CN209211540U - 一种空气取水的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及取水装置技术领域，具体涉及一种空气取水的装置，空气取水的装置的空气过滤器的空气出口与吸风装置的进风口连接，吸风装置的出风口与水汽富集组件的入口连接，水汽富集组件的出口与真空泵的入口连接，真空泵的出口与缓冲器的入口连接；缓冲器的液体出口与液态水收集净化组件的入口连接，气体出口与冷凝器的气体入口连接；冷凝器的液体出口与液态水收集净化组件的入口连接，气体出口与吸附器吸附区的入口连接；加热器用于加热空气，加热器的热气出口与吸附器解析区的入口连接。本实用新型降低了常规空气取水设备对环境条件的依赖，具有适用范围广、能耗低等优点，提高了空气取水效率。

Description

一种空气取水的装置

技术领域

本实用新型涉及取水装置技术领域，具体涉及一种空气取水的装置。

背景技术

地球的淡水含量占全球总水量的比重极少，且大多分布在难以利用的高山和两极地区，部分淡水深埋在地下，难以开采。目前，随着环境的日益恶化，人类能直接利用的淡水如地下水、湖泊淡水、河床水等淡水资源越来越稀缺，尤其是在沙漠和海岛地区这种趋势更是日益显现。为解决沙漠和海岛等边远地区的淡水供应问题，传统方法包括交通运输和海水淡化两种途径，但这两种途经的成本较高，且海水淡化能耗大、效率低，设备体积过大，不适合广泛使用。

大气中富含淡水，并且不受地域限制，尤其在海岛和沿海地区，空气湿度较高。然而到目前为止，对空气中淡水的利用率几乎为零。近几年，有关空气制水技术的报道仅限于冷却结露式取水和吸湿/解析式取水两种。然而，现有的冷却结露和吸湿/解析式制水技术均对环境湿度均有很高的要求，一般在湿度40％以上才能制水，且制水效率均不高，这就使空气制水技术的推广受到了限制，更无法在沙漠、高原等干燥环境下使用。

实用新型内容

为解决现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种空气取水的装置，本实用新型能够解决在干燥环境下的制水难题，大大拓宽了空气制水装备的环境适用范围。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种空气取水的装置，包括空气过滤器、吸风装置、水汽富集组件、真空泵、缓冲器、冷凝器、吸附器、换热器、加热器和液态水收集净化组件，吸附器具有吸附区和解析区；空气过滤器具有空气入口和空气出口，空气过滤器的空气出口与吸风装置的进风口连接，吸风装置的出风口与水汽富集组件的入口连接，水汽富集组件的出口与真空泵的入口连接，真空泵的出口与缓冲器的入口连接，缓冲器还具有气体出口以及液体出口，缓冲器的液体出口与液态水收集净化组件的入口连接，缓冲器的气体出口与冷凝器的气体入口连接，冷凝器还具有液体出口和气体出口，冷凝器的液体出口与液态水收集净化组件的入口连接，冷凝器的气体出口与吸附器吸附区的入口连接；

加热器用于加热空气，加热器的热气出口与吸附器解析区的入口连接。

吸风装置的出风口与缓冲器的入口通过管路连接，该管路上设有控制气体通断的阀门；水汽富集组件的入口设置有阀门。

还包括换热器，吸附器吸附区的出口分出一路管路经换热器后与加热器的空气入口连接，换热器能够对该路管路进行加热。

吸附器解析区出口的管路经换热器后连接至冷凝器的气体入口，换热器能够对该管路进行降温。

空气过滤器采用纤维形式过滤器、滤料形式过滤器或袋式过滤器，或者为纤维形式过滤器、滤料形式过滤器和袋式过滤器中至少两种组合形成的空气过滤器组；水汽富集组件中的分离膜采用板式膜、卷式膜或中空纤维膜，水汽富集组件的水汽与干空气的分离系数为50～5000；缓冲器的入口与气体出口互不相对。

吸风装置采用风机；吸附器采用转轮式吸附器；换热器采用非接触式换热器。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型空气取水的装置的空气过滤器的空气出口与吸风装置的进风口连接，吸风装置的出风口与水汽富集组件的入口连接，水汽富集组件的出口与真空泵的入口连接，真空泵的出口与缓冲器的入口连接，缓冲器的液体出口与液态水收集净化组件的入口连接，缓冲器的气体出口与冷凝器的气体入口连接，冷凝器的液体出口与液态水收集净化组件的入口连接，冷凝器的气体出口与吸附器吸附区的入口连接；加热器用于加热空气，加热器的热气出口与吸附器解析区的入口连接；通过本实用新型的空气取水的装置取水时，利用吸风装置从空气过滤器的空气出口吸气，使含湿空气流经空气过滤器进行过滤，得到洁净含湿空气；洁净含湿空气经吸风装置出风口排入水汽富集组件，真空泵将水汽富集组件的出口抽真空，使洁净含湿空气在水汽富集组件进行水汽富集，得到湿度相对于洁净含湿空气较高的高湿空气；高湿空气经真空泵后排入缓冲器进行缓冲和冷凝，经缓冲器冷凝后的液态水排至液态水收集净化组件；经缓冲后的高湿空气进入冷凝器进行冷凝，冷凝得到的液态水排至液态水收集净化组件；经冷凝器得到的气体排至吸附器的吸附区，吸附区对水汽进行吸收并将吸附后得到的废气排出；加热器将空气加热后排至吸附器的解析区，使吸附器恢复吸附能力。本实用新型不同于常规的单冷凝或单吸附空气制水设备，而是将水汽富集、冷凝、吸附等多种制水方式串联耦合，提高制水的效率。采用的水汽富集组件能够显著提升原料空气的湿度(水蒸气浓度)，克服了传统冷凝制水设备对环境湿度的依赖。在相同湿度条件下，本实用新型的空气取水装置比传统空气冷凝制水设备效率可提高50％以上，能够解决在干燥环境下的制水难题，大大拓宽了空气制水装备的环境适用范围，适用于沙漠、高原、高山等干燥的环境下制备饮用水。

附图说明

图1为本实用新型空气取水的装置的结构框图；

图中：1空气过滤器、2-风机、3-水汽富集组件、4-真空泵、5-缓冲器、6-冷凝器、7-吸附器、8-换热器、9-加热器、10-液态水收集净化组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本实用新型作进一步的说明。

参照图1，本实用新型的空气取水的装置，包括空气过滤器1、吸风装置、水汽富集组件3、真空泵4、缓冲器5、冷凝器6、吸附器7、加热器9和液态水收集净化组件10，吸附器7具有吸附区和解析区；空气过滤器1具有空气入口和空气出口，空气过滤器1的空气出口与吸风装置的进风口连接，吸风装置的出风口与水汽富集组件3的入口连接，水汽富集组件3的出口与真空泵4的入口连接，真空泵4的出口与缓冲器5的入口连接，缓冲器5还具有气体出口以及液体出口，缓冲器5的液体出口与液态水收集净化组件10的入口连接，缓冲器5的气体出口与冷凝器6的气体入口连接，冷凝器6还具有液体出口和气体出口，冷凝器6的液体出口与液态水收集净化组件10的入口连接，冷凝器6的气体出口与吸附器7吸附区的入口连接；加热器9用于加热空气，加热器9的热气出口与吸附器7解析区的入口连接。

作为本实用新型优选的实施方案，吸风装置的出风口与缓冲器5的入口通过管路连接，该管路上设有控制气体通断的阀门；水汽富集组件3的入口设置有阀门。

作为本实用新型优选的实施方案，本实用新型的空气取水的装置还包括换热器8，吸附器7吸附区的出口分出一路管路经换热器8后与加热器9的空气入口连接，换热器8能够对该路管路进行加热。

作为本实用新型优选的实施方案，吸附器7解析区出口的管路经换热器8后连接至冷凝器6的气体入口，换热器8能够对该管路进行降温。

作为本实用新型优选的实施方案，空气过滤器1可以是各种形式的过滤器，优选采用可自清洁形式或者各种组合形式的过滤器，用于过滤、清洁进入分离器的原料空气，如采用纤维形式过滤器、滤料形式过滤器或袋式过滤器，或者为纤维形式过滤器、滤料形式过滤器和袋式过滤器中至少两种组合形成的空气过滤器组。水汽富集组件3中的分离膜采用板式膜、卷式膜或中空纤维膜，水汽富集组件3的水汽与干空气的分离系数为50～5000，水汽富集组件3中的膜分离材料至少分成了两侧，一侧为正压侧，一侧为负压侧，正压侧也即膜分离器的原料气侧，也称为高压侧、滞留气侧，负压侧也即膜分离器的渗透气侧，也称为低压侧、负压侧。缓冲器5的入口与气体出口互不相对。吸风装置采用风机2；吸附器7采用转轮式吸附器；换热器8采用非接触式换热器。

参照图1，本实用新型的空气取水的方法，采用上述空气取水的装置进行，过程如下：

吸风装置从空气过滤器1的空气出口吸气，使含湿空气流经空气过滤器1进行过滤，得到洁净含湿空气；

洁净含湿空气经吸风装置出风口排入水汽富集组件3，真空泵4将水汽富集组件3的出口抽真空，使洁净含湿空气在水汽富集组件3进行水汽富集，得到湿度相对于洁净含湿空气较高的高湿空气；

高湿空气经真空泵4后排入缓冲器5进行缓冲和冷凝，经缓冲器5冷凝后的液态水排至液态水收集净化组件10；经缓冲后的高湿空气进入冷凝器6进行冷凝，冷凝得到的液态水排至液态水收集净化组件10；

经冷凝器6得到的气体排至吸附器7的吸附区，吸附区对水汽进行吸收并将吸附后得到的废气排出；

加热器9将空气加热后排至吸附器7的解析区，使吸附器7恢复吸附能力。

作为本实用新型优选的实施方案，吸风装置的出风口与缓冲器5的入口通过管路连接，该管路上设有控制气体通断的阀门；水汽富集组件3的入口设置有阀门；当环境温湿度较高时，如当温度大于25～50℃，含湿空气的相对湿度大于70％时，可不启动水汽富集模块，直接进行冷凝制水，此时关闭水汽富集组件3入口的阀门，打开吸风装置的出风口与缓冲器5入口之间管路上的阀门，洁净含湿空气经吸风装置出风口排入缓冲器5进行缓冲和冷凝。

作为本实用新型优选的实施方案，吸附器7吸附区的出口分出一路管路经换热器8后与加热器9的空气入口连接，换热器8能够对该路管路进行加热；吸附器7吸附区的出口分出的管路中的废气经换热器8进行预加热，预加热后的废气在进入加热器9进行加热，加热器9将废气加热至110～140℃，然后将加热后的废气排入吸附器7的解析区。

作为本实用新型优选的实施方案，吸附器7解析区出口的管路经换热器8后连接至冷凝器6的气体入口，换热器8能够对该管路进行换热降温；吸附器7解析区出口管路中的水汽经换热器8制冷后通入冷凝器6进行冷凝。

综上，采用本实用新型空气取水的装置来进行取水的方法能够克服传统冷凝制水对环境湿度的依赖，比传统空气冷凝制水效率提高50％以上，能够解决在干燥环境下的制水难题，能够在沙漠、高原、高山等干燥的环境下制备饮用水。

实施例

本实施例采取如下的技术方案：

本实施例空气取水的装置，包括：空气过滤器1、升压设备、水汽富集组件3、真空泵4、缓冲室5、冷凝器6、吸附器、水净化设备、换热器8、加热器9、相关控制阀门及必要的管线。

本实施例的空气过滤器1包括粗滤部分和精滤部分，用于过滤空气中的尘埃及其他杂物，过滤后的洁净空气，由风机2送入水汽富集组件3；水汽富集组件3的分离膜采用高分子选择性透过膜材料，真空泵4在膜的一侧提供一定的负压压力，典型的跨膜压差为：-30KPa～-80KPa，在跨膜压差作用下，含湿空气透过分离膜，由于分离膜的特殊性质，空气中的水汽能优先透过分离膜(分离膜的水汽与干空气的分离系数为50～5000)，进而提高了单位体积空气中水汽含量；典型的，缓冲器5可用圆柱形气缸，其进气口与出气口分别在圆柱形气缸的两个底面上，并且互不相对，这样就保证了空气进入气缸后能够缓冲，从而得到流速稳定的空气流。缓冲器5进气端与真空泵4出气端相连，出气端与冷凝器6相连；缓冲器5用于稳定真空泵4输出的高流速气体，利用缓冲器5得到流速稳定空气流，降低进入冷凝器6空气的流速，以提高高湿度空气的利用率，在高湿度环境下，水汽经过富集后，达到或超过饱和湿度，直接凝结产生少量液态水，在缓冲器内汇集后进入液态水收集净化组件10，液态水收集净化组件10进行收集、过滤净化处理。同时缓冲器5还具有液态水收集功能(在高湿度环境下，水汽经过富集后，达到或超过饱和湿度，直接凝结产生液态水)。吸附器7采用转轮式吸附器，内部填充高性能吸附材料(分子筛)，吸附器7内部由密封系统分为吸附区(即处理区域)和解析区(即再生区域)，吸附区的进气端与冷凝器6的排气端相连，吸附从冷凝器6排出的低温湿空气中的水汽；吸附区的排气端排出废气，排出的一小部分废气被重复利用作为解析吹扫气；解析区的进气端与加热器9的排气端相连，解析区利用加热后的高温干燥空气解析水汽，并恢复吸附器吸附能力，解析区的排气端排出高温高湿空气。换热器8采用非接触式换热器，内部有两个回路，分别为处理解析吹扫气回路和高温高湿回路。换热器8用于对解析吹扫气进行预加热，并降低进入冷凝器的含湿空气温度。加热器9的进气端与换热器8相连，排气端与吸附器7的解析区相连，用于再次加热自换热器8排出的解析吹扫气。冷凝器6的两个气体输入端分别与缓冲器5和换热器8相连。冷凝器6用于降低含湿空气的温度，使空气达到过饱和状态，进而使水汽凝结析出。其次本实施例的空气取水装置还包括电源组件、控制系统等辅助设施。本装置可通过市政电源直接供电，也可通过车载式电源逆变器连接车载电源进行供电。控制系统主要根据环境温度、湿度条件等条件，对冷凝器蒸发温度、风机送风量等参数进行调节，以降低设备降低功耗。

Claims (9)

1.一种空气取水的装置，其特征在于，包括空气过滤器(1)、吸风装置、水汽富集组件(3)、真空泵(4)、缓冲器(5)、冷凝器(6)、吸附器(7)、换热器(8)、加热器(9)和液态水收集净化组件(10)，吸附器(7)具有吸附区和解析区；空气过滤器(1)具有空气入口和空气出口，空气过滤器(1)的空气出口与吸风装置的进风口连接，吸风装置的出风口与水汽富集组件(3)的入口连接，水汽富集组件(3)的出口与真空泵(4)的入口连接，真空泵(4)的出口与缓冲器(5)的入口连接，缓冲器(5)还具有气体出口以及液体出口，缓冲器(5)的液体出口与液态水收集净化组件(10)的入口连接，缓冲器(5)的气体出口与冷凝器(6)的气体入口连接，冷凝器(6)还具有液体出口和气体出口，冷凝器(6)的液体出口与液态水收集净化组件(10)的入口连接，冷凝器(6)的气体出口与吸附器(7)吸附区的入口连接；

加热器(9)用于加热空气，加热器(9)的热气出口与吸附器(7)解析区的入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种空气取水的装置，其特征在于，吸风装置的出风口与缓冲器(5)的入口通过管路连接，该管路上设有阀门；水汽富集组件(3)的入口设置有阀门。

3.根据权利要求1所述的一种空气取水的装置，其特征在于，还包括换热器(8)，吸附器(7)吸附区的出口分出一路管路经换热器(8)后与加热器(9)的空气入口连接，换热器(8)能够对该路管路进行加热。

4.根据权利要求3所述的一种空气取水的装置，其特征在于，吸附器(7)解析区出口的管路经换热器(8)后连接至冷凝器(6)的气体入口，换热器(8)能够对该管路进行降温。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种空气取水的装置，其特征在于，空气过滤器(1)采用纤维形式过滤器、滤料形式过滤器或袋式过滤器，或者为纤维形式过滤器、滤料形式过滤器和袋式过滤器中至少两种组合形成的空气过滤器组。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种空气取水的装置，其特征在于，水汽富集组件(3)中的分离膜采用板式膜、卷式膜或中空纤维膜。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种空气取水的装置，其特征在于，水汽富集组件(3)的水汽与干空气的分离系数为50～5000。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的一种空气取水的装置，其特征在于，缓冲器(5)的入口与气体出口互不相对。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的一种空气取水的装置，其特征在于，吸风装置采用风机(2)；吸附器(7)采用转轮式吸附器；换热器(8)采用非接触式换热器。