CN215290380U - 一种可再生能源驱动的空气取水装置 - Google Patents

Abstract

一种可再生能源驱动的空气取水装置，包括基架、设置在基架上的喷射式制冷模块、引流风道模块、吸附式取水模块、集水模块和水处理模块；所述引流风道模块位于喷射式制冷模块和吸附式取水模块之间，所述集水模块设置在引流风道模块内，集水模块通过管路与水处理模块连通,吸附式取水模块用于抽取热湿空气，引流风道模块用于将热湿空气输送到喷射式制冷模块进行冷凝，集水模块用于收集冷凝后的冷凝水，水处理模块用于对冷凝水作净化处理。本实用新型结构简单，利用可再生能源驱动，制水效率高，适用范围广。

Description

一种可再生能源驱动的空气取水装置

技术领域

本实用新型涉及空气取水技术领域，特别涉及一种可再生能源驱动的空气取水装置。

背景技术

水是生命之源，解决沙漠等干旱地区的取水问题对于军用和民用领域均有重要意义。目前解决淡水资源短缺问题的主要措施包括节约用水、海水淡化、向干旱地区输送水源等，但目前这些措施都没有从根本上解决淡水资源短缺问题。

研究发现大气中水蒸气含量不受地域限制，储量丰富，据统计，地球大气中含有大约14000km3的水蒸气，而地表的淡水总量只有1200km3。并且大气中水蒸气循环、再生速度最快，并依托海洋巨大的水量，是地球上可更新淡水资源的主要来源，因此现在大多利用空气取水技术从中获取淡水。

近年来诸多学者从不同方面进行了空气取水设备的研究，但现有空气制水设备普遍存在着依赖电量、设备运行受限于当地空气温度和湿度条件、价格昂贵、取水成本高、制水效率低等问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种可再生能源驱动的空气取水装置，结构简单，利用可再生能源驱动，制水效率高，适用范围广。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种可再生能源驱动的空气取水装置，包括基架、设置在基架上的喷射式制冷模块、引流风道模块、吸附式取水模块、集水模块和水处理模块；

所述引流风道模块位于喷射式制冷模块和吸附式取水模块之间，所述集水模块设置在引流风道模块内，集水模块通过管路与水处理模块连通；

其中，吸附式取水模块用于抽取热湿空气，引流风道模块用于将热湿空气输送到喷射式制冷模块进行冷凝，集水模块用于收集冷凝后的冷凝水，水处理模块用于对冷凝水作净化处理。

进一步的，所述基架呈矩形且包括上下两层，所述基架底部均布有多个承重柱。

进一步的，所述喷射式制冷模块包括设置基架下层前端的冷凝器、设置在基架上层的太阳能集热器、喷射器和蒸发器，所述太阳能集热器、喷射器和冷凝器通过管路依次连接形成循环回路，所述喷射器、蒸发器和冷凝器通过管路依次连接，所述蒸发器和冷凝器连接的管路上设有节流阀，所述冷凝器通过设有单向阀的管路与太阳能集热器连接，所述蒸发器包括多个U形吸热管，蒸发器壳体沿轴向均布有多个出风通孔。

进一步的，所述引流风道模块包括设在基架上层的菲涅尔透镜单元、设置在基架下层后端的底板，设置在底板上方呈环状的集热棚和竖直设置在集热棚上端的引流风道，所述引流风道呈拉法尔管状且能够折叠，所述底板和集热棚之间设有多个支撑柱，所述引流风道向上延伸将蒸发器包裹在内，所述菲涅尔透镜单元用于汇聚太阳光并加热集热棚，菲涅尔透镜单元包括设置在基架上层的第一支撑座、与第一支撑座通过球面副装配的第二支撑座和设置在第二支撑座上的菲涅尔透镜。

进一步的，所述吸附式取水模块包括设置在底板和集热棚之间的呈圆周均布的多个吸附床、设置在太阳能集热器前端的太阳能电池板和设置基架下层的蓄电池，所述太阳能电池板与蓄电池电性连接，吸附床两端分别为进风口和出风口，所述进风口的高度低于出风口的高度，吸附床包括吸附床壳体、吸附芯体和微型风机，所述吸附芯体设在吸附床壳体内，所述吸附芯体沿床体方向贯通设有多个通风风道，所述微型风机设在吸附床的进风口端，每个微型风机分别与蓄电池电性连接。

进一步的，所述集水模块包括输水管路、设置在引流风道内的螺旋板集水器、多个拉力柱和拉力环，所述多个拉力柱竖直分布在蒸发器下端，拉力环与多个拉力柱底部连接且将多个U形吸热管包裹在内，所述拉力环中心设有竖直固定柱，固定柱通过多个连杆与拉力环连接，所述螺旋板集水器设置在固定柱下端，所述螺旋板集水器的出水端与输水管路连通。

进一步的，所述螺旋板集水器包括竖直设置的支撑轴和绕着支撑轴向下进行延伸的螺旋板，所述支撑轴上端与固定柱可拆卸固定连接，所述螺旋板外边界设有凸起的边界挡边，螺旋板最下侧靠支撑轴下端设置有集水漏斗，所述集水漏斗的大端朝向螺旋板，小端的出水口与输水管路连通。

进一步的，所述水处理模块设置在基架下层且位于冷凝器和底板之间，水处理模块包括底座、设置在底座上通过管道依次连通的沉淀罐、活性炭净水罐和储水罐，所述储水罐设有出水管，所述储水罐上设有出水阀。

进一步的，所述集热棚和吸附床壳体表面经过发黑处理。

进一步的，所述吸附芯体材料为硅胶、分子筛、活性炭、活性氧化铝和卤素盐中的任意一种。

根据上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中采用喷射式制冷模块制取冷量，利用太阳能集热器加热工质，系统驱动能量完全来自于自然界，相较于传统压缩式制冷空气取水系统，不消耗任何电力，并且不产生任何环境污染，具有节能、清洁、可持续等优点。

2、本实用新型中采用呈拉法尔管状的引流风道，能够利用温差形成烟囱效应向蒸发器送风，利用菲涅尔透镜加强了太阳能在集热棚辐射程度，同时集热棚表面经超级发黑处理，可显著提升烟囱效应的效果，进而提高送风冷凝取水的效率，并且引流风道能够折叠，在非工作时段便于运输和存放。

3、本实用新型的吸附床进风口高度低于出风口的高度，能够在吸附床内部形成局部烟囱效应，具有吸附水量大且解吸效果好的双重优点。夜间利用蓄电池对微型风机供电使吸附床夜间吸附空气中的水分，吸附床白天受热解吸，产生的湿热空气在烟囱效应下送至蒸发器表面冷凝。通过这样的间歇式空气处理，可以有效提高取水露点温度，扩大装置在高温低湿等极端条件下的取水效率和适用特性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型太阳能集热器与喷射器各连接口位置示意图；

图3为本实用新型喷射器的剖视图；

图4为本实用新型喷射式制冷模块工作示意图；

图5为本实用新型吸附式取水模块结构示意图；

图6为本实用新型吸附床结构示意图；

图7为本实用新型集水模块的放大图；

图8为本实用新型吸附式取水模块和水处理模块的结构示意图；

图9为本实用新型太阳能集热器的局部放大图；

图10为引流风道折叠状态示意图。

图中标记：1、基架，2、承重柱，3、太阳能集热器，4、太阳能集热器汽态工质输出口，5、太阳能集热器液态工质输入口，6、喷射器，7、喷射器汽态工质输入口，8、喷射器汽态工质输出口，9、喷射器汽态工质引射口，10、喷射器喷嘴，11、冷凝器，12、冷凝器汽态工质输入口，13、冷凝器第一液态工质输出口，14、冷凝器第二液态工质输出口，15、节流阀，16、蒸发器，17、蒸发器液态工质输入口，18、蒸发器汽态工质输出口，19、U形吸热管，20、拉力柱，21、拉力环，22、菲涅尔透镜，23、第一支撑座，24、第二支撑座，25、引流风道，26、集热棚，27、底板，28、吸附床，29、吸附芯体，30、进风口，31、微型风机，32、出风口，33、太阳能电池板，34、支座，35、销轴，36、蓄电池，37、螺旋板集水器，38、边界挡边，39、集水漏斗，40、支撑轴，41、双向螺母，42、输水管道，43、底座，44、沉淀罐，45、活性炭净化罐，46、储水罐，47、出水阀，48、支撑座，49、出风通孔，50、接受室，51、扩压室，52、支撑柱，53、单向阀。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参阅图1-10，本实用新型提供一种可再生能源驱动的空气取水装置，包括基架1、设置在基架1上的喷射式制冷模块、引流风道模块、吸附式取水模块、集水模块和水处理模块，所述基架1呈矩形且包括上下两层，所述基架1底部均布有多个承重柱2。

所述引流风道模块位于喷射式制冷模块和吸附式取水模块之间，所述集水模块设置在引流风道模块内，集水模块通过管路与水处理模块连通，吸附式取水模块用于抽取热湿空气，引流风道模块用于将热湿空气输送到喷射式制冷模块进行冷凝，集水模块用于收集冷凝后的冷凝水，水处理模块用于对冷凝水作净化处理。

所述喷射式制冷模块中的制冷工质为R134a，工质的沸点为-26.2℃，临界温度为101.1℃。

所述喷射式制冷模块包括设置基架1下层前端的冷凝器11、设置在基架1上层的太阳能集热器3、喷射器6和蒸发器16，所述太阳能集热器3、喷射器6和冷凝器11通过管路依次连接形成循环回路，所述喷射器6、蒸发器16和冷凝器11通过管路依次连接，所述蒸发器16和冷凝器11连接的管路上设有节流阀15，所述太阳能集热器3和冷凝器11连接的管路上设有单向阀53，喷射器6通过左右两个支撑座48设置太阳能集热器3后端，在所述蒸发器16包括多个U形吸热管19，蒸发器16壳体沿轴向均布有多个出风通孔49，所述冷凝器11在工作时布置于土壤之中，利用土壤进行散热，非工作时段可放置于基架1下层。

所述太阳能集热器3由多个太阳能真空集热管并联而成，太阳能集热器3还包括位于下方的太阳能集热器液态工质输入口5和位于上方的太阳能集热器汽态工质输出口4；喷射器6具有喷射器汽态工质输入口7、喷射器汽态工质输出口8和喷射器汽态工质引射口9，喷射器6内部设有喷嘴10；所述冷凝器11设置有一个冷凝器汽态工质输入口12以及冷凝器第一液态工质输出口13和冷凝器第二液态工质输出口14，其中太阳能集热器汽态工质出口4和喷射器汽态工质输入口7连接；喷射器汽态工质输出口8和冷凝器汽态工质输入口12连接；冷凝器第一液态工质输出口13和蒸发器液态工质输入口17连接，且该段管路中间串联有节流阀15；蒸发器汽态工质输出口18和喷射器汽态工质引射口9连接；冷凝器第二液态工质输出口14和位于太阳能集热器下方的太阳能集热器液态工质输入口5相连接。

当太阳能集热器3受到太阳辐射后加热内部工质，产生高压汽态工质，汽态工质由太阳能集热器汽态工质输出口4经连接管道48进入喷射器6的喷射器汽态工质输入口7，高温高压的工作流体通过喷射器喷嘴10绝热膨胀，在喷嘴10中，工作流体的压力下降，速度增加，工作流体以超音速从喷嘴10出来进入接受室50，在接受室50中形成低压，从而自喷射器汽态工质引射口9吸入引射流体，工作流体和引射流体发生混合，进行速度的均衡，通常还伴随压力的升高。流体混合后进入扩压室51，压力将继续升高。在扩压室51出口处，混合流体的压力高于进入时引射流体的压力,实现了对引射流体的增压作用，替代了传统制冷系统中压缩机的作用。增压后的汽态工质经管道进入冷凝器11中进行冷凝，冷凝器11将热量散发至土壤，冷凝后的液态工质在扩压室51扩压后的高压作用下分别从冷凝器第一液态工质输出口13及冷凝器第二液态工质输出口14经管道压送至蒸发器16和太阳能集热器液态工质输入口5。

其中，冷凝器第二液态工质输出口14和太阳能集热器液态工质输入口5之间的管路上设置有单向阀53，保证工质由冷凝器11向太阳能集热器3的单向流动。进入蒸发器16内部的低温低压液态工质蒸发吸热，产生冷量，蒸发后的汽态工质经蒸发器汽态工质输出口18被引射至喷射器汽态工质引射口9。

所述引流风道模块包括设在基架1上层的菲涅尔透镜单元、设置在基架1下层后端的底板27，设置在底板27上方呈环状的集热棚26和竖直设置在集热棚26上端的引流风道25，所述引流风道25呈拉法尔管状且能够折叠，所述底板27和集热棚26之间设有多个支撑柱52，所述引流风道25向上延伸将蒸发器16包裹在内，所述菲涅尔透镜单元用于汇聚太阳光并加热集热棚26，菲涅尔透镜单元包括设置在基架1上层的第一支撑座23、与第一支撑座23通过球面副装配的第二支撑座24和设置在第二支撑座24上的菲涅尔透镜22，第二支座24相对于第一支座23可以进行旋转从而灵活调节汇聚至集热棚26上的太阳辐射热量，所述菲涅尔透镜22可设置一个或多个，其相对于集热棚26的角度能够调节。

装置运行时，引流风道25处于正常展开状态，通过菲涅尔透镜22汇聚太阳光并加热集热棚26，由于引流风道25上方温度较低，从而和集热棚26处的高温形成烟囱效应，不消耗任何电量即可实现向上送风，非工作时段，引流风道25为折叠状态，减小体积，便于运输。

所述吸附式取水模块包括设置在底板27和集热棚26之间的呈圆周均布的多个吸附床28、设置在太阳能集热器3前端的太阳能电池板33和设置基架1下层的蓄电池36，所述多个吸附床28为五个，所述基架1上层设有支座34，太阳能电池板33两侧通过销轴35与支座34连接并可相对旋转一定角度，所述太阳能电池板33与蓄电池36电性连接，吸附床28两端分别为进风口30和出风口32，所述进风口30的高度低于出风口32的高度，吸附床28包括吸附床壳体、吸附芯体29和微型风机31，所述吸附芯体29设在吸附床壳体内，所述吸附芯体29沿床体方向贯通设有多个通风风道，所述微型风机31设在吸附床28的进风口30端，每个微型风机31分别与蓄电池36电性连接，所述吸附芯体29材料为硅胶、分子筛、活性炭、活性氧化铝和卤素盐中的任意一种。

所述集热棚26和吸附床壳体表面进行超级发黑处理，从而增强太阳能利用率。

太阳能电池板33白天发电并储存在蓄电池36中，夜间空气湿度相对较高，利用白天收集到的电量驱动每个吸附床28的微型风机31运行，空气中的水分即被吸附于吸附芯体29中，当吸附材料饱和时，停止向微型风机31供电；白天在太阳辐射作用下，吸附床28受热，夜间吸附的水分从吸附芯体29中蒸发出来，湿热的空气沿通风风道在烟囱效应的作用下流至多个U形吸热管19表面，遇冷液化成为冷凝水。

所述集水模块包括输水管路42、设置在引流风道25内的螺旋板集水器37、多个拉力柱20和拉力环21，所述多个拉力柱20竖直分布在蒸发器16下端，所述多个拉力柱20为四个，拉力环21与多个拉力柱20底部连接且将多个U形吸热管19包裹在内，所述拉力环21中心设有竖直固定柱，固定柱通过多个连杆与拉力环21连接，所述螺旋板集水器37设置在固定柱下端，所述螺旋板集水器37的出水端与输水管路42连通，所述螺旋板集水器37包括竖直设置的支撑轴40和绕着支撑轴40向下进行延伸的螺旋板，所述支撑轴40上端与固定柱可拆卸固定连接，所述支撑轴40上端与固定柱下端通过双向螺母41连接，所述螺旋板外边界设有凸起的边界挡边38，螺旋板最下侧靠支撑轴40下端设置有集水漏斗39，所述集水漏斗39的大端朝向螺旋板，小端的出水口与输水管路42连通。

工作时，由吸附床28和引流风道25产生的湿热空气在烟囱效应的作用下向上流动，经过螺旋板集水器37后抵制蒸发器U形吸热管19表面遇冷液化，形成的冷凝水在重力作用下掉落至螺旋板集水器37上表面，继而经过螺旋板的导向流至集水漏斗39并经连接输水管道42输送到水处理模块，最终实现水的收集。

所述螺旋板集水器37表面涂覆有疏水材料，表面疏水材料的涂覆有利于减少冷凝水的沿程流量损失，集水效果更好，螺旋板螺旋圈数不超过两圈以减轻送风能量损失。

所述水处理模块设置在基架1下层且位于冷凝器11和底板27之间，水处理模块包括底座43、设置在底座43上通过管道依次连通的沉淀罐44、活性炭净水罐45和储水罐46，所述储水罐46设有出水管，所述储水罐46上设有出水阀47，经过收集的冷凝水由管道导流至沉淀罐44进行沉淀，继而进入活性炭净水罐45进行吸附消毒，最后进入储水罐46进行储存，当需要用水时，打开出水阀47即可实现取水。

需要说明的是，上述实施例仅用来说明本实用新型，但本实用新型并不局限于上述实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：包括基架（1）、设置在基架（1）上的喷射式制冷模块、引流风道模块、吸附式取水模块、集水模块和水处理模块；

所述引流风道模块位于喷射式制冷模块和吸附式取水模块之间，所述集水模块设置在引流风道模块内，集水模块通过管路与水处理模块连通；

其中，吸附式取水模块用于抽取热湿空气，引流风道模块用于将热湿空气输送到喷射式制冷模块进行冷凝，集水模块用于收集冷凝后的冷凝水，水处理模块用于对冷凝水作净化处理。

2.根据权利要求1所述的一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：所述基架（1）呈矩形且包括上下两层，所述基架（1）底部均布有多个承重柱（2）。

3.根据权利要求2所述的一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：所述喷射式制冷模块包括设置基架（1）下层前端的冷凝器（11）、设置在基架（1）上层的太阳能集热器（3）、喷射器（6）和蒸发器（16），所述太阳能集热器（3）、喷射器（6）和冷凝器（11）通过管路依次连接形成循环回路，所述喷射器（6）、蒸发器（16）和冷凝器（11）通过管路依次连接，所述蒸发器（16）和冷凝器（11）连接的管路上设有节流阀（15），所述冷凝器（11）通过设有单向阀（53）的管路与太阳能集热器（3）连接，所述蒸发器（16）包括多个U形吸热管（19），蒸发器（16）壳体沿轴向均布有多个出风通孔（49）。

4.根据权利要求3所述的一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：所述引流风道模块包括设在基架（1）上层的菲涅尔透镜单元、设置在基架（1）下层后端的底板（27），设置在底板（27）上方呈环状的集热棚（26）和竖直设置在集热棚（26）上端的引流风道（25），所述引流风道（25）呈拉法尔管状且能够折叠，所述底板（27）和集热棚（26）之间设有多个支撑柱（52），所述引流风道（25）向上延伸将蒸发器（16）包裹在内，所述菲涅尔透镜单元用于汇聚太阳光并加热集热棚（26），菲涅尔透镜单元包括设置在基架（1）上层的第一支撑座（23）、与第一支撑座（23）通过球面副装配的第二支撑座（24）和设置在第二支撑座（24）上的菲涅尔透镜（22）。

5.根据权利要求4所述的一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：所述吸附式取水模块包括设置在底板（27）和集热棚（26）之间的呈圆周均布的多个吸附床（28）、设置在太阳能集热器（3）前端的太阳能电池板（33）和设置基架（1）下层的蓄电池（36），所述太阳能电池板（33）与蓄电池（36）电性连接，吸附床（28）两端分别为进风口（30）和出风口（32），所述进风口（30）的高度低于出风口（32）的高度，吸附床（28）包括吸附床壳体、吸附芯体（29）和微型风机（31），所述吸附芯体（29）设在吸附床壳体内，所述吸附芯体（29）沿床体方向贯通设有多个通风风道，所述微型风机（31）设在吸附床（28）的进风口（30）端，每个微型风机（31）分别与蓄电池（36）电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：所述集水模块包括输水管路（42）、设置在引流风道（25）内的螺旋板集水器（37）、多个拉力柱（20）和拉力环（21），所述多个拉力柱（20）竖直分布在蒸发器（16）下端，拉力环（21）与多个拉力柱（20）底部连接且将多个U形吸热管（19）包裹在内，所述拉力环（21）中心设有竖直固定柱，固定柱通过多个连杆与拉力环（21）连接，所述螺旋板集水器（37）设置在固定柱下端，所述螺旋板集水器（37）的出水端与输水管路（42）连通。

7.根据权利要求6所述的一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：所述螺旋板集水器（37）包括竖直设置的支撑轴（40）和绕着支撑轴（40）向下进行延伸的螺旋板，所述支撑轴（40）上端与固定柱可拆卸固定连接，所述螺旋板外边界设有凸起的边界挡边（38），螺旋板最下侧靠支撑轴（40）下端设置有集水漏斗（39），所述集水漏斗（39）的大端朝向螺旋板，小端的出水口与输水管路（42）连通。

8.根据权利要求6所述的一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：所述水处理模块设置在基架（1）下层且位于冷凝器（11）和底板（27）之间，水处理模块包括底座（43）、设置在底座（43）上通过管道依次连通的沉淀罐（44）、活性炭净水罐（45）和储水罐（46），所述储水罐（46）设有出水管，所述储水罐（46）上设有出水阀（47）。

9.根据权利要求5所述的一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：所述集热棚（26）和吸附床壳体表面经过发黑处理。

10.根据权利要求5所述的一种可再生能源驱动的空气取水装置，其特征在于：所述吸附芯体（29）材料为硅胶、分子筛、活性炭、活性氧化铝和卤素盐中的任意一种。

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