1000uF 63V 低ESR电容器
4 X 100uf 63V 低ESR电容器
8 X MBR735 - 肖特基整流器 7安培
4 X 10nf 100V 聚卡器
这是一个粗略的原型,用于测试和概念验证。这证明,太阳能电池板有大量能量,使用现成的毛皮冷却器,在不到6小时内冷却超过20升低于-4C的液体。此外,液体可以储存超过48小时,并在条件最好时用于除湿空气,并收集饮用水。使用能效更高的压缩机冰箱单元可以显著改善冷却,但成本更高。通过更好的容器和蒸馏线圈设计,可以显著改善空气的除湿性。系统可以放大或缩小。如果使用电池,不需要进行冷却液存储,但成本也更高。如果有足够的湿度和适当的绝缘,系统可以在阳光照耀下运行。
现成的太阳能调节器主要用于将太阳能电池板收集的大部分电力用于为电池充电,而电池的负载将消耗其电能。然而,在这个项目中,我希望太阳能电池板的大量能量用于冷却冷却剂。因此,我建立了直接从太阳能电池板供电的调节器。
由于保持Peltier电池安装在靠近环境温度的散热器上,从Peltier电池获得最佳效率非常重要。我使用的是升压降压器的冷却风扇,这意味着将继续运行低阳光水平。这使用 LM2577 3.5V 至 40V 来提升降压向上/向下调节 12V 900ma 的冷却风扇。
12V 的 Peltier 电池在 12V 消耗 5.7 - 6 安培, 所以我使用 2 x LM2678 并行, 这将提供 15-40V 降转换器稳压器稳压器提供最大 12V 在 10A 下每个Peltier细胞.
非常好的结果今天超过足够的功率运行冷却器和充电电池。还准备了 2015 年哈卡迪奖半决赛视频的视频。特别好,因为它是春天和太阳是不是在其季节性高峰晴朗的一天21C最大。
3 小时的阳光使罐体温度降低至 4C,提高了罐体绝缘和储存容量,这足以重现冷凝器中的露点条件。
在准备露水收集,我增加了一个绝缘涂层的冷凝器容器。
我儿子 10yo 是这个项目的超级粉丝。还有我们的狗阿尔菲
我目前正在连接新的钻机和测试冷却系统的独立太阳能供电测试在周六,因为它预计将是阳光明媚,我想得到一些视频,我的半决赛。
冷却系统和新的储罐在 +6 小时内工作良好,冷却液为 -1.8C。
到目前为止,我大部分的实验都是在室内进行的,因为我住在南半球,现在是冬天,阿德莱德的冬天大部分时间都在下雨。现在是春天,阳光又开始照耀,这样我就可以开始这个项目的太阳能方面了。
然而,虽然这是春天在这里在阿德莱德的天气是变化最大的天气与美丽的阳光明媚的天气一分钟,然后多云和阵雨,另一个,这发生在一天多次。我儿子查理 10yo
这里是框架,这将安装在,包括所有的设备。
刚从Tindo太阳能工厂直接拿起 2 块新的 260W 澳大利亚制造的太阳能电池板, 他们同意为这个项目批发卖给我。
我有订单 2 面板是 260w Vmp 是 30.2v 和 Imp 是 8.6a锡多太阳能谁善良到足以卖这些给我整个价格。我正忙于准备太阳能电池板常规, 充电器和莫斯费特控制器。
保罗·舒尔茨已经加入这个团队,目前正在开发一些代码,用于传感器和控制。它的大脑将是一个树莓派 2 。
我目前正在开发电子装置来控制露点水收割机。在试验基本原型时,我确定的一个领域是,降低冷凝器线圈的温度远远低于露点温度不会自动等同于增加的取水速度。随着冷凝器的附加温度监测和对潜水泵速度(流速)的PWM控制,可以调节温度在最佳温度。这将降低冷却液重新加热的速度,并增加收集露水的时间,从而增加更多的水。
1503881740
330次阅读
2020-08-27