CN109653298A - 一种双吸附剂太阳能空气取水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双吸附剂太阳能空气取水装置，其包含：太阳能真空集热管；第一导热管和第二导热管，该第一导热管的内径大于第二导热管的外径，第二导热管套置于第一导热管内，并且第一导热管和第二导热管之间具有间隙；第一导热管和第二导热管设置在太阳能真空集热管内部，并且第一导热管紧贴太阳能真空集热管内壁；填充于第一导热管和第二导热管之间的间隙的固‑固相变材料层；填充于太阳能真空集热管与第一导热管之间的沸石吸附床；填充于第二导热管内的硅胶吸附床；集水器，及连通太阳能真空集热管和集水器的第一蒸气导管和第二蒸气导管；使用状态下，当太阳能真空集热管利用太阳能集热时，硅胶吸附床位于太阳能真空集热管背向太阳光的一侧。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能空气取水技术领域，具体涉及一种双吸附剂太阳能空气取水装置。
背景技术
目前，我国水资源匮乏，并且缺水地区获得水资源途径单一，基本以淡水输运为主。而空气取水是一种新颖的方法，通过吸附床夜间吸取空气中的水分，白天蒸发的方式获得水资源。空气取水主要针对室外自然空气，并将空气中的水蒸气尽可能更多地转化为液态水，另外。空气取水技术主要在较为干燥、取水的地区拥有较大的实用价值。
吸附剂的性能对空气取水具有重要影响，目前常用的固体吸附剂有硅胶、分子筛等。这些吸附剂对水蒸气有较强的吸附能力。硅胶是由多聚硅酸通过分子间脱水过程形成的多孔吸附剂，在吸附和解析过程中始终保持固态。分子筛是一种水合硅酸盐类，与其他吸附剂相比，在低分压和较高温度的条件下，对水仍有较高的吸附容量，但相比硅胶，其吸湿量要小。13X沸石分子筛是一种微孔材料，具有优良的离子交换、催化和吸附性能。
相变材料可利用材料在相变化过程的热效应进行能量的储存和释放。固-固相变材料在相变过程中无液体产生，而且具有较大的储能密度和较小的相变体积。季戊四醇为多元醇类的固-固相变材料，具有使用寿命长，相变温度适中等优点。
太阳能取水不仅是新能源利用方面的一个重要方向，而且也是水资源获取的一个重要途径，它越来越受到大家的重视。而太阳能真空集热管的发展与利用，也促进了其衍生物的发展。中国专利申请公布号：CN107882111A提出了一种控温式太阳能空气取水管，这种取水管设有包裹在太阳能真空管侧壁的一层导热片，使吸附床整体温度分布均匀。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种太阳能利用率高，适用温度范围广，取水率高的太阳能空气取水装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种双吸附剂太阳能空气取水装置，其包含：太阳能真空集热管；第一导热管和第二导热管，该第二导热管套置于第一导热管内，并且第一导热管和第二导热管之间具有间隙；所述第一导热管和第二导热管设置在所述太阳能真空集热管内部，并且所述第一导热管紧贴所述太阳能真空集热管内壁；填充于所述第一导热管和第二导热管之间间隙的固-固相变材料层；填充于所述太阳能真空集热管与所述第一导热管之间的沸石吸附床；填充于所述第二导热管内的硅胶吸附床；集水器，及连通所述太阳能真空集热管和集水器的第一蒸气导管和第二蒸气导管；所述第一蒸气导管的一端插入所述沸石吸附床中；所述第二蒸气导管的一端插入所述硅胶吸附床中；使用状态下，当所述太阳能真空集热管利用太阳能集热时，所述硅胶吸附床位于太阳能真空集热管背向太阳光的一侧。
较佳地，所述的固-固相变材料层选择季戊四醇。
较佳地，所述的太阳能真空集热管的管口设有可拆卸的密封塞，所述第一蒸气导管和第二蒸气导管分别穿过密封塞连通于所述集水器。
较佳地，所述的第一导热管和第二导热管均为铜管。
较佳地，所述太阳能空气取水装置还包含使所述第一蒸气导管和第二蒸气导管内的水汽冷凝的冷凝器。
较佳地，所述的集水器包含集水瓶和瓶塞，所述的第一蒸气导管和第二蒸气导管分别穿过瓶塞与所述集水瓶相通。
较佳地，所述太阳能空气取水装置还包含：环绕并紧贴所述太阳能真空集热管的内侧管壁的第导热片；所述沸石吸附床填充于所述第导热片和所述第一导热管之间。
较佳地，所述的第导热片为铜片。
较佳地，所述太阳能空气取水装置还包含：位于所述太阳能真空集热管底部的底板，该底板与所述的第一导热管和第二导热管的底端连接。
较佳地，所述的底板为保温板。
有益效果：
(1)本发明的双吸附剂太阳能空气取水装置较传统取水装置适用温度范围广，脱附效率高，热量利用率高，产水率高。
(2)采用固-固相变材料保护硅胶以防烧毁，且能储存热量，脱附过程中当温度降低时释放热量，从而使吸附剂的脱附更加干净，达到整体高效利用太阳能量，取水率更高的效果。
(3)环绕并紧贴所述太阳能真空集热管的内侧管壁的导热片使沸石吸附床的脱附温度均匀。
附图说明
图1为本发明的双吸附剂太阳能空气取水装置的结构示意图。
图2为图1所示双吸附剂太阳能空气取水装置的双吸附床的截面图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明的双吸附剂太阳能空气取水装置包含集热部分和集水部分。集热部分包含太阳能真空集热管1、第一导热管3、第二导热管4、季戊四醇5、沸石吸附床6、硅胶吸附床7、第一蒸气导管10及第二蒸气导管11。集水部分包含集水器8。太阳能空气取水装置中的双吸附剂是指能够吸附空气中水分的沸石和硅胶。
所述太阳能真空集热管1的管口设有可拆卸的密封塞2。
一些实施例中，所述密封塞2为木塞，阳光照射下不易老化。
所述第一导热管3和第二导热管4设置于在太阳能真空集热管1内部，并且紧贴太阳能真空集热管1内部的一侧。第二导热管4套置在第一导热管3内，且第一导热管3和第二导热管4之间具有间隙，间隙内填充有季戊四醇5。季戊四醇5可从环境吸收热量或放出热量，从而调整控制周围的温度。季戊四醇5相变化温度高，贮热时体积变化小，对容器封装的技术要求不高。
一些实施例中，第一导热管3和第二导热管4均为铜管。铜管有利于导热。
所述沸石吸附床6填充于太阳能真空集热管1与第一导热管3之间。所述硅胶吸附床7填充于第二导热管内3内部。使用状态下，当所述太阳能真空集热管1利用太阳能集热时，将硅胶吸附床7转向太阳能真空集热管1背向太阳光的一侧。
沸石吸附床6的材料为13X沸石。13X沸石或称13X分子筛，是一种吸附剂，可吸收水分，具有良好的温度特性。硅胶也是一种吸附剂，具有更好的空气吸附水蒸气性能，但温度适用范围较小。当太阳能真空集热管1利用太阳能集热时，其迎光面与背光面之间存在温度梯度，太阳能真空集热管1内部会形成朝向太阳光的温度较高区域和背离太阳光的温度较低区域。因第一导热管3和第二导热管4紧贴所述太阳能真空集热管1背光一侧，即硅胶吸附床7位于太阳能真空集热管1的温度较低区域，而沸石吸附床6则位于温度较高区域，可形成一种温度适用范围广泛，且取水率高的双吸附剂的空气取水装置。沸石吸附床6与硅胶脱附床7之间采用固-固相变材料季戊四醇5隔开，季戊四醇5可以吸收热量，既可以防止硅胶温度过高，又可以储存热量，脱附过程中当温度降低时释放热量，从而使脱附更加干净，取水更多。
所述集水器8用于收集沸石吸附床6和硅胶吸附床7脱附的水分。集水器8由集水瓶和瓶塞组成，并且密封。太阳能真空集热管1通过第一蒸气导管10及第二蒸气导管11和集水瓶连通。脱附出的水蒸气沿着第一蒸气导管10和第二蒸气导管11流出，冷凝后流入集水瓶。第一蒸气导管10插入沸石吸附床6中，并穿过密封塞2及瓶塞和集水瓶连通；第二蒸气导管11插入硅胶吸附床7中，并穿过密封塞2及瓶塞和集水瓶连通。
第一蒸气导管10及第二蒸气导管11脱附出的水蒸气通过冷凝器冷凝。冷凝器为太阳能风扇，风扇使第一蒸气导管10和第二蒸气导管11内的水汽被冷凝，落入集水瓶内。
早晨，插入第一蒸气导管10和第二蒸气导管11，并合上太阳能真空集热管1的密封塞2，集热、冷凝、集水三部分连接为整体，随着太阳出来，集热部分温度升高，两吸附床进行脱附，脱附出的水蒸气经过冷凝部分，冷凝至液态流入集水部分，季四戊醇5吸收过剩热量，可进行固-固相变。
下午，温度渐渐降低后，季戊四醇5相变释放热量，加热两吸附床，提高此时吸附床脱附效率，使之脱附更加彻底，取水更多。
夜晚，打开密封塞2，抽出第一蒸气导管10和第二蒸气导管11，双吸附床与空气自然对流，吸附床降温后吸收空气中的水分。完成一个循环。
一些实施例中，上述太阳能空气取水装置还包含：环绕并紧贴太阳能真空集热管1的内侧管壁的导热片9。沸石吸附床6填充于导热片9和第一导热管3之间。导热片9有利于热量的传递，使得13X沸石脱附温度均匀。所述的导热片9为环形铜片。
一些实施例中，上述太阳能空气取水装置还包含：位于太阳能真空集热管1底部的底板12，该底板12与第一导热管3和第二导热管4的底端连接。所述的底板12为保温板。底板12放入太阳能真空集热管1最底部起密封底部及支撑作用。
上述双吸附剂太阳能空气取水装置的具体工作原理为：沸石的脱附温度范围较高，而硅胶的脱附温度范围相对较低，采用季戊四醇5保护硅胶以防烧毁，且能储存热量，并且硅胶吸附床6位于太阳能真空集热管1背向太阳光的一侧，处于太阳能真空集热管1温度较低区域，硅胶不会因过热而损毁，达到整体高效利用太阳能量，适用范围更加广泛，取水率更高的效果。白天将木塞合住，阳光照射太阳能真空集热管1，管内沸石温度升高，进行蒸发脱附，通过导热片9进行热量的传递，将太阳能真空集热管1迎光面的高温热量分散，使得沸石脱附温度可以均匀。随着热量的传递至第一导热管3和第二导热管4，固-固相变材料季戊四醇5进行热量储存，余热传递至硅胶，硅胶进行脱附。水蒸气进入第一蒸气导管10或第二蒸气导管11冷凝后流入集水器8。夜晚打开密封塞2，进行沸石与硅胶的冷却和吸附空气中的水分。
综上所述，本发明的双吸附剂太阳能空气取水装置，白天脱附取水，夜间吸附空气水分，由沸石的高温度脱附范围结合硅胶的低温度脱附范围，用固-固相变材料保护硅胶及储能，具有热量利用效率高，产水率高的效果。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，包含：
太阳能真空集热管(1)；
第一导热管(3)和第二导热管(4)，该第二导热管(4)套置于第一导热管(3)内，并且第一导热管(3)和第二导热管(4)之间具有间隙；所述第一导热管(3)和第二导热管(4)设置在所述太阳能真空集热管(1)内部，并且所述第一导热管(3)紧贴所述太阳能真空集热管(1)内壁；
填充于所述第一导热管(3)和第二导热管(4)之间间隙的固-固相变材料层；
填充于所述太阳能真空集热管(1)与所述第一导热管(3)之间的沸石吸附床(6)；
填充于所述第二导热管(4)内的硅胶吸附床(7)；
集水器(8)，及
连通所述太阳能真空集热管(1)和集水器(8)的第一蒸气导管(10)和第二蒸气导管(11)；所述第一蒸气导管(10)的一端插入所述沸石吸附床(6)中；所述第二蒸气导管(11)的一端插入所述硅胶吸附床(7)中；
使用状态下，当所述太阳能真空集热管(1)利用太阳能集热时，所述硅胶吸附床(7)位于太阳能真空集热管(1)背向太阳光的一侧。
2.根据权利要求1所述的双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，所述的固-固相变材料层选择季戊四醇(5)。
3.根据权利要求1所述的双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，所述的太阳能真空集热管(1)的管口设有可拆卸的密封塞(2)，所述第一蒸气导管(10)和第二蒸气导管(11)分别穿过密封塞(2)连通于所述集水器(8)。
4.根据权利要求1所述的双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，所述的第一导热管(3)和第二导热管(4)均为铜管。
5.根据权利要求1所述的双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，所述太阳能空气取水装置还包含使所述第一蒸气导管(10)和第二蒸气导管(11)内的水汽冷凝的冷凝器。
6.根据权利要求1所述的双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，所述的集水器(8)包含集水瓶和瓶塞，所述的第一蒸气导管(10)和第二蒸气导管(11)分别穿过瓶塞与所述集水瓶相通。
7.根据权利要求1所述的双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，所述太阳能空气取水装置还包含：环绕并紧贴所述太阳能真空集热管(1)的内侧管壁的导热片(9)；所述沸石吸附床(6)填充于所述导热片(9)和所述第一导热管(3)之间。
8.根据权利要求7所述的双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，所述的导热片(9)为铜片。
9.根据权利要求1所述的双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，所述太阳能空气取水装置还包含：位于所述太阳能真空集热管(1)底部的底板(12)，该底板(12)与所述的第一导热管(3)和第二导热管(4)的底端连接。
10.根据权利要求9所述的双吸附剂太阳能空气取水装置，其特征在于，所述的底板(12)为保温板。
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