CN108411977B

CN108411977B - 一种用于沙漠地区的太阳能空气取水装置

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Publication number: CN108411977B
Application number: CN201810379368.1A
Authority: CN
Inventors: 陈涛; 谢屹; 陈宇轩; 李红博; 项超
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2020-01-31
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: CN108411977A

Abstract

本发明公开了一种用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，包括太阳能集热器、冷凝管、储水槽、离心风机、冷凝管、PLC控制器和太阳能供电系统；太阳能集热器的入口与大气连通；太阳能集热器内置吸附剂，太阳能集热器的出口与电动三通阀的入口连通，电动三通阀的第一出口与冷凝管的一端连通，冷凝管的另一端与储水槽连通；电动三通阀的第二出口与离心风机的进气端连通；离心风机的进气端与冷凝管连通；PLC控制器分别与太阳能集热器、电动三通阀和离心风机电连接。本发明的有益效果为：采用吸附剂吸附空气中的水蒸气，在较高温度下解吸，并与低温的地下环境换热，冷凝出液态水，解决了沙漠等干燥地区水资源短缺问题。

Description

一种用于沙漠地区的太阳能空气取水装置

技术领域

本发明涉及取水技术设备领域，具体涉及一种用于沙漠地区的太阳能空气取水装置。

技术背景

在沙漠地区，淡水资源严重短缺，而淡水的供应是人类活动的必备条件，如何获取干净的淡水成为我们必须解决的一个难题。空气中的水蒸气相对比较清洁，且含量大，即使是沙漠中的干燥空气，其相对湿度也有20%左右，从空气中获取淡水成为解决淡水资源短缺的一种有效途径。

目前也有一些相关技术涉及空气取水，但多存在结构比较复杂，且取水周期长、自傲率低的问题。因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种取水周期短、效率高的用于沙漠地区的太阳能空气取水装置。

本发明所采用的技术方案为：一种用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，包括太阳能集热器、冷凝管、储水槽、离心风机、冷凝管、PLC控制器和太阳能供电系统；所述太阳能集热器的入口与大气连通；太阳能集热器内置吸附剂，太阳能集热器的出口与电动三通阀的入口连通，电动三通阀的第一出口与冷凝管的一端连通，冷凝管的另一端与储水槽连通；电动三通阀的第二出口与离心风机的进气端连通；所述离心风机的进气端与冷凝管连通；所述PLC控制器分别与太阳能集热器、电动三通阀和离心风机电连接；所述太阳能供电系统分别与PLC控制器、太阳能集热器、电动三通阀和离心风机相连。

按上述方案，所述太阳能集热器包括两组支架、跟踪轴、驱动系统、多组集热管架和集热管；所述两组支架设于地面，所述跟踪轴的两端分别铰接于两组支架上，跟踪轴的一端端部与驱动系统相连，驱动系统与PLC控制器相连；所述集热管架的下端与跟踪轴的固定，集热管架的上端与水平的集热管铰接；所述集热管的入口端布置过滤网，集热管的出口与电动三通阀的入口连通；所述集热管的内壁附着吸附剂。

按上述方案，所述太阳能集热器还包括聚光反光镜，聚光反光镜呈抛物面状，对称固定在跟踪轴上；在聚光反光镜上设置有光敏元件，光敏元件与PLC控制器相连。

按上述方案，所述集热管包括管体，以及布置于管体内壁的吸附床，所述吸附剂均布于吸附床上；所述管体由不锈钢材料制成，管体内部中空形成传质通道。

按上述方案，所述过滤网布置在管体的入口端头。

按上述方案，所述过滤网下游的管体内安置电热元件。

按上述方案，所述吸附剂为硅胶与氯化钙的混合物。

按上述方案，所述太阳能供电系统包括相连的太阳能板和蓄电池，蓄电池分与PLC控制器、电动三通阀、驱动系统、离心风机相连。

按上述方案，所述冷凝管为地下盘管，所述储水槽连通有压水井。

按上述方案，所述压水井的出口设有过滤器。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用硅胶与氯化钙复合的吸附剂吸附空气中的水蒸气，在较高温度下解吸，并与低温的地下环境换热，冷凝出液态水，满足了人类的生理需求，解决了沙漠等干燥地区水资源短缺问题；

2、利用太阳能解吸，采用抛物面的聚光反射器将阳光聚集到集热管表面，升高集热管温度，给吸附剂解吸提供条件；采用太阳能供电系统，大大节省了电力供应，在沙漠等电力不足的地区显得尤为重要；

3、自动化操作，无需人力操控：通过PLC控制器控制电动三通阀、太阳能集热器和离心风机，并由太阳能发电，无需人工操作，实现全自动化过程；取水装置可靠性高；

4、采用电热元件，吸附剂解吸不单纯依赖于光照，白天还是晚上均可取水，缩短了取水周期；

5、本发明结构设计合理，可行性好。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2为本实施例中太阳能集热器的结构示意图。

图3为本实施例中集热管的结构示意图。

图4为本实施例中电路连接示意图。

图5为本实施例中太阳能集热器的吸附状态示意图。

图6为本实施例的吸附过程示意图。

图7为本实施例中太阳能集热器的解吸状态示意图。

图8为本实施例的解吸过程示意图。

图9为本实施例中PLC控制器的控制流程图。

其中：1、太阳能集热器；2、电动三通阀；3、冷凝管；4、储水槽；5、离心风机；6、压水井；7、太阳能板；8、蓄电池；9、第一管道；10、第四管道；11、第二管道；12、第三管道；13、第五管道；14、过滤器；15、PLC控制器；16、支架；17、跟踪轴；18、集热管架；19、集热管；20、光敏元件；21、聚光反光镜；22、驱动系统；23、管体；24、吸附床；25、吸附剂；26、传质通道；27、电热元件；28、过滤网。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，包括太阳能集热器1、冷凝管3、储水槽4、离心风机5、冷凝管3、PLC控制器15和太阳能供电系统；所述太阳能集热器1的入口与大气连通，太阳能集热器2的出口通过第一管道9与电动三通阀2（可为调节阀）的入口连通，电动三通阀2的第一出口通过第二管道11与冷凝管3的一端连通，冷凝管3为地下盘管，冷凝管3的另一端与储水槽4连通，储水槽4通过第三管道12与压水井6的入口连通，压水井6的出口设有过滤器14；电动三通阀2的第二出口通过第四管道10与离心风机5的进气端连通；所述离心风机5的进气端通过第五管道13与冷凝管3连通；所述PLC控制器15分别与太阳能集热器1、电动三通阀2和离心风机3电连接；所述太阳能供电系统分别与PLC控制器15、太阳能集热器1、电动三通阀2和离心风机5相连。

优选地，如图2所示，所述太阳能集热器1为槽式太阳能集热器，其包括两组支架16、跟踪轴17、驱动系统22、多组集热管架18和集热管19；所述两组支架16设于地面，所述跟踪轴17的两端分别铰接于两组支架16上，跟踪轴17的一端端部与驱动系统22相连，驱动系统22与PLC控制器15相连；所述集热管架18的下端与跟踪轴17的固定，集热管架18的上端与水平的集热管19铰接；所述集热管19的入口端布置过滤网28，集热管19的出口通过第一管道9与电动三通阀2的入口连通；所述集热管19的内壁附着有吸附剂25，吸附剂25为硅胶与氯化钙的混合物。优选地，所述太阳能集热器1还包括聚光反光镜21，聚光反光镜21呈抛物面状，其对称固定在跟踪轴17上，可随跟踪轴17转动；在聚光反光镜21上设置有光敏元件20，光敏元件20与PLC控制器15相连；光敏元件20用于感应光，并将光感信号发送至PLC控制器15，PLC控制器15根据光感信号控制驱动系统22，驱动系统22继而带动跟踪轴17转动，使其在吸附剂25解吸时跟踪太阳位置，在吸附剂25吸附时使聚光反光镜21背对太阳位置。

本发明中，如图3所示，所述集热管19包括管体23，以及布置于管体23内壁的吸附床24，吸附床24可为不锈钢丝网，所述吸附剂25均布于吸附床24上；所述管体23由不锈钢材料制成，管体23内部中空形成传质通道26，空气或水蒸气从传质通道26流向电动三通阀2；管体23的外径与第一管道9的内径相等；所述过滤网28布置在管体23的入口端头，过滤网28下游安置有电热元件27。

如图4所示，所述太阳能供电系统包括相连的太阳能板7和蓄电池8，蓄电池8分与PLC控制器15、电动三通阀2、驱动系统22、离心风机5相连，为四者供电。

本实施例中，各管道通过法兰连接；所述冷凝管3为带铜丝绒的铜盘管；所述集热管19的管体23由不锈钢材料制成。

本发明的工作原理为：结合当地气候条件，在PLC控制器15内设定吸附时间、解吸时间，吸附过程的光感强度设定值以及解吸过程的光感强度设定值。图9为PLC控制器15的控制过程示意图。吸附过程：PLC控制器15控制电控三通调节阀2,使其通往冷凝管3的第一出口关闭，直接通往离心风机5的第二出口开启；如图5所示，采用光敏元件20采集光照强度信号，反馈给PLC控制器15，当光照强度较强且超出设定值时，PLC控制器15控制驱动系统22带动跟踪轴12转动，使得聚光反光镜21处于阴影位置；当光照强度较低且低于设定值时，无需启动驱动系统22；吸附流程如图6所示，在离心风机5的作用下，空气经过滤网28到达传质通道26，集热管19内的吸附剂25吸附空气中的水蒸气，干燥后的空气流过电动三通阀2后经过离心风机5排入大气中，水蒸气则被锁在吸附剂25内。解吸过程：PLC控制器15控制电控三通调节阀2,使其通往冷凝管3的第一出口开启，直接通往离心风机5的第二出口关闭；如图7所示，采用光敏元件20采集光照强度信号，反馈给PLC控制器15，当光照强度较强且超出设定值时，PLC控制器15控制驱动系统22，使得抛物面反光镜21跟踪太阳位置；当光照强度较低且低于设定值时，PLC控制器15开启电热元件27，加热进入的空气，以利于解吸；在离心风机5的作用下，空气经过过滤网28到达集热管19，吸附剂25解吸出水蒸气，水蒸气随空气经过电动三通阀2进入冷凝管3，与低温的地下环境换热，换热冷凝后的液态水进入水槽4，空气经离心风机5排入大气中，如图8所示。需要饮水时，压水井6将水抽出，经过滤器14过滤后饮用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，其特征在于，包括太阳能集热器、冷凝管、储水槽、离心风机、冷凝管、PLC控制器和太阳能供电系统；所述太阳能集热器的入口与大气连通；太阳能集热器内置吸附剂，太阳能集热器的出口与电动三通阀的入口连通，电动三通阀的第一出口与冷凝管的一端连通，冷凝管的另一端与储水槽连通；电动三通阀的第二出口与离心风机的进气端连通；所述离心风机的进气端与冷凝管连通；所述PLC控制器分别与太阳能集热器、电动三通阀和离心风机电连接；所述太阳能供电系统分别与PLC控制器、太阳能集热器、电动三通阀和离心风机相连；所述太阳能集热器包括两组支架、跟踪轴、驱动系统、多组集热管架和集热管；所述两组支架设于地面，所述跟踪轴的两端分别铰接于两组支架上，跟踪轴的一端端部与驱动系统相连，驱动系统与PLC控制器相连；所述集热管架的下端与跟踪轴的固定，集热管架的上端与水平的集热管铰接；所述集热管的入口端布置过滤网，集热管的出口与电动三通阀的入口连通；所述集热管的内壁附着吸附剂；所述太阳能集热器还包括聚光反光镜，聚光反光镜呈抛物面状，对称固定在跟踪轴上；在聚光反光镜上设置有光敏元件，光敏元件与PLC控制器相连；光敏元件用于感应光，并将光感信号发送至PLC控制器，PLC控制器根据光感信号控制驱动系统，驱动系统继而带动跟踪轴转动，使其在吸附剂解吸时跟踪太阳位置，在吸附剂吸附时使聚光反光镜背对太阳位置。

2.如权利要求1所述的用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，其特征在于，所述集热管包括管体，以及布置于管体内壁的吸附床，所述吸附剂均布于吸附床上；所述管体由不锈钢材料制成，管体内部中空形成传质通道。

3.如权利要求1所述的用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，其特征在于，所述过滤网布置在管体的入口端头。

4.如权利要求3所述的用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，其特征在于，所述过滤网下游的管体内安置电热元件。

5.如权利要求3所述的用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，其特征在于，所述吸附剂为硅胶与氯化钙的混合物。

6.如权利要求3所述的用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，其特征在于，所述太阳能供电系统包括相连的太阳能板和蓄电池，蓄电池分与PLC控制器、电动三通阀、驱动系统、离心风机相连。

7.如权利要求1所述的用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，其特征在于，所述冷凝管为地下盘管，所述储水槽连通有压水井。

8.如权利要求7所述的用于沙漠地区的太阳能空气取水装置，其特征在于，所述压水井的出口设有过滤器。