CN107905297B - 一种智能空气取水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能空气取水装置，包括：电动机，联轴器，空气压缩机，收缩扩张集水器，水位传感器，电磁阀，抽水泵和控制器，所述收缩扩张集水器为颈部细长底部宽大的收缩扩张结构；所述电动机通过所述联轴器与所述空气压缩机驱动连接，所述空气压缩机与所述收缩扩张集水器相连，空气压缩机压缩后的空气充入收缩扩张集水器中，所述水位传感器设置在所述收缩扩张集水器中，用于测量收缩扩张集水器中的水位高度，所述水位传感器，电磁阀和抽水泵与所述控制器信号连接。本发明通过结合机械压缩法和冷凝取水的方法解决了当前空气取水装置取水效率低，设备复杂的问题，扩展了空气取水的应用场合，对于解决干旱地区的缺水现状具有十分重要的意义。

Description

一种智能空气取水装置
技术领域
本发明涉及空气取水技术领域，特别是涉及一种智能空气取水装置。
背景技术
据统计全世界每90秒就有一名儿童死于缺水，而全球现在已经有超过22亿人口无法保证安全的饮水环境，水资源问题已经成为全球性的问题。对于我国而言，这种状况更加严重，我国的人均淡水资源少，不足世界人均水平的1/3,且淡水资源在时间和空间上分布也非常不均匀，总体状况为东南部水资源丰富，西北呈现水资源匮乏。尤其是在高山、戈壁、荒漠等地方淡水更加匮乏。然而，对于地球大气层可以说是一个巨大的水库，即使是沙漠地区，其含水量也超过10g/m3，这为空气取水的可行性提供了依据。
空气中最大含水量由空气温度和大气压力决定，当空气温度低于露点温度时，空气中的水蒸气就会液化形成水滴。目前空气取水技术有机械压缩法、冷冻结露法、吸附解析法、半导体制冷法以及聚雾取水法。每种方法都有一定的优缺点。譬如，机械压缩法压缩空气时需要一定的能量使空气压力升高，系统能耗高；冷冻结露法取水效率低，难以满足用水需求；吸附解析法系统构成比较复杂，一般来说解析过程需要余热，因此一般和拥有余热的工厂联合使用；半导体制冷法取水效率低；聚雾取水只适用于雾多缺水的地方，受限于气候条件的要求。因此有必要对空气取水系统进行深入研究，得到适用范围广，取水效率高的空气取水装置。
发明内容
为此，本发明提供了一种基于结合机械压缩和冷凝结露的空气取水装置，考虑到实际的操控的方便性，在系统中加入了智能检测元件，同时为了充分利用缺水地区的风能和太阳能，系统的能量来自于可再生能源。由于装置原理结合了机械压缩法和冷凝法的工作原理，从而使整个装置的取水效率更高，适用范围更广。
本发明提供了一种智能空气取水装置，包括：电动机，联轴器，空气压缩机，收缩扩张集水器，水位传感器，电磁阀，抽水泵和控制器，所述收缩扩张集水器为颈部细长底部宽大的收缩扩张结构；所述电动机通过所述联轴器与所述空气压缩机驱动连接，所述空气压缩机与所述收缩扩张集水器相连，空气压缩机压缩后的空气充入收缩扩张集水器中，所述水位传感器设置在所述收缩扩张集水器中，用于测量收缩扩张集水器中的水位高度，所述水位传感器，电磁阀和抽水泵与所述控制器信号连接。空气经压缩后进入收缩扩张集水器，为了使其效率最优，进气压力与收缩扩张集水器的容积存在一定的关系，需要预先对进气压力进行调节。
进一步地，所述的一种智能空气取水装置还包括空气过滤器，所述空气过滤器连接在所述空气压缩机和收缩扩张集水器之间。
进一步地，所述的一种智能空气取水装置还包括水过滤器，所述水过滤器与所述抽水泵的出水口相连。
进一步地，所述的电动机的电能为风能或者太阳能。
进一步地，所述的收缩扩张集水器埋在地下。
进一步地，所述电磁阀为两位两通电磁阀。
进一步地，所述控制器与用户的移动终端信号连接。收集的水分通过水位传感器的检测，利用控制器给用户的移动终端发送信号，提示用户取水，用户可以远程操控两位两通电磁阀和水泵取水。
具体智能空气取水装置的工作过程分为如下几个阶段：
利用新能源所发出的电力给电动机供电，电动机转动通过联轴器带动空气压缩机转动，进而压缩空气压缩机吸入的气体使气体压力升高，完成空气压缩过程。
一定压力的压缩空气通过过滤器完成空气的净化，进入收缩扩张集水器，在集水器中完成压缩空气的膨胀冷凝过程；由于集水器埋入温度相对较低的地下进一步降低了集水器中压缩空气的温度；若假设在膨胀过程中气体的状态变化满足绝热过程状态变化规律即满足如下公式：
Figure BDA0001462760210000021
式中，p1、p2分别为进入集水器之前和在集水器中膨胀完成之后的气体压力；T1、T2分别为进入集水器之前和在集水器中膨胀完成之后的气体温度；κ为绝热指数，一般取值为1.4。显然p2/p1的比值越低，T2/T1比值就越低；也就是说进入集水器中空气中的温度降低的就越低，空气中的水分也就越易被析出。
为了使该过程温度降低的越明显，集水器设计的形状为收缩扩张的截面设计。气体进入细长的收缩段时由于截面积的减小而进一步被压缩，使气体压力进一步扩张，之后进入宽大的扩张段时，体积迅速扩大，温度进一步降低，从而提高了取水效率。
通过上述压缩和冷凝的方法从空气中析出的水分会集聚在收缩扩张管的末端，水位传感器会实时的检测水位的情况，并将数据传递给控制器，若水位传感器得到的数值大于所设定的阈值时，控制器会使两位两通电磁阀得电，同时开启水泵，抽出析出的水分；若水位传感器得到的数值低于所设定的阈值时，控制器会使两位两通电磁阀断电，同时关闭水泵；为了保证所析出水分的质量，控制器会检测空气过滤器和水过滤器的状态，提示用户及时更换。为了实现设备的在线监控，控制器还会监测电机、压缩机以及水泵的状态。
本发明的有益效果：本发明通过结合机械压缩法和冷凝取水的方法解决了当前空气取水装置取水效率低，设备复杂的问题，扩展了空气取水的应用场合，对于解决干旱地区的缺水现状具有十分重要的意义。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的一种智能空气取水装置的结构示意图。
图中：1、电动机，2、联轴器，3、空气压缩机，4、空气过滤器，5、收缩扩张集水器，6、水位传感器，7、两位两通电磁阀，8、水泵，9、水过滤器，10、控制器。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
如图1所示，本发明实施例的智能空气取水装置包括电动机1，联轴器2，空气压缩机3，空气过滤器4，收缩扩张集水器5，水位传感器6，两位两通电磁阀7，水泵8，水过滤器9以及控制器10组成。工作时，电动机1利用可再生能源所发出的电工作，通过联轴器2带动空气压缩机3压缩其吸入的空气，为了保证进入收缩扩张集水器5的空气质量，进入其之前经压缩之后的空气经过了空气过滤器4，进入收缩扩张集水器5的空气在其内膨胀冷凝析出空气中的水分集聚在收缩扩张集水器5的底部，此时水位传感器6检测收缩扩张集水器5内的水位，其信号传入到控制器10中，在控制器10中进行运算比较，若水位传感器6得到的数值大于所设定的阈值时，控制器10会使两位两通电磁阀7得电，同时开启水泵8，抽出析出的水分；若水位传感器6得到的数值低于所设定的阈值时，控制器10会使两位两通电磁阀7断电，同时关闭水泵8；为了保证所析出水分的质量，通过水泵抽取的水都会进过水过滤器9。为了便于设备的维护和运行，在智能空气取水装置运行之前会检测电动机1、空气压缩机3、空气过滤器4、两位两通电磁阀7、水泵8以及水过滤器9的状态，以及时发现运行过程中的设备故障便于及时维修和更换。本发明通过结合机械压缩法和冷凝取水的方法解决了当前空气取水装置取水效率低，设备复杂的问题，扩展了空气取水的应用场合，对于解决干旱地区的缺水现状具有十分重要的意义。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能空气取水装置，其特征在于，包括：
电动机，联轴器，空气压缩机，收缩扩张集水器，水位传感器，电磁阀，抽水泵和控制器，所述收缩扩张集水器为颈部细长底部宽大的收缩扩张结构；所述收缩扩张集水器埋在地下；
所述电动机通过所述联轴器与所述空气压缩机驱动连接，所述空气压缩机与所述收缩扩张集水器相连，空气压缩机压缩后的空气充入收缩扩张集水器中，所述水位传感器设置在所述收缩扩张集水器中，用于测量收缩扩张集水器中的水位高度，所述水位传感器，电磁阀和抽水泵与所述控制器信号连接；控制器与用户的移动终端信号连接。
2.如权利要求1所述的一种智能空气取水装置，其特征在于，还包括：空气过滤器，所述空气过滤器连接在所述空气压缩机和收缩扩张集水器之间。
3.如权利要求1所述的一种智能空气取水装置，其特征在于，还包括：水过滤器，所述水过滤器与所述抽水泵的出水口相连。
4.如权利要求1所述的一种智能空气取水装置，其特征在于，所述电动机的电能为风能或者太阳能。
5.如权利要求1所述的一种智能空气取水装置，其特征在于，所述电磁阀为两位两通电磁阀。
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