CN105042917A - 增压空气制水机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增压空气制水机系统，包括压缩机、节能器、一级换热器、二级换热器、冷凝器、水分离器、膨胀机、驱动机，其中，压缩机的输入端为进气端，输出端与节能器的热边、一级换热器的热边、二级换热器的热边、冷凝器、水分离器的输入端依次连接，水分离器的输出端与节能器的冷边、膨胀机、冷凝器、二级换热器的冷边依次连接，构成循环通路；驱动机分别连接压缩机、膨胀机，用于驱动压缩机、膨胀机。其中，压缩机、驱动机、膨胀机为共轴系统。本发明通过增压制水、能量回收，可大幅度降低制水能耗。

Description

增压空气制水机系统

技术领域

本发明涉及一种增压空气制水机系统，属大气水循环控制技术领域。

背景技术

地球上的水圈是一个永不停息的动态系统。在太阳辐射和地球引力的推动下，水在水圈内各组成部分之间不停的运动着，构成全球范围的海陆间循环（大循环），并把各种水体连接起来，使得各种水体能够长期存在。海洋和陆地之间的水交换是这个循环的主线，意义最重大。在太阳能的作用下，海洋表面的水蒸发到大气中形成水汽，水汽随大气环流运动，一部分进入陆地上空，在一定条件下形成雨雪等降水；大气降水到达地面后转化为地下水、土壤水和地表径流，地下径流和地表径流最终又回到海洋，由此形成淡水的动态循环。这部分水容易被人类社会所利用，具有经济价值，即水资源。

水循环系统是多环节的庞大动态系统，自然界中的水是通过多种路线实现其循环和相变的。

水循环分为海陆间循环（大循环）以及陆上内循环和海上内循环（小循环）。从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。环境中水的循环是大、小循环交织在一起的，并在全球范围内和在地球上各个地区内不停地进行着。

由于水的循环中大、小循环的不均匀性与随机性，对人类社会而言，产生了极其重要的影响，地球很多地方积涝成灾。但更多的地方干旱少雨，严重影响人类生产生活的诸多方面。

利用人工方法干预大气水的循环相变，尤其是小环境范围的微气候水相变控制，从而空气中取水，为人类服务，是一直受人关注的科学技术之一。

人工方法改变空气中水的成分，即空气制水，一般通过蒸发循环制冷技术将空气温度降到当前状态的露点之下，结露取水，模拟自然气候运作过程。该技术比较成熟，且已形成产品以供使用。鉴于其较低的制水效率，耗能极高，除少数场合外，很难推广。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种增压空气制水机系统，通过增压制水，能量回收，可大幅度降低制水能耗。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种增压空气制水机系统，包括压缩机、节能器、一级换热器、二级换热器、冷凝器、水分离器、膨胀机、驱动机，其中，压缩机的输入端为进气端，输出端与节能器的热边、一级换热器的热边、二级换热器的热边、冷凝器、水分离器的输入端依次连接，水分离器的输出端与节能器的冷边、膨胀机、冷凝器、二级换热器的冷边依次连接，构成循环通路；驱动机分别连接压缩机、膨胀机，用于驱动压缩机、膨胀机。

作为本发明的进一步优化方案，压缩机、驱动机、膨胀机为共轴系统。

作为本发明的进一步优化方案，还包括风机，用于驱动冷却空气进入一级换热器。

作为本发明的进一步优化方案，驱动机为电机、风力机或内燃机。

作为本发明的进一步优化方案，压缩机为容积式压缩机或速度型压缩机。

作为本发明的进一步优化方案，膨胀机为容积式膨胀机或透平膨胀机。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

现有技术通过未经压缩的空气冷却至露点以下来制水，由于需要同时降低空气与水蒸气温度至露点以下，需要很大的制冷量，即需要输入较大的制冷功率，且无法回收膨胀功；本发明通过压缩机提高了压力，大幅度提高了空气的露点温度，使得在高于环境温度的条件下即可相变制水，同时回收了大部分压缩功，作为开式空气循环的系统，无需制冷剂，制水效率大幅度提升，克服了上述缺点，结构简单而高效。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中，1-进气；2-压缩机；3-一级换热器；4-风机；5-冷却空气；6-排气；7-二级换热器；8-水分离器；9-供水；10-冷凝器；11-膨胀机；12-驱动机；13-节能器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明提供一种增压空气制水机系统，如图1所示，包括压缩机、节能器、一级换热器、二级换热器、冷凝器、水分离器、膨胀机、驱动机，其中，压缩机的输入端为进气端，输出端与节能器的热边、一级换热器的热边、二级换热器的热边、冷凝器、水分离器的输入端依次连接，水分离器的输出端与节能器的冷边、膨胀机、冷凝器、二级换热器的冷边依次连接，构成循环通路；驱动机分别连接压缩机、膨胀机，用于驱动压缩机、膨胀机。

其中，压缩机、驱动机、膨胀机为共轴系统。由于膨胀机膨胀做功，相当于回收了大部分压缩功，压缩空气所需净功为压缩功与膨胀功之差很小，大幅度降低了制水机之能耗。

本发明系统的工作过程如下：

环境空气作为进气经压缩机压缩后升温升压，经过节能器热边降温，与一级换热器热边热交换后冷却，再经过二级换热器热边进一步冷却，而后与冷凝器的冷边热交换降温至压力露点，同时释放出起水蒸气汽化潜热凝结为液态水，含有游离液态水的气水混合物进入水分离器进行分水处理后，干燥、饱和的高压空气进入节能器冷边吸收热边的热量温度升高，冷边出口进入膨胀机膨胀做功、温度下降，膨胀机出口的低温低压空气经冷凝器的冷边，在冷却了热边高压空气后，温度有一定升高，作为排气经二级换热器冷边出口排出。在某些工况条件下，进气流经一级换热器、二级换热器、冷凝器均有可能凝结出水。

其中，冷凝器、水分离器将空气中液态水分离后，其产出即为供水，为制水机的制水量。

本发明中，驱动机可以是电机、内燃机等动力机械。压缩机可以是容积式压缩机如活塞式压缩机、回转式压缩机等；也可以是速度型压缩机如离心式压缩机、轴流式压缩机等。膨胀机可以是容积式膨胀机如活塞式膨胀机、回转式膨胀机等；也可以是透平膨胀机如离心式涡轮、向心式涡轮等。

由于空气进入节能器冷边提高了温度，膨胀机膨胀功与进口温度成正比，且温差也随之增大，故在增大回收功的同时，对涡轮出口温度影响很小，故称之为节能器。

本发明增压空气制水机系统还包括风机，用于驱动冷却空气进入一级换热器。冷却空气由风机驱动进入一级换热器冷边，对进气进行初步冷却。这里，冷却空气还可以是其他可以采用的冷源，如海水等；风机可以与驱动机共轴，由其直接驱动。

现有系统通过未经压缩的空气冷却至露点以下来制水，由于需要同时降低空气与水蒸气温度至露点以下，需要很大的制冷量，即需要输入较大的制冷功率，且无法回收膨胀功；新系统通过压缩机提高了压力，大幅度提高了空气的露点温度，使得在高于环境温度的条件下即可相变制水，同时回收了大部分压缩功，作为开式空气循环的系统，无需制冷剂，制水效率大幅度提升，克服了上述缺点，结构简单而高效。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.增压空气制水机系统，其特征在于，包括压缩机、节能器、一级换热器、二级换热器、冷凝器、水分离器、膨胀机、驱动机，其中，压缩机的输入端为进气端，输出端与节能器的热边、一级换热器的热边、二级换热器的热边、冷凝器、水分离器的输入端依次连接，水分离器的输出端与节能器的冷边、膨胀机、冷凝器、二级换热器的冷边依次连接，构成循环通路；驱动机分别连接压缩机、膨胀机，用于驱动压缩机、膨胀机。

2.根据权利要求1所述的增压空气制水机系统，其特征在于，压缩机、驱动机、膨胀机为共轴系统。

3.根据权利要求1所述的增压空气制水机系统，其特征在于，还包括风机，用于驱动冷却空气进入一级换热器。

4.根据权利要求1所述的增压空气制水机系统，其特征在于，驱动机为电机、风力机或内燃机。

5.根据权利要求1所述的增压空气制水机系统，其特征在于，压缩机为容积式压缩机或速度型压缩机。

6.根据权利要求1所述的增压空气制水机系统，其特征在于，膨胀机为容积式膨胀机或透平膨胀机。