CN104452885A - 从环境空气中收集水的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气取水技术领域，更具体地涉及使用固体吸湿剂的从环境空气中收集水的设备，主要包括吸湿单元、加热器、冷凝器，所述吸湿单元分别接通所述加热器和所述冷凝器，并且布置为所述加热器的发热促使气体在所述吸湿单元与所述加热器的发热面之间循环流动，由循环气流将加热器提供的热量传递给吸湿单元，使其解吸产生水蒸气，然后水蒸气在冷凝器冷凝为液态水。本发明的从环境空气中收集水的设备结构简单且能达到更高的产水率。

Description

从环境空气中收集水的设备

技术领域

本发明涉及空气取水技术领域，更具体地涉及使用固体吸湿剂的从环境空气中收集水的设备。

背景技术

       水资源短缺是许多地区面临的问题之一。因此，研究人员探索了各种取水技术，包括收集潮湿空气的水分（耿浩清等，空气取水技术的研究进展，化工进展，2011年，第8期；罗继杰等，野外作业用空气取水设备研究与应用，暖通空调，2004年，第4期）。这些课题已经取得了较多研究成果。例如，2008至2013年期间，属于IPC分类号E03B 3/28（取水技术–以潮湿空气为水源）的中国专利公开超过了300件。尤其是使用固体吸湿剂的空气取水技术受到了重视，该技术包括以下三个基本步骤：

       步骤一：用吸湿剂吸附空气水分；

       步骤二：加热吸湿剂使水分解吸；

       步骤三：收集解吸的水分。

       其中步骤二是该技术的关键。以下按步骤二的加热方式的不同，将现有技术分为四种类型进行讨论：

       加热方式一：吸湿剂置于透明容器内，用太阳辐射加热吸湿剂。

       中国科学技术大学侴乔力等的专利CN2218770Y“太阳能空气取水器”、上海交通大学王如竹等的专利CN1131358C“太阳能吸附式空气取水装置”、上海理工大学赵惠忠等的专利申请公开CN101906799A“一种太阳能吸附制水管”、日本株式会社康友的国际公布WO2005/116349 “Method for extracting water from air, and device therefore”、挪威研究人员P.K. Krumsvik的国际公布WO96/09443 “A method and a device for recovering water from a humid atmosphere”、S.A. Petrov 等的俄罗斯专利RU2230858 “Method of preparation of water from atmospheric air in arid regions by use of solar energy”、 A. Beil的德国专利DE1010798 “Verfahren und vorrichtung zur wassergewinnung”是代表性技术。太阳能是清洁能源，使用太阳能既不消耗矿物燃料，又不排放污染物。因此，本课题的现有技术大都采用了太阳能加热。但是，太阳辐射加热的方式存在以下问题：

（1）加热不均匀：受到太阳光照的吸湿剂床表面能够得到较快的加热，未受到太阳光照的吸湿剂尤其是床层内部则升温缓慢，水分解吸较困难。

（2）加热温度低：透明容器的壁面没有保温层，对流传导热损失较大，吸湿剂在吸收太阳辐射能量的同时又不断地向外界散失热量，因此吸湿剂难以达到较高温度。

（3）水蒸气降低透明容器的透明度：由于透明容器壁面与外界流动空气直接接触，壁面温度较低，吸湿剂解吸产生的水蒸气有时在透明容器内壁面冷凝，降低了透明容器的透明度。

（4）太阳辐射影响吸湿剂的结构和性能：在吸湿剂堆放在透明容器内，其内部空气不易流通的情况下，长时间接受太阳辐射可能使吸湿剂床表面局部过热，破坏其微孔结构，导致吸湿性能下降。尤其是经聚光罩聚焦的太阳辐射直接照射吸湿剂时容易导致吸湿剂过热损坏。

       加热方式二：吸湿剂置于不透明容器内，太阳辐射加热容器壁或吸热板，然后传热给吸湿剂。

       代表性技术有加拿大研究人员N. Arrison 的国际公布WO03/025295 “Method and apparatus for producing potable drinking water from air”（其中的图5实施方式）、上海交通大学白泽宇等的专利CN102936912B“太阳能空气吸附式沙漠取水旅行包”、赵惠忠的专利申请公开CN103469848A “一种太阳能空气取水系统”。由于不透明容器壁面暴露在周围空气中，即使有强烈太阳光的照射，不透明容器壁面一般只能达到60至80℃的温度（不使用聚光罩时），低于吸湿剂显著解吸所需温度。同样存在加热温度低、温度分布不均匀等问题。白泽宇等的专利描述的吸湿剂床的其中一面与蓝钛太阳能吸收板直接接触，蓝钛太阳能吸收板被太阳辐射加热升温后再将热量传导给吸湿剂床。但是，吸湿材料的导热系数较小（例如，硅胶的导热系数仅为0.14 W/m·K），吸湿剂床内部传热性能差，吸湿剂升温和解吸较为缓慢。

       加热方式三：太阳能热水器产生的热水通入埋设在吸湿剂床层内的换热盘管来加热吸湿剂。

       使用这种加热方式的有：以色列水技术M·A·S·有限公司的国际公布WO99/66136 “Method and apparatus for extracting water from atmospheric air”、中国专利CN2885942Y“利用自然能的空气取水装置”、CN202214762U“一种交互吸附式太阳能风能空气取水器”、CN203049680U“一种利用相变材料的吸附式空气取水装置”、CN202945638U“缺水地区太阳能捕水系统”。太阳能热水器产生的热水温度一般低于80℃，热水通入埋设在吸湿剂床层内的换热盘管后只能将吸湿剂加热至大约50至70℃，此温度范围下，有些种类的吸湿剂可以少量地、缓慢地解吸。一般来说，通入热水的加热方式的效果较差，其产水率（单位重量的吸湿剂每天的产水量）较低。

       加热方式四：电力为加热能源。

       美国专利US20140150651 “System and procedure for extracting water from the environment”采用了旋转床吸湿器和磁控管加热器，设备较为复杂和昂贵。瑞典Airwatergreen公司的国际公布WO2011/062554 “Device and method for absorbing water from gas”、N. Arrison 的国际公布WO03/025295的图3实施方式、以及哈尔滨工业大学李松晶等的专利申请公开CN103225331A“微流控空气取水装置及采用该取水装置的取水方法”采用了电加热，吸湿剂与电加热器的发热面或埋设在吸湿剂床层内的传热肋片相接触而被加热。但是，吸湿剂本身是热的不良导体，而且耐热温度较低。那些与电加热器的发热面相接触的吸湿剂容易过热损坏，而那些不与发热面或传热肋片相接触的吸湿剂又难以得到加热，导致其解吸困难，取水效率较低。

       如果现有的空气取水技术的取水效率能够得到提高，潮湿空气是有可能作为缺水地区的有用水源。但现有技术的产水率偏低，而且设备结构复杂、体积庞大、费用昂贵、耗电量大。虽然采用太阳能加热时无需用电，但各种辅助设备（如风机）的运行仍需用电。然而，缺乏淡水的场合（例如，沙漠、高原、海岛、海船、海上设施、陆地野外作业、驻防、未能建立供水系统的农村和边远地区、旱灾、其它自然或非自然灾害发生地等）通常也是缺乏电力供应的场合，需要用电的空气取水设备一般也无法运行。上述各种原因使得目前空气取水技术只在个别场合得到了应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种有较高产水率的从环境空气中收集水的设备。在此基础上，本发明的进一步的目的是提供一种结构简单和成本低廉的从环境空气中收集水的设备。本发明的更进一步的目的是提供一种在没有电力供应的情况下也可以运行的从环境空气中收集水的设备。在上述的基础上，本发明的再进一步的目的是提供一种方便携带的从环境空气中收集水的设备。

本发明认为现有技术产水率较低的根本原因在于加热器热量传递给吸湿剂床是主要依靠热传导机理。例如，前述的加热方式二的CN102936912B中，吸湿剂床的一面与蓝钛太阳能吸收板直接接触，蓝钛太阳能吸收板将太阳辐射能量转化为热能后传导给吸湿剂床；加热方式三的WO99/66136中，热水通入埋设在吸湿剂床层内的换热盘管，这些换热盘管的表面与吸湿剂直接接触将热量传导给吸湿剂床；加热方式四的WO03/025295的图3实施方式中，吸湿剂与电热器的发热面直接接触，热量从发热面传导给吸湿剂床。

考虑到吸湿剂的导热系数较小、耐热温度较低、解吸速度较慢（吸湿剂颗粒内部的微孔扩散为速率控制步骤）、水分从吸附态转化为气态时吸热量较大等因素，本发明的构思是：将设备布置为吸湿剂不与加热器的发热面直接接触，使气体在吸湿剂与加热器之间循环流动，利用循环气体的对流换热将加热器提供的热量传递给吸湿剂床，而且在循环流动过程中绝大部分的循环气体不流经其它设备（如冷凝器）。本发明构思中加热器热量传递给吸湿剂床是主要依靠气体的对流传热机理。气体在吸湿剂与加热器之间循环流动可以是局限于装载吸湿剂的容器的内部，为内循环方式；亦可以流经装载吸湿剂的容器的外部，为外循环方式。气体在吸湿剂与加热器之间循环流动的推动力可以是加热器对气体加热的温度差引起的密度差导致的自然对流，为自然对流方式；亦可以由风机驱动，为强制对流方式。加热器可以是任何形式的加热设备或外界热源。因此，本发明包含了许多的有实用价值的技术方案。

一种从环境空气中收集水的设备，包括吸湿单元、加热器、冷凝器，所述冷凝器设有冷凝水排放口，所述吸湿单元分别接通所述加热器和所述冷凝器，并且布置为所述加热器的发热能促使所述吸湿单元与所述加热器的发热面之间的气体在所述吸湿单元与所述加热器的发热面之间循环流动，以使所述加热器能通过循环气流向所述吸湿单元供热。

进一步地，所述加热器为太阳能集热器。

进一步地，所述吸湿单元包括容器和置于所述容器内的吸湿剂，所述容器分别接通所述太阳能集热器和所述冷凝器。

进一步地，还包括透气盒，所述吸湿剂置于所述透气盒内，所述透气盒置于所述容器内。

可选地，所述太阳能集热器为若干个真空太阳集热管（本专利中，真空太阳集热管简称为真空管），所述容器连接所述若干个真空太阳集热管。

可选地，所述太阳能集热器为真空太阳集热管，所述容器为所述真空太阳集热管的内管，所述透气盒为圆柱状，所述透气盒置于所述真空太阳集热管的内管的内部，所述透气盒与所述真空太阳集热管的内管的内壁面之间有空隙。本实施方案中，真空太阳集热管的内管的壁面为发热面，真空太阳集热管同时是装载吸湿剂的容器，气体在吸湿剂和真空太阳集热管的内管的内壁面之间循环流动，为自然对流内循环加热方式。

可选地，所述容器的上端和下端分别与所述太阳能集热器的上端和下端连通。本实施方案中，太阳能集热器的太阳能吸收板为发热面，气体在装载吸湿剂的容器和太阳能集热器的太阳能吸收板之间循环流动，为自然对流外循环加热方式。

进一步地，从所述容器的上端至所述太阳能集热器的上端的连接管道上依次设置有进气口、阀门、排气口，从所述容器的下端至所述太阳能集热器的下端的连接管道上依次设置有进气口、阀门，所述进气口和所述排气口上还设置有阀门。

进一步地，所述太阳能集热器为若干个真空太阳集热管或若干个平板式太阳集热器，所述若干个真空太阳集热管相互并联接通，所述若干个平板式太阳集热器相互并联接通。

可选地，所述太阳能集热器为平板式太阳集热器或者温室，所述容器为所述平板式太阳集热器或者温室，所述平板式太阳集热器或者温室具有透明盖板和太阳能吸收板，所述吸湿剂放置在所述平板式太阳集热器或者温室的内部，所述吸湿剂与所述太阳能吸收板之间有空隙。本实施方案中，太阳能吸收板为发热面，平板式太阳集热器或温室同时是装载吸湿剂的容器，气体在吸湿剂与太阳能吸收板之间循环流动，为自然对流内循环加热方式。需要说明的是，本专利中用于装载吸湿剂的容器的定义延伸至包括构筑物。

进一步地，还包括隔热板，所述隔热板位于所述吸湿剂与所述太阳能吸收板之间，所述隔热板与所述太阳能吸收板之间有空隙，所述隔热板的上端和下端与所述平板式太阳集热器或者温室的内壁面之间也有空隙。

上述从环境空气中收集水的设备的吸湿剂的加热解吸是利用太阳能，气体的循环流动为自然对流，没有涉及任何需用电力的零部件，适合于没有电力供应的场合。

本发明还提供一种强迫对流加热方式的从环境空气中收集水的设备，包括吸湿单元、加热器、风机、冷凝器，所述冷凝器设有冷凝水排放口，所述吸湿单元分别接通所述加热器和所述冷凝器，所述风机分别接通所述吸湿单元和所述加热器并能促使气体在所述吸湿单元与所述加热器的发热面之间循环流动，以使所述加热器能通过循环气流向所述吸湿单元供热。所述风机可以是电动机驱动的（电力来源于电网供电、或者常规燃料发电机供电、或者新能源和可再生能源如太阳能、风能、海洋能发电设备供电等）；所述风机亦可以是自然能驱动的（例如，风能驱动风车，风车通过传动机构带动风机）。

进一步地，所述加热器为太阳能集热器或太阳能集热器阵列。

       进一步地，所述吸湿单元包括容器和置于所述容器内的吸湿剂，所述容器分别接通所述太阳能集热器和所述冷凝器。

       进一步地，所述风机的排气口通过管道连接所述太阳能集热器或太阳能集热器阵列的进气端，所述太阳能集热器或太阳能集热器阵列的排气端通过管道连接所述容器的进风端，所述容器的排风端通过管道连接所述风机的进气口。

       进一步地，所述冷凝器通过管道并联接通在所述吸湿单元与所述风机之间的管道上以构成冷凝支路，所述冷凝支路上设有阀门以限制从所述吸湿单元进入所述冷凝器的气体流量。

以上实施方案是加热器部分与吸湿剂及其它部分装配在一起所构成的成套设备。本发明还提供如下的一种从环境空气中收集水的设备，不包括加热器部分，可按照实际条件，使用不同的加热器或外界热源来加热解吸吸湿剂：

一种从环境空气中收集水的设备，其特征在于，包括吸湿剂、容器、冷凝器，所述冷凝器设有冷凝水排放口，所述吸湿剂置于所述容器内，所述容器接通所述冷凝器，所述容器通过吸收外界热量能促使容器内的气体在容器受热面与所述吸湿剂之间形成循环气流，以使外界热量由循环气流传递给所述吸湿剂。

       进一步地，还包括透气盒，所述吸湿剂置于所述透气盒内，所述透气盒置于所述容器内。

       进一步地，还包括太阳灶，所述太阳灶用于加热所述容器。

       进一步地，所述容器的受热面具有凹口。

进一步地，所述容器的受热面的凹口的开口处有平板，所述平板有孔，所述孔的直径相当于所述太阳灶的聚光罩将太阳辐射聚焦至所述容器的底部的光斑直径。

       进一步地，所述容器的受热面的凹口的开口处有透明板，所述透明板有泄气孔。

       进一步地，还包括与所述容器的外形相配合的透明外套。

       上述的实施方案都具有共同的特点，就是吸湿剂避开加热器发热面，并使气体在吸湿剂与加热器发热面之间循环流动，利用气体的对流换热将加热器提供的热量传递给吸湿剂床。此种设备布置方式的有益效果是：（1）吸湿剂床可得到均匀的加热：常见吸湿剂的平均粒径约为5mm，吸湿剂床层空隙率约为0.4，加热器将气体加热，然后热气体由吸湿剂颗粒空隙流入吸湿剂床层的内部，可以使吸湿剂床的各个部分都得到均匀的加热。（2）加热器发热面的表面温度可以远高于吸湿剂的耐热温度：由于设备布置为吸湿剂不与加热器发热面直接接触，所以加热器发热面的表面温度可以远高于吸湿剂的耐热温度而不会出现吸湿剂局部过热损坏的现象。（3）吸湿剂床可得到快速的升温：由于加热器发热面可采用较高的温度，传热温差较大，可迅速将冷气体加热为热气体，热气体流入吸湿剂床层来加热吸湿剂后降温为冷气体，冷气体循环进入加热器，又被加热为热气体，再次流入吸湿剂床层来加热吸湿剂，如此循环往复，可以将大量的热量传递至吸湿剂床内部，使整个吸湿剂床得到快速的升温，所吸附的水分被迅速地、充分地解吸，解吸产生的水蒸气被冷凝为液体水，可取得较高的产水率。本发明的各种具体实施方案的其它的有益效果将在以下的实施例中予以详细说明。

附图说明

图1是实施例1采用全玻璃真空太阳集热管的从环境空气中收集水的设备的示意图。 

图2是图1的A-A剖视图。

图3是实施例2采用玻璃-金属封接式真空太阳集热管的从环境空气中收集水的设备的示意图。 

图4是图3的A-A剖视图。

图5是实施例3采用直流式真空太阳集热管的从环境空气中收集水的设备的示意图。

图6是实施例4采用平板太阳集热器的从环境空气中收集水的设备的示意图。

图7是图6的A-A剖视图。

图8是实施例5采用温室的从环境空气中收集水的设备的示意图。

图9是实施例6采用太阳集热器阵列的从环境空气中收集水的设备的示意图。

图10是实施例7采用太阳灶的从环境空气中收集水的设备的示意图。

       符号说明：

1 吸湿剂

101 吸湿剂的透气盒或孔板

102 吸湿剂的透气盒的支脚

103 吸湿剂的透气盒的支梁

2 容器或构筑物

201 容器或构筑物的盖子或通气孔盖

202 容器的受热面的凹口

3 冷凝盘管或冷凝器

301 冷凝盘管或冷凝器的冷凝水排放口

4 水箱

401 水箱的排水阀

402 水箱的排气阀

403 水箱的水位表

5 真空太阳集热管

501 真空太阳集热管的内管

502 真空太阳集热管的外管

503 真空太阳集热管的太阳光反射器

504 真空太阳集热管的支架

505 真空太阳集热管的上联管

506 真空太阳集热管的下联管

6 平板太阳集热器或温室

601平板太阳集热器或温室的透明盖板

602平板太阳集热器或温室的透明玻璃棉

603平板太阳集热器或温室的太阳能吸收板

604平板太阳集热器或温室的太阳能吸收板的散热肋片

605平板太阳集热器或温室的前隔热板

606平板太阳集热器或温室的后隔热板

607平板太阳集热器或温室的壁面

701 太阳灶的聚光罩

702 太阳灶的锅圈

8 太阳辐射

9 风机

10 辅助加热器

11、11A、11B 过滤器

12、12A、12B 进风口

13 排风口

14~27、28A、28B 阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明实施例中列举的数据仅仅是为了更好地说明本发明的实施例而给出的示例性数据，除非另有说明，不构成对本发明权利要求的任何限制。

此外，若有“第一”、“第二”等术语，仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1所示，为本发明中一种采用全玻璃真空太阳集热管的从环境空气中收集水的设备的示意图。参见图1，在本实施例中，吸湿单元包括容器2和置于所述容器2内的吸湿剂1，而加热器为太阳能集热器，具体地，为全玻璃的真空太阳集热管5。吸湿剂1放置在透气盒101内，吸湿剂1为颗粒状硅胶，粒径为5~8mm，吸湿剂装载量为1kg，空隙率约为0.4。透气盒101用不锈钢丝网或其它透气材料制作，外形可为圆柱形、方形或其它形状，不锈钢丝网孔小于吸湿剂粒径。透气盒101还有支脚102，使透气盒101的底部也能透气。透气盒101放置在与透气盒101的外形相配合的容器2内，容器2上部有开口，用于放入和取出已装载有吸湿剂1的透气盒101。容器2的开口与盖子201相配合，并且具有螺纹和O形密封圈密封。盖子201上的出气口通过管道与冷凝盘管3连接。容器2的各壁面都有保温层，盖子201也有保温层，连接盖子201的出气口和冷凝盘管3的管道的气流流向为大致向上和水平的部分具有保温层，以防止吸湿剂解吸产生的水蒸气在这些部位冷凝为水并倒流入容器2。

容器2的底部串接真空太阳集热管5，连接处具有气密密封如O型密封圈。真空太阳集热管5的性能符合国家标准 《全玻璃真空太阳集热管》（GB/T 17049-2005），包括玻璃内管501（内径Φ47mm，厚度1.6mm）和玻璃外管502（外径Φ58mm，厚度1.6mm），长度为1.5m。内管501和外管502之间为真空，内管501上有选择性吸收太阳辐射的膜层。太阳光反射器503为圆柱抛物面反射器，能将入射的太阳光聚焦至内管501上（如图2所示）。内管501的朝向太阳光入射方向的一边受到太阳光直接照射，背向太阳光入射方向的一边受到太阳光反射器503聚焦的太阳光的照射。

该设备的操作过程如下：将装载有已吸附空气水分接近饱和的吸湿剂1的透气盒101放入容器2内，盖上并旋紧盖子201。使该设备的容器2这一端在上，另一端在下，真空管5的中轴线大致垂直于太阳光入射方向，调整太阳光反射器503，使太阳光聚焦至内管501上，内管501吸收太阳辐射能量。由于内管501与外管502之间为真空，内管501向外界的对流传导热损失极小，内管501所吸收的太阳辐射能量的绝大部分用于加热内管501内部的空气，使得内管501内部的空气逐渐升温。当空气升温时，其体积膨胀，压力增大，从而迫使与真空管5相通的容器2内的较冷的空气通过盖子201的出气口和冷凝盘管3的冷凝水排放口301排放到大气，此时，冷凝器3的冷凝水排放口301也用作排气口。同时，真空管5内部的热空气流入吸湿剂1的颗粒间隙。由于空气是在内管501的壁面处被加热，热的空气会向上流动，冷的空气向下流动，内管501和容器2内部的空气出现自然对流，其效果是将内管501吸收的太阳辐射热量传递给吸湿剂1。当吸湿剂1升温至约60℃时，所吸附水分开始少量解吸；当升温达到约100℃时，吸附水分明显地解吸，产生大量水蒸气。吸附态的水分转化为水蒸气时，水的体积显著增加，使得容器2内压力增大，驱使水蒸气通过盖子201的出气口进入冷凝盘管3并且被冷凝为液体水。然后在重力的作用下，液体水从冷凝水排放口301排出，可用另外的容器收集从冷凝水排放口301排出的冷凝水。继续上述操作直至无冷凝水排出，解吸过程即告结束。可以打开盖子201，取出装载有已解吸的吸湿剂1的透气盒101，将其放置在空气流通的地方来再次吸附空气的水分。吸湿剂1吸附空气的水分接近饱和后，再次放入容器2内进行上述的解吸操作。

一般来说，天气潮湿时将硅胶吸湿剂放在室外，只需3至5小时就可吸附水分达到饱和。但在天气干燥或者硅胶吸湿剂放在室内通风不良处的情况下，则需要数十小时至数天才能饱和。因此，每套本实施例所描述的从环境空气中收集水的设备应该配备若干个透气盒101，每个内装硅胶吸湿剂1kg，放在通风处，直至吸附饱和（可以用称重法来确定是否饱和，硅胶的饱和吸湿量可达硅胶自身重量的40%，或者在硅胶吸湿剂的上表层放少量变色硅胶来指示含水量），然后按照以上操作方法轮流进行解吸操作。所述设备的吸附-解吸操作周期可以按照实际需要来灵活调整。

本实施例中，在吸附阶段，由于采用了多个透气盒长时间地吸附空气水分的方式，吸湿剂能够充分地、足够长时间地与空气接触直至吸附水分达到饱和。吸湿剂能够从环境空气中吸附达自身重量的40%的水分是因为：第一，吸湿剂是微孔类材料，具有巨大的内表面积；第二，这些内表面上有许多的不饱和键（即活性位）；第三，这些活性位的性质是选择性地吸附水分子，而极少吸附氧气和氮气分子。在解吸阶段，首先，由于真空管5的玻璃内管501上具有选择性吸收太阳辐射的膜层，因此能够高效地吸收太阳辐射能量，而且真空管5的内管501和外管502之间的真空及其容器2具有的保温层能够确保该设备向外界的对流传导热损失极小，所吸收的太阳辐射能量接近全部用于加热该设备内部的空气；然后，热空气是通过自然对流的方式渗透进入吸湿剂1，使得吸湿剂1能够均匀地、充分地加热和解吸；最后，由于容器2内具有较高温度和压力，解吸产生的水蒸气的绝大部分进入冷凝盘管3冷凝来产出液体水。

本实施例中，虽然描述的是硅胶吸湿剂，也可以选用其它种类的吸湿剂如活性氧化铝、沸石分子筛、氯化钙、氯化钾、氯化锂等、或者两种或两种以上的吸湿剂的混合物；虽然容器2与盖子201之间的配合采用螺纹和O形密封圈密封，其它形式的密封如螺栓和密封垫片等也适用；虽然选用的是全玻璃真空太阳集热管，其它种类的太阳集热器如热管式真空太阳集热器、同芯套管式真空太阳集热管等也适用（需要说明的是，虽然本发明的每个实施例只采用某种形式的加热器或太阳能集热器，其它形式的加热器或太阳能集热器也同样适用）；虽然太阳光反射器503采用了圆柱抛物面反射器，其它类型的反射器如圆柱镜面反射器、复合镜聚光反射器等也适用；虽然采用了冷凝盘管3，其它形式的冷凝器如列管式冷凝器、平板肋片式冷凝器等也可以选用。上述说明适用于本发明的所有具体实施方式。

本实施例没有使用风机、阀门、仪表等，无需用电。所涉及的真空太阳集热管可选用市售真空太阳集热管成品。目前真空太阳集热管已普遍应用于各种太阳能装置如太阳能热水器，真空管价格较便宜。硅胶吸湿剂（硅胶干燥剂）是常见的化工产品。市售全玻璃真空太阳集热管一般用高硼硅玻璃制造，具有较高的机械强度。本实施例还可以在全玻璃真空太阳集热管外增设透明塑料保护套来提高本设备在携带和操作过程中的安全性。

综上所述，本实施例的优点是产水率较高、结构简单、成本低廉、无需用电、吸附-解吸操作周期有很大的灵活性。

实施例2 

本实施例与实施例1类似，其不同之处在于，吸湿剂1置于真空太阳集热管的内部并对外接通所述冷凝器。如图3和4所示，为本发明中一种采用玻璃-金属封接式真空太阳集热管的从环境空气中收集水的设备的示意图。符合国标《真空管型太阳能集热器技术条件》（GB/T 17581-2006）的玻璃-金属封接式真空太阳集热管5包括金属内管501（内径Φ78mm）和玻璃外管502（外径Φ90mm，厚度1.6mm），长度1.5m。吸湿剂1放置在透气盒101内，吸湿剂1为颗粒状硅胶，平均粒径5mm，装载量3kg。透气盒101外形为圆柱形（外径Φ60mm，长度1.48m），并具有若干个支脚102，用于使透气盒101保持与内管501的内壁面之间有空隙。盖子201上有两个出气管，分别与透气盒101内的下部出气口和上部出气口相连通，并通过管道与冷凝盘管3连接，冷凝盘管3连接有水箱4，水箱4设置有排气阀401、排水阀402、水位计403。

该设备的吸湿剂解吸操作有以下三种方法：

（1）全开放模式：

在解吸阶段，排气阀401一直打开。太阳能加热真空管5开始升温时，打开阀门14，在气体升温升压作用下，排出位于真空管5下端的吸湿剂1内的较冷空气（真空管5下端的吸湿剂1内是该设备内部的最低温度点，设备升温时排出此处的较冷空气而不是排出真空管5上端的较热空气可减少热损失，加快升温速度）。当吸湿剂1加热解吸时，由于水蒸气比空气轻，在真空管5上部的水蒸气浓度较高。关闭阀门14，打开阀门15，让水蒸气进入冷凝盘管3，冷凝水流入水箱4。继续加热使吸湿剂1充分解吸，观察水位计403，水位不再升高时，解吸结束，停止加热（解吸完成后的吸湿剂若继续加热容易过热损坏）。

在该模式下，由于设备始终直通大气，设备内部压力为常压或略高于常压，非承压设备（如实施例1的全玻璃真空管）比较适合该操作方法。该方法的缺点是有时出现水蒸气排放损失。例如，环境空气温度为35℃时，从真空管5排到冷凝盘管3的水蒸气与空气混合物在冷凝盘管3大致被冷却到约45℃，此时部分水蒸气会经排气阀401排放到大气而浪费掉。另外，设备升温升压后，经排气阀401会不断排出少量水蒸气与空气混合物，导致设备内空气越来越少，解吸产生的水蒸气越来越多，不利于吸湿剂的彻底解吸。

（2）全封闭模式：

在解吸阶段，排气阀401一直关闭。太阳能加热使真空管5升温升压，打开阀门14，冷气体进入冷凝盘管3和水箱4，使冷凝盘管3和水箱4也升压。当吸湿剂1解吸时，关闭阀门14，打开阀门15，吸湿剂1解吸产生的水蒸气进入冷凝盘管3，冷凝水流入水箱4。继续加热，水箱4的水位不再升高时，解吸结束。

在该模式下，设备内压力较高，承压设备（如本实施例的玻璃-金属封接式真空管）可采用该操作方法。该方法的优点是完全没有水蒸气排放损失，吸湿剂可彻底解吸。

（2）开放-封闭模式：

开始解吸时，打开排气阀401和阀门14，太阳能加热使真空管5升温升压，部分冷空气排到大气。当吸湿剂1解吸时，关闭排气阀401和阀门14，打开阀门15，吸湿剂1解吸产生的水蒸气进入冷凝盘管3，冷凝水流入水箱4。继续加热，水箱4的水位不再升高时，解吸结束。该方法的优点是水蒸气损失较少，有利于吸湿剂的彻底解吸。

可以根据实际情况（尤其是设备是否承压）选用全开放、全封闭或开放-封闭式操作方法。上述关于操作方法的说明适用于本发明的所有具体实施方式。

本实施例中设备的布置方式使得吸湿剂1是依靠内管501内部空气的自然对流得到加热，而并非是依靠吸湿剂1与内管501的壁面直接接触的热传导来加热，以下说明本发明的这种设备布置方式的有益效果。

真空太阳集热管的热性能常用空晒性能参数来衡量：Y = (T_s – T_a) / H ≥ 0.195 m²·℃/W, 其中，Y为空晒性能参数，m²·℃/W；T_s为空晒温度，℃；T_a为环境温度，℃；H为太阳辐照度，W/m²。假定在晴天时平均太阳辐照度H = 950 W/m²，环境温度T_a = 30℃。根据上式，真空管的空晒温度T_s ≥ 215℃。真空管能够达到215℃以上温度是因为真空管上的膜层能高效吸收太阳辐射能量，并且其真空夹层的对流传导热损失极小。参见图3，如果不是采用透气盒101与内管501之间有间隙让空气自然对流的方式，而是采用3kg的吸湿剂1散放在内管501内部的方式时，内管501的大部分内壁面将被吸湿剂1所覆盖，此时，内管501向外为真空夹层不能散热，向内为吸湿剂1（吸湿剂1的导热系数仅为0.14 W/m·K）也难以散热，内管501将过热，导致选择性吸收太阳辐射的膜层损坏、脱落，真空管5失效。另一方面，与内管501直接接触的那些吸湿剂颗粒的温度将达到215℃以上，接近或超过硅胶吸湿剂的耐热温度，这部分过热的吸湿剂将损坏。同时，位于内管501内部中间位置的那些不与内管501壁面接触的吸湿剂颗粒仅依靠吸湿剂床热传导却只能得到缓慢的加热。

考虑到上述问题，本实施例的设备布置方式是吸湿剂1与内管501之间有空隙，内管501加热空气，热空气进入透气盒101加热吸湿剂1变成冷空气，冷空气又被内管501加热。该布置方式使得全部吸湿剂床内各部分都能够得到均匀和快速的加热。

需要说明的是，本发明的所有实施例都具有上述吸湿剂布置方式的实质性特点，其原理和效果相同，以下实施例中将不再赘述。

上述说明适用于本发明的采用其它形式的加热器或外界热源的所有具体实施方式。

本实施例未提及的部分与实施例1类似，此处不再赘述。

实施例3

本实施例与实施1例类似，其不同之处在于，真空太阳集热管为直流式真空太阳集热管，所述容器2与八个真空太阳集热管并联接通并且通过管道与冷凝器串接。如图5所示，为本发明的一种采用直流式真空太阳集热管的从环境空气中收集水的设备示意图。吸湿剂1（约10kg）散放在容器2内，四个直流式真空太阳集热管并排排列在容器2的一侧，另外四个真空管排列在另一侧。各个真空管的内管501及其容器2的上端与上联管505连接，下端与下联管506连接。太阳光反射器503安装在真空管的后面。容器2上端的连接管道上设置有进气口12A、内有滤膜的进气过滤器11A及阀门28A（安装方向是从纸面向后下方），下端的连接管道上设置有进气口12B、内有细孔钢丝网的进气过滤器11B及阀门28B（安装方向是从纸面向后下方）。排气口13及阀门18设置在上联管505上。冷凝器和水箱（图5中未画出）安装在容器2的后下方，容器2下部的虚线圆圈是通向冷凝器的管道出口位置。

潮湿天气情况下设备的操作过程如下：夜间吸附水分时打开阀门17、18、28B，关闭其它阀门。外界空气从进气口12B进入，水分被吸湿剂1吸附，干燥空气经排气口13排出。夜间吸附水分时空气流动的推动力是吸附热使空气升温所带来的烟囱效应。早上日出时打开阀门16、17，关闭其它阀门。太阳光照加热真空管内空气，真空管内的热空气向上流动进入上联管505后流入容器2，容器2内的较冷空气向下流动进入下联管506后流入真空管，形成空气的自然对流，将真空管吸收的太阳辐射能量传递给吸湿剂1，使吸湿剂1加热解吸。解吸完成后，如果仍然有太阳光照，进行白天吸附水分操作，打开阀门16、18、28A，关闭其它阀门。内管501内空气被太阳光照加热升温所产生的烟囱效应使得从进气口12A进入的外界空气流经容器2、下联管506、内管501、上联管505后从排气口13排出，外界空气水分被吸湿剂1吸附。傍晚日落后开始夜间吸附水分操作，打开阀门17、18、28B，关闭其它阀门，整个夜晚持续吸附水分。第二天早上日出时又开始上述解吸操作。吸附-解吸操作周期为24小时。

干燥天气情况下设备的操作过程如下：夜间吸附水分时打开阀门17、18、28B，关闭其它阀门。外界空气从进气口12B进入，水分被吸湿剂1吸附，干燥空气经排气口13排出。由于空气含湿量较低，吸附热产生的烟囱效应较弱，因此吸湿剂1难以达到吸附饱和。早上日出时开始白天吸附水分操作，打开阀门16、18、28A，关闭其它阀门。内管501内空气被太阳光照加热升温所产生的烟囱效应使得从进气口12A进入的外界空气流经容器2、下联管506、内管501、上联管505后从排气口13排出，外界空气水分被吸湿剂1吸附，继续上述白天吸附水分操作直至饱和。然后打开阀门16、17，关闭其它阀门，利用太阳光照加热真空管内空气，形成空气的自然对流，使吸湿剂1解吸。吸附-解吸操作周期可以根据实际需要调整。例如，连续吸附两个夜晚和一个白天，再用一个白天来解吸（其中，夜晚吸附是利用吸附热产生的烟囱效应，白天吸附是利用太阳能加热空气产生的烟囱效应，白天解吸是利用太阳能加热气体产生的自然对流循环）。

上述操作中，吸湿剂1的吸水量一般用湿度表或内有变色硅胶的含水量显示仪来指示。这些不用电的常规仪表并没有在图5（及其它附图）中画出，可以按照实际需要来配置。

本实施例中，加热器（真空太阳集热管）是位于装载吸湿剂的容器的外部，热空气是从加热器流到容器，再从容器流到加热器，属于外循环流动方式。前述的实施例2中，加热器是位于装载吸湿剂的容器内部，空气是在容器内部循环流动，属于内循环流动方式。

本实施例也可以类似于实施例1和2那样将吸湿剂装载在透气盒内再放进容器2，解吸后再取出来放在通风处吸附水分。取出吸湿剂吸附水分的方式的优点是可以配用多个透气盒，在吸附-解吸操作周期方面有很大的灵活性。如图5所示的本实施例的设置进排气口吸附水分的方式的优点则是人工成本略低。本发明的所有具体实施方式都可以采用取出吸湿剂吸附水分的方式或者设置进排气口吸附水分的方式。

本实施例采用多个真空太阳集热管并排排列的目的的是增加采光面积。本发明的其它实施例也可以采用多个真空太阳集热管并排排列来增加采光面积。例如，实施例1的容器2可为长方形，透气盒101为与容器2相配合的长方形，若干个全玻璃真空太阳集热管5并排排列，其上端接入容器2。长方形容器2的两个相对的端面可以打开，用于吸湿剂吸附水分时通入环境空气。

本实施例也可以采用其它形式的太阳集热器。例如，图5的四个直流式真空太阳集热管可被一个平板太阳集热器所替代，该平板太阳集热器上端有一个排气口与上联管接通，下端有一个进气口与下联管接通。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例4

本实施例与以上实施例类似，其不同之处在于，太阳能集热器由平板式太阳集热组件构成，所述吸湿单元设置在所述平板式集热器内部并密封从而利用太阳能加热来形成自然对流内循环系统，所述平板集热器与上述实施例的容器的作用相同。如图6和7所示，为本发明的一种采用平板太阳集热器的从环境空气中收集水的设备示意图。平板集热器6前部依次设置有透明盖板601、透明玻璃棉602、太阳能吸收板603及散热肋片604、以及前隔热板605，前隔热板605的上端和下端与平板集热器的壁面607之间有空隙让气体可以流通。透明玻璃棉602可减少平板集热器6前部的散热损失。太阳能吸收板603上有高选择性吸收太阳辐射的膜层，太阳能吸收板603与平板集热器壁面607之间有气密密封，以防止水蒸气进入太阳能吸收板603与透明盖板601之间的空间而降低透明盖板601的透明度。太阳能吸收板603与前隔热板605构成气体向上流动的气流通道，前隔热板605与后隔热板606构成气体向下流动的气流通道。吸湿剂1放置在若干个透气盒101内，透气盒101分层放置在平板集热器6后部的支梁103上。平板集热器壁面607上设置若干个通气孔盖201（图6只画出其中一个）。平板式冷凝器3的下部兼做水箱，后隔热板606中部上有一个小孔让水蒸气可以进入冷凝器3。该设备进行解吸操作时，太阳光透过透明盖板601、透明玻璃棉602照射加热太阳能吸收板603，太阳能吸收板603及散热肋片604加热空气，太阳能吸收板603与前隔热板605之间的热空气向上流动，前隔热板605与后隔热板606之间的较冷空气向下流动，形成空气的自然对流。前隔热板605的作用之一是减少太阳能吸收板603后的高温区向吸湿剂床的直接的热传导，使高温区与吸湿剂床之间有较大的温度差，从而产生较大的气体自然对流的推动力。

该设备可制作成各种规格。中型设备的尺寸如：长2m，宽1m，厚0.2m，吸湿剂装载量35kg。透明盖板宜采用双层玻璃，太阳能吸收板及散热肋片可采用薄钢板。小型便携式设备的尺寸为：长0.5m，宽0.2m，厚0.15m，吸湿剂装载量2kg。采用轻质材料，透明盖板为甲基丙烯酸甲酯板，太阳能吸收板及散热肋片为铝合金板。本实施例采用平板集热器的优点是采光面积相对较大，缺点是平板集热器前部与环境空气接触，对流传导热损失较大。为了增加太阳光入射，还可以在平板集热器前部安装太阳光反射器或采用其它聚光罩设备。

与实施例3的外循环流动方式相比较，本实施例的内循环流动方式的好处是设备结构紧凑，气体循环流动路径较短，流动阻力较小。

如果需要如实施例3所描述的那样利用烟囱效应来进行白天吸附水分操作，则本实施例可以在太阳能吸收板603与前隔热板605之间通道上方的平板集热器壁面增设排气阀，并在前隔热板605的上端与平板集热器壁面607之间空隙处增设阀门（蝶阀或闸阀）。

本实施例未提及的部分与实施例3类似，此处不再赘述。

实施例5

本实施例与实施例4类似，其不同之处在于，太阳能集热器由温室构成，所述温室与所述平板式太阳集热器的作用相同。如图8所示的采用温室的从环境空气中收集水的设备可用于装载大量吸湿剂的场合。温室6的南墙有透明盖板601，采光面积20m²，吸湿剂1的装载量达400kg，分层散放在孔板101上。其余部分与实施例4类似，工作原理与实施例4相同，不再赘述。

实施例6

以上的实施例1至5都利用太阳能加热，并且属于自然对流方式，无需用电，适合于没有电力供应的场合。在有电力供应的条件下（包括电网供电、常规燃料发电机供电、新能源和可再生能源如太阳能、风能、海洋能发电设备供电等），则可应用电动风机驱动的强迫对流方式（有自然能动力装置时，可应用自然能风机驱动的强迫对流方式）。即可以在上述实施例的基础上增设风机，并且让风机分别接通吸湿单元与加热器并促使吸湿单元与加热器之间形成循环气流。例如，实施例5（图8）的前隔热板605下方增设若干个循环风机，则成为强迫对流内循环方式。实施例3（图5）在容器2和上联管505之间增设一个双向轴流风机（并且取消阀门17、28A、过滤器11A和进气口12A），解吸操作时气流方向是从上联管505流到容器2，吸附操作时气流方向是从容器2到排气口13，则成为强迫对流外循环方式。

一种强迫对流外循环方式的采用真空太阳集热器阵列的从环境空气中收集水的设备如图9所示。符合国标《玻璃-金属封接式热管真空太阳集热管》（GB/T 19775-2005）的真空管5每八个为一组，每个真空管的热管放热段接入上联管505，每八组的上联管505串联连接，再与另外的八组真空管的上联管505并联连接，构成真空太阳集热器阵列，总采光面积25.6m²。吸湿剂1装载量500kg。辅助加热器10用于阴天时辅助加热。

采用全封闭方法时该设备操作过程如下：在早上日出时打开阀门20、23、25，关闭阀门19、21、22、24，运行风机9，设备内空气由太阳集热器阵列加热，热空气进入容器2使吸湿剂1解吸，热空气中的水蒸气浓度增加。当水蒸气浓度增加至60g/kg-干空气或以上时，调节阀门21、22、23，使循环气体总流量的约10%至30%流经冷凝器3，冷凝水由排放口301排出。继续上述解吸操作直至无冷凝水排出。傍晚日落时打开阀门19、23、24，关闭阀门20、21、22、25，运行风机9，整个夜晚外界潮湿空气从进气口12进入，水分被吸湿剂1吸附，干燥空气经排气口13排出。吸附-解吸操作周期为24小时。

       在上述全封闭的解吸操作模式下，没有向外界排放任何气体。循环流动的气体始终是以设备内部原先存在的空气为主。循环流动的空气是一种传热介质，将太阳集热器阵列收集的太阳辐射能量传递到吸湿剂；循环流动的空气同时也是一种载体，将吸湿剂解吸产生的水蒸气输送到冷凝器。

       本实施例中冷凝器的设置方式与现有技术有较大区别。现有技术是将冷凝器设置在排气管道上，全部气体都流经冷凝器（就是将图9的冷凝器3设置在阀门23的位置，没有阀门23，没有阀门21、22及所在的分支管道）。而本实施例是循环流动的气体的10%至30%流经冷凝器3。以下说明本实施例的冷凝器设置方式的有益效果。

       循环流动的气体包含热空气与水蒸气。使用冷凝器来冷凝循环气体的目的是冷凝水蒸气，但热空气也同时被冷却降温，热空气的热量被损失掉。因此，进入冷凝器的气体流量越小，则热损失越小；进入冷凝器的气体所含水蒸气浓度越高，则热损失越小。举例来说，气体被太阳集热器阵列加热至约150℃温度后进入容器2，将显热提供给吸湿剂1后降温至约80℃再从容器2排出，提供给吸湿剂1的显热约为70 kJ/kg-干空气。水分的解吸热为2500 kJ/kg-水。因此，热空气每次流经吸湿剂1时每公斤热空气提供给吸湿剂1的显热只足以脱附28g的水分。历经6次循环后，循环流动的气体中积累的水蒸气浓度将达168 g/kg-干空气（需要注意的是，150℃时含湿量168 g/kg-干空气的相对湿度为21%RH，其对于吸湿剂解吸的影响很小，因为在150℃时吸湿剂内部的水蒸气分压远高于循环流动气体的水蒸气分压）。上述参数状态下，让循环流动气体的约16.7%流经冷凝器3，则在冷凝器3冷凝排出的水的重量与吸湿剂1解吸产生的水蒸气重量相等，达到了平衡状态。让循环流动气体的16.7%流经冷凝器的热损失远小于现有技术循环流动气体的100%都流经冷凝器的热损失。

       简而言之，本发明的冷凝器设置方式使含有低浓度水蒸气的热空气不进入冷凝器，使含有高浓度水蒸气的热空气的小部分进入冷凝器（其余大部分作为传热介质在吸湿剂与加热器之间循环流动），从而大幅度地减少了热空气进入冷凝器所带来的热损失。前述的实施例1至5、及其以下的实施例7的冷凝器设置方式都具有类似的减少热损失的效果。例如，参见图6，太阳能加热升温时，仅有少量热空气进入冷凝器3，绝大部分热空气在太阳能吸收板603与吸湿剂1之间循环流动时并不流经冷凝器3。只有当热空气含有较多水蒸气使其压力增大时，水蒸气才进入冷凝器3。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例7

       在太阳能资源丰富的地区（如中国的西部），太阳灶有一定程度的普及。本发明的一种采用太阳灶的从环境空气中收集水的设备如图10所示。需要注意的是，本实施例的技术方案与上述实施例的区别在于，利用现有技术的太阳灶取代上述实施例的真空太阳集热管，吸湿剂置于容器内，所述容器接通冷凝器，所述容器通过吸收外界热量促使容器内腔与吸湿剂之间形成循环气流，从而将外界热量传递给吸湿剂。由于需要接受太阳辐射，所述容器的各壁面都没有保温层。具体地，如图10所示，太阳灶的锅圈702上放置有容器2，容器2的背向太阳辐射8的一边设置有平板式冷凝器3（兼作水箱），冷凝器3还设有排水阀和水位表（图中未画出），容器2内的气体可通过其壁面的小孔通入冷凝器3，容器2的底部具有圆柱状凹口202。

       每个容器2配有若干个透气盒101，内有吸湿剂1的透气盒101平时放在室外通风处来吸附空气的水分。解吸操作时，将内有吸湿剂1的透气盒101放入容器2并旋紧上盖201，将容器2置于锅圈702上。调整太阳灶使聚光罩701将太阳辐射8聚焦至容器2底部的凹口202。凹口202的底部和壁面吸收太阳辐射被加热，容器2内气体受热发生自然对流，将热量传递给吸湿剂1。吸湿剂1解吸产生水蒸气使容器2内压力升高。水蒸气进入冷凝器3被冷凝为液体水。

    本实施例也可以采用底部受热面为平底的容器2，但平底容器的光反射和对流传热损失较大（因为太阳灶是露天设置的，室外气温低，风速大，导致与外界冷空气直接接触的容器2外表面散热损失大）。图10中容器2底部凹口202的作用是减少光反射和对流传热损失。还可以通过以下方式进一步减少光反射和/或对流传热损失：（1）在凹口202的开口处增设一块平板，该平板的中心有一个孔（直径相当于聚光罩701将太阳辐射8聚焦至容器2底部的光斑直径），并使聚焦的光斑通过这个孔进入凹口202，则可发生黑洞效应，聚焦的光斑能量全部被容器2吸收。（2）在凹口202的开口处增设一块透明板，所述透明板上有Φ1~2mm泄气孔，用于维持透明板内外侧压力均衡。解吸操作时使太阳灶聚焦的光斑通过这块透明板进入凹口202，可大幅减少对流传热损失。（3）可用于平底容器或底部具有凹口的容器的一种改进方式是增设一个与该容器的外形相配合的透明外套。例如，容器2为圆柱状时，透明外套为上部开口、壁面和底部为透明材料的圆柱筒，容器2可从上部开口放入透明外套的内部。所述透明外套的作用是减少容器2的外壁面的散热损失。

上述解吸操作除了使用太阳灶外，亦可以使用其它任何形式的加热设备或外界热源。例如，在野外使用该设备时，晴天时可用太阳灶加热容器2，阴天时可收集生物质燃料烧火来加热容器2。

本实施例的优点是产水率较高、结构简单、成本低廉、无需用电、便于携带、可灵活使用任何方便的加热器或外界热源来加热解吸、吸附-解吸操作周期有很大的灵活性。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

太阳能是清洁能源，使用太阳能既不消耗矿物燃料，又不排放污染物。因此，本发明的实施例1至7给出的从环境空气中收集水的设备涉及用太阳能集热器来加热吸湿剂。需要说明的是，本发明并不局限于使用太阳能集热器。本质上，太阳能集热器是将太阳辐射能量转化为热能，主要通过太阳能吸收板的发热来提供热量。对于本领域的普通技术人员来说，显而易见的是可以利用任何形式的加热设备或外界热源以本发明所描述的设备和/或方式来进行吸湿剂的加热解吸。例如，电加热器、换热器（加热介质可为高温水蒸气、烟气、导热油、发动机尾气、工业余热等）、燃用气体、液体或固体燃料的加热器、利用新能源或可再生能源的加热器、红外、射频加热器等。例如，图9中的太阳集热器阵列可被其它形式的加热器替代；当利用连续排出的工业余热作为解吸热源时，可将数个吸湿单元并联连接并将各吸湿单元按循环回路的方式与解吸热源连接，交替地进行各吸湿单元的吸湿和解吸操作，即构成连续从环境空气中收集水的设备；或者使用旋转床设备如吸湿转轮也可以进行连续的空气取水操作。本发明可应用于固定床、移动床、旋转床等各种形式的吸湿单元设备。

本发明的各种实施方案中可以配置温度、湿度、压力、水位、太阳光照传感器、PLC、电磁阀、安全阀等来构成自动化操作系统是显而宜见的。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种从环境空气中收集水的设备，其特征在于，包括吸湿单元、加热器、冷凝器，所述冷凝器设有冷凝水排放口，所述吸湿单元分别接通所述加热器和所述冷凝器，并且布置为所述加热器的发热能促使所述吸湿单元与所述加热器的发热面之间的气体在所述吸湿单元与所述加热器的发热面之间循环流动，以使所述加热器能通过循环气流向所述吸湿单元供热。

2.根据权利要求1所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，所述加热器为太阳能集热器。

3.根据权利要求2所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，所述吸湿单元包括容器和置于所述容器内的吸湿剂，所述容器分别接通所述太阳能集热器和所述冷凝器。

4.根据权利要求3所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，还包括透气盒，所述吸湿剂置于所述透气盒内，所述透气盒置于所述容器内。

5.根据权利要求3或4任一项所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，所述太阳能集热器为若干个真空太阳集热管，所述容器连接所述若干个真空太阳集热管。

6.根据权利要求4所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，所述太阳能集热器为真空太阳集热管，所述容器为所述真空太阳集热管的内管，所述透气盒为圆柱状，所述透气盒置于所述真空太阳集热管的内管的内部，所述透气盒与所述真空太阳集热管的内管的内壁面之间有空隙。

7.根据权利要求3或4任一项所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，所述容器的上端和下端分别与所述太阳能集热器的上端和下端连通。

8.根据权利要求7所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，从所述容器的上端至所述太阳能集热器的上端的连接管道上依次设置有进气口、阀门、排气口，从所述容器的下端至所述太阳能集热器的下端的连接管道上依次设置有进气口、阀门，所述进气口和所述排气口上还设有阀门。

9.根据权利要求8所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，所述太阳能集热器为若干个真空太阳集热管或者若干个平板式太阳集热器，所述若干个真空太阳集热管相互并联接通，所述若干个平板式太阳集热器相互并联接通。

10.根据权利要求3或4任一项所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，所述太阳能集热器为平板式太阳集热器或者温室，所述容器为所述平板式太阳集热器或者温室，所述平板式太阳集热器或者温室具有透明盖板和太阳能吸收板，所述吸湿剂放置在所述平板式太阳集热器或者温室的内部，所述吸湿剂与所述太阳能吸收板之间有空隙，还包括隔热板，所述隔热板位于所述吸湿剂与所述太阳能吸收板之间，所述隔热板与所述太阳能吸收板之间有空隙，所述隔热板的上端和下端与所述平板式太阳集热器或者温室的内壁面之间也有空隙。

11.一种从环境空气中收集水的设备，其特征在于，包括吸湿单元、加热器、风机、冷凝器，所述冷凝器设有冷凝水排放口，所述吸湿单元分别接通所述加热器和所述冷凝器，所述风机分别接通所述吸湿单元和所述加热器并能促使气体在所述吸湿单元与所述加热器的发热面之间循环流动，以使所述加热器能通过循环气流向所述吸湿单元供热。

12.根据权利要求11所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，所述加热器为太阳能集热器或太阳能集热器阵列，所述吸湿单元包括容器和置于所述容器内的吸湿剂，所述容器分别接通所述太阳能集热器和所述冷凝器，所述风机的排气口通过管道连接所述太阳能集热器或太阳能集热器阵列的进气端，所述太阳能集热器或太阳能集热器阵列的排气端通过管道连接所述容器的进风端，所述容器的排风端通过管道连接所述风机的进气口，所述冷凝器通过管道并联接通在所述吸湿单元与所述风机之间的管道上以构成冷凝支路，所述冷凝支路上设有阀门以限制从所述吸湿单元进入所述冷凝器的气体流量。

13.一种从环境空气中收集水的设备，其特征在于，包括吸湿剂、容器、冷凝器，所述冷凝器设有冷凝水排放口，所述吸湿剂置于所述容器内，所述容器接通所述冷凝器，所述容器通过吸收外界热量能促使容器内的气体在容器受热面与所述吸湿剂之间形成循环气流，以使外界热量由循环气流传递给所述吸湿剂。

14.根据权利要求13所述的从环境空气中收集水的设备，其特征在于，还包括透气盒，所述吸湿剂置于所述透气盒内，所述透气盒置于所述容器内，还包括太阳灶，所述太阳灶用于加热所述容器，还包括以下至少一种：（1）所述容器的受热面具有凹口；（2）所述容器的受热面的凹口的开口处有平板，所述平板有孔，所述孔的直径相当于所述太阳灶的聚光罩将太阳辐射聚焦至所述容器的底部的光斑直径；（3）所述容器的受热面的凹口的开口处有透明板，所述透明板有泄气孔；（4）还包括与所述容器的外形相配合的透明外套。