CN112854367A - 一种循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，包括太阳能电池板，还包括取水器箱体，取水器箱体分为制水室、储能室和储水室，储能室和储水室设置在制水室的下方，在储能室中设置有储能器，储能器上安装有控制器；制水室包括吸附室和冷凝室，冷凝室的左端安装有导冷铝板，在导冷铝板上连接有导冷铝网，导冷铝板与设置在冷凝室外壁上的半导体制冷片相贴，半导体制冷片的另一面与导热铜板相贴，冷凝室的底端连通有导水粗软管，导水粗软管的底端连通集水器。取水装置的工作步骤包括：进气‑吸附过程和脱附‑冷凝过程。本发明具有取水效率高、节能、环保、便携等优点，可在沙漠、荒漠、海岛等淡水匮乏地区获取珍贵的饮用水资源。

Description

一种循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置
技术领域
本发明涉及一种空气取水装置，尤其涉及一种循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置。
背景技术
水资源是人类生存和一切生产活动的基础，然而人类可获取的淡水资源非常有限。我国的人均淡水资源不足世界人均水平的1/3，并且淡水资源在空间和时间分布上非常不均匀。在高山、戈壁、荒漠、海岛、草地等地区，由于降水和地下水供应严重不足，使得淡水资源更加匮乏。因此，通过开发新的技术试图从空气中汲取水分以获得淡水资源，成为近年来一个新兴的研究方向。
目前国际上的空气取水技术已呈现产品化趋势，美国、德国、以色列等国家已研发出在空气湿度较高地区使用的大型空气取水设备。如法国Eole Water公司通过改进风力发电涡轮机，使其既能进行风力发电也能实现空气取水。但是这类设备存在系统笨拙，体积庞大不易携带等缺点。目前的空气取水技术主要有机械压缩法、吸附解析法、半导体制冷法等。机械压缩法是借助空气压缩机压缩湿空气是露点温度升高，压缩空气中的水蒸气凝结成液态水。但是这种方法耗能太高，无法推广使用。
吸附解析法是利用固体或液体吸附剂吸附空气中的水分，通过加热吸附剂使水分脱附，实现水蒸气富集成高湿度空气，降温后凝结成液态水。该种方法的取水效率取决于吸附剂吸水性能和空气湿度状况，且有些吸附剂易污染环境。CN201210397948.6提供一种便携式的可供取水的旅行包，利用高吸附性能的氯化锂复合吸附剂提高太阳能吸附式空气取水的取水率，保证沙漠旅行者能获得在沙漠中的正常用水的水量。CN01113489.5、CN200410053390.5、CNZL02261055.3是将吸附床做成太阳能集热器的主体，阳光将放置于太阳能集热器内的吸附剂加热，水汽工质从吸附剂上脱附后，在冷凝器液化成液态水流入贮水罐。夜间，集热器内的吸附剂随大气环境自然冷却并开始吸附空气中的水汽。这些将太阳能加热和吸附解析法结合的技术方案具有结构简单、造价低廉等优点，但取水效率很低。
半导体制冷法是主要利用了半导体的帕尔贴(Peltier)效应，由P型半导体元件和N型半导体元件连接形成热电偶，通电情况下，实现冷端制冷效果。半导体制冷技术的优点是质量轻、环保、便携，缺点是制热端的耗能大，取水效率低。CN2567274Y提供一种太阳能半导体制冷结露法空气取水器，采用热电对空气进行冷凝，当空气温度降到其对应的露点温度以下时,空气中的水蒸气便冷凝成液态的小水滴，并将从凝水室出去的温度较低的空气和进入取水器的空气进行充分换热,从而使空气在进入冷板前得到了预冷,同时也回收了冷量，但热电芯片热端产生的热量未有效及时排出，导致热电芯片的制冷效率不高，取水器单位能量的取水率低。
现有技术的缺点是大型空气取水器体积庞大不易携带，无法在高山、荒漠、海岛等淡水资源匮乏地区推广；小型空气取水器存在能耗高、不易推广、取水效率低、不环保等一个或多个缺点。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，包括太阳能电池板，还包括取水器箱体，取水器箱体分为制水室、储能室和储水室，储能室和储水室设置在制水室的下方，在储能室中设置有储能器，储能器上安装有控制器；
制水室包括吸附室和冷凝室，吸附室的左端设置有连通外部的进气口管道和排气管道，在进气口管道中设置有电动送风机，吸附室的中部设置有吸附层，吸附室的右部设置有导热铜板，在导热铜板上连接有导热铜管，吸附室的底端连通有导水细软管，吸附室的顶端连通有输气管道，输气管道的另一端连通在冷凝室的顶端；
冷凝室的左端安装有导冷铝板，在导冷铝板上连接有导冷铝网，导冷铝板与设置在冷凝室外壁上的半导体制冷片相贴，半导体制冷片的另一面与导热铜板相贴，冷凝室的底端连通有导水粗软管，导水细软管的另一端汇聚在导水粗软管的中段，导水粗软管的中下段设置有净化装置，导水粗软管的底端连通集水器。
进一步地，太阳能电池板、电动送风机和半导体制冷片均与储能器电性连接。
进一步地，进气口管道中安装有过滤网。
进一步地，进气口管道位于排气管道的下方。
进一步地，吸附层中设置有吸附剂，吸附剂可使用粗孔硅胶、细孔硅胶、分子筛、氯化钙复合吸附剂、氯化锂复合吸附剂、Mcm-41-CaCl2复合吸附剂等以及其他更高效率的吸附剂。
进一步地，导热铜管和导冷铝网均包括一个或多个。
进一步地，导水细软管的全段和导水粗软管的上半段均位于制水室，导水粗软管的下半段位于储水室，即导水粗软管连通制水室与储水室。
取水装置的工作步骤包括：
步骤一、进气-吸附过程；
步骤二、脱附-冷凝过程。
进一步地，步骤一的具体过程如下：太阳能电池板给储能器中蓄电池组充电，由控制器控制蓄电池组向电动送风机供电，电动送风机将空气经过进气口过滤网和管道输入吸附室，吸附室中吸附层吸收空气中水汽，剩余干空气经过排气管道排出，电动送风机的转速受控制器调节，根据环境空气湿度状况，设定电动送风机的转速和运行时间。
进一步地，步骤二的具体过程如下：由控制器控制蓄电池组向半导体制冷片供电，半导体制冷片的制热面涂有硅脂并与导热铜板紧密粘结，导热铜板与导热铜管连城一体，导热铜管置于吸附室内吸附层之间，导热铜板和导热管加热吸附层中的吸附剂，使吸附剂中水分脱附形成水蒸气，一部分水蒸气在吸附室中冷凝成液态水经过滤网和导水细软管流入储水室内的净化装置并最后渗入集水器，大部分水蒸气经输气管道进入冷凝室；半导体制冷片的制冷面涂有硅脂并与导冷铝板紧密粘结，导冷铝板与导冷铝网连成一体并置于冷凝室中，制冷后可将吸附室输送来的水蒸气凝结成液态水，液态水经过滤网和导水粗软管流入储水室内的净化装置并最后渗入集水器。
本发明利用太阳能光伏发电循环供电，将半导体制冷技术和吸附剂吸附技术相结合，形成了半导体制冷片的冷端加速冷凝形成液态水、热端加速脱附形成水蒸气的技术优势，具有取水效率高、节能、环保、便携等优点，可在沙漠、荒漠、海岛等淡水匮乏地区获取珍贵的饮用水资源。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中：1、太阳能电池板；2、储能器；3、控制器；4、进气口管道；5、电动送风机；6、吸附室；7、吸附层；8、排气管道；9、输气管道；10、导热铜板；11、取水器箱体；12、半导体制冷片；13、导冷铝网；14、导冷铝板；15、冷凝室；16、导水细软管；17、导水粗软管；18、净化装置；19、储水室；20、集水器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1所示的一种循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，包括太阳能电池板1，还包括取水器箱体11，取水器箱体11分为制水室、储能室和储水室19，储能室和储水室19设置在制水室的下方，在储能室中设置有储能器2，储能器2上安装有控制器3；
制水室包括吸附室6和冷凝室15，吸附室6的左端设置有连通外部的进气口管道4和排气管道8，进气口管道4位于排气管道8的下方，进气口管道4中安装有过滤网，在进气口管道4中设置有电动送风机5，吸附室6的中部设置有吸附层7，吸附层7中设置有吸附剂，吸附剂可使用粗孔硅胶、细孔硅胶、分子筛、氯化钙复合吸附剂、氯化锂复合吸附剂、Mcm-41-CaCl2复合吸附剂等以及其他更高效率的吸附剂，吸附室6的右部设置有导热铜板10，在导热铜板10上连接有导热铜管，吸附室6的底端连通有导水细软管16，吸附室6的顶端连通有输气管道9，输气管道9的另一端连通在冷凝室15的顶端；
冷凝室15的左端安装有导冷铝板14，在导冷铝板14上连接有导冷铝网13，导冷铝板14与设置在冷凝室外壁上的半导体制冷片12相贴，半导体制冷片12的另一面与导热铜板10相贴，冷凝室15的底端连通有导水粗软管17，导水细软管16的另一端汇聚在导水粗软管17的中段，导水粗软管17的中下段设置有净化装置18，导水粗软管17的底端连通集水器20，导水细软管16的全段和导水粗软管17的上半段均位于制水室，导水粗软管17的下半段位于储水室19，即导水粗软管17连通制水室与储水室19。
太阳能电池板1、电动送风机5和半导体制冷片12均与储能器2电性连接，导热铜管和导冷铝网13均包括一个或多个，半导体制冷片可根据电压和吸附室水汽供应量进行合理配置，可安装做个制冷片组合，提高制冷效率。常见的半导体制冷片型号如TEC1-12703、TEC1-12706、TEC1-12710等。
取水装置的工作步骤包括：
步骤一、进气-吸附过程，其具体过程如下：
太阳能电池板1给储能器2中蓄电池组充电，由控制器3控制蓄电池组向电动送风机5供电，电动送风机5将空气经过进气口管道4和其中的过滤网输入吸附室6，吸附室6中吸附层7吸收空气中水汽，剩余干空气经过排气管道8排出，电动送风机5的转速受控制器3调节，根据环境空气湿度状况，设定电动送风机5的转速和运行时间；
步骤二、脱附-冷凝过程，其具体过程如下：
由控制器3控制蓄电池组向半导体制冷片12供电，半导体制冷片12的制热面涂有硅脂并与导热铜板10紧密粘结，导热铜板10与导热铜管连成一体，导热铜管置于吸附室内吸附层7之间，导热铜板10和导热管加热吸附层7中的吸附剂，使吸附剂中水分脱附形成水蒸气，一部分水蒸气在吸附室6中冷凝成液态水经过滤网和导水细软管16流入储水室19内的净化装置18并最后渗入集水器20，大部分水蒸气经输气管道9进入冷凝室15；半导体制冷片12的制冷面涂有硅脂并与导冷铝板14紧密粘结，导冷铝板14与导冷铝网13连成一体并置于冷凝室15中，制冷后可将吸附室6输送来的水蒸气凝结成液态水，液态水经过滤网和导水粗软管17流入储水室19内的净化装置18并最后渗入集水器20。
本技术方案中太阳能光伏发电供电可由风能发电或者其他直流电或交流电供电方式代替；本技术方案中的电动送风机可不包含中或由其他获取空气方式代替；本技术方案中的净化装置可不包含或由其他方案代替。
本发明利用半导体制冷片的制热面为吸附剂中水分脱附提供热能，利用半导体制冷片的制冷面对吸附剂中脱附的水蒸气进行冷凝，利用太阳能光伏发电技术循环供电，形成吸附法/吸附剂和冷凝法/半导体制冷的优势互补，加速空气水分吸附过程和水蒸气冷凝成液态水过程，提高空气取水效率，实现高效、节能、环保的空气取水。
本发明克服了已有技术方案的大型空气取水器体积庞大不易携带，无法在高山、荒漠、海岛等淡水资源匮乏地区推广；小型空气取水器存在能耗高、不易推广、取水效率低、不环保等不足，提供一种利用太阳能光伏发电循环供电，实现吸附剂吸附解析技术和半导体制冷技术优势互补的高效、节能、环保的空气取水装置，并可以在沙漠、荒漠、海岛等淡水匮乏地区获取珍贵的饮用水资源。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，包括太阳能电池板(1)，其特征在于：还包括取水器箱体(11)，取水器箱体(11)分为制水室、储能室和储水室(19)，储能室和储水室(19)设置在制水室的下方，在储能室中设置有储能器(2)，储能器(2)上安装有控制器(3)；
制水室包括吸附室(6)和冷凝室(15)，吸附室(6)的左端设置有连通外部的进气口管道(4)和排气管道(8)，在进气口管道(4)中设置有电动送风机(5)，吸附室(6)的中部设置有吸附层(7)，吸附室(6)的右部设置有导热铜板(10)，在导热铜板(10)上连接有导热铜管，吸附室(6)的底端连通有导水细软管(16)，吸附室(6)的顶端连通有输气管道(9)，输气管道(9)的另一端连通在冷凝室(15)的顶端；
冷凝室(15)的左端安装有导冷铝板(14)，在导冷铝板(14)上连接有导冷铝网(13)，导冷铝板(14)与设置在冷凝室(15)外壁上的半导体制冷片(12)相贴，半导体制冷片(12)的另一面与导热铜板(10)相贴，冷凝室(15)的底端连通有导水粗软管(17)，导水细软管(16)的另一端汇聚在导水粗软管(17)的中段，导水粗软管(17)的中下段设置有净化装置(18)，导水粗软管(17)的底端连通集水器(20)。
2.根据权利要求1所述的循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，其特征在于：所述太阳能电池板(1)、电动送风机(5)和半导体制冷片(12)均与储能器(2)电性连接。
3.根据权利要求1所述的循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，其特征在于：所述进气口管道(4)中安装有过滤网。
4.根据权利要求3所述的循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，其特征在于：所述进气口管道(4)位于排气管道(8)的下方。
5.根据权利要求1所述的循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，其特征在于：所述吸附层(7)中设置有吸附剂，吸附剂可使用粗孔硅胶、细孔硅胶、分子筛、氯化钙复合吸附剂、氯化锂复合吸附剂、Mcm-41-CaCl2复合吸附剂等以及其他更高效率的吸附剂。
6.根据权利要求1所述的循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，其特征在于：所述导热铜管和导冷铝网(13)均包括一个或多个。
7.根据权利要求1所述的循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，其特征在于：所述导水细软管(16)的全段和导水粗软管(17)的上半段均位于制水室，导水粗软管(17)的下半段位于储水室(19)，即导水粗软管(17)连通制水室与储水室(19)。
8.一种如权利要求1所述的循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，其特征在于：取水装置的工作步骤包括：
步骤一、进气-吸附过程；
步骤二、脱附-冷凝过程。
9.根据权利要求8所述的循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，其特征在于：所述步骤一的具体过程如下：太阳能电池板(1)给储能器(2)中蓄电池组充电，由控制器(3)控制蓄电池组向电动送风机(5)供电，电动送风机(5)将空气经过进气口管道(4)和其中的过滤网输入吸附室(6)，吸附室(6)中吸附层(7)吸收空气中水汽，剩余干空气经过排气管道(8)排出，电动送风机(5)的转速受控制器(3)调节，根据环境空气湿度状况，设定电动送风机(5)的转速和运行时间。
10.根据权利要求8所述的循环吸附制冷互补的太阳能空气取水装置，其特征在于：所述步骤二的具体过程如下：由控制器(3)控制蓄电池组向半导体制冷片(12)供电，半导体制冷片(12)的制热面涂有硅脂并与导热铜板(10)紧密粘结，导热铜板与导热铜管连成一体，导热铜管置于吸附室(6)内吸附层(7)之间，导热铜板和导热管加热吸附层中的吸附剂，使吸附剂中水分脱附形成水蒸气，一部分水蒸气在吸附室(6)中冷凝成液态水经过滤网和导水细软管(16)流入储水室(19)内的净化装置(18)并最后渗入集水器(20)，大部分水蒸气经输气管道(9)进入冷凝室(15)；半导体制冷片(12)的制冷面涂有硅脂并与导冷铝板(14)紧密粘结，导冷铝板(14)与导冷铝网(13)连城一体并置于冷凝室(15)中，制冷后可将吸附室(6)输送来的水蒸气凝结成液态水，液态水经过滤网和导水粗软管(17)流入储水室(19)内的净化装置(18)并最后渗入集水器(20)。
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