CN101851945B - 空气制取液态水的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气制取液态水的装置，包括同轴连接的电动机、空气压缩机与膨胀机，以及后冷器、主制水器、辅制水器和水箱，首先利用空气压缩机提高空气的压力从而使空气的相对湿度增加，在同样的降温条件下，水蒸气更加容易从空气中析出，其次利用膨胀机获取低温空气，对主制水器和辅制水器热侧通道所流过的制水空气降温，同时，装置中设置了除霜通路，用于将附着在制水器热侧通道壁面上的冰或霜融化为液态水。与采用氟利昂工质的冷冻制水方案相比，本发明中采用开式空气制冷循环，因此整个装置安全可靠，运行寿命长，维护工作量小，还充分考虑到冷量的综合利用，提高系统的整体性能。

Description

空气制取液态水的装置

技术领域

本发明属于空气调节和减湿技术领域，涉及一种制水装置，特别涉及一种空气中制取液态水的装置。

背景技术

淡水是人类赖以生存的重要的物质，但是在野外干旱地区，特别是在沙漠地区长期工作时，水的取得方式主要是依靠少量的降雨蓄积或者由基地补给。然而，即使沙漠中空气全年平均相对湿度也在20～30％左右，因此空气含有一定量的水蒸气，特别是夜晚的相对湿度会更大，因此可采用一定的技术手段，将空气中的水蒸气提取出来，转化为液态水供人们生活所用。

目前，从空气中制取水的方式主要吸附法和冷冻法两大类，例如申请号为200610025350的专利“利用自然能的空气取水装置”和申请号为99809428.5的专利“从大气中提取水分的方法和装置”均公开了采用吸附方法提取大气中的水蒸气，再通过合适的技术手段将吸附剂中的水蒸气转化为液态水的方法和装置；与吸附法相比，冷冻法的技术原理更加简单和实用，例如申请号为9980465.6的专利“制水装置”、申请号为200410016871.9的专利“从空气中取水并净化的饮水装置”和申请号为01204992.1的专利“从空气中取水的机器”都采用了冷冻去湿的方法。

但是目前冷冻法制水装置存在一些不足，例如冷冻手段大多采用氟利昂制冷系统，在野外存在长期运行后工质泄漏的风险，维护较为困难，若采用半导体制冷则效率过低。

获取低温的方法除采用氟利昂蒸汽压缩式以外，还可以采用开式空气布雷顿制冷循环，由于工质为空气，因此不存在泄漏的风险，而且开式空气制冷循环一般采用离心涡轮和透平机械，因此设备体积小，寿命长，携带和安装方便。

发明内容

本发明的目的在于克服常规采用氟利昂冷冻制水方法所存在的技术缺点，提供一种采用开式空气制冷循环降低空气温度的装置，使空气中的水蒸气转化为液态水。

本发明的技术目的是通过以下技术方案来解决的：

一种空气制取液态水的装置，包括主制水装置、净水设备和水箱，所述主制水装置包括主制水空气预处理装置、后冷器、主制水器、膨胀机、净水设备以及水箱，所述后冷器和主制水器皆为热交换器，所述主制水空气预处理装置包括顺序连接的主制水空气滤清器以及空气压缩机，所述主制水空气滤清器的进气口与外界相接通，而空气压缩机的出气口、后冷器的热侧通道、主制水器的热侧通道、膨胀机进气口则顺序连通，且空气压缩机与后冷器之间的连接管道上安装有进气截止阀，另膨胀机的出气口与主制水器的冷侧通道相连通，且膨胀机与主制水器之间的连接管道上安装有排气截止阀，同时所述后冷器的冷侧通道内有冷却介质流通，主制水器热侧通道的出水口通过净水设备与水箱连接。

所述空气压缩机的出气口还与主制水器的热侧通道连接，且空气压缩机与主制水器之间的连接管道上安装有主制水器除霜阀。

还包括辅制水装置，该辅制水装置包括辅制水空气引风机、辅制水空气滤清器以及辅制水器，所述辅制水空气引风机出气口、辅制水空气滤清器以及辅制水器的热侧通道进气口顺序相连通，而辅制水空气引风机的进气口与外界环境接通，另外，所述辅制水器热侧通道的出水口通过净水设备而与水箱连接，所述主制水器的冷侧通道出气口与辅制水器的冷侧通道进气口相连通。

所述空气压缩机的出气口还与辅制水器的热侧通道连接，且空气压缩机与辅制水器之间的连接管道上安装有辅制水器除霜阀。

所述净水设备包括顺序连接的固体杂质过滤器、水泵、离子吸附交换器以及紫外灯杀菌器。

所述空气压缩机和膨胀机为离心式机械设备。

所述空气压缩机、膨胀机和电动机同轴连接或相互之间通过皮带传动、齿轮传动连接。

所述电动机动力源为电网交流电、车载直流电、蓄电池、风力发电装置或者太阳能发电装置。

所述后冷器、主制水器和辅制水器为翅片管换热器。

所述后冷器、主制水器和辅制水器为换热管内外均有螺纹的列管式换热器。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

本发明采用开式空气制冷循环替代氟利昂蒸汽压缩式制冷循环来降低空气的温度，因此整个装置安全可靠，运行寿命长，维护工作量小。此外，主制水器热侧空气压力比环境压力高，因此相同相对湿度和温差下，水蒸气的析出量较常压时高，同时本发明中还充分考虑到冷量的综合利用，故设置了辅制水器，将由膨胀机出气口输出的低温空气通过主制水器后仍具有较低温度的冷量加以回用，提高系统的整体性能。

附图说明

图1是本发明制水装置的结构示意图；

图2是本发明净水装置的结构示意图；

其中，1为电动机；2为空气压缩机；3为主制水空气滤清器；4为进气截止阀；5为后冷器引风机；6为后冷器；7为辅制水器除霜阀；8为主制水器除霜阀；9为主制水器；10为排气截止阀；11为膨胀机；12为辅制水器；13为辅制水空气滤清器；14为辅制水空气引风机；15为净水设备；16为水箱；17为固体杂质过滤器；18为水泵；19为离子吸附交换器；20为紫外灯杀菌器。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明一个优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1和图2所示，本发明所述空气制取液态水的装置，包括主制水装置、净水设备15和水箱16，所述主制水装置包括主制水空气预处理装置、后冷器6、主制水器9、膨胀机11、净水设备15以及水箱16，所述后冷器6和主制水器9皆为热交换器，所述主制水空气预处理装置包括顺序连接的主制水空气滤清器3以及空气压缩机2，所述主制水空气滤清器3的进气口与外界相接通，而空气压缩机2的出气口、后冷器6的热侧通道、主制水器9的热侧通道、膨胀机11进气口则顺序连通，且空气压缩机2与后冷器6之间的连接管道上安装有进气截止阀4，另膨胀机11的出气口与主制水器9的冷侧通道相连通，且膨胀机11与主制水器9之间的连接管道上安装有排气截止阀10，同时所述后冷器6的冷侧通道内有冷却介质流通，主制水器9热侧通道的出水口通过净水设备15与水箱16连接。

由于主制水器9换热制备冷凝水时，有可能获得固态冷凝水，因此，需要解冻介质对该固态冷凝水解冻，以输送到净水设备15进行净化，所以，本发明将所述空气压缩机2的出气口还与主制水器9的热侧通道连接，且空气压缩机2与主制水器9之间的连接管道上安装有主制水器除霜阀8，即所述的冷却介质来源于空气压缩机2输出的压缩空气。

为进一步利用膨胀机11引出的作为主制水器9热侧通道中压缩空气冷却介质的冷源，本发明还包括辅制水装置，该辅制水装置包括辅制水空气引风机14、辅制水空气滤清器13以及辅制水器12，所述辅制水空气引风机14出气口、辅制水空气滤清器13以及辅制水器12的热侧通道进气口顺序相连通，而辅制水空气引风机14的进气口与外界环境接通，另外，所述辅制水器12热侧通道的出水口通过净水设备15而与水箱16连接，所述主制水器9的冷侧通道出气口与辅制水器12的冷侧通道进气口相连通。由此可知，本发明为开式空气制冷循环设备，能够提高设备的整体性能，同时，降低制水成本。

同样，采用辅制水器12制备的冷凝水也可能呈固态，因此，需要解冻介质对该固态冷凝水解冻，以输送到净水设备15进行净化，所以，本发明将所述空气压缩机2的出气口还与辅制水器12的热侧通道连接，且空气压缩机2与辅制水器12之间的连接管道上安装有辅制水器除霜阀7。其同样采用空气压缩机2输出的压缩空气作为固态冷凝水的解冻介质。

所述净水设备15包括顺序连接的固体杂质过滤器17、水泵18、离子吸附交换器19以及紫外灯杀菌器20。

上述空气压缩机2和膨胀机11为离心式机械设备。

上述空气压缩机2、膨胀机11和电动机1同轴连接或相互之间通过皮带传动、齿轮传动连接。

上述电动机1动力源为电网交流电、车载直流电、蓄电池、风力发电装置或者太阳能发电装置。

上述后冷器6、主制水器9和辅制水器12为翅片管换热器或换热管内外均有螺纹的列管式换热器。

详细地说，附图1和图2中所述各部件之间的连接关系如下：

所述主制水空气滤清器3进气口与大气环境直接连通，主制水空气滤清器3出气口经管道与所述空气压缩机2进气口连接，空气压缩机2排气口通过管道分别与进气截止阀4、主制水器除霜阀8及辅制水器除霜阀7的进气口连接，进气截止阀4的出气口通过管道与后冷器6热侧通道进气口连接，后冷器6热侧通道出气口通过管道与主制水器9热侧通道进气口连接，后冷器6冷侧通道进气口通过管道与后冷器6引风机5出气口连接，后冷器6冷侧通道出气口及后冷器6引风机5进气口与大气环境直接连通，主制水器9的热侧通道含有两个进气口和出气口，主制水器9热侧通道的两进气口分别通过管道与后冷器6热侧通道出气口及主制水器除霜阀8出气口连接，而其热侧通道的两出气口分别通过管道与膨胀机11进气口及大气环境连接，膨胀机11出气口通过管道与排气截止阀10进气口连接，主制水器9冷侧通道进气口和出气口通过管道分别与排气截止阀10出气口及辅制水器12冷侧通道进气口连接，辅制水器12的冷侧通道出气口直接与大气环境连通，辅制水器12的热侧通道也含有两个进气口和出气口，热侧通道的两进气口分别通过管道与辅制水器除霜阀7出气口及辅制水空气滤清器13出气口连接，而其热侧通道两出气口均与大气环境连通，该辅制水空气滤清器13进气口通过管道与辅制水空气引风机14出气口连接，辅制水空气引风机14进气口直接与大气环境连通；后冷器6、主制水器9和辅制水器12底部均设置有出水口，出水口通过水管与净水设备15进水口连接，净水设备15出水口通过水管与水箱16连接。

本发明的制水工作原理如下：

所述空气压缩机2吸入大气环境中一定湿度的主制水空气并且压缩后，进入后冷器6热侧通道，由后冷器6冷侧通道中来自大气环境的空气冷却，主制水空气中的部分水蒸气以液态形式析出，然后含湿量降低的主制水空气进入主制水器9热侧通道，由主制水器9冷侧通道中来自膨胀机11出气口的低温空气冷却，从而主制水空气中的大部分水蒸气以液态水形式析出或者以固态霜和冰的形式附着在主制水器9热侧通道的壁面上，析出水份后的主制水空气被引入膨胀机11中膨胀降温，在流过主制水器9冷侧通道后，被引入辅制水器12的冷侧通道，使流经辅制水器12热侧通道中来自大气环境的辅制水空气内的水蒸气以液态或固态方式析出；当主制水器9或辅制水器12热侧通道壁面上附着的霜层或冰层达到一定厚度时，关闭进气截止阀4和排气截止阀10并相应打开主制水器除霜阀8或辅制水器除霜阀7，将空气压缩机2出气口的高温气体直接通入主制水器9或辅制水器12热侧通道，从而将霜层或冰层融化变成液态水，当霜层或冰层完全融化后，打开进气截止阀4和排气截止阀10并相应关闭主制水器除霜阀8或辅制水器除霜阀7，再次进入制水过程；后冷器6、主制水器9和辅制水器12产生的液态水均通过净水设备15去除水份中的固体和重金属离子杂质，并杀菌消毒后流入水箱16。

上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求书内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。

Claims (10)

1.一种空气制取液态水的装置，其特征在于，包括主制水装置、净水设备和水箱，所述主制水装置包括主制水空气预处理装置、后冷器、主制水器以及膨胀机，所述后冷器和主制水器皆为热交换器，所述主制水空气预处理装置包括顺序连接的主制水空气滤清器以及空气压缩机，所述主制水空气滤清器的进气口与外界相接通，而空气压缩机的出气口、后冷器的热侧通道、主制水器的热侧通道、膨胀机进气口则顺序连通，且空气压缩机与后冷器之间的连接管道上安装有进气截止阀，另外，膨胀机的出气口与主制水器的冷侧通道相连通，且膨胀机与主制水器之间的连接管道上安装有排气截止阀，同时所述后冷器的冷侧通道内有冷却介质流通，后冷器热侧通道的出水口以及主制水器热侧通道的出水口皆通过净水设备与水箱连接。

2.根据权利要求1所述空气制取液态水的装置，其特征在于，所述空气压缩机的出气口还与主制水器的热侧通道连接，且空气压缩机与主制水器之间的连接管道上安装有主制水器除霜阀。

3.根据权利要求1所述空气制取液态水的装置，其特征在于，还包括辅制水装置，该辅制水装置包括辅制水空气引风机、辅制水空气滤清器以及辅制水器，所述辅制水空气引风机出气口、辅制水空气滤清器以及辅制水器的热侧通道进气口顺序相连通，而辅制水空气引风机的进气口与外界环境接通，另外，所述辅制水器热侧通道的出水口通过净水设备而与水箱连接，所述主制水器的冷侧通道出气口与辅制水器的冷侧通道进气口相连通。

4.根据权利要求3所述空气制取液态水的装置，其特征在于，所述空气压缩机的出气口还与辅制水器的热侧通道连接，且空气压缩机与辅制水器之间的连接管道上安装有辅制水器除霜阀。

5.根据权利要求1所述空气制取液态水的装置，其特征在于，所述净水设备包括顺序连接的固体杂质过滤器、水泵、离子吸附交换器以及紫外灯杀菌器。

6.根据权利要求1所述空气制取液态水的装置，其特征在于，所述空气压缩机和膨胀机为离心式机械设备。

7.根据权利要求1所述空气制取液态水的装置，其特征在于，所述空气压缩机、膨胀机和电动机同轴连接或相互之间通过皮带传动、齿轮传动连接。

8.根据权利要求7所述空气制取液态水的装置，其特征在于，所述电动机的动力源为电网交流电、车载直流电、蓄电池、风力发电装置或者太阳能发电装置。

9.根据权利要求3所述空气制取液态水的装置，其特征在于，所述后冷器、主制水器和辅制水器为翅片管换热器。

10.根据权利要求3所述空气制取液态水的装置，其特征在于，所述后冷器、主制水器和辅制水器为换热管内外均有螺纹的列管式换热器。 

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