CN110106943A - 一种空气淡水制取装置及其环路热管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空气制水领域，目的是提供一种空气淡水制取装置及其环路热管，不受自然条件和地域限制、适用范围广，热传输效率高，能及时将制取的淡水输出利用。上述制取装置包括垂直轴风力机、行星轮增速器、进气管道、出气管道、冷凝室和储液室，所述冷凝室内的环路热管包括相互连通的蒸发端、储液端和盘管，毛细芯与所述蒸发端过盈配合，所述毛细芯沿其周向均布有若干个沟槽；所述冷凝室和所述储液室设置于土壤冷源中，或者/并且所述行星轮增速器和所述缩口的壳体外部包覆冷却辐射薄膜。本发明解决了现有空气制水装置适用范围小、传热效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空气取水技术领域，特别是涉及一种空气淡水制取装置及其环路热管。
背景技术
虽然地球大部分面积都被海洋覆盖，但是淡水资源却很紧缺，数据表明，地球上气态水含量是地表液态淡水含量的11.6倍，但人们对气态水的利用率并不高，因此如何充分利用空气气态水制取淡水，是缓解地球淡水资源匮乏的有效途径。
现有的空气制水方式采用的是土壤冷冻结露法，如中国专利文献CN108253828A中公开了一种环路热管及其空气取水装置，其热管包括蒸发端和冷凝端，所述蒸发端位于冷凝端上部，所述冷凝端通向蒸发端的管路中设置毛细芯，还包括风机装置、空气进口通道、空气出口通道、环路热管和储水冷凝室，所述储水冷凝室设置在土壤冷源中，所述环路热管是反重力热管，环路热管的蒸发端安装在储水冷凝室入口处，环路热管的冷凝端空气进口通道的出口、空气出口通道的入口与储水冷凝室连通，所述风机装置将空气从空气进口通道引入到储水冷凝室的过程中与蒸发端进行换热，冷凝端将热传导给外部土壤冷源。这种空气取水装置存在如下问题：1、这种空气取水装置以土壤作为冷源，只适用于土壤温度适合的地区，受到的地域和自然条件的限制较大，适用范围小；2、环路热管中毛细芯与蒸发端为间隙配合，而且环路热管的毛细芯尺寸较小，使得其热量传输效率不高；3、这种空气取水装置未设置淡水取出管道系统，获得的淡水无法及时输送出来。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的空气制水装置适用范围小、热传输效率低，而提供一种不受自然条件和地域限制、适用范围广，热传输效率高的空气淡水制取装置及其环路热管。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种空气淡水制取装置，包括垂直轴风力机、行星轮增速器、进气管道、出气管道、冷凝室和储液室，所述行星轮增速器通过缩口与所述进气管道连接，所述冷凝室内设置有环路热管，所述环路热管包括相互连通的蒸发端、储液端和盘管，所述蒸发端内设置有毛细芯，所述毛细芯与所述蒸发端过盈配合，所述毛细芯沿其周向均布有若干个沟槽，所述沟槽的延伸方向与所述毛细芯的轴向平行，所述毛细芯具有所述沟槽的一端连接所述储液端，另一端连接所述盘管；
所述冷凝室和所述储液室设置于土壤冷源中，或者/并且所述行星轮增速器和所述缩口的壳体外部包覆冷却辐射薄膜。
优选地，所述沟槽的数量为六个，所述沟槽的尺寸为2×2×75mm。
优选地，所述毛细芯的长度为125mm，外径为20.1mm；所述毛细芯连接所述盘管的一端端面上具有内孔，所述内孔的内径为10mm，深度为75mm。
优选地，空气淡水制取装置还包括与所述储液室连通的排液管道，所述排液管道上设置有水泵和过滤器。
优选地，所述蒸发端与所述盘管的连接处设置有上挡片，所述储液端与所述盘管的连接处设置有下挡片。
优选地，所述上挡片的厚度为3mm，外径为24mm，内径为6.4mm；所述下挡片的厚度为3mm，外径为36mm，内径为6.4mm；所述蒸发端的长度为155mm，外径为30mm，内径为20mm；所述储液端的长度为100mm，外径为42mm，内径为26mm；所述盘管的外径为6mm，内径为4mm，最大环路直径为456mm。
一种上述空气淡水制取装置的环路热管，包括相互连通的蒸发端、储液端和盘管，所述蒸发端内设置有毛细芯，所述毛细芯与所述蒸发端过盈配合，所述毛细芯沿其周向均布有若干个沟槽，所述沟槽的延伸方向与所述毛细芯的轴向平行，所述毛细芯具有所述沟槽的一端连接所述储液端，另一端连接所述盘管。
优选地，所述沟槽的数量为六个，所述沟槽的尺寸为2×2×75mm；所述毛细芯的长度为125mm，外径为20.1mm；所述毛细芯连接所述盘管的一端端面上具有内孔，所述内孔的内径为10mm，深度为75mm。
优选地，所述蒸发端与所述盘管的连接处设置有上挡片，所述储液端与所述盘管的连接处设置有下挡片。
优选地，所述上挡片的厚度为3mm，外径为24mm，内径为6.4mm；所述下挡片的厚度为3mm，外径为36mm，内径为6.4mm；所述蒸发端的长度为155mm，外径为30mm，内径为20mm；所述储液端的长度为100mm，外径为42mm，内径为26mm；所述盘管的外径为6mm，内径为4mm，最大环路直径为456mm。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明提供的空气淡水制取装置及其环路热管，其中环路热管的毛细芯与蒸发端采用过盈配合，毛细芯的外径尺寸增大，而且在其周向均匀成型有六个沟槽，增加了毛细芯的张力，提高毛细芯的吸力，使环路热管在工作时不仅气态工质有空间在管路中更快地传输热量、效率高，同时也减少了毛细芯的材质损耗，增加了毛细芯吸力，使工质循环更加流畅。
(2)本发明提供的空气淡水制取装置，通过对环路热管毛细芯的装配和结构改进，可以选择三种配置和使用方案：第一，将冷凝室和储液室设置于土壤冷源中，实现空气制水过程；第二，在行星轮增速器和缩口的壳体外部包覆冷却辐射薄膜，不将冷凝室和储液室设置于土壤冷源中，实现空气制水过程；第三，将冷凝室和储液室设置于土壤冷源中，并且，在行星轮增速器和缩口的壳体外部包覆冷却辐射薄膜，实现空气制水过程。上述方案可以根据实际使用需要因地制宜地进行选择，提高了空气淡水制取装置使用的灵活度和个性化设计。
(3)本发明提供的空气淡水制取装置，在行星轮增速器和缩口的壳体外部包覆冷却辐射薄膜，这种冷却辐射薄膜具有高反射率和热辐射不被大气吸收的特征，能够有效的实现辐射降温，使制取装置脱离土壤冷源也能进行降温及热量的传输，不受自然条件和地域限制、适用范围广，而且这种薄膜生产工艺简便，成本极低。
(4)本发明提供的空气淡水制取装置及其环路热管，在环路热管的蒸发端与盘管的连接处设置有上挡片，储液端与盘管的连接处设置有下挡片，使环路热管密封。此外，制取装置还设置有排液管道，用于及时输出制取获得的淡水。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明空气淡水制取装置的整体结构示意图；
图2是本发明空气淡水制取装置中环路热管的示意图；
图3是本发明环路热管中毛细芯的示意图。
图中附图标记表示为：1-垂直轴风力机，2-行星轮增速器，3-进气管道，4-出气管道，5-环路热管，6-冷凝室，7-储液室，8-蒸发端，9-储液端，10-盘管，11-毛细芯，12-沟槽，13-上挡片，14-下挡片，15-排液管道，16-缩口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，是本发明一种空气淡水制取装置的优选实施例。所述空气淡水制取装置包垂直轴风力机1、行星轮增速器2、进气管道3、出气管道4、冷凝室6和储液室7。所述垂直轴风力机1将空气引入所述进气管道3的进气口，所述行星轮增速器2用于对引入的空气进行增速、提高空气流量。所述行星轮增速器2通过缩口16与所述进气管道3连接，所述进气管道3、所述出气管道4、所述冷凝室6和所述储液室7连通。
所述冷凝室6内设置有环路热管5，本发明中的环路热管采用抗重力环路热管，其性能更加优良，在具有温差的情况下能自行启动(无需电能)，可实现土壤冷源与空气热源的快速换热，而且散热效率高、工作过程稳定。
如图2所示，所述环路热管5包括相互连通的蒸发端8、储液端9和盘管10。所述环路热管5为密闭循环管路，内置有工质，在所述蒸发端8与所述盘管10的连接处设置有上挡片13，所述储液端9与所述盘管10的连接处设置有下挡片14，所述上挡片13和所述下挡片14用于管路密封。
在本优选实施例中，所述上挡片13的厚度为3mm，外径为24mm，内径为6.4mm；所述下挡片14的厚度为3mm，外径为36mm，内径为6.4mm；所述蒸发端8的长度为155mm，外径为30mm，内径为20mm；所述储液端9的长度为100mm，外径为42mm，内径为26mm；所述盘管10的外径为6mm，内径为4mm，最大环路直径为456mm。
所述蒸发端8内设置有毛细芯11，所述毛细芯11与所述蒸发端8为过盈配合。如图3所示，所述毛细芯11沿其周向均布有若干个沟槽12，所述沟槽12的延伸方向与所述毛细芯11的轴向平行，所述毛细芯11具有所述沟槽12的一端连接所述储液端9，另一端连接所述盘管10。在本实施例中，所述沟槽12的数量为六个，所述沟槽12的尺寸为2×2×75mm，所述毛细芯11的长度为125mm，外径为20.1mm，所述毛细芯11连接所述盘管10的一端端面上具有内孔，所述内孔的内径为10mm，深度为75mm。
本发明中所述毛细芯11的加工工艺如下：首先，加工毛细芯的外径，使其外径为20.1mm；之后，在毛细芯的柱面沿周向拉出六个2×2×75mm的沟槽，以增加工质传输的效率；在装配毛细芯和蒸发端时，采用过盈配合，先将毛细芯放入零下196℃的液氮中保存20分钟，使毛细芯外径略微缩小，再取出同时利用压力机将毛细芯缓慢压入蒸发端内，待毛细芯温度重回室温时，毛细芯的外径会膨胀恢复至20.1mm，使毛细芯和蒸发端内壁完全接触，增大毛细芯张力。经过上述加工工艺获得的毛细芯，使环路热管在工作时不仅气态工质有空间在管路中更快地传输，同时也减少了毛细芯的材质损耗，增加了毛细芯吸力，使工质循环更加流畅，提高热传输效率。
通过以上对环路热管毛细芯的装配和结构改进，本发明提供的空气制水装置可以选择三种配置和使用方案：第一，将冷凝室和储液室设置于土壤冷源中，同时在行星轮增速器和缩口的壳体外部不包覆冷却辐射薄膜，实现空气制水过程；第二，在行星轮增速器和缩口的壳体外部包覆冷却辐射薄膜，同时不将冷凝室和储液室设置于土壤冷源中，实现空气制水过程；第三，将冷凝室和储液室设置于土壤冷源中，并且在行星轮增速器和缩口的壳体外部包覆冷却辐射薄膜，实现空气制水过程。上述方案可以根据实际使用需要因地制宜地进行选择，提高了空气淡水制取装置使用的灵活度和个性化设计。
在本优选实施例中，所述冷凝室6和所述储液室7设置在土壤冷源中，并且所述行星轮增速器2和所述缩口16的壳体外部包覆有冷却辐射薄膜。土壤冷源直接接触冷凝室和所述储液室的外壁，对装置外壳进行降温；同样，设置上述冷却辐射薄膜，能使行星轮增速器和缩口的壳体降温，进而给整个装置的外壳降温，为后续环路热管的冷凝热交换过程提供必要冷源准备。上述这种配置和使用方案，能够达到最佳的冷凝制水效果。
上述采用的冷却辐射薄膜是在塑料薄膜内掺入二氧化硅的微粒，同时在塑料薄膜的一面镀上金属银。这种薄膜具有高反射率和热辐射不被大气吸收的特征，能够有效的实现辐射降温。经过实地研究证明，在外界温度35℃左右的情况下，这种冷却辐射薄膜能使壳体降低10-15℃左右。通过使用这种冷却辐射薄膜，不仅能提高冷却效率，而且使取水装置不再依赖于土壤冷源，从而达到取水装置在没有土壤冷源的地区也能进行装置壳体降温及环路热管热量传输的目的，扩大了淡水制取装置的适用范围，而且这种薄膜生产工艺简便，成本极低。
本实施例中环路热管工作过程是：环路热管管路内部的液体工质被毛细芯吸入蒸发器，并在蒸发器中吸热蒸发成为气态工质，气态工质传输至储液端上方管道中，然后向下流入盘管中，由于盘管贴近与装置外壁(装置外壁通过接触土壤冷源温度较低，并且通过冷却辐射薄膜对装置壳体的降温，盘管贴近的装置外壁温度进一步降低)，所以位于盘管中的气态工质受冷冷凝成为液体工质，同时把热量传输给装置外壁和土壤，之后毛细芯再次将液体工质向上吸进行下一个工质循环，通过工质在环路热管内的相变，使被风机引入的高温空气降温冷凝制出淡水。
本发明提供的空气淡水制取装置还包括排液管道15，所述排液管道15与所述储液室7连通；所述排液管道15上设置有水泵过滤器，从而输出制取的淡水，并保证水质的清洁。
本实施例的空气淡水制取装置的工作过程详述如下：
垂直轴风力机将空气引入进气管道的进气口，被引入的空气在缩口处增压，同时经过行星轮增速器以四倍的比例增速，增加每秒吸入空气的流量；随着绝对气压的增大，空气露点降低，水蒸气趋向于饱和，易于析出水分；由于设置了冷却辐射薄膜，空气在进气管道的进气口处大幅降温；空气通过进气管道后到达环路热管，在环路热管处进行热交换，使得空气温度进一步降低，使空气内水蒸气达到饱和条件并凝结析出，汇聚成液滴滴落在储液室中；经过冷凝的空气从出气管道排出；制取出的淡水储藏在储液室中，通过外加水泵和排液管道将水取出。
在其他实施例中，由于本发明提供的空气淡水制取装置可以脱离土壤冷源使用，因此冷凝室和储液室可不设置在土壤冷源中，仅利用包覆在行星轮增速器和缩口壳体外部的冷却辐射薄膜，就能完成进行制水过程，不受自然条件和使用地区的限制，大大拓展了本装置的使用范围。
在其他实施例中，由于本发明提供的环路热管改进了毛细芯的结构和装配方式，即使不在行星轮增速器和缩口的壳体外部包覆冷却辐射薄膜，也能大幅加速工质在管路中的传输效率，进而提高热交换效率，提高制水过程的工作效率，实现本发明的目的。
在其他实施例中，毛细芯沿其周向成型的沟槽数量，可以根据不同设备和使用要求进行调整，比如沿毛细芯周向均布3个、4个、8个、10个沟槽等。同样，每个沟槽的具体尺寸也可根据实际需要进行设计。
在其他实施例中，毛细芯的尺寸、上挡片的尺寸、下当铺的尺寸、蒸发端的尺寸、储液端的尺寸和盘管的尺寸等，均可根据实际使用要求进行设计。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种空气淡水制取装置，包括垂直轴风力机(1)、行星轮增速器(2)、进气管道(3)、出气管道(4)、冷凝室(6)和储液室(7)，所述行星轮增速器(2)通过缩口(16)与所述进气管道(3)连接，所述冷凝室(6)内设置有环路热管(5)，所述环路热管(5)包括相互连通的蒸发端(8)、储液端(9)和盘管(10)，所述蒸发端(8)内设置有毛细芯(11)，其特征在于：所述毛细芯(11)与所述蒸发端(8)过盈配合，所述毛细芯(11)沿其周向均布有若干个沟槽(12)，所述沟槽(12)的延伸方向与所述毛细芯(11)的轴向平行，所述毛细芯(11)具有所述沟槽(12)的一端连接所述储液端(9)，另一端连接所述盘管(10)；
所述冷凝室(6)和所述储液室(7)设置于土壤冷源中，或者/并且所述行星轮增速器(2)和所述缩口(16)的壳体外部包覆冷却辐射薄膜。
2.根据权利要求1所述的空气淡水制取装置，其特征在于：所述沟槽(12)的数量为六个，所述沟槽(12)的尺寸为2×2×75mm。
3.根据权利要求2所述的空气淡水制取装置，其特征在于：所述毛细芯(11)的长度为125mm，外径为20.1mm；所述毛细芯(11)连接所述盘管(10)的一端端面上具有内孔，所述内孔的内径为10mm，深度为75mm。
4.根据权利要求1所述的空气淡水制取装置，其特征在于：还包括与所述储液室(7)连通的排液管道(15)，所述排液管道(15)上设置有水泵和过滤器。
5.根据权利要求1所述的空气淡水制取装置，其特征在于：所述蒸发端(8)与所述盘管(10)的连接处设置有上挡片(13)，所述储液端(9)与所述盘管(10)的连接处设置有下挡片(14)。
6.根据权利要求5所述的空气淡水制取装置，其特征在于：所述上挡片(13)的厚度为3mm，外径为24mm，内径为6.4mm；所述下挡片(14)的厚度为3mm，外径为36mm，内径为6.4mm；所述蒸发端(8)的长度为155mm，外径为30mm，内径为20mm；所述储液端(9)的长度为100mm，外径为42mm，内径为26mm；所述盘管(10)的外径为6mm，内径为4mm，最大环路直径为456mm。
7.一种权利要求1-6任一所述空气淡水制取装置的环路热管，包括相互连通的蒸发端(8)、储液端(9)和盘管(10)，所述蒸发端(8)内设置有毛细芯(11)，其特征在于：所述毛细芯(11)与所述蒸发端(8)过盈配合，所述毛细芯(11)沿其周向均布有若干个沟槽(12)，所述沟槽(12)的延伸方向与所述毛细芯(11)的轴向平行，所述毛细芯(11)具有所述沟槽(12)的一端连接所述储液端(9)，另一端连接所述盘管(10)。
8.根据权利要求7所述的环路热管，其特征在于：所述沟槽(12)的数量为六个，所述沟槽(12)的尺寸为2×2×75mm；所述毛细芯(11)的长度为125mm，外径为20.1mm；所述毛细芯(11)连接所述盘管(10)的一端端面上具有内孔，所述内孔的内径为10mm，深度为75mm。
9.根据权利要求7所述的环路热管，其特征在于：所述蒸发端(8)与所述盘管(10)的连接处设置有上挡片(13)，所述储液端(9)与所述盘管(10)的连接处设置有下挡片(14)。
10.根据权利要求9所述的环路热管，其特征在于：所述上挡片(13)的厚度为3mm，外径为24mm，内径为6.4mm；所述下挡片(14)的厚度为3mm，外径为36mm，内径为6.4mm；所述蒸发端(8)的长度为155mm，外径为30mm，内径为20mm；所述储液端(9)的长度为100mm，外径为42mm，内径为26mm；所述盘管(10)的外径为6mm，内径为4mm，最大环路直径为456mm。
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