一种结合吸附法水汽富集与太阳能再生的空气取水系统的制作方法

1.本实用新型涉及空气取水技术领域，具体涉及一种结合吸附法水汽富集与太阳能再生的空气取水系统。


背景技术：

2.缺水是一个全球性问题，一方面，气候变化导致干旱加剧，全球用水量持续增加，到2050年，面临缺水的人口预计将达到50亿。另一方面，在海洋及沙漠等特殊作业环境下或在核辐射、化学毒剂、有害生物等水污染及次生灾害事件发生地区，人们常常面临“无水源”或“水源被污染”的情况。比如在沙漠环境中，由于没有水源，常规制水设备及净化设备无法使用；在远洋航行中，缺乏可供使用的淡水资源，但空气中含水量较高。因此，需要通过一些方式在这些场景下获得水资源。目前，野外特殊环境下制水有很多方法，大气水收集法(awh)便是其中的一种。
3.大气水收集是捕获以蒸汽或小水滴形式存在于空气中的水，主要的方法有雾气收集法、结露法和吸附水汽富集法。但雾气捕集法和冷凝结露法要求空气中已经存在小液滴或相对湿度达到100％，在环境湿度过低(比如沙漠地区)，湿度常年维持在20％
‑
30％，或者环境温度过低的条件下，现存设备或装置往往不能正常使用。
4.吸附法空气取水是一种通用性较为良好的空气水捕集方式，在昼夜温差大、空气湿度变化大的地区较为适用。相比雾气捕集法，其对空气湿度的要求更低，应用场景更为广泛；相比冷凝结露法，装置结构较为简单能耗也低一些。空气取水技术的缺陷是取水效率较低，虽然空气本身所含水资源的总量很大，但是单位体积空气的相对含水量却较少，能耗较高，空气取水技术本身仍需进一步完善，已有的吸附法制水机还存在解吸过程的能耗较大、材料吸水能力不够、吸附脱附速率不匹配等问题，导致产水效率低下，因此，搭建具有更高吸水功能的低能耗吸附式制水装置，提升取水能力是需要解决的关键问题之一。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，提供一种结合吸附法水汽富集与太阳能再生的空气取水系统，利用太阳能制造内部温差，完成吸附和脱附的循环过程，同时利用装置的构造提高吸附材料的吸附和脱附速率，从而完成太阳能高效取水过程。
6.本发明技术方案如下：
7.一种结合吸附法水汽富集与太阳能再生的空气取水系统，包括主体壳箱、汇聚光传导装置和位于主体壳箱内的水车式吸附床组件；所述主体壳箱的顶部为圆弧形透光罩，主体壳箱相对两侧壁的中部由轴杠穿过，所述两侧壁下部分别设有向主体壳箱外延伸的通风渠，两侧通风渠对称分布，通风渠外侧设有开合门；所述水车式吸附床组件包括棍式转轮框架，所述棍式转轮框架包括若干个分布均匀的棍式转轮框架单元，棍式转轮框架单元的外侧连接有承载吸附材料的吸附板，棍式转轮框架的中心与轴杠固定连接，轴杠一端与驱动装置连接，通过驱动装置提供动力带动水车式吸附床在取水过程中转动；主体壳箱内侧
壁的下部有一圈收集水的集水槽，并预留导出口。
8.优选所述棍式转轮框架包括三个间隔120度的棍式框架单元。
9.优选所述棍式框架单元的外侧通过两个轴承分别与两根相同长度的细绳转动连接，细绳下端与承载吸附材料的吸附板固定连接，在轴杠转动时保证细绳保持始终垂直。
10.优选棍式转轮框架的转速为1
‑
10r/min，根据温度、湿度、光照等条件进行调整。
11.优选汇聚光传导装置设于圆弧形透光罩的上方，包括倒圆锥型反射层和位于反射层上方的半椭球型聚光层，所述倒圆锥型反射层中部开孔，使汇聚光直接照射到圆弧形透光罩。
12.本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明采用水车结构模型(水车式吸附床组件)，构造形式简单而独特，保证更多的吸附材料均匀接受光照进行脱附；并通过两处通风渠的设置以及水车式吸附床组件的转动，保证合理的空气交换速度，促进空气进入，提高吸附过程的速率；吸脱附速率匹配；耗能低，脱附过程完全依靠光学元件汇聚太阳能，为吸附材料供给；体积占比合理，利用吸附脱附的时空转换，缩小了装置体积，方便外出车载携带。本实用新型能够快速高效获得直接饮用的水，具有环保节能、高产水效率、便携性好、成本低、无污染的特点，利于推广，可应用于从低湿度空气中捕集水汽，在日照强的沙漠干旱地区或者湿度较大但淡水资源匮乏的沿海地区，优势更为明显。
附图说明
13.图1为本实用新型的正视图；
14.图2为本实用新型的侧视图；
15.图3为汇聚光传导装置的光路示意图；
16.图4为水车式吸附床组件；
17.图中，1
‑
半椭球型聚光层，2
‑
倒圆锥型反射层，3
‑
主体壳箱，4
‑
吸附板，5
‑
集水槽，6
‑
通风渠，7
‑
水车式吸附床组件，8
‑
轴杠。
具体实施方案
18.下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
19.如图1，2，4所示，一种结合吸附法水汽富集与太阳能再生的空气取水系统，包括取水主体壳箱3、汇聚光传导装置和位于取水主体壳箱内的水车式吸附床组件7；所述主体壳箱3的顶部为圆弧形透光罩，主体壳箱相对两侧壁的中部由轴杠8穿过，所述两侧壁下部分别设有向主体壳箱3外延伸的通风渠6，两侧通风渠6对称分布，通风渠6外侧设有开合门；所述水车式吸附床组件7包括棍式转轮框架，所述棍式转轮框架包括三个间隔120度分布的棍式转轮框架单元，棍式转轮框架单元的外侧通过两个轴承分别与两根相同长度的细绳转动连接，在轴杠8转动时保证细绳保持始终垂直，细绳下端与承载吸附材料的吸附板4固定连接，棍式转轮框架的中心与轴杠8固定连接，轴杠8一端与驱动装置连接；主体壳箱3内侧壁的下部设有一圈收集水的集水槽5，并预留导出口，导出口与储水器连通；棍式转轮框架的转速为1
‑
10r/min，可根据温度、湿度、光照等条件进行调整。
20.如图3所示，所述汇聚光传导装置设于圆弧形透光罩的上方，包括倒圆锥型反射层
2和位于反射层上方的半椭球型聚光层1，所述倒圆锥型反射层2中部开孔，使汇聚光直接照射到圆弧形透光罩。
21.由中国气象数据知，中国阳光辐照最弱的四川、贵州地区年总日照辐射强度为3750mj/m2，以日均光照时间10h计，则光照时的平均日照辐射强度为285w/m2，这种日照辐射强度在中国仍算是偏低的。若采用本实施例汇聚光传导装置，两级汇聚比都定为100：1，即一级反射单元中的大圆锥曲面半径1m，小半椭球型聚光层半径0.1m，其汇聚比可以用以下公式得到：
[0022][0023]
则汇聚后光能达到28.5kw/m2，光能明显提高。
[0024]
所述吸附材料为经过亲水改性的多孔炭材料，其在25℃、70％rh时饱和吸附量约为0.2g/g吸附材料，吸附热为70kj/mol。吸附材料层为10cm*10cm的正方形板状，负载有20g吸附材料。通过旋转的方式，每次使其中一个吸附材料层在被汇聚的太阳光照射下完成脱附流程。根据吸附热与光照强度的关系，理想状态下仅需要约55s即可完成一个吸附材料层处的脱附流程，具有极高的热效率。即使考虑到热传导过程及损耗等，这个过程也是非常快的，因此该系统具有较高的应用前景。
[0025]
本装置的工艺流程为：
[0026]
本实用新型的工作过程如下：
[0027]
1.夜间将主体壳箱3相对两侧壁的通风渠6打开，空气从两侧通风渠6进入，开启驱动装置，轴杠8带动棍式转轮框架转动，进一步带动吸附板4及吸附材料转动，使吸附板4连同吸附材料暴露在空气中，吸附材料对其中的水蒸汽进行吸收，吸收到饱和或接近饱和状态；同时，转动的水车式吸附床组件7加快空气的流通，提高吸附板与空气的接触机会，提高了吸附速率。
[0028]
2.白天太阳升起时，将通风渠6关闭，汇聚光传导装置聚集太阳光加热吸附材料，当温度达到一定程度时水蒸汽脱离吸附材料；具体地，太阳光先被倒圆锥型反射层2反射，当所有光线经焦点被反射到半椭球型聚光层1的内侧时，光线二次反射，同时经圆弧形透光罩汇聚在另一焦点上，即为预定加热位置。光照经汇聚光传导装置以及弧型透光罩的汇聚，集中到水车式吸附床组件其中的一个吸附板可以运动到的区域上，轴杠8的运动可以保证每一块吸附板4都接受到足够的能量，达到理想的脱附温度，同时水车式吸附床组件7的转动，也避免了吸附材料在能量汇聚处因温度过高，而发生损坏；
[0029]
3.脱附出来的水蒸汽接触到圆弧形透光罩的壁面，由于壁面温度低于露点温度，水蒸汽便在透光罩的壁面凝结成小水滴，沿着弧顶慢慢流入下方收集的集水槽5中，进一步流入储水器中，继而获得淡水资源，完成一个太阳能驱动的吸附水汽富集取水过程；
[0030]
4.多次吸附和脱附后即可获得大量供人体直接饮用的淡水。
[0031]
本发明实施例中未进行说明的内容为现有技术，故不再进行赘述。
[0032]
以上所述，仅是本发明的较佳方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对实施方式所作的任何简单修改、变化，均仍属于本发明技术方案的范围内。
[0033]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，
其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。