一种吸附-冷凝式空气取水装置的制作方法

1.本发明涉及一种空气取水装置，具体涉及一种吸附-冷凝式空气 取水装置。


背景技术：

2.水是生命之源，更是人类在沙漠中进行行军、科研、探险等各种 活动必不可少的资源。现如今水资源匮乏，从整个水圈看，地表水中 的海水约占整个水圈的97.5％，而真正能够被人类直接利用的淡水资 源只占0.00768％，数量极为有限。但少有人注意到的是大气淡水体 积储量占全球淡水体积储量0.04％，甚至超过了全球各地沼泽、湿地 和江河的可用淡水总量。
3.空气中的水蒸气储量大、相对清洁、可循环再生、不受空间和地 域的限制，如果可以从空气中获取淡水是一种行之有效的灵活取水方 式。对于沙漠及干旱地区来说，低效和庞大的取水设备无法满足地点 不定、流动性大的人们，如何使取水高效且装置便捷是亟需解决的问 题。
4.冷凝取水是一种普遍的取水方式。纯吸附式的取水系统不受地域 限制，但装置体积大、运输困难，难以满足沙漠地区的人员流动性大， 地点不定的特点。
5.冷凝结露法、膜分离法和吸附取水是空气取水三种主要方式。但 是在这之中，冷凝式空气取水是一种普遍的取水方式，然而在低露点 的情况下，取水的效率会大幅下降，甚至装置无法运行，这使得传统 的冷凝取水方法在空气绝对湿度较低、露点温度通常低于10℃的干 旱地区难以实现有效地取水，如申请号为201420780374.5的空气冷 凝淡水取水机；膜分离法通常用于海水淡化，在临海地区使用较多， 受地域限制大且需要耗费大量的电能，如申请号为201280009591.8 的海水淡化系统及海水淡化方法；纯吸附式的取水装置虽然不受地域 限制，但装置体积大、运输困难，难以满足沙漠地区的人员流动性大， 地点不定的特点，只能实现间歇性取水，如申请号为202010147945.1 的一种连续循环式空气取水装置。
6.因此，需要设计一种能够解决上述问题，以实现低露点干旱地区 高效的连续性取水的空气取水装置。


技术实现要素：

7.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种吸附
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冷凝式空气取水装置。
8.本发明提供了一种吸附-冷凝式空气取水装置，用于连续取水， 具有这样的特征，包括：壳体，内部具有空腔，且一侧开设有进风口； 空气过滤网，设置于进风口，用于拦截空气中的大分子颗粒物；分离 式吸附床，与空气过滤网相邻设置，由翅片换热器和附着于翅片换热 器上的用于吸附除湿和脱附再生的聚丙烯酸水凝胶构成；蒸发器，与 分离式吸附床通过风道连接，蒸发器，与分离式吸附床通过风道连接， 使得流经蒸发器表面的过滤后的空气中的水蒸气液化产水即冷凝水， 同时用于处理自毛细管流入蒸发器的低温低压的
液体制冷剂，使其与 过滤后的空气进行换热，以得到气体制冷剂；冷凝器，与蒸发器通过 毛细管连接，与蒸发器以及毛细管相配合对液体制冷剂进行处理；压 缩机，与蒸发器通过吸气管连接，通过吸气管吸入来自蒸发器的气体 制冷剂，并对其进行压缩，得到高温高压的气体制冷剂，从而完成气 体的液化放热和气化吸热过程，使得过滤后的空气中的水蒸气液化， 得到冷凝水；接水盘，设置于蒸发器的下方，用于接收蒸发器表面的 冷凝水；储水器，设置于壳体的底部，与接水盘通过水管连接，用于 储存蒸发器表面的冷凝水；以及水过滤器，与储水器通过水管连接， 用于去除水中的悬浮物和胶体，进而得到饮用水。
9.在本发明提供的吸附-冷凝式空气取水装置中，还可以具有这样 的特征：其中，电机，与压缩机连接，用于为压缩机的工作提供动力； 以及风机，与电机连接，并与空气过滤网、分离式吸附床、蒸发器以 及冷凝器在同一水平面上，用于控制空气在轴向流动，使得空气依次 通过空气过滤网、分离式吸附床、蒸发器以及冷凝器，从而增加取水 量，其中，电机与风机均设置于壳体的空腔内。
10.在本发明提供的吸附-冷凝式空气取水装置中，还可以具有这样 的特征：其中，水过滤器与储水器之间设置有用于将水输送到水过滤 器中的水泵。
11.在本发明提供的吸附-冷凝式空气取水装置中，还可以具有这样 的特征：其中，分离式吸附床、蒸发器、冷凝器、压缩机、接水盘以 及储水器均设置于壳体的空腔内。
12.在本发明提供的吸附-冷凝式空气取水装置中，还可以具有这样 的特征：其中，聚丙烯酸水凝胶由用于储存液态水和附着吸湿性盐的 基质以及用于吸附空气中水蒸气的氯化锂组成，基质为丙烯酰胺聚合 而成的聚丙烯酰胺。
13.发明的作用与效果
14.根据本发明所涉及的吸附-冷凝式空气取水装置，由于使用了分 离式吸附床，其应用的新型的凝胶复合吸附剂聚丙烯酸水凝胶具有吸 附量大、解吸温度低等优点，将其与翅片换热器相结合，从而强化了 水凝胶在吸附和脱附过程中的传热传质性能，提高了空气-材料的热 湿传递效率，另外，由于本发明将冷凝法与吸附法进行结合，在原本 冷凝取水的蒸发器前设置分离式吸附床，空气在经过处于解吸再生状 态的分离式吸附床后，于蒸发器上冷凝结露，从而使得基于分离式吸 附床的吸附-冷凝循环可以提高流经分离式吸附床的空气的露点，从 而降低冷凝过程中单位取水能耗，提高效率。
15.因此，本发明的吸附-冷凝式空气取水装置体积小而运输方便， 能够实现低露点干旱地区高效的连续性取水，从而特别适用于沙漠干 旱地区的灵活供水。
附图说明
16.图1是本发明的实施例中吸附-冷凝式空气取水装置的立体结构示意 图；
17.图2是本发明的图1的不同视角的立体结构示意图；
18.图3是本发明的实施例中吸附-冷凝式空气取水装置的结构示意图；
19.图4是本发明的实施例中吸附-冷凝式空气取水装置的取水流程图。
具体实施方式
20.为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实 施例及附图对本发明作具体阐述。
21.实施例：
22.如图1-图3所示，本实施例提供一种吸附-冷凝式空气取水装置 100，用于连续取水，包括：壳体1、空气过滤网2、分离式吸附床3、 蒸发器4、冷凝器5、压缩机6、接水盘7、储水器8、水过滤器9、 电机10以及风机11。
23.壳体1内部具有空腔，且一侧开设有进风口12。
24.空气过滤网2设置于进风口12，用于拦截空气中的大分子颗粒 物，以避免对装置产生损害，同时也使制取的水更加洁净。
25.分离式吸附床3与空气过滤网2相邻设置，由翅片换热器和附着 于翅片换热器上的用于吸附除湿和脱附再生的聚丙烯酸水凝胶构成。
26.本实施例中，聚丙烯酸水凝胶通过溶液浸渍的方法附着在翅片换 热器的表面，强化了聚丙烯酸水凝胶在吸附和脱附过程中的传热传质 性能，提高空气-材料的热湿传递效率，另外，聚丙烯酸水凝胶主要 由两部分构成，包括丙烯酰胺聚合而成的聚丙烯酰胺pam和氯化锂， 其中，pam作为基质，为储存液态水和附着吸湿性盐提供场所，而 氯化锂作为对水分子有很高亲和力的盐，可以有效地吸附空气中水蒸 气。
27.进一步地，分离式吸附床3的工作过程如下，其工作循环具体有 两部分：
28.(1)吸附除湿过程：当湿空气流过分离式吸附床表面时，翅片 上涂覆的聚丙烯酸水凝胶吸附湿空气中的水蒸气从而实现除湿的效 果。同时大量的吸附热在除湿过程中释放并被管内通入的冷却介质即 换热流体吸收，维持了吸附剂的除湿能力。
29.(2)脱附再生过程：当聚丙烯酸水凝胶吸附饱和后，管内不再 通入冷却介质，而是通过加热介质即换热流体，使得吸附剂在高温条 件下释放出水蒸气，回到未饱和状态，这样就完成再生过程。
30.以上吸附除湿和脱附再生的两个过程不断循环，使得分离式吸附 床能够持续地工作，且上述过程中提及的冷却介质为液体制冷剂。
31.蒸发器4与分离式吸附床3通过风道连接，使得流经蒸发器表面 的过滤后的空气中的水蒸气液化产水即冷凝水，同时用于处理自毛细 管流入蒸发器4的低温低压的液体制冷剂，使其与过滤后的空气进行 换热，以得到气体制冷剂。
32.本实施例中，蒸发器4的管道流入经毛细管13节流降压后的低 温低压的液体制冷剂，与外界空气换热后，变成气态的低温低压的气 体制冷剂流入压缩机。在液体制冷剂气化的过程中会吸收大量的热 量，使得流经蒸发器4表面的过滤后的空气中的水蒸汽液化产水。
33.冷凝器5与蒸发器4通过毛细管13连接，与蒸发器4以及毛细 管13相配合对液体制冷剂进行处理。
34.本实施例中，冷凝器5为经过蒸发器4加压后的高温高压的液体 制冷剂提供大空间进行散热，然后恢复为中温中压的液体制冷剂，以 便通过毛细管13再次流入蒸发器4中。
35.本实施例中，毛细管13对高温高压液体制冷剂进行节流降压， 以保证冷凝器5与蒸发器4之间的压力差；同时使冷凝器5中的气体 制冷剂在给定的高压下放热，冷凝。此外，通过调整供入蒸发器4的 制冷剂流量以适应蒸发器4热负荷的变化，使制冷循环更加有效地运 转。
36.压缩机6与蒸发器4通过吸气管连接，通过吸气管吸入来自蒸发 器4的气体制冷
剂，并对其进行压缩，得到高温高压的气体制冷剂。
37.本实施例中，压缩机6从吸气管吸入来自蒸发器4的低温低压的 气体制冷剂，通过电机10运转对其进行压缩后，向排气管排出高温 高压的气体制冷剂，为制冷循环提供动力，从而实现气体的液化放热 和气化吸热过程，使得过滤后的空气中的水蒸气能液化，得到冷凝水。
38.接水盘7设置于蒸发器4的下方，用于接收蒸发器4表面的冷凝 水。
39.储水器8设置于壳体1的底部，与接水盘7通过水管连接，用于 储存蒸发器4表面的冷凝水。
40.水过滤器9与储水器8通过水管连接，并且水过滤器9采用活性 炭等过滤介质去除水中的悬浮物和胶体，进而得到饮用水。
41.本实施例中，水过滤器9与储水器8之间设置有用于将水输送到 水过滤器9中的水泵14。
42.电机10与压缩机6连接，用于为压缩机6的工作提供动力。
43.风机11与电机10连接，设置于压缩机6与电机10的上方，并 与空气过滤网2、分离式吸附床3、蒸发器4以及冷凝器5在同一水 平面上，用于控制空气在轴向流动，使得空气依次通过空气过滤网2、 分离式吸附床3、蒸发器4以及冷凝器5，从而增加取水量。
44.其中，分离式吸附床3、蒸发器4、冷凝器5、压缩机6、接水盘 7、储水器8、电机10以及风机11均设置于壳体1的空腔内，并且 蒸发器4、冷凝器5、压缩机6三者的制冷剂管路以及毛细管13联通， 用于制冷剂的流通，且制冷剂直接放置在管路内。
45.如图4所示，本实施例的吸附-冷凝式空气取水装置的工作过程 如下：
46.在夜晚，空气温度低且湿度高，风机11通电转动后，经过滤后 的空气流过分离式吸附床3，此时空气中的水蒸气被附着在翅片上的 聚丙烯酸水凝胶吸附并释放吸附热，这部分热量被分离式吸附床的铜 管内通入的冷却介质所带走以维持聚丙烯酸水凝胶的吸附能力。
47.在白天，空气温度较高且湿度较低，压缩机6和风机11通电启 动，经空气过滤网2过滤后的空气通过正在脱附再生的分离式吸附床 3，分离式吸附床3上附着的聚丙烯酸水凝胶在高温低湿的条件下释 放水蒸气，提高了流经分离式吸附床3空气的露点，再遇到已有制冷 剂运行的蒸发器4会形成大量水珠，水珠滴入蒸发器4下方的接水盘 7后汇入底部的储水器8中,收集的水经过消毒和水过滤器9后可以 满足饮用标准。
48.因此，本实施例的吸附-冷凝式空气取水装置100通过昼夜连续 工作即可实现高效节能的取水。
49.实施例的作用与效果
50.根据本实施例所涉及的吸附-冷凝式空气取水装置，由于使用了 分离式吸附床，其应用的新型的凝胶复合吸附剂聚丙烯酸水凝胶具有 吸附量大、解吸温度低等优点，将其与翅片换热器相结合，从而强化 了水凝胶在吸附和脱附过程中的传热传质性能，提高了空气-材料的 热湿传递效率，另外，由于本实施例将冷凝法与吸附法进行结合，在 原本冷凝取水的蒸发器前设置分离式吸附床，空气在经过处于解吸再 生状态的分离式吸附床后，于蒸发器上冷凝结露，从而使得基于分离 式吸附床的吸附-冷凝循环可以提高流经分离式吸附床的空气的露 点，从而降低冷凝过程中单位取水能耗，提高效率。
51.根据本实施例所涉及的吸附-冷凝式空气取水装置，由于具有与 压缩机连接的电机，所以能够为压缩机的工作提供动力；由于具有与 电机连接并与空气过滤网、分离式吸附床、蒸发器以及冷凝器在同一 水平面上的风机，所以能够控制空气在轴向流动，使得空气依次通过 空气过滤网、分离式吸附床、蒸发器以及冷凝器，从而增加取水量。
52.根据本实施例所涉及的吸附-冷凝式空气取水装置，由于分离式 吸附床、蒸发器、冷凝器、压缩机、接水盘以及储水器均设置于壳体 的空腔内，所以能够保护装置不被损坏以及使用时的安全性。
53.根据本实施例所涉及的吸附-冷凝式空气取水装置，由于聚丙烯 酸水凝胶是由聚丙烯酰胺和氯化锂组成的，所以能够储存液态水和附 着吸湿性盐，还能够有效地吸附空气中的水蒸气。
54.因此，本实施例的吸附-冷凝式空气取水装置体积小而运输方便， 能够实现低露点干旱地区高效的连续性取水，从而特别适用于沙漠干 旱地区的灵活供水。
55.上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护 范围。
56.例如，上述实施例中，分离式吸附床由翅片换热器和附着于翅片 换热器上的聚丙烯酸水凝胶构成，同时通过蒸发器、冷凝器以及毛细 管的配合，使得装置能够循环工作，从而实现高效节能的连续取水， 但在本发明中，在聚丙烯酸水凝胶的基础上加入碳纳米管cnt作为 光热材料，并且应用太阳能作为热源来代替通入分离式吸附床管道中 的换热流体，其同样能够使得装置循环工作，从而实现高效节能的连 续取水。