CN104831780B - 一种高效率冷凝结露式空气取水系统 - Google Patents

Abstract

一种高效率冷凝结露式空气取水系统，属于空气冷凝制水领域，其包括箱体和置于箱体内的加热室、冷凝室、集水净化箱、压缩制冷系统、系统控制装置。加热室和冷凝室通过导气管连接，冷凝室和集水净化箱通过导流管连接。所述压缩制冷系统包括压缩机、散热器、吸热器、节流器。散热器设置于加热室内，用于加热外部送入的湿空气，冷凝室垂向内壁至室中心依次布置隔热层、吸热器、导热层、倒伞型冷凝网芯，所述倒伞型冷凝网芯由多个单层倒伞型冷凝网叠置、通过不锈钢杆垂向连接而成。本发明适用于淡水匮乏的某些海岛、高山、边防哨所、灾区及干旱、沙漠等地区，可有效解决当地生活用水困难问题，具有巨大的推广应用价值。

Description

一种高效率冷凝结露式空气取水系统

技术领域

本发明涉及空气冷凝制水领域，具体是一种高效率冷凝结露式空气取水系统。

背景技术

我国水资源时空分布不均，水污染严重，淡水供需矛盾日益加剧，尤其是一些海岛、高山、边防哨所、灾区及干旱、沙漠等地区的淡水供应紧张问题十分突出。解决上述地区淡水供应问题的传统方式包括异地淡水运输、海水淡化、开采地下水、修建集雨水窖等。由于一些地区交通不便，淡水运输成本较高。海水淡化仅适用于沿海地区，且由于其技术和成本限制，不适合广泛适用。一些地区地下水开采工作极为艰难，数量也颇为有限。干旱山区的集雨水窖因储水周期长、缺乏消毒措施，易造成水质污染，难以保障人畜用水安全。为彻底解决上述特定区域、特定应用环境下的淡水获取困难的问题，迫切需要开发简单、实用、成本低、可广泛适用的淡水供应技术。

由于大气中富含淡水，并且不受地域限制，尤其在海岛、沿海、高山地区，空气湿度较高，从空气中获取液态淡水(简称空气取水)为解决上述问题提供了新思路。目前，国内外科研人员已针对空气取水技术开展了大量研究工作，采用的方法主要有冷凝结露取水法、吸湿/解吸取水法、聚雾取水法、利用温差冷凝取水法等。冷凝结露取水法是利用空气冷凝器将湿空气温度降到露点以下，使其中水蒸气冷凝结露而获得液态水。吸湿/解吸取水法是利用吸附剂将湿空气中水蒸气吸附，然后通过太阳能或其他能量加热吸附剂使水分蒸发出来，然后让水蒸气冷凝得到液态水。聚雾取水法一般是采用巨幅尼龙屏障，吸附雾气中小液滴，并使之聚合长大，大水滴沿着倾斜的尼龙线流到集水器中。利用温差冷凝取水法是利用自然空气与地下土壤的温差作用，使自然空气在进入地下金属管过程中不断凝结成水，为作物灌溉提供水源。

国内外科研人员依据上述四种主要取水方法开发了各种空气取水装置。这些取水装置在缺乏淡水的特殊区域具有较大的实用价值。但是，现阶段空气取水装置仍存在取水效率较低的问题。如采用冷凝结露取水法申请的中国专利“一种空气取水装置”(CN103806499A)、“从空气中取水并净化的饮水装置”(CN1215989C)、“涡流空气取水装置”(CN202530502U)、“一种可移动连续式太阳能空气取水器”(CN100572695C)和“一种携行式空气取水装置”(CN202401518U)等，提供了各种空气冷凝器或冷凝装置，但这些冷凝器主要是常规的冷凝板、冷凝盘管或翅片冷凝器，其凝水表面一般为普通金属(如铜、不锈钢等)，使冷凝水易形成水膜，造成传热恶化，因而水滴凝结效率降低。板状、盘管或翅片状冷凝装置与空气的接触表面有限，取水效率不高。现有的冷凝结露取水专利技术尚未对制冷系统散热端的余热进行充分利用，导致能源利用效率低。公开号为CN2637565Y的中国专利公开了一种空气取水净化机，该设备利用智能化控制单元通过接收贮水箱水位传感器发出的水位上下限信号，对取水设备启停状态实现了自动化控制，但对于空气温湿度变化较大时，该智能化控制单元尚不具备通过调控制冷系统吸热端温度和进气量对取水过程进行自动化控制的功能，无法实现不同温湿度条件下取水效率最大化。

发明内容

本发明的目的是针对现有冷凝结露空气取水技术的不足，提供一种高效率冷凝结露式空气取水系统，该取水系统可解决现有技术取水效率低的问题，同时充分利用压缩制冷过程中余热，可有效提高能源利用效率。

一种高效率冷凝结露式空气取水系统，包括箱体和置于箱体内的加热室、冷凝室、集水净化箱、压缩制冷系统、系统控制装置，所述箱体内的加热室、冷凝室、集水净化箱自上而下布置，加热室和冷凝室通过导风管连接，冷凝室和集水净化箱通过导流管连接，所述压缩制冷系统包括压缩机、散热器、吸热器、节流器，散热器设置于加热室内，用于加热外部送入的湿空气，冷凝室垂向内壁至室中心依次布置隔热层、吸热器、导热层、倒伞型冷凝网芯，所述倒伞型冷凝网芯由多个单层倒伞型冷凝网叠置、通过不锈钢杆垂向连接而成，所述系统控制装置包括供电装置、置于导风管内的空气温湿度计和空气流量计、置于集水净化箱内壁一侧的水位传感器、与供电装置、空气温湿度计、空气流量计、水位传感器、吸热器连接的控制系统。

进一步的，所述加热室形状为圆柱体状，内空，水平放置，水平两端均设置净化湿空气的空气净化入口和送风机，中间设置引导湿热空气向下输送的导风板，导风板下方设置导风管，送风机与控制系统连接。

进一步的，所述冷凝室形状为圆柱体状，内空，垂直放置，所述冷凝室顶部设置多个输入湿热空气的与导风管连接的进气管，多个进气管布设呈伞状，冷凝室底部设置收集冷凝水的漏斗形集水板，低端两侧设置排出干冷空气的排气管和排风机，排风机与控制系统连接。

进一步的，所述集水净化箱形状为圆桶状，垂直放置，集水净化箱与上方冷凝室之间设置有中孔的隔板，隔板中孔处设置连接导流管，导流管中安装可净化过滤冷凝水的活性炭网，集水净化箱内一侧上方安装可杀灭冷凝水病原微生物的微电流电解装置，一侧下方设置净化水出口，微电流电解装置与控制系统连接。

进一步的，所述压缩制冷系统的散热器呈水平螺旋结构，置于加热室内，用于加热送风机输送的湿空气。

进一步的，所述压缩制冷系统的吸热器呈垂直螺旋结构，置于冷凝室内，为进入冷凝室的湿热空气结露产水提供冷源。

进一步的，压缩机的低压入口连接吸热器，压缩机的高压出口与散热器连通，散热器通过节流器与吸热器连通。

进一步的，冷凝网由疏水性网丝编织而成，疏水性网丝的直径0.2-0.5mm，间隙0.5-1.0mm，疏水性网丝由金属丝及金属丝表面的疏水性涂层构成。

本发明的优点在于：①采用多个单层倒伞型冷凝网叠置而成的冷凝网芯，其比表面积是常规冷凝板、冷凝盘管或翅片冷凝器的数十倍，可显著提高湿空气在传输过程中与冷凝网的接触面积；②疏水性网丝(金属丝表面涂有疏水性涂层)可克服普通金属表面水滴凝结效率低的问题，倒伞型冷凝网结构可使凝结的小水滴沿倾斜网丝加速聚合成大水滴而脱落；③利用压缩制冷循环过程中散热器加热湿空气，增大湿空气与冷凝网的温差，可有效提高取水效率，同时由于充分利用压缩制冷过程中余热，可有效提高能源利用效率；④利用控制系统自动调整冷凝室温度、进气量和进气速度，实现不同空气温湿度条件下取水效率最大化；⑤采用活性炭和微电流电解装置对冷凝水进行净化、消毒，可有效去除冷凝水中各种杂质和病原微生物。

附图说明

图1是本发明高效率冷凝结露式空气取水系统的立体结构透视示意图；

图2是本发明中单层倒伞型冷凝网的立体结构示意图；

图3是本发明中多个单层倒伞型冷凝网叠置的冷凝网芯的剖面结构示意图；

图4是本发明中单层倒伞型冷凝网的俯视图。

图中：1—箱体，2—加热室，3—冷凝室，4—集水净化箱，5—空气净化入口，6—送风机，7—导风板，8—导风管，9—进气管，10—倒伞型冷凝网芯，11—导热层，12—隔热层，13—排气管，14—排风机，15—漏斗形集水板，16—导流管，17—活性炭滤网，18—微电流电解装置，19—净化水出口，20—压缩机，21—散热器，22—吸热器，23—节流器，24—供电装置，25—空气温湿度计，26—空气流量计，27—水位传感器，28—控制系统，29—隔板，101—单层倒伞型冷凝网，102—疏水性网丝，103—不锈钢杆。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示为本发明高效率冷凝结露式空气取水系统的立体结构透视示意图，该系统包括箱体1和置于箱体1内的加热室2、冷凝室3、集水净化箱4、压缩制冷系统、系统控制装置，所述箱体1内的加热室2、冷凝室3、集水净化箱4自上而下布置，加热室2和冷凝室3用可拆卸导风管8连接，冷凝室3和集水净化箱4用可拆卸导流管16连接。

所述加热室2形状为圆柱体状，内空，水平放置，加热室2内布设压缩制冷系统的散热器21，水平两端均设置净化湿空气的空气净化入口5和送风机6，中间设置引导湿热空气(见图1中实线箭头)向下输送的导风板7，导风板7下方设置连接加热室2和冷凝室3的可拆卸导风管8。

所述冷凝室3形状为圆柱体状，内空，垂直放置，沿冷凝室3垂向内壁至室中心依次布置隔热层12、压缩制冷系统的吸热器22、导热层11、倒伞型冷凝网芯10，冷凝室3顶部设置多个输入湿热空气的进气管9，底部设置收集冷凝水的漏斗形集水板15，低端两侧设置排出干冷空气(见图1中虚线箭头)的排气管13和排风机14。所述冷凝室3的多个进气管9布设呈伞状，并与上方加热室2的导风管8连接。

参照图2、图3及图4，所述倒伞型冷凝网芯10由多个单层倒伞型冷凝网101叠置、通过不锈钢杆103垂向连接而成，冷凝网101由疏水性网丝102编织而成，疏水性网丝102的直径0.2-0.5mm，间隙0.5-1.0mm，疏水性网丝102由金属丝及金属丝表面的疏水性涂层构成。金属丝采用铜、不锈钢等材料，疏水性涂层采用低表面能材料(如有机硅改性树脂等有机聚合物)通过气相沉积法对金属丝表面进行改性，形成疏水性表面，疏水性表面对水的接触角在120°左右。所述倒伞型冷凝网芯10可拆卸，并可根据实际需要增减倒伞型冷凝网101的数量，对于产水量需求较小，可采用少量冷凝网叠置，对于产水量需求较大，可将多个冷凝网叠置，以增加湿热空气与冷凝网的接触面积，提高取水效率。

所述集水净化箱4为圆桶状，垂直放置，集水净化箱4与上方冷凝室3之间设置有中孔的隔板29，隔板29中孔处设置连接集水净化箱4和冷凝室3的可拆卸导流管16，导流管16中安装可净化过滤冷凝水的活性炭网17，集水净化箱4内一侧上方安装可杀灭冷凝水病原微生物的微电流电解装置18，一侧下方设置净化水出口19。

所述压缩制冷系统的散热器21呈水平螺旋结构，置于加热室中部，用于加热送风机输送的湿空气，经加热后湿空气温度可达25℃-38℃。所述压缩制冷系统的吸热器22呈垂直螺旋结构，置于冷凝室中部，为进入冷凝室的湿热空气结露产水提供冷源，可使倒伞型冷凝网芯10的温度控制在0℃-5℃。

所述系统控制装置，包括供电装置24、空气温湿度计25、空气流量计26、水位传感器27、控制系统28。所述供电装置24置于箱体1内壁上部一侧，为整个空气取水系统提供电源。所述空气温湿度计25、空气流量计26置于导风管8内，用于获取进入冷凝室的湿热空气的温度和流量。所述水位传感器27置于集水净化箱4内壁一侧，用于获取产水量、提示水位变化等信息。所述控制系统28置于供电装置24上方，控制系统28是带显示屏的控制面板装置，其控制端或信号输入端与供电装置24、空气温湿度计25、空气流量计26、水位传感器27、吸热器22、送风机6、微电流电解装置18相连接，可实现以下功能：①显示湿热空气的温度和流量、冷凝室3温度、产水量；②通过人工设定吸热器22和送风机6的功率，可自动调整冷凝室3温度和进气管9空气流量，实现不同空气温湿度条件下取水效率最大化；③设置空气取水系统运行时间；④设置微电流电解装置18运行时间；⑤集水净化箱4中水位达到最大值时，自动关停取水系统防止溢水。

Claims (8)

1.一种高效率冷凝结露式空气取水系统，其特征在于：包括箱体(1)和置于箱体(1)内的加热室(2)、冷凝室(3)、集水净化箱(4)、压缩制冷系统、系统控制装置，所述箱体(1)内的加热室(2)、冷凝室(3)、集水净化箱(4)自上而下布置，加热室(2)和冷凝室(3)通过导风管(8)连接，冷凝室(3)和集水净化箱(34)通过导流管(16)连接，所述压缩制冷系统包括压缩机(20)、散热器(21)、吸热器(22)、节流器(23)，散热器(21)设置于加热室(2)内，用于加热外部送入的湿空气，冷凝室(3)垂向内壁至室中心依次布置隔热层(12)、吸热器(22)、导热层(11)、倒伞型冷凝网芯(10)，所述倒伞型冷凝网芯(10)由多个单层倒伞型冷凝网(101)叠置、通过不锈钢杆(103)垂向连接而成，所述系统控制装置包括供电装置(24)、置于导风管(8)内的空气温湿度计(25)和空气流量计(26)、置于集水净化箱(4)内壁一侧的水位传感器(27)、与供电装置(24)、空气温湿度计(25)、空气流量计(26)、水位传感器(27)、吸热器(22)连接的控制系统(28)。

2.如权利要求1所述的高效率冷凝结露式空气取水系统，其特征在于：所述加热室(2)形状为圆柱体状，内空，水平放置，水平两端均设置净化湿空气的空气净化入口(5)和送风机(6)，中间设置引导湿热空气向下输送的导风板(7)，导风板(7)下方设置导风管(8)，送风机(6)与控制系统(28)连接。

3.如权利要求1所述的高效率冷凝结露式空气取水系统，其特征在于：所述冷凝室(3)形状为圆柱体状，内空，垂直放置，所述冷凝室(3)顶部设置多个输入湿热空气的与导风管(8)连接的进气管(39)，多个进气管(9)布设呈伞状，冷凝室(3)底部设置收集冷凝水的漏斗形集水板(15)，低端两侧设置排出干冷空气的排气管(13)和排风机(14)，排风机(14)与控制系统(28)连接。

4.如权利要求1所述的高效率冷凝结露式空气取水系统，其特征在于：所述集水净化箱(4)形状为圆桶状，垂直放置，集水净化箱(4)与上方冷凝室(3)之间设置有中孔的隔板(29)，隔板(29)中孔处设置连接导流管(16)，导流管(16)中安装可净化过滤冷凝水的活性炭网(17)，集水净化箱(4)内一侧上方安装可杀灭冷凝水病原微生物的微电流电解装置(18)，一侧下方设置净化水出口(19)，微电流电解装置(18)与控制系统(28)连接。

5.如权利要求1所述的高效率冷凝结露式空气取水系统，其特征在于：所述压缩制冷系统的散热器(21)呈水平螺旋结构，置于加热室(2)内，用于加热送风机(6)输送的湿空气。

6.如权利要求1所述的高效率冷凝结露式空气取水系统，其特征在于：所述压缩制冷系统的吸热器(22)呈垂直螺旋结构，置于冷凝室(3)内，为进入冷凝室(3)的湿热空气结露产水提供冷源。

7.如权利要求1所述的高效率冷凝结露式空气取水系统，其特征在于：压缩机(20)的低压入口连接吸热器(22)，压缩机(20)的高压出口与散热器(21)连通，散热器(21)通过节流器(23)与吸热器(22)连通。

8.如权利要求1所述的高效率冷凝结露式空气取水系统，其特征在于：冷凝网(101)由疏水性网丝(102)编织而成，疏水性网丝(102)的直径0.2-0.5mm，间隙0.5-1.0mm，疏水性网丝(102)由金属丝及金属丝表面的疏水性涂层构成。