CN116290219A - 一种集成式宽温区空气制水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成式宽温区空气制水装置，包括风道（16），以及压缩制冷系统、空气循环系统、接水盘（10），风道进风口有主风门（5），风道（16）侧面侧风口有副风门（4）；压缩制冷系统包括压缩机（1）、配置有冷凝风机（2）的外置冷凝器（3）、内置冷凝器（8.2）、蒸发器（8.4）、节流元件（9）；空气循环系统包括内循环风机（7）、热管换热器；接水盘（10）承接于压缩制冷系统中蒸发器（8.4）下方。本发明可提高空气制水的效率和性价比。
Description
技术领域
本发明涉及空气制水装置领域，具体是一种集成式宽温区空气制水装置。
背景技术
目前大多采用制冷凝露法、聚雾法、吸收法和吸附法等方式进行从空气中取水。其中制冷结露法取水是通过压缩制冷循环的人工制冷方式，湿空气温度经过低于露点温度的冷表面（蒸发器），湿空气中的液态水析出被收集起来，经净化后饮用。现有国内外研究基于制冷凝露法取水的技术和产品大多集中在15～40℃，湿度范围集中在20%～90%范围内，无法解决如沙漠地区等极度缺水地区的生存饮用水问题，也无法满足冷干地区饮用水需求，更加无法兼顾高温和低温制水能力。例如，干球温度为50℃，相对湿度10%，露点温度9.9℃，空气焓值70.2kJ/kg，如需在该工况制取水分，需将蒸发器温度降至9.9℃以下，理论情况，蒸发温度应保持在5℃以下才能实现，以日取水17L为例，需制冷量4.3kW，同时兼顾低温及常温制水，4.3kW的制冷量易造成蒸发器结霜。常规的一级制冷几乎很难实现高温与常温的兼顾，很容易造成过载保护，一级制冷消耗能源，制水性价比极低。
发明内容
本发明提供了一种集成式宽温区空气制水装置，以解决现有技术空气制水装置性价比低的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种集成式宽温区空气制水装置，包括风道（16），以及压缩制冷系统、空气循环系统、接水盘（10），其中：
风道（16）一端为进风口，另一端为出风口，风道进风口安装有可打开和闭合的主风门（5），风道（16）侧面靠近进风口位置设有侧风口，侧风口安装有可打开和闭合的副风门（4）；
压缩制冷系统包括压缩机（1）、配置有冷凝风机（2）的外置冷凝器（3）、内置冷凝器（8.2）、蒸发器（8.4）、节流元件（9），所述压缩机（1）设于风道（16）外，外置冷凝器（3）设于风道（16）的侧风口外，且风道（16）的侧风口位于外置冷凝器（3）配置的冷凝风机（2）出风路径上，所述蒸发器（8.4）设于风道（16）内靠近进风口位置，所述内置冷凝器（8.2）设于风道（16）内靠近出风口位置，所述压缩机（1）的出口与外置冷凝器（3）的进口连接，外置冷凝器（3）的出口与内置冷凝器（8.2）的进口连接，内置冷凝器（8.2）的出口与节流元件（9）的进口连接，节流元件（9）的出口与蒸发器（8.4）的进口连接，蒸发器（8.4）的出口与压缩机（1）的回口连接，由此形成制冷循环回路；
空气循环系统包括内循环风机（7）、热管换热器，内循环风机（7）设于风道（16）内靠近进风口位置，所述压缩制冷系统中的蒸发器（8.4）位于内循环风机（7）的出风路径上，所述热管换热器具有热端（8.3）和冷端（8.1），热管换热器的热端（8.3）设于风道（16）内并位于内循环风机（7）、蒸发器（8.4）之间，热管换热器的冷端（8.1）设于风道（16）内并位于压缩制冷系统中蒸发器（8.4）、内置冷凝器（8.2）之间；
所述接水盘（10）承接于压缩制冷系统中蒸发器（8.4）下方。
进一步的，所述风道（16）为U型，所述内循环风机（7）、热管换热器的热端（8.3）、蒸发器（8.4）按内循环风等级（7）风向依次设于风道（16）进风口对应的U型一个边臂内，所述热管换热器的冷端（8.1）、内置冷凝器（8.2）设于风道（16）出风口对应的U型另一个边臂内。
进一步的，所述热管换热器的热端（8.3）和冷端（8.1）、内置冷凝器（8.2）、蒸发器（8.4）集成一体并共用散热翅片。
进一步的，所述风道（16）的进风口还安装有空气过滤单元（6）。
进一步的，还包括集水箱（14）、水泵（13）、水过滤单元（12）、外置水箱（11），所述接水盘（10）与集水箱（14）内连通，所述集水箱（14）通过水泵（13）、水过滤单元（12）与外置水箱（11）连通，由此构成净水系统。
与现有技术相比，本发明优点为：
本发明的有益效果：
1、本发明采用制冷凝露原理和热管冷量回收原理耦合的制水系统，具有高温模式和低温模式两种工作模式。集成式换热器由制冷系统蒸发器和冷凝器、热管冷端和热端组成，热管冷热端具有较高换热效果，进入风道的高温空气经过热管换热器热端，热端管内制冷剂吸收空气中的热量由液态变成气态通过管路进入热管冷端，热空气在热管热端进行一次冷却后进入蒸发器进行二次冷却，随后进入热管冷端，冷端内制冷剂释放热量由气态变成液态在重力作用下通过管路流入热管热端内完成循环。其中，热管热端出来的连接管路由冷凝器绕行至热管冷端，冷凝器对该段管路进行充分过热，热管冷端出来的连接管路由蒸发器绕行至热管热端，蒸发器对该段管路进行充分过冷，过冷效果和过热效果的耦合作用的热驱动力有益于热管内制冷剂循环效率，大大提升热管的管热效率。在高温模式下，进入热端的高温环境空气与进入冷端的低温空气温差较大，热管换热效率极大，能最大幅度降低进入蒸发器内的空气温度，大大降低了系统的功耗。低温模式下，热管冷热两端的空气温差较小，热管换热效率较低。使本装置的适用温度范围可扩大至5℃～50℃，相对湿度范围可适用于10%～100%。
2、本发明采用多级能量回收。集成式换热器中的冷凝器置于热管冷端后，进行一次过冷，冷凝器出口的管路经热管冷端经膨胀阀至蒸发器，该段在冷腔内，进行二次过冷，大大提升制冷系统效率。低温模式下，风门处于竖直状态，进入风道内的空气为由经外置冷凝器加热后的常温空气，相较于直接输入低温空气，常温空气的输入可有效避免蒸发器结霜，便于蒸发器内持续进行凝露制水。结合热管原理，高温模式本发明采用空气侧的三重能量回收和制冷剂侧的两重过冷，低温模式本发明采用空气侧的四重能量回收和制冷剂侧的两重过冷使空气制水装置功率大幅降低节能效果显著；
3、本发明采用多功能模块化设计，各模块可单独拆分独立运行，可推广至除湿、空气调节和净水等领域。
4、本发明采用一套元件两重模式，系统高度集成，通过风门切换实现5℃～50℃，可实现装置轻量化和小型化。
5、本发明采用变频压缩机、无级变速风机、开度可调节流元件，可实现装置的精确控制和系统参数最优化匹配，有效提高系统效率。
6、本发明技术成熟、容易实现。
附图说明
图1为本发明实施例工作于高温模式时制水原理图。
图2为本发明实施例工作于低温模式时制水原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2所示，图1、图2中
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表示空气流向，/>
表示水流向，/>
表示热管换热器内制冷剂流向。本实施例公开了一种集成式宽温区空气制水装置，包括风道16，以及压缩制冷系统、空气循环系统、净水系统。
风道16一端为进风口，另一端为出风口，风道进风口安装有可打开和闭合的主风门5，风道进风口还紧邻主风门5安装有空气过滤单元6。风道16侧面靠近进风口位置设有侧风口，侧风口安装有可打开和闭合的副风门4。
压缩制冷系统包括压缩机1、配置有冷凝风机2的外置冷凝器3、内置冷凝器8.2、蒸发器8.4、节流元件9，压缩机1设于风道16外，外置冷凝器3设于风道16的侧风口外，且风道16的侧风口位于外置冷凝器3配置的冷凝风机2出风路径上，蒸发器8.4设于风道16内靠近进风口位置，内置冷凝器8.2设于风道16内靠近出风口位置，压缩机1的出口与外置冷凝器3的进口连接，外置冷凝器3的出口与内置冷凝器8.2的进口连接，内置冷凝器8.2的出口与节流元件9的进口连接，节流元件9的出口与蒸发器8.4的进口连接，蒸发器8.4的出口与压缩机1的回口连接，由此形成制冷循环回路。
本实施例中风道16可为直线型，也可为U型、C型，本实施例中风道16为U型，内循环风机7、热管换热器的热端8.3、蒸发器8.4按内循环风等级7风向依次设于风道16进风口对应的U型一个边臂内，所述热管换热器的冷端8.1、内置冷凝器8.2设于风道16出风口对应的U型另一个边臂内。
本实施例中，热管换热器的热端8.3和冷端8.1、内置冷凝器8.2、蒸发器8.4集成一体并共用散热翅片，也可将这四者分为四个独立模块。
空气循环系统包括内循环风机7、热管换热器，内循环风机7设于风道16内靠近进风口位置，压缩制冷系统中的蒸发器8.4位于内循环风机7的出风路径上，热管换热器具有热端8.3和冷端8.1，热管换热器的热端8.3设于风道16内并位于内循环风机7、蒸发器8.4之间，热管换热器的冷端8.1设于风道16内并位于压缩制冷系统中蒸发器8.4、内置冷凝器8.2之间。
净水系统包括接水盘10、带补水接口15的集水箱14、水泵13、水过滤单元12、外置水箱11，接水盘10承接于压缩制冷系统中蒸发器8.4下方，接水盘10与集水箱14内连通，所述集水箱14通过水泵13、水过滤单元12与外置水箱11连通。
如图1为本实施例高温模式原理图，副风门4和主风门5均处于水平状态，此时风道16的进风口打开、侧风口关闭。制冷循环系统制冷剂通过压缩机1形成高温高压制冷剂蒸汽，经外置冷凝器3释放部分热量，在内置冷凝器8.2中进一步释放潜热形成具有一定的过冷度的低温高压液态制冷剂，经节流元件9节流降压成为低温低压液态制冷剂，送入蒸发器8.4对管外的空气进行降温，管内制冷剂吸热蒸发形成制冷剂蒸汽回到压缩机1中。空气循环系统通过送风风机7吸入环境空气，经空气过滤单元6过滤空气中的杂质后送入热管换热器的热端8.3中进行一次冷却，经蒸发器8.4制冷凝露制水后低温空气进入热管换热器的冷端8.1，通过热管换热器内制冷剂循环与热管换热器热端8.3中的环境温度的空气进行热交换，完成冷量的一次回收后进入内置冷凝器8.2，在内置冷凝器8.2中，同时与内置冷凝器8.2管内的高温制冷剂进行热交换，为管内制冷剂提供过冷度和冷凝所需冷量，完成系统冷量的二次回收，随后空气排出。水处理系统是将蒸发器8.4凝结出的水通过结水盘10收集后接入集水箱14，需要时通过水泵13将水送往净水单元12进行处理输出至外置水箱11中进行存储。
如图2为本实施例低温模式原理图，副风门4和主风门5均处于竖直状态，此时风道16的进风口关闭、侧风口打开。制冷循环系统制冷剂通过压缩机1形成高温高压制冷剂蒸汽，经外置冷凝器3释放部分热量，在内置冷凝器8.2中进一步释放潜热形成具有一定的过冷度的低温高压液态制冷剂，经节流元件9节流降压成为低温低压液态制冷剂，送入蒸发器8.4对管外的空气进行降温，管内制冷剂吸热蒸发形成制冷剂蒸汽回到压缩机1中。空气循环系统通过送风风机7吸入环境空气，经外置冷凝器3加热后送入热管换热器的热端8.3中，经蒸发器8.4制冷凝露制水后低温空气进入热管换热器的冷端8.1，通过热管内制冷剂循环与热管换热器的热端8.3中的环境温度的空气进行热交换，完成冷量的一次回收后进入内置冷凝器8.2，在内置冷凝器8.2中，同时与内置冷凝器8.2管内的高温制冷剂进行热交换，为管内制冷剂提供过冷度和冷凝所需冷量，完成系统冷量的二次回收，随后空气排出。水处理系统是将蒸发器8.4凝结出的水通过结水盘10收集后接入集水箱14，需要时通过水泵13将水送往净水单元12进行处理输出至外置水箱11中进行存储。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，这种组合只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内以及不脱离本发明设计思想的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (5)
1.一种集成式宽温区空气制水装置，其特征在于，包括风道（16），以及压缩制冷系统、空气循环系统、接水盘（10），其中：
风道（16）一端为进风口，另一端为出风口，风道进风口安装有可打开和闭合的主风门（5），风道（16）侧面靠近进风口位置设有侧风口，侧风口安装有可打开和闭合的副风门（4）；
压缩制冷系统包括压缩机（1）、配置有冷凝风机（2）的外置冷凝器（3）、内置冷凝器（8.2）、蒸发器（8.4）、节流元件（9），所述压缩机（1）设于风道（16）外，外置冷凝器（3）设于风道（16）的侧风口外，且风道（16）的侧风口位于外置冷凝器（3）配置的冷凝风机（2）出风路径上，所述蒸发器（8.4）设于风道（16）内靠近进风口位置，所述内置冷凝器（8.2）设于风道（16）内靠近出风口位置，所述压缩机（1）的出口与外置冷凝器（3）的进口连接，外置冷凝器（3）的出口与内置冷凝器（8.2）的进口连接，内置冷凝器（8.2）的出口与节流元件（9）的进口连接，节流元件（9）的出口与蒸发器（8.4）的进口连接，蒸发器（8.4）的出口与压缩机（1）的回口连接，由此形成制冷循环回路；
空气循环系统包括内循环风机（7）、热管换热器，内循环风机（7）设于风道（16）内靠近进风口位置，所述压缩制冷系统中的蒸发器（8.4）位于内循环风机（7）的出风路径上，所述热管换热器具有热端（8.3）和冷端（8.1），热管换热器的热端（8.3）设于风道（16）内并位于内循环风机（7）、蒸发器（8.4）之间，热管换热器的冷端（8.1）设于风道（16）内并位于压缩制冷系统中蒸发器（8.4）、内置冷凝器（8.2）之间；
所述接水盘（10）承接于压缩制冷系统中蒸发器（8.4）下方。
2.根据权利要求1所述的一种集成式宽温区空气制水装置，其特征在于，所述风道（16）为U型，所述内循环风机（7）、热管换热器的热端（8.3）、蒸发器（8.4）按内循环风机（7）风向依次设于风道（16）进风口对应的U型一个边臂内，所述热管换热器的冷端（8.1）、内置冷凝器（8.2）设于风道（16）出风口对应的U型另一个边臂内。
3.根据权利要求1或2所述的一种集成式宽温区空气制水装置，其特征在于，所述热管换热器的热端（8.3）和冷端（8.1）、内置冷凝器（8.2）、蒸发器（8.4）集成一体并共用散热翅片。
4.根据权利要求1或2所述的一种集成式宽温区空气制水装置，其特征在于，所述风道（16）的进风口还安装有空气过滤单元（6）。
5.根据权利要求1或2所述的一种集成式宽温区空气制水装置，其特征在于，还包括集水箱（14）、水泵（13）、水过滤单元（12）、外置水箱（11），所述接水盘（10）与集水箱（14）内连通，所述集水箱（14）通过水泵（13）、水过滤单元（12）与外置水箱（11）连通，由此构成净水系统。
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| CN202310373975.8A Pending CN116290219A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 一种集成式宽温区空气制水装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116290219A (zh) |
-
2023
- 2023-04-10 CN CN202310373975.8A patent/CN116290219A/zh active Pending
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