CN113152590B - 一种改进的太阳能吸附式空气取水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的太阳能吸附式空气取水装置，其包含：太阳能光伏发电系统、空气取水系统和控制系统；空气取水系统包含：太阳能空气取水管；太阳能空气取水管包含：真空玻璃套管、设于真空玻璃套管内部的吸附床、用于加热吸附床的加热件；控制系统包含：第一控制开关、第二控制开关、感光元件、用于检测吸附床温度的温度传感器；第一控制开关的启闭由感光元件控制，感光元件感受到有光时，第一控制开关打开；第二控制开关的启闭由温度传感器控制，并且当第一控制开关开启时，第二控制开关才可能开启；第二控制开关控制加热件的工作状态。本发明克服了光照不足时，吸附床脱附难以进行的局限性。

Description

一种改进的太阳能吸附式空气取水装置

技术领域

本发明涉及空气取水装置技术领域，具体涉及一种改进的太阳能吸附式空气取水装置。

背景技术

水是生命之源，地球上所有生命的生存和发展都离不开水。虽然我国淡水资源的总量并不匮乏，但是我国由于人口众多，人均淡水资源占有量不足世界平均值的1/3。而且随着人口的增长，气候的变迁和环境的恶化，淡水供应问题变得越来越突出，尤其是在我国淡水资源分配严重不均，其中，南部和东部地区水资源较为丰富，而西北部地区水资源则较为匮乏，严重制约着我国的经济发展和人们的生活水平的提高。其实，地球大气层可以是一个巨大的水库，由于大气环流的作用，大气中的水分会保持较稳定的值，即使在干旱的沙漠地区，大气湿度也可以超过10g/m3。因此，空气是我们获得淡水资源的主要来源，采取行之有效的方法实现从空气中获取淡水是人们关心的一个重要问题。

现有太阳能空气取水技术，都是利用太阳能完成吸附剂的白天脱附。但存在一个问题，当太阳光较弱，即光照不足时，难以顺利完成吸附剂的脱附。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种改进的太阳能吸附式空气取水装置。

为了达到上述目的，本发明提供的一种改进的太阳能吸附式空气取水装置包含：太阳能光伏发电系统、从所述太阳能光伏发电系统获取电能的空气取水系统和控制系统；所述太阳能光伏发电系统包含：太阳能电池板、支架、太阳能控制器、蓄电池和逆变器；所述空气取水系统包含：太阳能空气取水管；所述太阳能空气取水管包含：真空玻璃套管、设于所述真空玻璃套管内部的吸附床、用于加热所述吸附床的加热件；所述控制系统包含：第一控制开关、第二控制开关、感光元件、用于检测所述吸附床温度的温度传感器；所述第一控制开关的启闭由所述感光元件控制，所述感光元件感受到光照时，所述第一控制开关打开；所述第二控制开关的启闭由所述温度传感器控制，并且当所述第一控制开关开启时，所述第二控制开关才可能开启；所述第二控制开关控制所述加热件的工作状态。

优选地，所述吸附床设置呈圆筒状，由内外两个同心不同直径的不锈钢网以及底部的圆环形不锈钢网组成。吸附床内均匀安装六片翅片，使吸附床内温度分布均匀，吸附剂填充于吸附床内。所述加热件设于圆筒状吸附床的内部空心区域。

优选的，所述吸附床外壁与真空玻璃套管之间形成空气/水蒸汽通道。

优选地，所述温度传感器包含：第一温度传感器和第二温度传感器；所述第一温度传感器设于所述圆筒状吸附床的内壁，所述第二温度传感器设于所述圆筒状吸附床外壁的背光面。

优选地，当所述第二温度传感器检测到的温度低于设定值时，所述第二控制开关打开；当所述第一温度传感器检测到的温度高于设定值时，所述第二控制开关关闭；针对所述第一温度传感器的设定值高于针对所述第二温度传感器的设定值。

优选地，所述空气取水系统还包含：与所述太阳能空气取水管连接的冷凝器、净水器和集水器。所述集水器是一个密封容器，下端出水口连接有出水管，取水龙头与出水管相连。

优选地，所述第一控制开关打开时，所述净化器处于工作状态。所述净水器的滤芯采用“晶纯”陶瓷膜多级过滤系统，有效去除氟离子，里面的活性炭滤芯能吸附余氯、有机物等。

优选地，所述加热件包含不锈钢外壳和加热丝。

优选地，所述控制系统为PLC控制系统。

优选地，所述空气取水系统还包含：太阳能集热装置；所述太阳能集热装置由太阳能聚光板、支架底座和固定太阳能空气取水管的不锈钢固定环。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种改进的太阳能吸附式空气取水装置，克服了光照不足时，吸附床脱附难以进行的局限性，同时节能环保，无外加热源的使用，高效利用太阳能实现空气取水。结构简单，使用寿命长，产水率高。

附图说明

图1为本发明的改进的太阳能吸附式空气取水装置结构图。

图2为本发明的太阳能空气取水管局部放大图。

图3为本发明的吸附床结构图。

图4为本发明的吸附床吸附示意图。

图5为本发明的光照充足时吸附床脱附示意图。

图6为本发明的光照不足时吸附床脱附示意图。

图7为本发明的PLC控制系统控制流程图。

图标：1-太阳能光伏发电板；2-支架；3-太阳能控制器；4-蓄电池；5-逆变器；6-PLC控制系统；7-太阳能空气取水管；8-吸附床；9-吸附剂；10-加热件；11-玻璃密封塞；12-硅胶密封塞；13-太阳能聚光板；14-固定环；15-支架底座；16-冷凝器；17-净水器；18-集水器；19-取水龙头；20-加热件外壳；21-加热丝；22-第一温度传感器；23-第二温度传感器；24-翅片；25-感光元件；26-第一控制开关；27-第二控制开关。

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所示，一种改进的太阳能吸附式空气取水装置，其包含：太阳能光伏发电系统、PLC控制系统、空气取水系统。空气取水系统包含：太阳能空气取水管、太阳能集热装置、冷凝器、净水器和集水器。

所述太阳能光伏发电系统由太阳能电池板1、支架2、太阳能控制器3、蓄电池4和逆变器5组成，所述太阳能控制器3通过输电线与太阳能电池板1、蓄电池4和逆变器5连接，所述逆变器5与PLC控制系统6(可参阅图7)通过输电线连接；所述PLC控制系统6包含第一控制开关26、第二控制开关27、感光元件25以及设置在太阳能空气取水管7内部的吸附床8上的温度传感器，通过输电线与太阳能空气取水管7和净水器17连接；所述太阳能空气取水管7由吸附床8、真空玻璃套管、加热件10和空气/水蒸汽通道组成；所述冷凝器16，上端通过输气管与太阳能空气取水管7连接，下端通过输水管与净水器17上端相连所述净水器17，下端通过输水管与集水器18进水口连接。所述集水器18是一个密封容器，下端出水口连接有出水管，取水龙头19与出水管相连。

所述太阳能空气取水管7的上端设置有三通管，三通管的其一端通过太阳能空气取水管7顶端的玻璃密封塞11插入太阳能空气取水管7内部；三通管的又一端是将PLC控制系统6与太阳能空气取水管7内加热件10所连接的输电线的通道，通道口设有硅胶密封塞12；三通管的又一端是连接冷凝器16的输气管。

所述太阳能空气取水管7由固定环14固定在太阳能聚光板13上，底部的支架底座15与太阳能聚光板13焊接。

优选的，太阳能空气取水管7的外层是一个真空玻璃套管，具有良好的保温性，管口有玻璃密封塞11，当吸附床脱附时，整个太阳能空气取水管7是一个封闭系统。

所述太阳能空气取水管7的内部设有圆筒状的吸附床8，吸附床8的外壁是一个圆柱形的不锈钢网；内壁是一个与外壁不锈钢网同心、不同直径的圆柱形不锈钢网，底部有一个圆环形的不锈钢网。吸附剂填充于两层不锈钢网之间。

请参阅图3，优选的吸附床8的内侧不锈钢网的外壁均匀安装六片翅片24，翅片24的材质为铜，铜的导热性能好。安装翅片会强化吸附床8的传热，保证吸附床8内部温度分布均匀，同时使吸附时吸附床8所释放的热量得到快速散失，避免温度过高，影响吸附床8的吸附速率。

请同时参阅图2，所述吸附床8上设有两个温度传感器，第一温度传感器22设置在圆筒状吸附床8内壁；第二温度传感器23设置在圆筒状吸附床8外壁的背光面。

在第一种实施例中，所述吸附剂9为3A、5A、13X等沸石分子筛，或沸石分子筛与CaCl₂等复合吸附剂。所用吸附剂并不仅限于上述所说的吸附剂，凡是吸附能力较好的固体吸附剂均可适用。

在第二种实施例中，所述吸附剂9也可为整体成型式吸附剂。在吸附床8内外壁以及底部布置不锈钢片，把混有粘合剂的液体吸附剂灌入吸附床内，待液体吸附剂凝固后，再把锈钢片取出，吸附剂便为整体成型式吸附剂。

所述第一种实施例中所用的固体吸附剂，需要在把吸附床8放入太阳能空气取水管7之前，对整个吸附床8进行约30分钟的剧烈抖动，减小吸附剂颗粒间的间隙，从而降低吸附剂颗粒与吸附床壁面的接触热阻，接触热阻对脱附过程影响很大。所述第二种实施例中整体成型式吸附剂可有效避免接触热阻，但需要提前把液体吸附剂凝固成整体成型式固体吸附剂。

所述圆筒状吸附床的内部空心区域有加热件，所述加热件包含不锈钢外壳和加热丝。在白天光照不足时，加热丝21通过太阳能光伏发电系统为其提供的能量加热吸附床8，当吸附床8达到脱附温度时，加热丝21自动关闭。

所述吸附床8与真空玻璃套管间形成空气/水蒸气通道。

所述太阳能光伏发电系统，太阳能电池板1把吸收的太阳辐射能转化成电能通过太阳能控制器3储存在蓄电池4中，太阳能控制器3有控制蓄电池4充电和放电的作用，避免其过度充电与放电。逆变器5把蓄电池4放出的直流电转变为交流电，用来供应PLC控制系统6、太阳能空气取水管7内加热丝21和净水器17的耗能，保证其能正常工作。

所述PLC控制系统6控制太阳能空气取水管7内加热丝21和净水器17的运行。PLC控制系统6有两个控制开关，第一控制开关26的启闭由感光元件25控制，第二控制开关27由吸附床8上的温度传感器控制。太阳能空气取水管7内加热丝21连接两个控制开关，且第二控制开关27受第一控制开关26的作用，当第一控制开关26开启时，第二控制开关27才可能开启。

该实施例中，所述改进的太阳能吸附式空气取水装置的工作流程如下：

吸附过程：晚上，如图4所示，太阳能空气取水管7的玻璃密封塞11打开，PLC控制系统6的感光元件未感受到光照，第一控制开关26关闭，则太阳能空气取水管7内加热丝21和净水器17均处于不工作状态。空气进入太阳能空气取水管7，夜间低温潮湿的空气通过水汽通道与吸附床8接触，空气中的水蒸气被吸附剂所吸收，产生的吸附热被流动空气通过水汽通道带走。

脱附过程：白天，PLC控制系统6的感光元件感受到光照，第一控制开关26开启，则净水器17处于工作状态，太阳能空气取水管7内加热丝21处于待工作状态。如图5所示，当光照充足时，此时第二控制开关27关闭，太阳能空气取水管7内加热丝217处于不工作状态，吸附床8吸收足够的太阳光热进行脱附，此时吸附床8内的温度传递方向为由外向内；如图6所示当光照不足时，此时第二控制开关27开启，太阳能空气取水管7内加热丝21处于工作状态，吸附床8仅依靠太阳光不能完成脱附，需要加热丝21加热吸附床8进行辅助脱附，此时吸附床8内的温度传递方向为由内向外。当吸附床8的温度满足要求时，加热丝21自动关闭。

判断光照是否充足，具体表现为，吸附床8上设有两个测温点，针对测温点1的第一温度传感器22的设定值为300℃，针对测温点2的第二温度传感器23的设定值为160℃-180℃。本发明以13X分子筛-CaCl₂复合吸附剂设定上述温度范围，其他种类吸附剂的设定温度范围或有所差异。当测温点1的温度值低于第一温度传感器22的设定值时，若测温点2的温度值满足第二温度传感器23的设定值，则第二控制开关27关闭，加热丝21停止工作；若测温点2的温度低于第二温度传感器23的设定值时，则第二控制开关27开启，加热丝21开始加热吸附床。当测温点1的温度达到第一温度传感器22的设定值时，无论测温点2的温度是否满足第二温度传感器23的设定值，第二控制开关27都是关闭状态，加热丝21不工作，以免温度过高，把吸附床8内吸附剂烧伤，从而影响吸附剂的吸附和脱附性能。

整个白天都是脱附过程，脱附得到的水蒸气通过输气管进去冷凝器16，在冷凝器16中冷凝为液化水后进入净水器17，净水器17的滤芯采用“晶纯”陶瓷膜多级过滤系统，有效去除氟离子，里面的活性炭滤芯能吸附余氯、有机物等，使冷凝水得到有效过滤后流入集水器18，可直接饮用。集水器上的取水龙头19可方便人们用水。

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 (6)

1.一种改进的太阳能吸附式空气取水装置，其特征在于，包含：太阳能光伏发电系统、从所述太阳能光伏发电系统获取电能的空气取水系统和控制系统；

所述太阳能光伏发电系统包含：太阳能电池板、支架、太阳能控制器、蓄电池和逆变器；

所述空气取水系统包含：太阳能空气取水管；所述太阳能空气取水管包含：真空玻璃套管、设于所述真空玻璃套管内部的吸附床、用于加热所述吸附床的加热件；

所述控制系统包含：第一控制开关、第二控制开关、感光元件、用于检测所述吸附床温度的温度传感器；所述第一控制开关的启闭由所述感光元件控制，所述感光元件感受到有光时，所述第一控制开关打开；所述第二控制开关的启闭由所述温度传感器控制，并且当所述第一控制开关开启时，所述第二控制开关才能够开启；所述第二控制开关控制所述加热件的工作状态；

所述吸附床的外壁与真空玻璃套管之间形成空气/水蒸汽通道；所述吸附床设置呈圆筒状，由内外两个同心不同直径的不锈钢网以及底部的圆环形不锈钢网组成；吸附床内均匀安装六片翅片，使吸附床内温度分布均匀，吸附剂填充于吸附床内；所述加热件设于圆筒状吸附床的内部空心区域；

所述温度传感器包含：第一温度传感器和第二温度传感器；所述第一温度传感器设于所述圆筒状吸附床的内壁，所述第二温度传感器设于所述圆筒状吸附床外壁的背光面；

当所述第二温度传感器检测到的温度低于设定值时，所述第二控制开关打开；当所述第一温度传感器检测到的温度高于设定值时，所述第二控制开关关闭；针对所述第一温度传感器的设定值高于针对所述第二温度传感器的设定值。

2.根据权利要求1所述的改进的太阳能吸附式空气取水装置，其特征在于，所述空气取水系统还包含：与所述太阳能空气取水管连接的冷凝器、净水器和集水器；所述集水器是一个密封容器，下端出水口连接有出水管，取水龙头与出水管相连。

3.根据权利要求2所述的改进的太阳能吸附式空气取水装置，其特征在于，所述第一控制开关打开时，所述净水器处于工作状态。

4.根据权利要求1所述的改进的太阳能吸附式空气取水装置，其特征在于，所述加热件包含不锈钢外壳和加热丝。

5.根据权利要求1所述的改进的太阳能吸附式空气取水装置，其特征在于，所述控制系统为PLC控制系统。

6.根据权利要求1所述的改进的太阳能吸附式空气取水装置，其特征在于，所述空气取水系统还包含：太阳能集热装置；所述太阳能集热装置包含太阳能聚光板、支架底座和固定太阳能空气取水管的不锈钢固定环。

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