CN107882109A - 一种空气制凝结水生成饮用水的制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气制凝结水生成饮用水制备装置，包括凝结水发生器（1）、与所述凝结水发生器（1）连接的过滤池（2）、与所述过滤池（2）连接的净水过滤器（4）、与所述净水过滤器（4）连接的消毒装置（5）；其中，所述凝结水发生器（1）采用热传导率高的网面作为凝结水的发生面。采用本发明的空气制凝结水生成饮用水制备装置，能够持续生产低成本的洁净淡水。

Description

一种空气制凝结水生成饮用水的制备装置及制备方法

技术领域：

本发明涉及一种将空气制成的凝结水生成饮用水的制备装置和制备方法。

背景技术：

水是地球生物赖以生存的最重要物质，饮水是人们每天必不可少的一件事情，要维持人体的健康，每人每天需要20L的洁净的饮用水。

全世界淡水资源仅占总水量的2.5%，而且70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上高山冰川和永冻积雪，人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，不足地球总水量的1%，总体淡水不足，导致全世界10亿多人约1/6的人口缺水。

我国是世界淡水资源较为丰沛的国家，总量仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位，但是，人均淡水资源却仅为世界人均的1/4，成为世界13个缺水严重的国家之一，淡水正逐步演变成一种稀缺的战略资源。要实现可持续发展，解决淡水资源短缺问题刻不容缓，这就迫使我们不得不去寻求一种新的发展模式去解决水资源短缺的问题，特别是满足沙漠、戈壁以及远离大陆的岛礁可持续发展，对淡水的巨大需求。

目前，除了加强对现有江河湖泊和地下水资源的保护，节约用水、循环用水外，通过海水淡化、空气取水等途径，开发新的淡水资源，解决沙漠、戈壁、海洋岛礁等的淡水供应成为各国重点发展的方向，采用海水淡化，是解决淡水资源问题的主要方向，但目前海水淡化综合成本价格约5元/吨左右，成本较高，所产淡水矿物质、氯离子、透明度、浊度等水质指标以及口感均不够理想，不宜长期饮用。采集雨水收集淡水，成本较为低廉，但是，受自然环境制约，降雨不足和降雨时空分布不均都可导致供水不足，如热带海洋岛礁年降雨量较为丰沛，但雨季和旱季分明，每年有连续5个月的旱季，无法收集足够的雨水；而且，雨季往往伴随着台风，夹杂着海水泡沫，与陆地雨水比较盐分含量偏高，且易遭受收集场地的海鸟粪便等的污染，所集雨水贮藏期较长，水质也不甚理想。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能够持续生产低成本的洁净淡水的空气制凝结水生成饮用水的制备装置及制备方法。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：一种凝结水生成饮用水制备装置，其特征在于：包括凝结水发生器、与所述凝结水发生器连接的过滤池、与所述过滤池连接的净水过滤器、与所述净水过滤器连接的消毒装置；其中，所述凝结水发生器采用热传导率高的网面作为凝结水的发生面。采用上述装置，采用热传导率高的网面作为空气制凝结水的凝结水发生器的发生面，能够将空气中的水蒸汽在夜间的时候生成凝结水，且能够持续不断地生成凝结水，并进而生成饮用水，使得饮用水也能够持续不断地生成，而且生成的饮用水质量好，适于人们长期饮用，且成本低。

为了进一步增加凝结水的功用，在所述过滤池与所述净水过滤器之间还设置有蓄水装置。

为了进一步便于人们饮用，所述消毒装置还与灌装设备相连。

为了进一步方便、大量且持续地生成凝结水，所述凝结水发生器的发生面为热传导率高的农业用防护网，在所述防护网上安装有冷凝管单元，在所述防护网的底部安装有集水装置。

优选地，所述防护网为金属网。金属具有高的热传导率，更重要的是金属的强度大、抗风能力强低。

优选地，所述冷凝管单元由横向或纵向并列排布的冷凝管构成。这样的设置结构简单，抗风能力好。

优选地，所述冷凝管单元的冷凝管横向或纵向的呈波浪形排列构成。采用这样设置的冷凝管单元散热效果更好。

为了进一步提高生产凝结水的效率，安装在所述防护网上的冷凝管单元为多个。优选地，所述冷凝管单元均布在所述防护网上。这样的设置能够提高凝结水的生成效率。

为了进一步提高冷凝效果，所述冷凝管单元的冷凝水由下至上流动。

为了保证各区域降温和凝结水的效率相同，在所述冷凝管单元的入水口处设置有压力调节阀。

为了进一步提高防护网的多功能性，所述防护网的密度为10-50目。

为了进一步提高凝结水发生器收集的效率，在所述防护网内设置有制冷系统。

一种凝结水生成饮用水的制备方法，采用上述凝结水生成饮用水制备装置生成，其工艺流程为：

步骤一：初步过滤，将凝结水发生器生成的凝结水通过过滤池过滤出凝结水 中的大颗粒物质；

步骤二：进一步过滤，将步骤一中的凝结水经净水过滤器去除凝结水中的小颗粒杂质和氨氮化物；

步骤三：消毒，将步骤二中的凝结水经消毒装置消毒后生成饮用水。

更进一步地，将凝结水初步过滤后放入蓄水装置中，所述蓄水装置中的凝结水分为两路，一路为进一步过滤，另一路为生产用水。

更进一步地，将消毒后的饮用水通过灌装设备进行灌装。

采用本发明的空气制凝结水生成饮用水制备装置及制备方法，能够带来的有益效果有：

1.可以开展低成本、大规模、连续空气制冷凝水及饮用水，生成的凝结水也可当做生产生活用水。采用本发明的凝结水发生器生成的凝结水成本为低于0.62元/吨，也就是说在本发明中将空气制成饮用水其运行成本低于0.62元/吨。

2.采用凝结水生成的饮用水，水质好，尤其是采用空气制成的凝结水，生成的饮用水水质更佳，更适于人们饮用，保证人体身体健康。其中，与雨水比较，同区域空气冷凝水中的化学物质的浓度比较低，大部分阴阳离子的含量比雨水低1个数量级。若是在海洋岛礁，因为大多远离大陆，没有工业污染，空气质量极好，生产的凝结水不受时间季节限制，连续生产储藏期短，也没有大风降雨时海水飞沫的污染，总体水质数量级提高。

3.本发明的凝结水发生器还具有多功能性，作为凝结水发生器的农业用防护网，作为农作物的防护网不仅能够为种植物防虫防鸟害，保护了种植物。

4.本发明的凝结水发生器还可降低防护网内的空气湿度，改善种植物生长条件，提高种植物抗病力促长能力。

5.能够使得防护网更加坚固，提高抵御强风冲击的能力。

6.节省能源与设备成本。

附图说明：

图1为本发明实施例1中饮用水制备的流程框图；

图2为本发明实施例2中饮用水制备的流程框图；

图3为本发明实施例3中空气制凝结水生成饮用水制备装置结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例一：如图1所示，空气制水，是生产洁净淡水的又一重要途径。据介绍，大气中水汽的含量占全球淡水总量的0.035%，约12.4万立方千米，且主要集中在大气的底层，以夏季和低纬度地区为最多，湿润的赤道附近，空气中的水汽含量可达4-5%，可以利用热带亚热带地区高温高湿环境，特别是沿海干旱地区和岛礁的湿度很大，空气含水量丰富，补充及时，采用本发明的空气制凝结水生成饮用水的制备装置来生产饮用水，可以说是用之不尽、取之不竭，可满足岛礁、沙漠、戈壁人员洁净饮用水的供应，也可用于生产生活用水。

以热带海洋岛礁为例，具体方案如下：

一种凝结水生成饮用水制备装置，包括凝结水发生器1、与所述凝结水发生器1连接的过滤池2、与所述过滤池2连接的净水过滤器4、与所述净水过滤器4连接的消毒装置5；其中，所述凝结水发生器1采用热传导率高的网面作为凝结水的发生面。另外，所述凝结水发生器1、过滤池2、净水过滤器4和消毒装置5之间可以是通过管道连接，也可以是通过任何一种能够无泄漏地转移流体的方式连接。

采用上述制备装置制备饮用水的方法为：

步骤一：初步过滤，将采用凝结水发生器1生成的凝结水通过过滤池2过滤掉凝结水中的大颗粒杂质；

步骤二：进一步过滤，将步骤一中得到的凝结水通过净水过滤器4去除里面的小颗粒杂质和氨氮化物；

步骤三：消毒，将步骤二种得到的凝结水经过消毒装置5消毒后得到饮用水。

其中，所述凝结水发生器1采用热传导率高的网面作为凝结水的发生面，在夜间的时候，可根据要生产的饮用水的量来设计网面的面积，在热带海洋岛礁，其年均湿度为80%左右且白天温度高，到夜间的时候，温度降低，由于网面的热传导率高，在夜间的时候其温度也会更快地下降到比周围空气更低的温度，而含有水分的高湿度空气在与温度更低的网面接触的时候会在网面上结露凝结成水珠，收集网面上的水珠即为凝结水。而初步过滤中采用的过滤池可为现有的能过滤掉枝叶、沙粒、枯草等大颗粒杂质的滤网过滤池，在进一步过滤中采用的净水过滤器为现有的“过滤网+活性炭”过滤器，能够过滤小颗粒杂质和吸附氨氮化物，在消毒步骤中采用的消毒装置主要为现有的紫外线杀菌器和/或臭氧杀菌器，也可用液氯或漂白粉类杀菌。

所以，采用上述凝结水发生器1，其中凝结水发生面的面积为660㎡，一天能够收集到的凝结水为20吨，进而一天能够生产的饮用水为20吨，而本实施例中除设备成本外，饮用水生产的运行成本为零，因为本实施例的饮用水制造过程仅仅只有设备运行的成本，而本实施例中的设备是建造在岛礁地区，运行设备的能源可通夜间削峰填谷电力或波浪能，所以并无能源消耗。

另外，采用上述方法制备的饮用水水质好，其阴阳离子与雨水具有相关性，且大多阴阳离子的含量比雨水低1个数量级以上。并且能够持续不断地生成凝结水，并进而生成饮用水，使得饮用水也能够持续不断地生成。

实施例二：如图2所示，本实施例是在实施例一的基础上所做的改进，本实施例中，所述凝结水生成饮用水制备装置还包括蓄水装置3与灌装设备6，所述蓄水装置3设置在在所述过滤池2与所述净水过滤器4之间，并且所述消毒装置5还与灌装设备6相连。其中，所述连接可以为通过管道连接，也可以是通过任何一种能够无泄漏地转移流体的方式连接。所述蓄水装置3可以为蓄水槽、蓄水池或者蓄水罐等装置。

采用本实施例的凝结水生成饮用水的制备装置的制备方法为：

步骤一：初步过滤，将采用凝结水发生器1生成的凝结水通过过滤池2过滤掉凝结水中的大颗粒杂质，并将过滤后的凝结水储存到蓄水装置3中；

步骤二：进一步过滤，将蓄水装置3的凝结水通过净水过滤器4去除里面的小颗粒杂质和氨氮化物；

步骤三：消毒，将步骤二种得到的凝结水经过消毒装置5消毒后得到饮用水；

步骤四：灌装，将步骤三中获得的饮用水经过灌装设备6进行灌装。

采用上述的设备在制备饮用水的过程中，蓄水装置3作为初步过滤和进一步过滤的一个中转站，在这个过程中，可以将初步过滤完后的凝结水用作其他用途，比如说生产用水、农业用水等。且将经过消毒后可以直接饮用的饮用水用灌装设备6灌装在瓶中或者其他容器中，更加方便人们的饮用。

在本实施例中，所述凝结水发生器1的凝结水发生面为设置在所述农作物生产基地外围的热传导率高的防护网11。这样一来，原本大气湿度为80%，而设置在防护网11内的农作物在白天会发生蒸腾作用，使得防护网内11的大气湿度显著上升，常常达到100%，而湿度的上升则会提高凝结水的生产效率。其中，所述防护网11可选择由热传导率高的金属材料制成、比如铜、铝、铁等金属及其合金材料。当然也可以采用其他非金属但是热传导率高的材料。

本实施例以南海地区为例，该地区四季皆夏，常年均温28℃，饱和空气含水量为27.0g/m³，按年均湿度80%计算，平均空气含水量也达21.6g/m³，南海昼夜温差一般为8-10℃，按8℃计算，即夜间温度为20℃时100%饱和湿度的空气含水量为17.2g/m³，就此多出4.4g/m³水，结露于低于露点温度的凝结水发生器上，按2 m/s（米/秒）即1-2级微风测算，夜间10小时通过1m²凝结水发生器的空气交换量为72000m³，有316.8kg/m²水蒸气从空气中凝结成液态水，主要结露在低于露点温度的凝结水发生器上。

采用本实施例中所述的空气制凝结水生成饮用水制备装置：农作物生产基地的占地面积为3000㎡，防护网的整体面积为660㎡，其中最小迎风面为150㎡，日间温度为28℃，昼夜温差为8℃，夜间温度为20℃，1-2级微风，风向为最小迎风面时计算，每天夜间能够实现空气交换量72000m³/㎡，有316.8kg/m²水蒸气从空气中凝结成液态水，累计空气交换量为10800000 m³，形成的凝结露水为47.52吨，收集率按50%计算，一天能够收集到的凝结水为24吨，进而一天能够生产的饮用水为24吨，而每一吨饮用水的运行费基本为零。

实施例三：如图3所示，本实施例是对实施例二中的凝结水发生器的进一步改进。

本实施例中在所述农业用防护网11上还设置有冷凝管单元12，用于快速降低金属防护网的温度，使得具有高湿度的热空气能够在金属防护网表面凝结成水。还可在所述防护网11内设置有制冷系统，在夜间金属防护网自然降温的基础上，根据温差启动制冷系统，合理利用削峰填谷电力，消纳夜间弃用的风能、波浪能等可再生电力，使金属防护网快速冷却，保持在0-10℃之间，提高凝结水生产效率。

利用夜间削峰填谷电力启动制冷系统和/或波浪能抽提深海低温冷水等冷媒将凝结水发生器降至10℃左右，即夜间温度为10℃时100%饱和湿度的空气含水量为9.4g/m³，就此多出12.2g/m³水，结露于低于露点温度的凝结水发生器上，按2 m/s（米/秒）即1-2级微风测算，夜间10小时通过1m²凝结水发生器的空气交换量为72000m³，有878.4kg/m²水蒸气从空气中凝结成液态水，主要结露在低于露点温度的凝结水发生面上，制取空气凝结水的效率更高，而且成本也不会显著增加，如果用波浪能抽提深海低温冷水取代冷媒，空气凝结取水的运行成本也基本为零。

在本实施例中，农作物生产基地的占地面积为3000㎡，防护网的整体面积为660㎡，其中最小迎风面为150㎡，日间温度为28℃，夜间为10℃，1-2级微风，风向为最小迎风面时计算，每天夜间能够实现空气交换量72000m³/㎡，有878.4kg/m²水蒸气从空气中凝结成液态水，累计空气交换量为10800000 m³，可形成的凝结水为131.76吨，收集率按50%计算，一天能够收集到的凝结水为65吨，一天能够生产的饮用水为65吨，而每一吨饮用水的成本根据制冷方式的不同，每吨的运行费为0-6.2元。

其中，所述冷凝管单元12的冷凝管横向排列或纵向排列，所述冷凝管可以为横向的并列排列、横向的波浪状排列、横向的折线形排列，也可以为纵向的并列排列、纵向的波浪形排列或纵向的折线形排列。但是考虑到制造成本和冷却效率，本实施例中采用横向并列排列的冷凝管制成的冷凝管单元12。

并且本实施例采用了多个冷凝管单元12安装在所述防护网11上，该多个冷凝管单元可以无序地安装在所述防护网11上，也可以呈一定规律地安装在其上。在本实施例中，为了保证防护网11各个区域的生产冷凝水的效率均衡，将冷凝管单元12均布在所述防护网11上；另外，为了加固所述防护网11，提高所述防护网11抵抗台风的强度，可以将所述冷凝管单元12呈竖向地布置在所述防护网11上，形成防护网11的支架，大大地提高防护网11的强度；当然也可以通过加粗防护网11的直径，或者在防护网11外围缠绕钢丝等多种方式来实现防护网的加固。

而且，所述冷凝管单元12的冷凝水可以由下至上流动，当然也可以由上至下流动。但是考虑到降温效率，本实施例中的冷凝管单元12的冷凝水为由下至上流动，并且在所述冷凝管单元12的入水口处设置有压力调节阀，用于均衡防护网11各区域的降温和产凝结水效率。在所述防护网11的底部设置有用于收集凝结水的集水装置13，所述集水装置13可以为集水池、集水槽、集水管道等。基于成本考虑优选采用集水池，所述集水池可以设置在防护网11底部的地面上，当然也可以在防护网11底部的地面上开槽，将所述集水池置于所述槽内。为了节省工作量，本实施例中的集水池直接放置在所述金属防护网11底部的地面上，并且将所述集水池通过管道与过滤池连通。

其中，所述防护网11的密度为10-50目。本实施例中的防护网11的密度可选择但不限于10目、15目、20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目等。当然也可以根据需求，比如说主要的害虫或者海鸟的体积大小等来选择防护网的目数，也可按照抗强风的要求来设置防护网的目数。

另外，作为优选的，可以在所述防护网11顶部安装太阳能光伏发电板14，充分利用热带或者亚热带地区的太阳能，使得发电系统和农业生产形系统成一个立体的结合形式，并在农业生产系统外围设置凝结水和饮用水生产系统，大大地节省了占地问题，而且生产出的电能还可用于凝结水发生器的制冷系统中，节约了资源。另外，还可在所述太阳能发电板14的边沿设置有集雨盘15，所述集雨盘15与集雨管道16连通，形成雨水收集系统，收集的雨水可以经简单过滤后作为生产用水，比如作为农业灌溉用水，为农业生产基地内的农作物进行滴灌或者雾灌。

总的来说，本实施例中的防护网11不仅能够用于生产凝结水，为岛礁驻守人员提供纯净的、可以用于饮用的淡水，该防护网11还能够为农作物生产基地提供有效的防虫害、防鸟害等功能，而且降低设施内的空气湿度，恶化致病菌生长环境，减少作物病害和防控用药。另外，岛礁上常遇台风，该防护网11还能够减少台风对农作物的冲击力，避免农作物被台风侵害。另外，由于海风中常常夹杂着海水，所以本实施例中的金属防护网11优选耐腐蚀、抗台风冲击的316L不锈钢网，冷凝管单元12也优先采用耐腐蚀的金属管制成。若是所生产的凝结水直接用于饮用的话，所述防护网11可以采用304食用级不锈钢网。

Claims (15)

1.一种空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：包括凝结水发生器（1）、与所述凝结水发生器（1）连接的过滤池（2）、与所述过滤池（2）连接的净水过滤器（4）、与所述净水过滤器（4）连接的消毒装置（5）；

其中，所述凝结水发生器（1）采用热传导率高的网面作为凝结水的发生面。

2.如权利要求1所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：在所述过滤池（2）与所述净水过滤器（4）之间还设置有蓄水装置（3）。

3.如权利要求1或2所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：所述消毒装置（5）还与灌装设备（6）相连。

4.如权利要求1、2或3所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：所述凝结水发生器（1）的发生面为热传导率高的农业用防护网（11），在所述防护网（11）上安装有冷凝管单元（12），在所述防护网的底部安装有集水装置（13）。

5.如权利要求4所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：所述防护网（11）为金属网。

6.如权利要求5所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：所述冷凝管单元（12）由横向或纵向并列排布的冷凝管构成。

7.如权利要求5所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：所述冷凝管单元（12）的冷凝管横向或纵向的呈波浪形排列构成。

8.如权利要求6或7所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：安装在所述防护网（11）上的冷凝管单元（12）为多个。

9.如权利要求4-8中任一项所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：所述冷凝管单元（12）的冷凝水由下至上流动。

10.如权利要求9所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：在所述冷凝管单元（12）的入水口处设置有压力调节阀。

11.如权利要求4-10中任一项所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：所述防护网（11）的密度为10-50目。

12.如权利要求4-11中任一项所述的空气制凝结水生成饮用水的制备装置，其特征在于：在所述防护网（11）内设置有制冷系统。

13.一种凝结水生成饮用水的制备方法，其特征在于：采用上述任意一项权利要求所述的凝结水生成饮用水制备装置生成，其工艺流程为：

步骤一：初步过滤，将凝结水发生器（1）生成的凝结水通过过滤池（2）过滤出凝结水中的大颗粒物质；

步骤二：进一步过滤，将步骤一中的凝结水经净水过滤器（4）去除凝结水中的小颗粒杂质和氨氮化物；

步骤三：消毒，将步骤二中的凝结水经消毒装置（5）消毒后生成饮用水。

14.如权利要求13所述的凝结水生成饮用水的制备方法，其特征在于：将凝结水初步过滤后放入蓄水装置（3）中，所述蓄水装置（3）中的凝结水分为两路，一路为进一步过滤，另一路为生产用水。

15.如权利要求13或14所述的凝结水生成饮用水的制备方法，其特征在于：将消毒后的饮用水通过灌装设备（6）进行灌装。