CN103469848A - 一种太阳能空气取水系统 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能空气取水系统，包含若干太阳能空气取水管、电路连接该太阳能空气取水管的控制系统、电路连接该控制系统的光伏发电蓄电系统，以及连接太阳能空气取水管的冷凝集水系统。本发明通过固体吸附剂吸附床对空气中水蒸气的吸附作用，利用太阳能作为热源进行脱附冷凝获得液态水，结构简单，便于携带，使用寿命长，产水率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能空气取水系统。
背景技术
随着人口的增长，气候的变迁和环境的恶化，淡水供应问题变得越来越突出。尤其是在我国淡水资源分配严重不均，严重制约着我国的经济发展和人们的生活水平的提高。其实，地球大气层可以说是一个巨大的水库，即使是在沙漠地区，其含水量也超过了10g/m3。目前，利用太阳能制作的是热水器和海水淡化装置应用比较广泛，市场上尚未有应用广泛的利用太阳能进行吸附空气中水分的装置。
2006年2月申请的太阳能吸附式空气取水器（ZL200410053390.5）是由反光板、聚光板、吸附床、热交换器和贮水室组成。该太阳能吸附式空气取水器，在晚间打开外壳，吸附床暴露在空气中吸附空气中的水分；在白天用外壳罩住吸附床上部的太阳光，由反光板将日光通过聚光板聚集在吸附床上，吸附床在高温下脱附出水分，然后在空气冷却器中冷凝获得水。
2001年9月申请的太阳能吸附式空气取水器（ZL01102877.7）包括太阳能聚光罩、相变蓄冷冷凝罩、透光罩、吸附床、取水管等组成。此装置运用在沙漠地区极为有利，在晚上大气温度低，相对湿度较高，此时将透光罩打开，让吸附床暴露在大气中充分吸收大气的水分，直至达到或接近饱和；到了白天把透光罩合上，然后使太阳能聚光罩跟踪太阳的视运行，加热吸附床，使吸附床进行脱附，并利用储蓄的冷量进行冷凝。
上述两种空气取水技术都采用的是基于温差吸附原理的太阳能空气取水技术，但是也存在着问题。首先是透光罩在上设置，会使水蒸气直接在其内壁冷凝，这会使得其透光率变差，集热效率低；其次是晚上将整个吸附床暴露在空气中，会使吸附材料阻塞，影响其产水效率和使用寿命。
2010年7月申请的太阳能吸附制水管（ZL201010223053.1）是在一根太阳能集热管的基础上填充吸附剂并在中间预留空气通道制成的。优点是结构简单、携带方便、集热性能好，但是在其吸附空间内空气流通效果很差，到了夜间吸附床不能得到较快的降温，因而其吸附效果不好，一次循环获得水量很少。
发明内容
本发明提供一种太阳能空气取水系统，通过固体吸附剂吸附床对空气中水蒸气的吸附作用，利用太阳能作为热源进行脱附冷凝获得液态水，结构简单，便于携带，使用寿命长，产水率高。
为了达到上述目的，本发明提供一种太阳能空气取水系统，该系统包含若干太阳能空气取水管、电路连接该太阳能空气取水管的控制系统、电路连接该控制系统的光伏发电蓄电系统，以及连接太阳能空气取水管的冷凝集水系统；
所述的太阳能空气取水管包含圆环形不锈钢板，焊接在圆环形不锈钢板一侧的不锈钢管，设置在不锈钢管上端的分支管道，该分支管道的一个分支管路上设置空气出口阀门，另一个分支管路连接冷凝集水系统，该太阳能空气取水管还包含焊接在圆环形不锈钢板另一侧的空气进口阀门，该太阳能空气取水管还包含设置在不锈钢管内的吸附床，在吸附床和不锈钢管之间的空间形成空气/水蒸气通道。
所述的吸附床包含不锈钢丝网和吸附剂。
所述的不锈钢丝网为直径小于不锈钢管的圆柱筒状，该不锈钢丝网紧贴不锈钢管的壁布置，吸附剂填充在不锈钢丝网内，不锈钢丝网中间是空气/水蒸气通道。
所述的不锈钢丝网为圆柱状，置于不锈钢管中央，吸附剂填充在不锈钢丝网内，不锈钢丝网周围是空气/水蒸气通道。
所述的吸附剂采用硅胶或者硅胶与氯化钙的混合物。
所述的太阳能空气取水管还包含设置在空气进口阀门后侧的滤网、设置在空气进口阀门处的垫片、套设在不锈钢管外侧的玻璃套管，设置在不锈钢管端部和底部外侧的填充垫圈，该填充垫圈填充在不锈钢管和玻璃套管之间，用以固定玻璃管套。
所述的控制系统包含光敏元件和开关控制器，该光敏元件设置在太阳能空气取水管的玻璃套管上，当光照强度大于200W时，感受光照传递信号，使开关控制器开启，该开关控制器电路连接光敏元件以及太阳能空气取水管的空气进口阀门和空气出口阀门，控制阀门的开启和关闭。
所述的光伏发电蓄电系统包含光伏电池板和蓄电池，为系统提供电能，该光伏电池板通过太阳照射获得电能储存在蓄电池中，为光敏元件、开关控制器和空气进口阀门和空气出口阀门提供所需的电能，该蓄电池电路连接光伏电池板、光敏元件和开关控制器，以及太阳能空气取水管的空气进口阀门和空气出口阀门。
所述的冷凝集水系统包含冷凝器和集水器，该冷凝器连接太阳能空气取水管的分支管道，该集水器连接冷凝器。
本发明完全利用太阳能这种绿色能源，通过感光元件和开关控制实现自动取水循环。可用于沙漠地区，利用沙漠地区具有良好的日光照射条件，通过固体吸附剂吸附床吸附空气中的水蒸气，将沙漠空气中的水蒸气变成液态水，可以建立小型的沙漠饮水站为沙漠旅行探险人员提供保障生命的饮用水。也可用于荒岛上建立小型饮水站，或者为游牧民族和干旱地区的滴灌种植提供淡水。
附图说明
图1是本发明在白天脱附过程的示意图；
图2是本发明在夜间吸附过程的示意图；
图3是本发明的电路结构示意图；
图4是本发明的实施示意图。
具体实施方式
以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。
本发明提供一种太阳能空气取水系统，该系统包含若干太阳能空气取水管、电路连接该太阳能空气取水管的控制系统、电路连接该控制系统的光伏发电蓄电系统，以及连接太阳能空气取水管的冷凝集水系统。
如图1和图2所示，所述的太阳能空气取水管包含圆环形不锈钢板14，焊接在圆环形不锈钢板14一侧的不锈钢管2，设置在不锈钢管2上端的分支管道18，该分支管道18的一个分支管路上设置空气出口阀门6，另一个分支管路连接冷凝集水系统，该太阳能空气取水管还包含焊接在圆环形不锈钢板14另一侧的空气进口阀门5，该太阳能空气取水管还包含设置在不锈钢管2内的吸附床1，在吸附床1和不锈钢管2之间的空间形成空气/水蒸气通道7。
所述的吸附床1包含不锈钢丝网13和吸附剂。
在第一种实施例中，不锈钢丝网13为直径小于不锈钢管2的圆柱筒状，该不锈钢丝网13紧贴不锈钢管2的壁布置，吸附剂填充在不锈钢丝网13内，不锈钢丝网13中间是空气/水蒸气通道7。
在第二种实施例中，不锈钢丝网13为圆柱状，置于不锈钢管2中央，吸附剂填充在不锈钢丝网13内，不锈钢丝网13周围是空气/水蒸气通道7。
吸附床1与空气的接触面做成圆柱型，增大了吸附床与空气的接触面积，可以提高吸附效率。
所述的吸附剂采用硅胶或者硅胶与氯化钙的混合物，并将其整体成型。
所述的太阳能空气取水管还包含设置在空气进口阀门5后侧的滤网8、设置在空气进口阀门5处的垫片11、套设在不锈钢管2外侧的玻璃套管3，设置在不锈钢管2端部和底部外侧的填充垫圈12，该填充垫圈12填充在不锈钢管2和玻璃套管3之间，用以固定玻璃管套3，在干燥条件下用硅胶等密封胶密封玻璃管套3，防止间隙内有过多的水蒸气，玻璃套管是为了增加保温性能。
所述的分支管道18与不锈钢管2以螺纹连接，便于拆装。
所述的不锈钢管2直径为90-110mm，厚度为1-2mm，管长小于等于1m，不锈钢管2的外表面涂黑板漆或黑镍涂层，提高对太阳辐射的吸收。
所述的玻璃套管3直径为110-130mm，厚度为2.5mm。
所述太阳能空气取水管整体形状做成圆柱形的通管，是为了利用气流在管内的烟囱效应和吸附时的热效应，加快空气流动，提高整体取水效率。
所述的不锈钢管2与圆环形不锈钢板14的下端焊接厚度为6-10mm。
如图1～图3所示，所述的控制系统包含光敏元件4和开关控制器16，该光敏元件4设置在太阳能空气取水管的玻璃套管3上，当光照强度大于200W时，感受光照传递信号，使开关控制器16开启，该开关控制器16电路连接光敏元件4以及太阳能空气取水管的空气进口阀门5和空气出口阀门6，控制阀门的开启和关闭。
本实施例中，开关控制器是LZ-KGK02型，直流供电，工作电压为12V，工作电流在静态下10mA，每一路增加30mA，工作温度为-25℃～45℃，有效距离大于80米，其尺寸为68×50（Ｌ×Ｗ/mm×mm）。
如图3所示，所述的光伏发电蓄电系统包含光伏电池板17和蓄电池15，为系统提供电能，该光伏电池板17通过太阳照射获得电能储存在蓄电池15中，为光敏元件4、开关控制器16和空气进口阀门5和空气出口阀门6提供所需的电能，该蓄电池15电路连接光伏电池板17、光敏元件4和开关控制器16，以及太阳能空气取水管的空气进口阀门5和空气出口阀门6。
如图1和图2所示，所述的冷凝集水系统包含冷凝器9和集水器10，该冷凝器9连接太阳能空气取水管的分支管道18，该集水器10连接冷凝器9。
夜间，如图1所示，光敏元件4感受不到阳光照射，传递信号给开关控制器16，开关控制器16控制开启空气进口阀门5和空气出口阀门6，夜间潮湿低温的空气经空气进口阀门5、滤网8进入不锈钢管2内，整体成型的吸附床1开始吸附空气中的水蒸气，产生的吸附热被流动空气通过空气通道7不断带走，此过程中利用了管子的烟囱效应以及气流的热效应，吸附过程延续10－16小时。
次日白天，如图2所示，光敏元件4感受到阳光照射后，传递信号给开关控制器16，开关控制器16自动控制空气进口阀门5和空气出口阀门6关闭，系统开始接受太阳辐射，整体成型的吸附床1在接受太阳能辐射后，温度开始升高，最高可以达到100℃以上，吸附床内的水蒸气开始脱附出来，脱附出的水蒸气通过水蒸气通道7进入冷凝器9，冷凝成液态水后流到集水瓶10保存起来，整个白天的过程均是脱附制水的过程。
傍晚时刻，太阳能辐射减弱直至光敏元件4感受不到阳光照射，此时，开关控制器16将控制空气进出口阀门自动开启，重复夜间吸附过程。
图4所示的是20只太阳能空气取水管组合的实施例，其中a、b、c、d均连接冷凝器9，为减少系统的复杂程度，设计的是每5只水管共用1个空气出口阀门6和冷凝管道接口。
本发明利用太阳能和空气中的水蒸气获得液态水，其结构简单，便于携带，使用寿命长，产水率高。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种太阳能空气取水系统，其特征在于，该系统包含若干太阳能空气取水管、电路连接该太阳能空气取水管的控制系统、电路连接该控制系统的光伏发电蓄电系统，以及连接太阳能空气取水管的冷凝集水系统；
所述的太阳能空气取水管包含圆环形不锈钢板（14），焊接在圆环形不锈钢板（14）一侧的不锈钢管（2），设置在不锈钢管（2）上端的分支管道（18），该分支管道（18）的一个分支管路上设置空气出口阀门（6），另一个分支管路连接冷凝集水系统，该太阳能空气取水管还包含焊接在圆环形不锈钢板（14）另一侧的空气进口阀门（5），该太阳能空气取水管还包含设置在不锈钢管（2）内的吸附床（1），在吸附床（1）和不锈钢管（2）之间的空间形成空气/水蒸气通道（7）。
2.如权利要求1所述的太阳能空气取水系统，其特征在于，所述的吸附床（1）包含不锈钢丝网（13）和吸附剂。
3.如权利要求2所述的太阳能空气取水系统，其特征在于，所述的不锈钢丝网（13）为直径小于不锈钢管（2）的圆柱筒状，该不锈钢丝网（13）紧贴不锈钢管（2）的壁布置，吸附剂填充在不锈钢丝网（13）内，不锈钢丝网（13）中间是空气/水蒸气通道（7）。
4.如权利要求2所述的太阳能空气取水系统，其特征在于，所述的不锈钢丝网（13）为圆柱状，置于不锈钢管（2）中央，吸附剂填充在不锈钢丝网（13）内，不锈钢丝网（13）周围是空气/水蒸气通道（7）。
5.如权利要求4或5所述的太阳能空气取水系统，其特征在于，所述的吸附剂采用硅胶或者硅胶与氯化钙的混合物。
6.如权利要求1-4中任意一个所述的太阳能空气取水系统，其特征在于，所述的太阳能空气取水管还包含设置在空气进口阀门（5）后侧的滤网（8）、设置在空气进口阀门（5）处的垫片（11）、套设在不锈钢管（2）外侧的玻璃套管（3），设置在不锈钢管（2）端部和底部外侧的填充垫圈（12），该填充垫圈（12）填充在不锈钢管（2）和玻璃套管（3）之间，用以固定玻璃管套（3）。
7.如权利要求6所述的太阳能空气取水系统，其特征在于，所述的控制系统包含光敏元件（4）和开关控制器（16），该光敏元件（4）设置在太阳能空气取水管的玻璃套管（3）上，当光照强度大于200W时，感受光照传递信号，使开关控制器（16）开启，该开关控制器（16）电路连接光敏元件（4）以及太阳能空气取水管的空气进口阀门（5）和空气出口阀门（6），控制阀门的开启和关闭。
8.如权利要求7所述的太阳能空气取水系统，其特征在于，所述的光伏发电蓄电系统包含光伏电池板（17）和蓄电池（15），为系统提供电能，该光伏电池板（17）通过太阳照射获得电能储存在蓄电池（15）中，为光敏元件（4）、开关控制器（16）和空气进口阀门（5）和空气出口阀门（6）提供所需的电能，该蓄电池（15）电路连接光伏电池板（17）、光敏元件（4）和开关控制器（16），以及太阳能空气取水管的空气进口阀门（5）和空气出口阀门（6）。
9.如权利要求8所述的太阳能空气取水系统，其特征在于，所述的冷凝集水系统包含冷凝器（9）和集水器（10），该冷凝器（9）连接太阳能空气取水管的分支管道（18），该集水器（10）连接冷凝器（9）。
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Application publication date: 20131225 |